Γέφυρα με δοκούς

Η γέφυρα με προβόλους είναι μια γέφυρα που κατασκευάζεται με τη χρήση προβόλου. Ένα ακρόβαθρο στηρίζεται μόνο στο ένα άκρο. Για μικρές πεζογέφυρες, οι προβόλοι μπορεί να είναι απλές δοκοί. Για μεγάλες γέφυρες με προβόλους, σχεδιασμένες για οδική ή σιδηροδρομική κυκλοφορία, οι προβόλοι είναι δοκοί κατασκευασμένοι από δομικό χάλυβα ή κιβωτιοειδείς δοκοί κατασκευασμένες από προεντεταμένο σκυρόδεμα. Η χαλύβδινη γέφυρα προβόλων ήταν μια σημαντική μηχανολογική ανακάλυψη όταν χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά, επειδή μπορεί να καλύψει αποστάσεις άνω των 460 μέτρων (1.500 ποδών). Μπορούν να κατασκευαστούν ευκολότερα σε δύσκολες διαβάσεις, καθώς δεν χρειάζεται να στηριχθούν κατά τη διάρκεια της κατασκευής.

Προέλευση

Οι μηχανικοί του δέκατου ένατου αιώνα γνώριζαν ότι μια γέφυρα που κατασκευάζεται σε πολλαπλά στηρίγματα κατανέμει τα φορτία μεταξύ τους. Αυτό σήμαινε ότι θα υπήρχαν μικρότερες τάσεις στη δοκό ή το δικτυωτό και ότι μπορούσαν να κατασκευαστούν μεγαλύτερα ανοίγματα. Αρκετοί μηχανικοί του δέκατου ένατου αιώνα σχεδίασαν συνεχείς γέφυρες με σημεία άρθρωσης στο μέσο του ανοίγματος. Η χρήση ενός μεντεσέ στο σύστημα πολλαπλών ανοιγμάτων σήμαινε ότι οι μηχανικοί μπορούσαν να υπολογίσουν καλύτερα τα φορτία και τις τάσεις στη γέφυρα Σήμαινε επίσης ότι η γέφυρα μπορούσε να χειριστεί τα θεμέλια που καθιζάνουν με διαφορετικούς ρυθμούς.

Ο Heinrich Gerber ήταν ένας από τους μηχανικούς που απέκτησε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για αρθρωτή δοκό (1866) και αναγνωρίζεται ως ο πρώτος που κατασκεύασε μια τέτοια δοκό. Η γέφυρα Hassfurt πάνω από τον ποταμό Main στη Γερμανία έχει κεντρικό άνοιγμα 124 πόδια (38 μέτρα). Ολοκληρώθηκε το 1867 και ήταν η πρώτη σύγχρονη γέφυρα με προβόλους. Άλλες πρώιμες γέφυρες με προβόλους ήταν η Υψηλή Γέφυρα του Κεντάκι από τον C. Shaler Smith (1877), η Γέφυρα Νιαγάρα με προβόλους από τον Charles Conrad Schneider (1883) και η Γέφυρα Poughkeepsie από τους John Francis O'Rourke και Pomeroy P. Dickinson (1889). Η γέφυρα του ποταμού Κεντάκι υπερέβαινε ένα φαράγγι βάθους 84 μέτρων (275 ποδών). Κατασκευάστηκε με καντήλι, πράγμα που σήμαινε ότι δεν χρειαζόταν να στηριχθεί κατά τη διάρκεια της κατασκευής. Η πιο διάσημη πρώιμη γέφυρα προβόλου είναι η σιδηροδρομική γέφυρα Forth. Αυτή η γέφυρα κατείχε το ρεκόρ για το μεγαλύτερο άνοιγμα στον κόσμο για 17 χρόνια.

Ο Benjamin Baker έδειξε τον τρόπο λειτουργίας του συστήματος cantilever στη φωτογραφία στα αριστερά. Το αναρτημένο άνοιγμα, όπου κάθεται ο Kaichi Watanabe, φαίνεται στο κέντρο. Η ανάγκη αντίστασης στη συμπίεση της κάτω χορδής φαίνεται από τη χρήση ξύλινων στύλων, ενώ η τάση της άνω χορδής φαίνεται από τα τεντωμένα χέρια. Η δράση των εξωτερικών θεμελίων ως αγκυρίων για το ακρόβαθρο φαίνεται στην τοποθέτηση των αντίβαρων.

