Waarom pylonen bouwen die weg zijn van het obstakel dat wordt overbrugd?

Dit is niet alleen esthetisch interessant, maar kan ook structureel efficiënt zijn . Persoonlijk ben ik dol op de vele bruggen van Calatrava die dit concept gebruiken, met name de Puente del Alamillo. De pyloon is eigenlijk volledig in compressie onder dode belasting: de kabelspanning en het eigen gewicht van de pyloon lossen op in een kracht direct langs de as van de mast.

Waarom masten bouwen die schuin staan richting het obstakel dat wordt overbrugd?

Helaas is het belangrijkste antwoord esthetiek. "Kunst" neemt een prominente plaats in, waardoor de kosten stijgen. Omdat hier het eigen gewicht van de mast en de kabelspanning samen werken, beide buigen de mast in dezelfde richting. Om dit tegen te gaan, zult u doorgaans veel voorspanning gebruiken.

Ok, dus ik kan zien dat het technisch zinvol zou kunnen zijn als u, vanwege uw sitebeperkingen, een korte hoofdoverspanning en lange backspans; omdat dan de kracht van de backspan-kabel (die werkt tegen het eigen gewicht van de mast) groter zou kunnen zijn dan de kracht van de hoofdspanwijdte. Maar dat zou heel ongebruikelijk zijn en is niet het geval op de foto die u heeft verstrekt.

Een opmerking over de constructie van hellende pylonen

Uw "gebruikelijke strategie" is in feite niet gebruikelijk voor grotere tuibruggen. Veel gebruikelijker is het bouwen van een deel van de mast en een deel van het dek, ze met een kabel verbinden en dan herhalen. Door deze methode te volgen, wordt de onbalansbelasting van het eigen gewicht op een hellende mast aanzienlijk verminderd.

Zoals AndyT zegt: het lijkt in de meeste gevallen esthetiek te zijn.

Gezien het bovenstaande als antwoord, is het volgende in wezen commentaar, maar het leek de moeite waard om te posten, aangezien het veel details geeft van wat er in een ontwerp past en hoe er problemen zijn die niet duidelijk zijn voor "buitenstaanders" maar wat belangrijk kan zijn. in dit voorbeeld is de overspanning bijvoorbeeld heel licht gebogen, wat resulteert in een doorbuiging van 66 mm in de rijbaan (minder dan 3 inch), maar dit veroorzaakte extra problemen. En de inspanning die nodig is om deze brug te bouwen en de nauwe toleranties zijn helemaal niet duidelijk bij inspectie.

Dit leek de moeite waard, want hoewel de oorspronkelijke vraag alleen naar de schuine torens vraagt, laat dit zien hoeveel andere onzichtbare factoren van invloed kunnen zijn het ontwerp.

ORMISTON ROAD CABLE STAYED BRIDGE
Dit document geeft een overzicht van geselecteerde bouwuitdagingen die je tegenkomt tijdens de bouw van de Ormiston Road tuibrug, een iconische tuibrug van composiet staal en beton gebouwd in het Sir Barry Curtis Park, Manukau City, Auckland.

Als ik de beschrijving goed begrijp, staat de ene toren in aanzienlijke mate onder druk en de andere onder spanning. Dit is een kleine verkeersbrug, maar verschillende beperkingen maken technische moeilijkheden groter dan bij sommige veel grotere bruggen.

Enkele belangrijke opmerkingen - het hele artikel is het lezen waard.

• De constructie van de tuibrug was technisch zeer complex vanwege de asymmetrische geometrie en zeer nauwe toleranties gespecificeerd. Het brugdek bevindt zich op een straal van ongeveer 37 km, wat erg vlak klinkt maar resulteert in variaties in niveaus door een kromming van 66 mm over de lengte van de brug. De pylonen van 45,5 m zijn opgebouwd uit een 28 m lange sectie van gewapend beton die taps toeloopt van 1,8 m diameter aan de basis tot 1,3 m diameter aan de bovenkant, met een 5,5 m hoge stalen kist als verankering voor de steunkabels en bekroond met een 12 m spits. gemaakt van roestvrij staal en glas. Om de zaken nog ingewikkelder te maken, zijn beide pylonen in de lengterichting onder een hoek van 15 graden en onder een hoek van 5 graden naar achteren gekanteld en waren ze niet zelfdragend.

• Er was zeer weinig tolerantie om ervoor te zorgen dat de steunkabels correct waren uitgelijnd tussen de pyloon en de dekverankeringen. De hoekverdraaiingstolerantie van 0,25 graden die gewoonlijk wordt gespecificeerd voor tuibruggen vereist dat de positietolerantie van de ligplaatsverankeringen binnen 3 mm ligt. Met dit nauwkeurigheidsniveau was veel van de constructie-inspanning en risicobeperking gericht op de integriteit van het onderzoek en het behoud van constructietoleranties.

• De betonnen pylonen staan ​​onder een hoek in twee richtingen en geven een dynamisch element aan de brug. Ze zijn ook dichter bij het westelijke landhoofd geplaatst dan het oostelijke, wat betekent dat de rugspanwijdte aanzienlijk korter is dan de vooroverspanning. Deze asymmetrie genereert een aanzienlijke verhoging van het westelijke abutment dat wordt weerstaan ​​met deeptension-palen.

