Belangrijke professionele en veiligheidsopmerking: Dit is een archiefdeskundigenbeoordeling, geen ontwerp, statische berekening, beoordeling van een bestaande brug of instructies voor constructie, inspectie of rehabilitatie. De oorspronkelijke verdelingen, overspanningen, verhoudingen, spanningen, materialen, voegdetails en structurele oplossingen zijn zonder professionele verificatie overgedragen en mogen niet als moderne specificatie worden gebruikt. Het ontwerpen en werken aan bruggen vereist geautoriseerde ontwerpers en aannemers, actuele regelgeving en normen, geotechnische en hydrologische gegevens, berekening van permanente en variabele effecten, vermoeiing, wind, temperatuur, seismiciteit, stabiliteit, funderingen, montageomstandigheden en robuustheid, evenals het testen van materialen, corrosie, verbindingen en de feitelijke toestand van de constructie. Toegang tot de constructie, werken op hoogte, verkeer, hijsen, lassen, snijden en monteren brengen dodelijke risico’s met zich mee en vereisen een speciaal beschermingsplan.
Ontwerp, constructie en renovatie van stalen bruggen maken geen deel uit van het nieuwe openbare aanbod van Savo Kusić. De huidige focus ligt op houten ramen, hout-aluminium ramen, aangepaste ramen en deuren. Voor een raam- of deurproject kunt u offerteaanvraag.
Boogbruggen
Er zijn echte boogbruggen met stijve bogen, die allerlei soorten schokken kunnen opvangen, en boogbruggen bestaande uit staven, waarbij een stijf systeem wordt verkregen door de aanwezigheid van een verstijvingsbalk. Een verstijfde boog (Langerligger) wordt berekend onder veronderstelling van scharnierende verbindingen, de boog wordt dus alleen met normaalkrachten belast. Buigmomenten worden overgenomen door de verstijvingsbalk, die ook de rol van spanning vervult als de boog zich boven de balk bevindt.
Bogen en Langer-balken zijn voor grotere overspanningen economischer dan liggerbruggen, omdat de gelijkmatig verdeelde volledige belasting alleen wordt opgevangen door de ondersteunende lijn van de boog. Met uitzondering van aanvullende krachten worden momenten veroorzaakt door slechts een gedeeltelijke belasting, en zijn ze bij bogen aanzienlijk kleiner dan bij balken.
Afb. 1 — Rasterpoorten
Afb. 2 — Blikken poorten
a) Boogconstructies. Geklemde havens worden zelden gebouwd vanwege de moeilijkheden bij het vastklemmen van de steun. De meest voorkomende zijn poorten op twee verbindingen. Poorten met drie scharnieren hebben het voordeel dat de beweging van de steunen en de temperatuurverandering daarin geen krachten veroorzaken. Ze zijn vooral toepasbaar bij een lage verhouding f/l en bij onbetrouwbare grond. Starre poorten worden gemaakt als roosters (fig. 1) of als metalen beugels (fig. 2). De boogconstructie bevindt zich boven en onder de rijbaan, verdiepte rijbanen worden om esthetische redenen vermeden. Havens boven de rijbaan krijgen beugels om de stuwkracht van de haven op te vangen. Als de boog star is verbonden met de balken van de aangrenzende openingen (fig. 1 c en e), kunnen de statische afmetingen binnen ruime grenzen worden beïnvloed.
b) Langer balken hebben relatief sterke bogen, omdat de buiglengte gelijk is aan de afstand tussen de knooppunten van de bovenste verbinding. Oplossingen met een boog onder de bestrating (fig. 3d) worden zelden toegepast in bruggen. De balk voor verstijvers kan van plaatstaal of rooster zijn. Bij beide oplossingen kan die bundel continu worden doorgetrokken naar aangrenzende velden, waardoor continue of Gerber-systemen ontstaan (fig. 3b). Op afb. 4 toont een dwarsdoorsnede van een brug met één middenligger. De draagconstructie bestaat uit een staafboog, starre hangers en een gesloten holle doos als verstijvingsbalk die torsie- en buigmomenten opvangt.
Afb. 3 — Langer balken
Afb. 4 — Dwarsdoorsnede van brug met één tussenliggende hoofdligger
c) Framebruggen. Wanneer het nodig is om de vrije hoogte van het profiel over de gehele breedte van de opening te garanderen, worden frames op twee of drie verbindingen aangebracht met een lagere steunhoogte dan bij eenvoudige balken vanwege de werking van het frame (fig. 5).
e) Berekening. Bogen worden meestal berekend in de veronderstelling dat hun as niet vervormt. De elastische vervormingen kunnen echter aanzienlijk zijn. Bij oplossingen met hangende spanning veranderen de statische waarden niet veel als gevolg van vervorming, terwijl de vervorming van rechte bogen en Langer-balken een aanzienlijk effect kan hebben op de statische waarden.