Λειτουργία

Γέφυρα με ακρόβαθρο.-Μια κατασκευή της οποίας τουλάχιστον ένα τμήμα λειτουργεί ως αγκύρωση για τη στήριξη ενός άλλου τμήματος που εκτείνεται πέρα από τον προβλήτα στήριξης.

- John Alexander Low Waddell, Μηχανικός Γέφυρας

Ένα απλό άνοιγμα προβόλου σχηματίζεται από δύο βραχίονες προβόλου που εκτείνονται από τις αντίθετες πλευρές του προς διέλευση εμποδίου και συναντώνται στο κέντρο. Με ένα αναρτημένο άνοιγμα, οι βραχίονες δεν συναντώνται στο κέντρο- αντίθετα, στηρίζουν μια κεντρική γέφυρα με δικτυωτό φορέα που στηρίζεται στα άκρα των βραχιόνων. Το αναρτημένο άνοιγμα μπορεί να κατασκευαστεί εκτός του εργοταξίου και να ανυψωθεί στη θέση του, ή να κατασκευαστεί στη θέση του με τη χρήση ειδικών μετακινούμενων στηριγμάτων.

με ισορροπημένο ακρόβαθρο, το άνοιγμα ισορροπεί από ακρόβαθρα που κινούνται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Εάν αυτά αγκυρώνονται σε στερεά θεμέλια, ονομάζονται βραχίονες αγκύρωσης. Σε μια γέφυρα που χτίζεται σε δύο θεμέλια, υπάρχουν τέσσερις βραχίονες προβόλου: δύο που καλύπτουν το εμπόδιο και δύο βραχίονες αγκύρωσης που εκτείνονται μακριά από το εμπόδιο. Λόγω της ανάγκης για μεγαλύτερη αντοχή στα στηρίγματα του ισορροπημένου βραχίονα, η ανωδομή της γέφυρας παίρνει συχνά τη μορφή πύργων πάνω από τους πυλώνες θεμελίωσης. Η γέφυρα Commodore Barry είναι ένα παράδειγμα αυτού του τύπου γέφυρας προβόλου.

Τα χαλύβδινα δοκάρια υποστηρίζουν φορτία με εφελκυσμό των άνω μελών και συμπίεση των κάτω. Συνήθως, η κατασκευή κατανέμει τον εφελκυσμό μέσω των βραχιόνων αγκύρωσης στα εξωτερικά στηρίγματα, ενώ η συμπίεση μεταφέρεται στα θεμέλια κάτω από τους κεντρικούς πύργους.

Οι ισορροπημένες γέφυρες προβόλου από προεντεταμένο σκυρόδεμα κατασκευάζονται συχνά με τμηματική κατασκευή.

Διάγραμμα των τμημάτων της γέφυρας John P. Grace Memorial Bridge

Μέθοδοι κατασκευής

Ορισμένες ατσάλινες τοξωτές γέφυρες (όπως η γέφυρα Νάβαχο) κατασκευάζονται με αμιγώς προβαλλόμενα ανοίγματα από κάθε πλευρά. Αυτές στη συνέχεια ενώνονται με πείρο, συνήθως αφού διαχωριστεί το σημείο συνάντησης. Όταν αφαιρούνται οι γρύλοι και προστίθεται το κατάστρωμα της γέφυρας, η γέφυρα μετατρέπεται σε τοξωτή γέφυρα δικτυώματος. Μια τέτοια μη υποστηριζόμενη κατασκευή είναι δυνατή μόνο εάν υπάρχει κατάλληλος βράχος για να στηρίξει την τάση στην άνω χορδή του ανοίγματος κατά τη διάρκεια της κατασκευής, περιορίζοντας συνήθως αυτή τη μέθοδο στη διάνοιξη στενών φαραγγιών.

Λίστα κατά μήκος

Οι μακρύτερες γέφυρες του κόσμου (με βάση το μεγαλύτερο άνοιγμα):

