Brücke zeichnen

Hintergrund

Eine Brücke über eine schiffbare Wasserstraße muss es Booten und Schiffen ermöglichen, ihren Weg zu überqueren, normalerweise indem sie hoch genug ist, damit sie darunter segeln können. Manchmal ist es unpraktisch, eine Brücke hoch genug zu bauen; er kann beispielsweise zu steil ansteigen oder die Sicht auf ein wichtiges Wahrzeichen versperren. In solchen Fällen kann die Brücke so konstruiert werden, dass sie für Schiffe, die zu groß sind, um darunter zu fahren, leicht aus dem Weg geräumt werden kann.

Die Art der beweglichen Brücke, die die meisten Leute als Zugbrücke bezeichnen, ähnelt denen, die mittelalterliche Burggräben überspannten. Technisch "Klappbrücken" vom französischen Wort für Wippe genannt, können sie sich an einem Ende öffnen und zu einer Seite anheben (einflügelig) oder in der Mitte öffnen und zu beiden Seiten anheben (zweiflügelig). Eine andere übliche Art einer beweglichen Brücke ist die vertikale Hubspanne, bei der der bewegliche Abschnitt an beiden Enden abgestützt ist und wie ein Aufzug vertikal angehoben wird. Einziehbare Brücken werden so hergestellt, dass die bewegliche Spannweite unter einen angrenzenden Abschnitt der Brücke zurück gleitet. Drehbrücken werden auf vertikalen Drehzapfen getragen, und die bewegliche Spannweite dreht sich horizontal, um die Brücke zu öffnen.

Bewegliche Brücken sind relativ selten, da sie in Betrieb und Wartung teurer sind als stationäre Brücken. Außerdem behindern sie den Verkehr – auf dem Wasser, wenn sie gesperrt sind, auf der Fahrbahn oder Bahn, wenn sie geöffnet sind. Von den 770 Brücken, für die das New Yorker Verkehrsministerium verantwortlich ist, sind 25 bewegliche Brücken, darunter mindestens eine der vier oben definierten Arten.

Verlauf

Einige alte Zugbrücken wurden gebaut, darunter eine vor 4.000 Jahren in Ägypten und eine vor 2.600 Jahren im chaldäischen Königreich des Nahen Ostens. Sie wurden jedoch erst im europäischen Mittelalter allgemein verwendet. Ende des 15. Jahrhunderts entwarf und baute Leonardo da Vinci nicht nur Klappbrücken, sondern zeichnete auch Pläne und baute maßstabsgetreue Modelle für eine Drehbrücke und eine Klappbrücke.

Die moderne Ära des beweglichen Brückenbaus begann Mitte des 19. Jahrhunderts mit der Entwicklung von Verfahren zur Massenproduktion von Stahl. Stahlträger sind leicht und stark, Stahllager sind langlebig und Stahlmotoren und -motoren sind leistungsstark.

Viele der beweglichen Brücken, die derzeit in den Vereinigten Staaten verwendet werden, wurden zu Beginn des 20. Jahrhunderts gebaut. Da sie renoviert oder ersetzt werden, können zwei Arten von Verbesserungen vorgenommen werden. Erstens ermöglichen ausgefeiltere Konstruktionstechniken und stärkere, leichtere Materialien den Bau neuer Brücken höher über dem Wasser. Dies bedeutet, dass größere Schiffe unter ihnen segeln können; folglich ist es nicht notwendig, sie so häufig zu öffnen. Einige moderne Nachfolgemodelle müssen nur noch ein Viertel bis ein Drittel so oft wie ihre Vorgänger geöffnet werden. Zweitens werden einige neue Brücken hydraulisch betrieben und nicht mit Getrieben angetrieben.

Rohstoffe

Zugbrücken werden hauptsächlich aus Beton und Stahl hergestellt. Bei der Casco Bay Bridge wurden 7500 Short Tonnen (6.804 Tonnen) Baustahl und 150.000 Short Tonnen (13.6080 Tonnen) Beton verwendet Eine typische Zugbrücke. in Portland, Maine; es hat eine 10 nm hohe Öffnung und wurde 1997 fertiggestellt.