Afb. 5 — Framebruggen
Hangbruggen
Traliewerkhangbruggen, die op zichzelf stijf zijn, werden zeer zelden gebouwd. Moderne hangbruggen hebben een verstijvingsbalk, die de buiging door geconcentreerde krachten beperkt en egaliseert. Hangbruggen met grote overspanningen zijn de Golden Gate Bridge bij San Francisco (Fig. 6a) overspanning 1280m, en de Washington Bridge bij New York (Fig. 6b) overspanning 1067m.
Verstevigingsbalken zijn plaatmetaal of traliewerk, van constante hoogte of met een kleine toename in hoogte boven de middelste steunen. De giek-spanwijdteverhouding wordt meestal gekozen in de verhouding 1/9 tot 1/11. Uit diverse ongevallen is gebleken dat op lage hoogte de stijfheid te laag kan zijn, vooral bij een laag eigen gewicht en een kleine breedte van de brug.
Afb. 6 — Amerikaanse hangbruggen: a) Golden Gate Bridge in San Francisco (1937), b) Washington Bridge in New York (1931), c) Florianopolis Bridge in Brasilia (1926)
Tandwiel
a) Gelede kettingen van schakels met uitgezette uiteinden, die vrij evenwijdig aan elkaar liggen en naar elkaar toe gericht zijn bij de verbindingen met overlappende schakels van aangrenzende velden, worden op twee manieren gemaakt - met genagelde versterkingen van lamellen aan de uiteinden of met uitgezette uiteinden verkregen door smeden (fig. 7). De ketting van de brug over de Rijn werd opgebouwd uit nikkelstaal met een treksterkte van 5,5 tot 6,5 t/cm2. Bij kleinere Amerikaanse hangbruggen is de ketting gemaakt van normaal gietstaal, in sommige gevallen ook van gelegeerd of gehard staal.
Afb. 7 — Florianopolis-brugketting
b) Spiraalkabelkabels. Gesloten touwen zijn gemaakt van helder draad. De binnenlagen van de draad zijn beschermd met een coating van loodminium, terwijl de buitenoppervlakken van individuele draden zijn bedekt met een beschermende laag.
Ronde spiraalkabels in Amerikaanse bruggen bestaan meestal uit draden die thermisch verzinkt zijn en gedeeltelijk op een vergelijkbare manier gewikkeld.
Koudgetrokken brugdraden hebben een breeksterkte van 12 tot 20 t/cm2. De vermoeiingssterkte kan aanzienlijk worden verminderd als het buitenoppervlak van de koudgetrokken draden in slechte staat verkeert.
De verlenging van het spiraaltouw hangt af van het materiaal van de draden en van de manier waarop het touw wordt gemaakt. De elastische uitzetting in het gebied van normaal toelaatbare spanningen bedraagt 0,003 tot 0,004. Omdat de touwen tijdens de eerste belasting permanent plastisch worden uitgerekt door 0,001, worden de touwen soms vóór gebruik met de grootste kracht voorgespannen en zo uitgerekt. Het voordeel van deze rek is beperkt, omdat een aanzienlijk deel van de “permanente rek” verloren gaat na het losmaken van het touw tijdens verdere installatie.
Historische eenheden, staalnamen, beschermende coatings, sterkten, uitbreidingen en methoden voor het maken of gieten van kabelkoppen zijn geen moderne specificaties. De staat van bestaande kettingen, touwen, ankers, kabelkoppen en beschermende coatings wordt bepaald door documentatie, inspectie en testen; kan niet uit deze algemene tekst worden afgeleid.
Verankering
Kettingen vanaf de enkels worden verankerd met behulp van pluggen in steunen die voor verankering in de fundering worden gebetonneerd.
Spiraalkabels hebben overeenkomstige koppen aan de uiteinden (fig. 8). waarbij de draden in de vorm van een bezem worden ontward en na het schoonmaken worden gevuld met wit metaal. Professioneel gegoten koppen hebben dezelfde sterkte als touw.
Afb. 8 — Kabelkoppen: a) eenvoudige kop, b) Amerikaanse kop, c) Rijnbrughoofd
Ophanging en kabelbinders
De hangers zijn gemaakt van rond staal, vooral van buizen of staalkabels (fig. 9 en 11). Bij gesloten touwen worden de kabeldraden afgedekt met kabelbinders (fig. 10). Bij losse kabelbundels zijn de ophangingen zo ontworpen dat individuele touwen indien nodig vervangen kunnen worden door nieuwe. De touwhangers worden vastgebonden met kabelkoppen, terwijl kleine lengteverschillen worden gecompenseerd met vulstukken.
