10 Fortschritte beim Brückendesign, von dem Sie nichts wussten

Verrückte Brücken

Ingenieure, die Brücken entwerfen, untersuchen frühere Brückenfehler und lernen, bessere Brücken für die Zukunft zu bauen. Obwohl Brücken seit Jahrhunderten gebaut wurden, hat sich jedes neue Brückendesign und jede neue Technologie aus den Lehren aus der Geschichte des Brückenbaus entwickelt. Es waren einmal Brücken aus Holz. Irgendwann ersetzte Eisen Holz, und Stahl ersetzte Eisen. Betonstrukturen wurden in den letzten Generationen als Stand der Technik angesehen, aber rissender Beton wurde durch Aggregatmischungen und neue Verbindungen ersetzt. Ein schlechtes aerodynamisches Design und merkwürdige Probleme wie Torsion und Resonanz haben ihren Platz in der Reihe von Dingen eingenommen, die zum Versagen von Brücken führen können, wie z.

Brückeningenieure lösen jedoch weiterhin Probleme, indem sie neue Lösungen für sie entwickeln. Die grundlegenden strukturellen Komponenten der Brückenkonstruktion; Bögen, Balken, Traversen und Aufhängungen werden in immer besseren und komplexen Variationen eingesetzt. Diese traditionellen Technologien entwickeln sich weiter, während Wissenschaftler und Ingenieure an der Entwicklung neuer Materialien, neuer Bautechniken und neuer Systeme arbeiten, um alle Prozesse im Zusammenhang mit dem Brückenbau zu bewerten. Zu den jüngsten Fortschritten gehört die Technologie, die seit einiger Zeit implementiert wurde, andere wurden gerade mit Blick auf die zukünftige Entwicklung eingeführt. All dies ist das Ergebnis des Wunsches, Orte zu erreichen und Hindernisse zu überwinden, indem Strukturen verwendet werden, die das schaffen, was bisher nicht möglich war.

Hier sind 10 neue Fortschritte im Brückendesign.

1. Unbemannte Luftfahrzeuge (UAVS)

UAVS sind in der Lage, Bilder und Daten über eine Brückenbaustelle zu sammeln. Die Informationen, die den Kunden zur Verfügung gestellt werden, sind präzise und zeitnah, was neue Aspekte des Projektmanagements und der Projektüberwachung bietet. Die UAVS können Standortinspektionen durchführen, indem sie Fotografie, Video, Vermessung und Kartierung sammeln und Routen und Infrastruktur planen. Diese Drohnen können Zeit sparen und genaue Daten über Brückenbaustellen im Auftrag von Kunden liefern.

2. Thermoplastische Brücken

Diese Brücken bestehen zu fast 100% aus recycelten und industriellen Kunststoffen. Die Wissenschaftler der Rutgers University arbeiteten zusammen mit Axion International, Inc., um das thermoplastische Material herzustellen. Es wurde zuerst in Eisenbahnschwellen eingesetzt. 2009 wurden in Fort Bragg, North Carolina, die ersten Brücken der Welt aus Thermoplast gebaut. Die strukturellen Komponenten, einschließlich Pfeiler, Träger, Geländer, Pfeilerkappen und Decking, wurden aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt. Die Konstruktionen waren in der Lage, einen 71 Tonnen schweren Tank zu tragen.

3. Vorgefertigte Brückenelemente und -systeme (PBES)

PBES sind Brückenkomponenten, die entweder in der Nähe der Brücke oder außerhalb der Brücke gebaut werden. Diese Komponenten werden weg vom Brückenverkehr zur Baustelle transportiert und können sehr schnell installiert werden. Dies ist eine gewaltige Änderung gegenüber traditionellen Verfahren, bei denen Beton verwendet wird, der verstärkt, gegossen und Zeit zum Härten gelassen werden muss. Die PBES-Komponenten sind stärker und widerstandsfähiger gegen natürliche Elemente als traditionelle Materialien.

4. Seismisches Design, Retrofit und Leistung

In den letzten Jahrzehnten haben Wissenschaftler aus der ganzen Welt an der Entwicklung von Systemen zur Bewertung potenzieller Risiken und Schäden an Brücken im Zusammenhang mit seismischer Aktivität gearbeitet. In der Vergangenheit waren lineare Bewertungen üblich. Nun werden jedoch Fallstudien mit neuen nichtlinearen Analysetechniken durchgeführt. Brücken unterliegen nichtlinearem Verhalten, wenn schwere seismische Ereignisse auftreten. Sie haben gesehen und aufgezeichnet, wie sie sich in den schlimmsten Fällen verdrehten und verbogen, und die daraus resultierenden Schäden waren teuer und für die Reparatur gefährlich. Wissenschaftler untersuchen die Zeitverlaufsanalyse, um Informationen über die besten Möglichkeiten zur Nachrüstung älterer Brücken und zur Verbesserung ihrer Leistung unter schweren seismischen Bedingungen bereitzustellen.

