Cantilever bridge

En bro med fribärande konstruktion är en bro som byggs med hjälp av en fribärande konstruktion. En kragarm har endast stöd i ena änden. För små gångbroar kan kragarna vara enkla balkar. För stora broar som är konstruerade för väg- eller järnvägstrafik är de kragar som används spännstolar av konstruktionsstål eller lådbalkar av förspänd betong. Stålspärrbroar var ett stort tekniskt genombrott när de användes för första gången, eftersom de kan sträcka sig över avstånd på över 460 meter (1 500 fot). De kan lättare byggas vid svåra korsningar eftersom de inte behöver stödjas under byggandet.

Ursprung

Ingenjörer på 1800-talet visste att en bro som byggdes över flera stöd skulle fördela belastningen mellan dem. Detta innebar att spänningarna i balken eller fackverket skulle bli lägre och att man kunde bygga längre spännvidder. Flera av 1800-talets ingenjörer konstruerade kontinuerliga broar med gångjärnspunkter mitt i spännvidden. Användningen av ett gångjärn i ett system med flera spännvidder innebar att ingenjörerna bättre kunde beräkna belastningarna och spänningarna på bron.

Heinrich Gerber var en av de ingenjörer som fick patent på en gångjärnsbalk (1866) och anses vara den förste som byggde en sådan. Hassfurtbron över floden Main i Tyskland har ett centralt spann på 38 meter. Den färdigställdes 1867 och var den första moderna karmbron. Andra tidiga fribärarbroar var High Bridge of Kentucky av C. Shaler Smith (1877), Niagara Cantilever Bridge av Charles Conrad Schneider (1883) och Poughkeepsie Bridge av John Francis O'Rourke och Pomeroy P. Dickinson (1889). Kentucky River Bridge spände sig över en 84 meter djup ravin. Den byggdes med en cantilver vilket innebar att den inte behövde stödjas under byggandet. Den mest kända tidiga kantiljebron är Forth Rail Bridge. Denna bro innehade rekordet för världens längsta spännvidd i 17 år.

Benjamin Baker visade på bilden till vänster hur systemet med karmstödet fungerade. Det upphängda spannet, där Kaichi Watanabe sitter, syns i mitten. Behovet av att motstå kompressionen i det nedre ackordet framgår av användningen av trästolpar medan spänningen i det övre ackordet visas av de utsträckta armarna. Att de yttre fundamenten fungerar som ankare för klyftan syns i placeringen av motvikterna.

Funktion

Cantilever Bridge.- En konstruktion där minst en del fungerar som en förankring för att stödja en annan del som sträcker sig bortom den bärande piren.

- John Alexander Low Waddell, broteknik

En enkel karmspännare bildas av två karmarmar som sträcker sig från motsatta sidor av det hinder som ska överskridas och möts i mitten. Vid en hängande spännvidd möts inte kragarmarna i mitten, utan de stödjer istället en central fackverksbro som vilar på kragarmarnas ändar. Den upphängda spännvidden kan byggas utanför byggplatsen och lyftas på plats, eller byggas på plats med hjälp av speciella rörliga stöd.

Med en balanserad karm är spännvidden balanserad av karm som går i motsatt riktning. Om dessa är förankrade i fasta fundament kallas de för ankararmar. I en bro som är byggd på två grundpelare finns det fyra kragarmar: två som sträcker sig över hindret och två ankararmar som sträcker sig bort från hindret. På grund av behovet av mer styrka vid de balanserade kragarmarnas stöd har broöverbyggnaden ofta formen av torn ovanför grundpelarna. Commodore Barry Bridge är ett exempel på denna typ av fribärarbro.

Stålspännare bär upp belastningar genom att de övre delarna spänns och de nedre delarna trycks ihop. Vanligtvis distribuerar konstruktionen spänningen genom ankararmarna till de yttersta stöden, medan kompressionen transporteras till fundamenten under de centrala tornen.

Balanserade broar med balanserade kragar i spänningsbetong byggs ofta med segmentkonstruktion.

Ett diagram över delarna av John P. Grace Memorial Bridge

Konstruktionsmetoder

Vissa stålbågsbroar (t.ex. Navajobron) är byggda med rena utskjutande spännvidder från varje sida. Dessa sammanfogas sedan med en stift, vanligen efter att ha tvingat isär mötespunkten. När domkrafterna tas bort och brodäck läggs på blir bron en fackverksbågsbro. En sådan konstruktion utan stöd är endast möjlig om det finns lämpliga bergarter som kan stödja spänningen i spännens övre band under konstruktionen, vilket vanligtvis begränsar denna metod till att spänna över smala raviner.

Lista efter längd

Världens längsta broar (efter längsta spännvidd):

Quebec Bridge (Quebec, Kanada) 549 m (1 800 fot)
Forth Bridge (Firth of Forth, Skottland) 2 x 521 m (1 710 fot)
Minato-bron (Osaka, Japan) 510 meter (510 m)
Commodore Barry Bridge (Chester, Pennsylvania, USA) 501 meter (501 m)
Crescent City Connection (dubbla spännvidder) (New Orleans, Louisiana, USA) 480 m (1 575 fot)
Howrah Bridge (Kolkata, Västbengalen, Indien) 457 meter.
Veterans Memorial Bridge (Gramercy, Louisiana, USA) 445 meter (445 m)
San Francisco - Oakland Bay Bridge (East Bay Span) (San Francisco, Kalifornien, USA) 427 m (1 400 fot)
Horace Wilkinson Bridge (Baton Rouge, Louisiana, USA) 376 m (1 235 fot)
Tappan Zee Bridge (South Nyack, New York & Tarrytown, New York, USA) 369 meter (369 m)

Exempel

Quebecbron har den allmänna struktur som visas ovan.

Järnvägsbron över Firth of Forth med sina tre dubbla utkragningar.

Den östra delen av San Francisco-Oakland Bay Bridge

Blue Water-bron från 1938.

Frågor och svar

F: Vad är en utskjutande bro?

S: En cantileverbro är en bro som byggs med hjälp av en cantilever, som endast stöds i ena änden.

F: Vad kan användas som utliggare för små gångbroar?

S: För små gångbroar kan utliggarna vara enkla balkar.

F: Vad består utkragningarna av i stora utkragande broar för väg- eller järnvägstrafik?

S: För stora utkragande broar avsedda för väg- eller järnvägstrafik är utkragarna fackverk byggda av konstruktionsstål eller lådbalkar byggda av förspänd betong.

F: Vilka fördelar har utskjutande stålfackverksbroar jämfört med andra typer av broar?

S: Fackverksbroar av stål har fördelen att de kan spänna över avstånd på över 1 500 fot, vilket gör dem till ett stort tekniskt genombrott.

F: Vid vilka svåra korsningar är det lättare att bygga cantileverbroar än andra typer av broar?

S: Utskjutande broar kan lättare byggas vid svåra korsningar eftersom de inte behöver stödjas under konstruktionen.

F: Hur fungerar en cantilever som brostöd?

S: En cantilever är ett stöd som endast stöds i ena änden och som kan sträcka sig ut från en konstruktion för att ge stöd åt en bro.

F: Vad är skillnaden mellan de utkragningar som används i små och stora utkragningsbroar?

S: För små gångbroar kan utkragningarna vara enkla balkar, medan utkragningarna för stora utkragningsbroar avsedda för väg- eller järnvägstrafik är fackverk byggda av konstruktionsstål eller lådbalkar byggda av förspänd betong.