Afb. 9 — Ophanging, oude brug over de Rijn
Afb. 10 — Kabelbinders van de brug over de Rijn: a) nieuwe brug, b) oude brug
Afb. 11 — Kabelbinders en ophangtouwen
Torens (pylonen)
De torens van hangbruggen zijn aan de onderkant scharnierend of kunnen worden vastgeklemd, wat meestal het geval is in Amerika. De ketting is stevig aan de torens bevestigd. Verplaatsbare ondersteuning is alleen nodig als de torens niet kunnen worden belast met horizontale krachten, wat zou gebeuren bij onbeweeglijke ondersteuningen.
Voor grote hangbruggen wordt de voorkeur gegeven aan lagere wigvormige torens. In dat geval kunnen eerst de torens worden gemonteerd, daarna de kettingbladen en hangers en als laatste de verstijvingsbalken. Bij zelfverankerde hangbruggen zijn uitgebreide steigers nodig, omdat het statische systeem pas in werking treedt als de verstijvingsbalk gesloten is.
Wegsteunen en wegbord
Met het oog op verkeer en onderhoud moeten we proberen ervoor te zorgen dat de bestrating op de brug, indien mogelijk, niet afwijkt van de bestrating op de verbindingsdelen van de weg of het spoor. Omdat de bestrating zelf niet voldoende stijfheid heeft, moet deze steunen op een oppervlaktesysteem in verticale richting, evenals op een systeem dat hem horizontale zijdelingse steun biedt. Het zogenaamde spoorbord rust op spoorsteunen, die voornamelijk bestaan uit longitudinale en transversale steunen.
Dwarssteunen
Dwarsliggers brengen bewegende lasten over naar de hoofdliggers. Ze zijn ook een belangrijk onderdeel van koppelingen. Dwarsliggers liggen direct op de hoofdliggers en bij hellende bruggen is hun overspanning dus gelijk aan de afstand tussen de hoofdliggers. Dwarssteunen zijn meestal van plaatstaal, voor korte lengtes en gewone gerolde steunen. Het is handig dat hun hoogte in het bereik 1/6 tot 1/8 ligt, hoewel bij grote bruggen en de kleine afstand tussen de dwarssteunen (vooral in het geval van trottoirplanken) deze hoogte zelfs in het bereik 1/20 kan liggen.
Dwarsliggers worden in de regel beschouwd als eenvoudige liggers, die star verbonden zijn met de hoofdliggers, zodat in de dwarsdoorsnede van de brug open of gesloten raamwerken ontstaan. Hierdoor ontstaan knelmomenten waar vooral bij verbindingen rekening mee gehouden moet worden.
Afb. 12 — Dwarsbalkverbinding
In het geval dat de bestrating zich beneden bevindt, wordt de verbinding gemaakt met eenvoudige verbindingshoeken, of. rijplaten, die in de dwarsbalk worden gestoken (fig. 12), of in de verticale delen van het I-profiel, en in plaats van hun ribben (fig. 13). De oplossing in afb. 14 is bijzonder stijf, omdat de vrijdragende plaat daar zowel in de dwarssteun als in de verticaal is ingebed, zodat het moment op de hoek wordt opgevangen door de breekbouten. Bij andere oplossingen is het niet te vermijden dat de schroeven gedeeltelijk scheuren en dat de verbindingshoeken verbogen worden. Aansluitingen volgens afb. 12 en 13 zijn aanzienlijk meer vervormd onder invloed van het moment dan die volgens fig. 2. 14. Soortgelijke oplossingen ontstaan voor andere bestratingsposities. Het leggen van dwarssteunen op de hoofdsteunen is alleen mogelijk bij voldoende constructiehoogte. Vervolgens moeten de hoofdsteunen van plaatstaal worden verstevigd op de plaatsen waar de belasting inwerkt.