• Normale Drossbach-kanalen konden niet worden gebruikt als de peesmantel nadat onderzoek had aangetoond dat Drossbach zou kunnen instorten op ongeveer 12 meter betonhoogte. Als alternatief werd een 100NB stalen drukleiding gebruikt, die bestand was tegen de hoge luchtdruk

• Pezen werden op de grond gemonteerd voorafgaand aan het hijsen en plaatsen in de palen waarin de wapeningskooi al was geïnstalleerd . Het kostte een gesynchroniseerde inspanning van 3 kranen met 6 grijpblokken en een graafmachine om de 45 m lange flexibele kabels met succes van horizontaal naar verticaal te tillen, zonder de kabel te knikken, zodat ze in de paalomhulling konden worden neergelaten.

• De paalpezen gaan door het westelijke landhoofd en eindigen in het dek. Dit betekende dat de pezen niet konden worden belast en gevoegd totdat het dek was gestort, zo'n 9 maanden later. Als tijdelijke maatregel om corrosie van de rand te voorkomen, ** werd een natriumhydroxideoplossing in de paalpezen gebracht om een beschermende alkalische omgeving. Regelmatige pH-tests werden gebruikt om de alkaliteit te bewaken en te behouden.

• Hoewel de brugoverspanning op 70 m kort is, was het effectieve zijrivale laadgebied voor de kabels van vergelijkbare grootte als een veel grotere tuibrug vanwege de grotere dekbreedte en resulteerde in kabelsteunen van vergelijkbare grootte.

Voetgangersbrug met "scheve toren" bij Brown Owl (hoo?) in Nieuw-Zeeland.

Locatie op Google maps

Ik geloof dat er een verstandige technische reden is die nog niemand heeft genoemd. Op de afbeelding in de oorspronkelijke vraag lijkt de centrale overspanning iets langer te zijn dan tweemaal de lengte van elke buitenkabel ondersteunde overspanning. Dit impliceert een grotere belasting van elke helft van de centrale overspanning dan van elke buitenkabel ondersteunde overspanning. Bovendien zouden de kabels van strikt verticale torens ondieper moeten worden om de grotere afstand tot het midden van de centrale overspanning te bereiken, waardoor de spanning die nodig is om dezelfde verticale gedeeltelijke belasting te ondersteunen verder zou toenemen.

Dat zou resulteren in onevenwichtige spanning op verticale torens en hebben de neiging ze naar binnen te trekken en de brug te vervormen. De torens naar buiten laten leunen - en / of naar buiten worden getrokken door extra spanning in de grondsteun - kan een manier zijn om de onbalans op te vangen (zoals in het asymmetrische voorbeeld in het antwoord van @RussellMcMahon), maar het kan zijn dat het vereiste spanningsniveau wordt onpraktisch voor de vereiste belasting en overspanning en gezien de ondersteunende constructie op de rivierbedding voor de brug in de vraag. In elk geval lijkt het zeker meer structurele ondersteuning - en dus kosten - te vereisen om de torens tegen nog grotere spanning naar buiten te laten leunen om een ​​nog verder bereik naar het midden van de lange centrale overspanning te ondersteunen. (Dit is misschien de reden waarom conventionele wijsheid moeite had met het bedenken van een werkbaar en betaalbaar ontwerp, als dat in dit geval waar was.)

In plaats daarvan lijkt het erop dat door de torens naar binnen te laten kantelen, de kabels een meer gebalanceerd profiel kunnen behouden en dat er minder spanning aan het ontwerp wordt toegevoegd om het in evenwicht te brengen. De toppen van de torens bevinden zich nabij elk middelpunt tussen het midden van de centrale overspanning en het buitenbereik van elke buitenste kabelondersteunde overspanning, dus de kabels onder de grootste spanning (en met de grootste horizontale component) zijn het meest symmetrisch ... om vervolgens de laterale krachten op elke toren in evenwicht te houden. Het is meer alsof de basis van verticale torens gewoon verder uit elkaar werd geschoven terwijl de toppen gefixeerd werden, wat betekent dat de structuur en de kosten meer lijken op die voor een kortere centrale overspanning met symmetrische kabels van verticale torens in plaats van de versnellende kosten voor de langere overspannen afstand. met conventionele ontwerpen.

De exacte afstand tussen kabelbevestigingen op de overspanning is mogelijk niet exact hetzelfde voor de centrale overspanning en de buitenste overspanningen, en kan enigszins variëren tussen elke overspanning om de belasting die elke overspanning ondersteunt enigszins te variëren. montagepunt op de toren wordt verder van het midden tussen het paar deelladingen. Elk stapsgewijs dichter paar kabels kan dan worden geplaatst om de laterale spanning op de toren uit te balanceren en de belasting op de toren gericht te houden langs zijn as van compressiesterkte. De technische wiskunde om de optimale plaatsingen uit te werken, gaat mij te boven. Het is mogelijk dat de afstand tussen de kabelbelasting toch gelijk is; het hoeft gewoon niet per se bij deze benadering te zijn.