Γέφυρα του Κεμπέκ (Κεμπέκ, Καναδάς) 549 μέτρα (1.800 πόδια)
Γέφυρα Forth (Firth of Forth, Σκωτία) 2 x 1.710 πόδια (521 m)
Γέφυρα Minato (Οσάκα, Ιαπωνία) 510 μέτρα (1.673 πόδια)
Γέφυρα Commodore Barry (Τσέστερ, Πενσυλβάνια, ΗΠΑ) 501 μέτρα (1.644 πόδια)
Crescent City Connection (διπλά ανοίγματα) (Νέα Ορλεάνη, Λουιζιάνα, ΗΠΑ) 1.575 πόδια (480 m)
Γέφυρα Howrah (Καλκούτα, Δυτική Βεγγάλη, Ινδία) 457 μέτρα (1.500 πόδια)
Γέφυρα Veterans Memorial Bridge (Gramercy, Λουιζιάνα, ΗΠΑ) 445 μέτρα (1.460 πόδια)
Γέφυρα Κόλπου Σαν Φρανσίσκο - Όκλαντ (East Bay Span) (Σαν Φρανσίσκο, Καλιφόρνια, ΗΠΑ) 427 μέτρα (1.400 πόδια)
Γέφυρα Horace Wilkinson (Baton Rouge, Λουιζιάνα, ΗΠΑ) 1.235 πόδια (376 μ.)
Γέφυρα Tappan Zee (South Nyack, Νέα Υόρκη & Tarrytown, Νέα Υόρκη, ΗΠΑ) 369 μέτρα (1.212 πόδια)

Παραδείγματα

Η γέφυρα του Κεμπέκ έχει τη γενική δομή που παρουσιάστηκε παραπάνω.

Η σιδηροδρομική γέφυρα Firth of Forth με τους τρεις διπλούς βραχίονες της

Ανατολικό άνοιγμα της γέφυρας του κόλπου Σαν Φρανσίσκο - Όκλαντ

Το αρχικό άνοιγμα της γέφυρας Blue Water του 1938.

Ερωτήσεις και απαντήσεις

Ερ: Τι είναι η γέφυρα με προβόλους;

A: Μια γέφυρα με ακρόβαθρο είναι μια γέφυρα που κατασκευάζεται με τη χρήση ενός ακροβάθρου, το οποίο στηρίζεται μόνο στο ένα άκρο.

Ερ: Τι μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως προβόλος για μικρές πεζογέφυρες;

Α: Για μικρές πεζογέφυρες, οι προβόλοι μπορούν να είναι απλές δοκοί.

Ερ: Από τι κατασκευάζονται οι προβόλοι για μεγάλες γέφυρες με προβόλους που έχουν σχεδιαστεί για οδική ή σιδηροδρομική κυκλοφορία;

Α: Για μεγάλες γέφυρες με προβόλους που έχουν σχεδιαστεί για οδική ή σιδηροδρομική κυκλοφορία, οι προβόλοι είναι δοκοί κατασκευασμένοι από δομικό χάλυβα ή κιβωτιοειδείς δοκοί κατασκευασμένες από προεντεταμένο σκυρόδεμα.

Ερ: Ποιο πλεονέκτημα έχουν οι χαλύβδινες γέφυρες προβόλου σε σύγκριση με άλλους τύπους γεφυρών;

Α: Οι χαλύβδινες γέφυρες προβόλων έχουν το πλεονέκτημα ότι μπορούν να καλύπτουν αποστάσεις άνω των 1.500 ποδών, γεγονός που τις καθιστά μια σημαντική τεχνολογική ανακάλυψη.

Ερ: Σε ποιες δύσκολες διαβάσεις μπορούν να κατασκευαστούν οι γέφυρες προβόλου ευκολότερα από άλλους τύπους γεφυρών;

Α: Οι γέφυρες με προβόλους μπορούν να κατασκευαστούν ευκολότερα σε δύσκολες διαβάσεις, επειδή δεν χρειάζεται να στηρίζονται κατά τη διάρκεια της κατασκευής.

Ερ: Πώς λειτουργεί ένα ακρόβαθρο ως στήριγμα γέφυρας;

Α: Ο προβόλος είναι ένα στήριγμα που στηρίζεται μόνο στο ένα άκρο και μπορεί να εκτείνεται από μια κατασκευή για να παρέχει στήριξη σε μια γέφυρα.

Ερ: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των προβόλων που χρησιμοποιούνται σε μικρές και μεγάλες γέφυρες με προβόλους;

Α: Για μικρές πεζογέφυρες, οι προβόλοι μπορεί να είναι απλές δοκοί, ενώ για μεγάλες γέφυρες με προβόλους που έχουν σχεδιαστεί για οδική ή σιδηροδρομική κυκλοφορία, οι προβόλοι είναι δοκοί κατασκευασμένες από δομικό χάλυβα ή κιβωτιοειδείς δοκοί κατασκευασμένες από προεντεταμένο σκυρόδεμα.