Design

Jede Zugbrücke ist ein einzigartiges Bauwerk, das für ihren besonderen Standort und die Verkehrsanforderungen entwickelt wurde. Es gibt mindestens ein halbes Dutzend verschiedener Designkonzepte, aber das gebräuchlichste ist der Bascule-Typ. Bei zweiflügeligen oder vierflügeligen (eine zweiflügelige Brücke mit separaten Flügeln für jede Fahrzeugverkehrsrichtung) Klappbrücken kann jeder Flügel unabhängig angehoben und abgesenkt werden.

Der Kraftaufwand zum Anheben und Absenken der Klappflügel wird stark reduziert, indem jeder Flügel mit einem kompakten Gewicht auf der gegenüberliegenden Seite der Schwenkachse (Drehzapfen) ausgeglichen wird. Bei verschiedenen Klappkonstruktionen kann sich dieses Gegengewicht über der Fahrbahn befinden und beim Anheben der Brücke unter die Fahrbahn geschwenkt werden, oder es kann sich unter der Fahrbahn befinden und in ein Untergeschoss (oft weit unter die Wasserlinie) absenken, da die Brücke öffnet sich. Das Gegengewicht ist ein massiver Betonkasten, der Kammern enthält, in die schwere Metallstangen eingeführt werden können, um das Gewicht und seine Verteilung zu verändern. Es kann sich neben dem Drehzapfen befinden oder, um eine größere Hebelwirkung zu erzielen, einige Yards (Meter) zurückversetzt sein. Als Beispiel wird jedes Paar von 500 Tonnen (450 Tonnen) Blättern auf der Casco Bay Bridge mit einem 800 Tonnen (720 Tonnen) Gegengewicht ausbalanciert.

Neben den Flügeln und den Gegengewichten sind der Drehzapfen und der Hubmechanismus die anderen Hauptelemente einer Klappbrücke. Ein einzelner Stahlzapfen mit einem Durchmesser von bis zu 3 m (10 ft) und einer Länge von 65 ft (20 m) oder mehr kann für einen Flügel der beweglichen Spannweite verwendet werden; oder es kann für jede Seite jedes Blattes ein separater kurzer Drehzapfen verwendet werden. Der Hubmechanismus ist in der Regel ein elektromotorisch angetriebenes Zahnstangen-Ritzel-Getriebe.

Der Herstellungsprozess

Obwohl jede Installation anders ist, folgt im Folgenden eine allgemeine Beschreibung des Baus einer Klappbrücke.

Piers

• 1 Wenn die Klappstützpfeiler im Wasser liegen, wird für jeden Pfeiler ein Kofferdamm um das Gelände gebaut. Stahlplatten werden ins Wasser abgesenkt und in das Flussbett getrieben, um eine Kiste zu bilden. Ein Clamshell-Bagger A. Klappgrube. B. Kotflügelsystem. C. Brückenpfeiler. entfernt Schmutz im Kofferdamm. Pfähle werden tief in das Flussbett eingebracht, um das große Gewicht des Piers und der Klappblätter zu tragen. In Bohrlöcher können Stahlpfähle gerammt oder Stahlbetonpfähle gegossen werden. Der Boden des Kofferdamms ist mit einer Betonschicht abgedichtet. Das Wasser wird aus dem Kofferdamm gepumpt, um einen trockenen Bereich für den Bau des Piers zu schaffen.
• 2 Formen werden gebaut, um die Betonpfeiler zu formen. Stahlstäbe (Bewehrungsstäbe) werden zu einem sorgfältig konstruierten Bewehrungskorb für das Innere des Pfeilers zusammengebunden. Der Bewehrungskorb wird in die Schalung abgesenkt. Die Formen sind mit Beton gefüllt. Wenn der Beton ausgehärtet ist, werden die Schalungen entfernt. Um die Wasserlinie herum kann eine Schutzschicht aus einem erosionsbeständigen Material, wie beispielsweise Granit, an der Pier angebracht werden. Der Kofferdamm wird entfernt.
• 3 Um den Pier herum kann ein Fender gebaut werden, um ihn vor dem Aufprall von fahrenden Schiffen zu schützen. Auf der Casco-Brücke wurden zum Beispiel große Betonzylinder stromaufwärts und stromabwärts von jedem Pfeiler errichtet, um die Enden eines Stahlfenders zu stützen. Der Kotflügel war mit rutschigem Kunststoff verkleidet, um kleinere Stöße abzuwehren. Bei stärkeren Stößen kann sich der Fender gegen Gummipuffer und ggf. gegen zerbrechliche Betonhohlkästen auslenken, die verhindern würden, dass der Aufprall den Pfeiler selbst beschädigt.