Afb. 13 en 14 — Varianten van de verbinding van de dwarsbalk
Langssteunen
Longitudinale steunen kunnen zich onder de rijbaan en onder voetgangersoversteekplaatsen bevinden. De buitenligger, die vaak met de brugleuning is verbonden, wordt de randlangsligger genoemd. Langssteunen zijn gemaakt van gewalste en plaatstalen steunen. Hun bereik loopt tot 12 m. Omdat de langsliggers worden blootgesteld aan de meest directe invloed van de bewegende last, is hun buigstijfheid bijzonder belangrijk. Voor spoorbruggen wordt gestreefd naar een liggerhoogte van 1/8 tot 1/10 overspanning. Langssteunen van hoogwaardig staal zijn over het algemeen niet geschikt vanwege de hoge buiging. Bij veel oude bruggen werd de aansluiting van de langsliggers uitgevoerd volgens afb. 15. Eén verbindingshoek ligt tussen de poten van de gerolde steun, terwijl de andere op de gehele hoogte van de dwarssteun rust. Bij dit soort verbindingen treden aanzienlijke secundaire spanningen op, en in veel gevallen zijn er vermoeiingsbreuken opgetreden, evenals scheuren op het punt waar het been wordt doorgesneden. Om deze reden zijn dergelijke verbindingen bij spoorbruggen niet toegestaan. Als het afsnijden van de poten niet kan worden vermeden, moeten deze sneden met een grote ronding worden gemaakt om het risico op scheuren te voorkomen.
Afb. 15 — Lengtesteunverbinding
Afvoer
Drainage van bruggen moet grote aandacht krijgen. Een snelle en volledige afvoer van water is de belangrijkste voorwaarde voor een lange levensduur van het wegdek, maar ook van de brug zelf. Naast verhoogde roestvorming en hogere onderhoudskosten zijn waterretentiegebieden ook gevaarlijk door vorstschade. Als het niveau van de brug dit toelaat, moeten verkeersbruggen een bepaalde lengtedaling hebben (niet minder dan 1%), waardoor de waterstroom naar de afvoer verzekerd is. Met olie en stof verontreinigd water wordt via goten afgevoerd. Deze goten moeten voldoende lengtedaling hebben en toegankelijk zijn, zodat ze regelmatig gereinigd kunnen worden.
Afb. 16 — Drainage- en beschermlagen van wegdek
Asfaltverhardingen zijn niet absoluut ondoordringbaar. Speciale isolatie onder het asfalt kan achterwege blijven als het asfalt op een getrilde betonplaat ligt en die plaat zelf grotendeels ondoordringbaar is. Indien de bestrating niet voldoende waterdicht is, waardoor een deel van het hemelwater doorbreekt, dient isolatie te worden aangebracht. Voor stalen bruggen wordt gedacht aan coatings van asfaltbitumen of terra enz., isolatielagen van bitumineuze isolatiemassa’s met massieve inlagen van papier met wolvilt of juteweefsel, evenals isolatielagen van metaalfolies van koper of aluminium. Isolatielagen moeten worden beschermd tegen mechanische schade met beschermlagen.
Beschrijvingen van valpartijen, dakgoten, asfalt, betonplaten, bitumineuze massa’s, vilt, jute en metaalfolies zijn historisch. Moderne drainage, waterdichting, staalbescherming, doorvoerdetails en onderhoud zijn ontworpen als een geharmoniseerd systeem volgens de huidige regelgeving, klimatologische omstandigheden, verkeer en feitelijke constructie.
Afb. 17 — Detail van de afwatering langs de rand van de brug
Koppelingen
Tinnen steunpunten hebben weinig stijfheid in de richting loodrecht op het vlak van de steun, roosters met veronderstelde verbindingen in de knooppunten zijn zelfs meervoudig beweegbaar in de dwarsrichting. Daarom zijn windbeugels en kruisframes nodig om eerst ruimtelijk stabiele structuren te creëren. Bovendien moeten ze lasten ontvangen die dwars op het vlak van de hoofdsteunen werken en uiteindelijk de constructie beschermen tegen knikken en omvallen.
Koppelingen tegen de wind
Deze koppelingen zijn gedimensioneerd om krachten van wind en andere horizontale belastingen op te vangen. Ze bestaan uit roosters of framesteunen, recht of gebogen volgens de riemen. Gordels van koppelingen tegen de wind zijn meestal ook riemen van de hoofdsteunen. Vaak zijn de dwarssteunen ook de verticale steunen van de koppeling tegen de wind in.
Voor een belaste brug wordt minder windbelasting opgenomen dan voor een onbelaste brug. Vakwerkbruggen hebben, indien de doorsnede het toelaat, bij voorkeur twee windverbanden tussen de liggers van de hoofdliggers. Zie systeemschetsen in afb. 18 waarbij de anti-windkoppelingen en dwarskoppelingen zijn gemarkeerd met stippellijnen.
Het aantal en type dwarskoppelingen moet voldoende zijn om een ruimtelijk stijf systeem te creëren. Het is gebruikelijk dat roosters ook bij kogelgewrichten voor stabiliteit zorgen. Poorten en Gerberbalken, met uitzondering van kleine bruggen, worden met speciale koppelingen verstevigd tegen wind en tegen knikken. Bij de verbindingen van de hoofdsteunen moeten de koppelingen zo worden uitgevoerd dat zij de werking van de verbindingen niet beïnvloeden, afb. 18e.