Ein berühmtes Beispiel für eine seismische Nachrüstung ist die Golden Gate Bridge in San Francisco. Das Ziel des Projekts "Seismic Retrofit Phase IIIB" bestand darin, die Brücke an die aktuellen Sicherheitsstandards für seismische Ereignisse anzupassen und sicherzustellen, dass sie nach einem maximal glaubwürdigen Erdbeben ihre Funktionalität beibehält. Das MCE wird mit mehreren Bewegungsverlagerungen der Unterstützungsflächen und dreistufigen Zeitverläufen analysiert. Caltrans hat spezifische Konstruktionskriterien für das Bauen mit seismischen Ereignissen im Auge, und die bestehenden Hängebrücken der Golden Gate Bridge und Haupttürme wurden einer strategischen Bewertung unterzogen.

5. Beschleunigte Brückenbautechniken

Accelerated Bridge Construction oder ABC umfasst die innovative Planung und Konstruktion sowie den Einsatz von Methoden und Materialien, die die Bauzeit vor Ort reduzieren. Dieser Ansatz kann für neue oder Ersatzbrücken und für die Brückenrehabilitation verwendet werden. Die US-Bundesbehörde für Verkehrsbehörden (Federal Department of Transportation) stellt Online-Ressourcen zur Verfügung, die einen analytischen Hierarchieprozess umfassen, mit dem Transportfachleute feststellen können, ob traditionelle oder ABC-Methoden für ein bestimmtes Brückenbauprojekt am effektivsten sind.

ABC-Projekte nutzen neue geotechnische und strukturelle Lösungen. Eines davon ist das integrierte Brückensystem (IBS) von Geosynthetic Reinforced Soil (GRS). Die GRS-IBS-Technologie wechselt Geotextil-Verstärkungsgewebeblätter abwechselnd mit Lagen aus verdichtetem Füllmaterial für die Brückenunterstützung. Es bietet eine glatte Straße, um den Übergang zu überbrücken, und reduziert die Baukosten und den Zeitaufwand.

6. Neue Floating-Bridge-Technologie

Der Bundesstaat Washington hat die vier längsten schwimmenden Brücken der Erde. Es war nicht möglich, konventionelle Brücken zu bauen, die die Gewässer überspannen. Daher baute der Staat auf Pontons schwimmende Brücken. Aber die längste, die berühmte Brücke der Route 520 wurde erstmals 1963 gebaut, so dass sie 2011 renoviert werden musste. Das State Department of Transportation entwickelte eine neue spezialisierte Beton- und Betongießmethode, um die 77 neuen Pontons herzustellen, die die Brücke in sechs Bahnen ausdehnen und die Brücke noch länger machen musste. Die wasserdichten Pontons sind Ende an Ende miteinander verbunden, und die Fahrbahn ist über ihnen befestigt. Anker aus Stahlbeton, die an dicken Stahlseilen befestigt sind, helfen dabei, die Pontons zu halten, wodurch ein System geschaffen wird, mit dem Straßenschwankungen vermieden werden. Die Betonmischung ist neuartig, da sie Mikrosilizien und Flugasche enthält, um Salzwasser zu bekämpfen, das dazu neigt, das darin eingetauchte Material zu korrodieren. Eine weitere Technologie war die Installation von Rohrleitungen in der Kielplatte am unteren Ende des Pontons, die während des Gießvorgangs auf die gleiche Temperatur wie die Wände erhitzt wurden. Dadurch konnten beide Komponenten abkühlen und zusammenschrumpfen, wodurch Risse beseitigt wurden.

7. Brückendecks aus Verbundmaterial

In der Vergangenheit wurden Brückendecks am häufigsten mit Asphalt ausgelegt. Es ist ein relativ kostengünstiges Material, das sich leicht für Straßenbeläge verwenden lässt. Asphalt hält jedoch nicht lange, und wenn er in Gegenden mit schlechtem Wetter verwendet wird, kann er sich mit der Zeit verschlechtern. Andere traditionelle Verfahren verwenden Betonpaste, die auf der Grundlage des Verhältnisses von Wasser zu Zement der Mischung schrumpft. Es wurden neue Technologien entwickelt, um Brückendecks mit Verbundmaterialien, recycelten Materialien und vielen Schichten herzustellen. Gebäudestärke und Haltbarkeit in der Brückenoberfläche. Bei einem Verfahren wird ein vertikaler Glasfaserkern verwendet, der mit Harz infundiert und anschließend bearbeitet wird, um die Oberfläche rutschfest und sauberer in der Umgebung zu machen. Eine andere ist eine neue Art von Brückenbeton, der nicht reißt. Dies ist ein häufiges Problem bei Brückendecks. Die Herstellung von Decks begann mit Quarz und anderen Zuschlagstoffen, um den Wassergehalt zu verdrängen, wodurch der Wasserverlust und damit die Schrumpfung verringert wurden. Das neueste Produkt umfasst Polyolefin-Mikrofasern, die für den zukünftigen Einsatz in ganz Kalifornien vorgesehen sind.