Klappblätter

• 4 Ein oder mehrere Drehzapfen sind auf Stützen innerhalb des Piers montiert.
• 5 Ein Gegengewicht wird konstruiert und im Pier platziert.
• 6 In der Pier sind Zahnradantriebe und/oder hydraulische Hebemechanismen installiert.
• 7 Für den Fersenbereich jedes Stegs werden zwei Seitenträger konstruiert. Ein Zapfenlager ist in einer Öffnung in jedem Träger montiert. Der Träger kann mit Zahnrädern ausgestattet sein, die mit dem Hubmechanismus kämmen, oder er kann mit Paddeln ausgestattet sein, gegen die Hydraulikzylinder drücken können.
• 8 Die beiden Seitenträger werden in den Pier gehoben und über die Enden des Drehzapfens gelockert. Das Fersenteil wird durch eine Querstrebe abgeschlossen, die die beiden Seitenträger verbindet. Das Gegengewicht ist am Fersenteil befestigt.
• 9 Zusätzliche Längsträger können zwischen den Seitenträgern angehoben und am Fersenteil befestigt werden. Zwischen den Seitenträgern und allen anderen Längsträgern werden Stahlstreben befestigt. Wenn dem Flügel Teile hinzugefügt werden, muss auch dem Gegengewicht eine angemessene Menge Gewicht hinzugefügt werden, um die Stabilität zu gewährleisten. Dies ist besonders wichtig, wenn die Brücke in geschlossener Position gebaut wird und während des Baus geöffnet werden muss, um den Seeverkehr passieren zu lassen.
• 10 Das Blatt wird durch das Anbringen eines Spitzenabschnitts vervollständigt, der die Seitenträger (und eventuelle Längsträger) am Ende gegenüber der Ferse verbindet. An den Flügelspitzen sind sogenannte Spannschlösser angebracht, um gegenüberliegende Flügel zu verbinden, wenn die Brücke unten ist, damit Fahrzeuge, die auf der Brücke fahren, die Flügel nicht zum Springen bringen. Zusätzliche Schlösser können die Flügel in ihrer geöffneten Position sichern, damit der Wind sie nicht nach unten drückt.

Abschluss

• 11 Platten aus Stahlrost-Terrassendielen werden auf dem Flügel montiert. Manchmal wird eine dünne Betonoberfläche hinzugefügt.
• 12 Das endgültige Auswuchten wird erreicht, indem schwere Eisen-, Stahl- oder Bleistangen in die richtigen Gegengewichtsfächer gelegt werden. Bei richtiger Ausbalancierung ist der Flügel etwas schwerer als das Gegengewicht, sodass die Schwerkraft die Brücke sanft senkt (schließt).