Afb. 18 — Indeling van koppelingen tegen wind
Brede stoepplanken van plaatstaal of gewapend beton zijn zeer stijf in hun vlakken. Als de overspanningen niet te groot zijn, kunnen speciale windkoppelingen achterwege blijven, aangezien de betreffende rol door de bestratingsplank kan worden overgenomen. Er moeten maatregelen worden genomen om alleen tijdens de montage dwarskrachten op te vangen.
Bij het kiezen van de vulling moet er rekening mee worden gehouden dat de krachten in de staven over het algemeen klein zijn en de buiglengtes van de staven groot zijn. Daarom verdienen roosters met korte staaflengtes (bijv. K-systeem of ruitvormig systeem) de voorkeur. Soms wordt de anti-windkoppeling aan de wegsteunen gehangen om de buiglengte te verkleinen. Voor koppelingen boven de bestrating wordt vaak het ruitvormige systeem zonder verticale lijnen gebruikt.
De hoogtepositie van de koppeling tegen de wind in wordt voornamelijk bepaald door structurele omstandigheden (fig. 19). Indien mogelijk wordt ook hier een excentrische verbinding vermeden. vooral bij hoge krachten, en de koppeling tegen de wind is zo ingesteld dat de schachten van de stangen elkaar kruisen in de vlakken van de hoofdsteunen (fig. 20).
Afb. 19 — Hoogtepositie van anti-windkoppeling
Afb. 20 — Antiwindkoppelingsknoop
Kruisframes
Bruggen met een rijbaan erboven kunnen worden verstijfd met lichte traliewerkframes volgens fig. 4. 22. Dwarskoppelingen in de vorm van een frame kunnen worden verbonden met de hoofdverstijvingen van plaatwerkliggers. Op afb. 21 Veel kabels worden op twee scharnierpunten over het spanframe gelegd, namelijk over het rooster onder de dwarsbalk, zodat ze vanaf de middelste inspectiebaan bereikbaar zijn.
Afb. 21 — Dwarsframe en installatiehandleiding
Afb. 22 — Traliekruisframe
Bij bruggen met een rijbaan eronder wordt de vorm van de dwarsframes bepaald door het vrije profiel voor de doorgang van voertuigen. Bruggen met traliewerkframes worden getoond in Fig. 23d. Voor roosters zijn dwarsframes nodig die de belasting verdelen (fig. 24) om de samenwerking van alle hoofdsteunen te garanderen, zelfs bij gedeeltelijke belasting. Als het een spoorbrug is met een gebogen spoor of als de hoofdliggers in een bocht liggen, moet hier bij de statische berekening van koppelingen rekening mee worden gehouden.
Afb. 23 — Voorbeelden van dwarskoppelingen en hoofdsteunen
Afb. 24 — Dwarsdoorsnede en dwarsbalk voor lastverdeling op de brug over de Ruhr bij Herdecke
Koppeling tegen zijdelingse botsingen
Tussen de longitudinale steunen van spoorbruggen (fig. 23c) is het noodzakelijk om een speciale koppeling te voorzien voor het opvangen van zijdelingse botsingen van voertuigen. I-liggers in de lengterichting zijn proportioneel zeer weinig stijf in de dwarsrichting, dus het is wenselijk dat de koppeling tegen zijdelingse botsingen hun veiligheid tegen zijdelings knikken vergroot (Fig. 25).
Afb. 25 — Koppeling tegen zijdelingse botsingen
Antiremkoppeling
Dwarsliggers zijn niet in staat de krachten op te vangen die in de lengterichting van de brug inwerken en optreden bij het remmen of het starten van het rijden met het voertuig. Deze moeten worden verlicht door het installeren van antiremkoppelingen. Het zijn platte traliesteunen (fig. 26) die de langssteunen met een koppeling tegen de wind verbinden (fig. 27). Vaak is er een hoogteverschil tussen de drager en de koppeling. En in gevallen waarin de lengte van de steunen direct in verband kan worden gebracht met de anti-windkoppeling, is een speciale anti-remkoppeling nodig, aangezien de stangen die de anti-windkoppeling vullen geen significante buigbelasting kunnen ontvangen. In sommige gevallen kan deze worden gecombineerd tot een enkele anti-windwegkoppeling, anti-zijbotsingskoppeling en anti-remkoppeling.
Afb. 26 — Antiremkoppelingssysteem
Afb. 27 — Antiremkoppeling