8. Ästhetische Brückenschienen

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Das kalifornische Verkehrsministerium, Caltrans, hat einen Leitfaden für Transportprojekte entlang der Küste. Die Anleitung beinhaltet, welche Arten von Brückenschienen für in Kalifornien gebaute Brücken zugelassen sind. Der Leitfaden stellt fest, dass die California Coastal Commission durchsichtige Brückenschienen bevorzugt, die die landschaftlichen Aussichten der Küste bewahren und ästhetisch ansprechend sind. Diese müssen seit 1993 einem Crash-Test unterzogen und nach bestimmten Richtlinien bewertet werden.

In Mendocino County ist die letzte Holzbrücke eine Ikone des Bauens, die viele als ein historisches Symbol der handwerklichen Arbeit beim Bau der Albion River Bridge auf dem Highway 1 betrachten. Sie stammt aus der Holzzeit im Bundesstaat, und lokale Gemeindegruppen möchten dies tun bewahren Sie es auf. Caltrans versucht, es durch eine moderne Brücke mit ästhetischem Brückenschienendesign zu ersetzen. Einige neue Wege zum Erstellen von Brückenschienen umfassen vorgefertigte Schienenelemente, die mechanisch verbunden sind und nicht geschweißt werden müssen, Schienen aus Aluminium und solche aus Verbundwerkstoffen.

9. Akustische Bildgebung zur Untersuchung von Brückenunterkonstruktionen

Brückenunterkonstruktionen sind die Komponenten, die sich unter Wasser befinden. In der Vergangenheit mussten sich ausgebildete Taucher auf visuelle Inspektionen verlassen, um den Gesundheitszustand dieser Komponenten zu bestimmen. Roboterfahrzeuge waren eine Verbesserung. Die akustische Bildgebung bietet jedoch eine hervorragende Bewertung und hilft den Tauchteams, infrastrukturelle Anomalien und Schäden zu identifizieren, die eine genauere Analyse erfordern. Die neuen Abbildungssysteme ermöglichen effektive Inspektionen, selbst wenn die strukturellen Oberflächen komplex sind, das Wasser schlecht sichtbar ist oder einen hohen Stromfluss aufweist. Die gesammelten Daten können analysiert und interpretiert werden, um Taucher sicherer zu machen.

Diese Technologie wurde von mehreren Tauchfirmen eingesetzt, nachdem der Hurrikan Katrina den Hafen von New Orleans verlassen hatte, in einem trüben Wasser, das voller Gefahren war. Die Scansonar-Technologie sammelte Bilder, um die Brückenstützstrukturen auf Schäden zu analysieren, so dass die US Army Corp of Engineers potenzielle Gefahren für den Transport angehen konnte.

10. Holistic Bridge Replacement

Das New NY Bridge-Projekt befindet sich derzeit im Hudson Valley. Sie ersetzt die bestehende Tappan-Zee-Brücke mit speziellen Funktionen, um neue Überlegungen darüber anzustellen, wie sich Menschen effizient von Ort zu Ort bewegen. Wenn es 2018 fertiggestellt ist, wird es eine der breitesten Bauwerke der Erde sein, die Schrägseilkonstruktionen verwendet.

Die Türme an der Hauptbrücke sind abgeschrägt, mit einer nach außen gerichteten, winkligen Ausrichtung, die von den Einwohnern von Westchester und Rockland gewählt wird. Die Turmhöhe beträgt 419 Fuß. Das Brückendeck wird durch gerade Kabel unterstützt, die den Turm mit dem Deck verbinden. Diese Seilzugstützstruktur wird verwendet, wenn die Brückenspanne lang ist.

Zu den zukunftsweisenden Aspekten der neuen Brücke gehören die Hinzufügung von Fußgänger- und Radwegen mit sechs Rastplätzen entlang der Brücke. Die geplanten Rastplätze, genannt Belvederes, werden zusammen mit dem Weg der gemeinsamen Nutzung Erholungsmöglichkeiten und alternative Transportmöglichkeiten ermöglichen, die beide Seiten der Brücke verbinden.

Zu den Planungen für die Zukunft gehören auch dedizierte Busspuren, Verkehrsüberwachungssysteme, acht Fahrspuren und vier Notfallspuren. Die Konstruktion wird Nahverkehrs-, Stadtbahn- und Schnellbahnbusse aufnehmen.
Die bestehende Tappan-Zee-Brücke wurde 1955 eröffnet. Sie dient seitdem als wesentliche Verbindung über den Hudson River. Derzeit ist die Brücke jedoch weitaus stärker befahren, als ursprünglich vorgesehen war. Etwa 138.000 Fahrzeuge überqueren die Brücke täglich, aber im Vergleich zu dem gesamten als Thruway bezeichneten 574-Meilen-Straßennetz sind es doppelt so viele Unfälle pro Meile. Ihre Instandhaltung in den letzten Jahren hat Millionen gekostet und konnte nicht verbessert werden.

Die Entscheidung, eine neue Brücke zu bauen, die auf dem neuesten Stand der Technik ist, und die Planung mit Blick auf die Umwelt, die Zukunft und die Umwelt zu berücksichtigen, hat ein neues Symbol für den Staat New York geschaffen.

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