Laufende Anpassungen

Während der gesamten Lebensdauer der Brücke müssen Gegengewichtseinstellungen vorgenommen werden. Kurzfristige Anpassungen gleichen beispielsweise Eis- oder Schneeansammlungen aus. Langfristige Anpassungen gleichen Blattgewichtsänderungen aufgrund von Aktivitäten wie Pflastern oder Streichen aus. Bei der Renovierung der 75 Meter langen High Street Bridge im kalifornischen Alameda County im Jahr 1996 wurden 11.000 kg (25.000 Pfund) Farbe und Grundierung von den beiden Klappblättern entfernt. Die Gegengewichte mussten vor und nach der Neulackierung der Spannweite angepasst werden.

Ein dramatisches Beispiel für die Notwendigkeit, ein angemessenes Gegengewicht aufrechtzuerhalten, zeigte ein Unfall auf der Michigan Avenue Bridge in Chicago am 20. September 1992. Die zweistöckige, zweiflügelige Klappbrücke wurde gerade repariert, und die Betonplatten waren abgetragen sowohl das Ober- als auch das Unterdeck. Ein großer Kran war hinter dem Drehzapfen eines Flügels geparkt, knapp über einem Gegengewicht, das nicht erleichtert worden war, um den Pflasterabbau zu kompensieren. Sicherheitsschlösser können auch falsch eingerastet oder defekt sein. Die gegenüberliegende Seite der Brücke wurde geöffnet, um ein Boot passieren zu lassen. Als es sich schloss und sich mit der unten gebliebenen Seite verband, wurde die statische Hälfte so stark erschüttert, dass sie ihre unausgeglichene Energie freisetzte. Laut einer Analyse im Journal of the American Society of Mechanical Engineers . sprang das Blatt „ohne Vorwarnung wie ein gigantisches Katapult hoch und schleuderte Ausrüstung und Schutt Hunderte von Fuß über den Wacker Drive in Busse, Autos und Fußgängerverkehr“. . Der Artikel fuhr fort:"Die schnelle Drehung der Brücke riss sie aus ihren Drehzapfenlagern und die gesamte Spannweite knallte auf den Boden der Gegengewichtsgrube." Sechs Menschen wurden verletzt, als sie aus einem von herumfliegenden Trümmern erfassten Bus kletterten, und die Heckscheibe eines besetzten Autos wurde von der Abrissbirne des Krans zertrümmert, als dieser von der Brücke fiel.

Die Zukunft

Es gibt zwei Kategorien von Innovationen bei beweglichen Brücken. Zu den Verfeinerungen traditioneller Konstruktionen gehört die Minimierung des Baus großer, untergetauchter Gruben, um Gegengewichte aufzunehmen, wenn die Brücke geöffnet ist. Beispielsweise ermöglicht die 1998 begonnene 17th Street Causeway Bridge in Fort Lauderdale, Florida, kompakten Gegengewichten, innerhalb von V-förmigen Stützpfeilern zu schwingen, anstatt in Keller unter sperrigen Pfeilern. Die 1995 fertiggestellte South Eighth Street Bridge in Sheboygan, Wisconsin, kommt trotz ihres vergleichsweise schweren Stahlbetondecks ohne Gegengewicht aus. Die 25 m lange, einflügelige Klappe wird nicht über ein Zahnradgetriebe angetrieben, sondern wird von einem leistungsstarken Hydrauliksystem bewegt.

Andere bewegliche Brückeninnovationen führen völlig neue Konzepte ein. Die Baltic Millennium Bridge in Gateshead, England (die 2001 der Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden soll), besteht beispielsweise aus zwei parabolischen Bögen, die durch eine Reihe paralleler Kabel verbunden sind. Wenn die Brücke geschlossen ist, ist ein Bogen horizontal und der andere vertikal. Die Brücke öffnet sich, indem sie als komplette Einheit vertikal gedreht wird, wobei der horizontale Bogen angehoben und der vertikale Bogen abgesenkt wird, bis beide ungefähr 45 ° und 50 m über der Wasseroberfläche liegen. Die Stahl- und Aluminiumkonstruktion soll den Fußgänger- und Fahrradverkehr über den 125 Meter breiten Fluss Tyne transportieren.