Cantileverbrug

Oorsprong

Ingenieurs in de negentiende eeuw wisten dat een brug die over meerdere steunpunten werd gebouwd, de lasten over die steunpunten zou verdelen. Dit betekende dat er minder spanningen in de ligger of het vakwerk zouden zijn en dat er langere overspanningen konden worden gebouwd. Verscheidene negentiende-eeuwse ingenieurs ontwierpen doorlopende bruggen met scharnierpunten in het midden van de overspanning. Het gebruik van een scharnierpunt in het systeem met meerdere overspanningen betekende dat ingenieurs de belastingen en spanningen op de brug beter konden berekenen Het betekende ook dat de brug de zettingen van de funderingen met verschillende snelheden aankon.

Heinrich Gerber was een van de ingenieurs die octrooi kreeg voor een scharnierende ligger (1866) en wordt erkend als de eerste die er een bouwde. De Hassfurtbrug over de Main in Duitsland heeft een centrale overspanning van 38 meter. Deze brug, die in 1867 werd voltooid, was de eerste moderne cantileverbrug. Andere vroege cantileverbruggen waren de High Bridge of Kentucky van C. Shaler Smith (1877), de Niagara Cantilever Bridge van Charles Conrad Schneider (1883) en de Poughkeepsie Bridge van John Francis O'Rourke en Pomeroy P. Dickinson (1889). De Kentucky River Bridge overspande een kloof van 84 meter diep. Hij werd gebouwd met een cantilver, wat betekende dat hij tijdens de bouw niet hoefde te worden ondersteund. De beroemdste vroege cantileverbrug is de Forth Rail Bridge. Deze brug was 17 jaar lang recordhouder voor de langste overspanning ter wereld.

Benjamin Baker toonde op de foto links hoe het cantilever-systeem werkte. De hangende overspanning, waar Kaichi Watanabe zit, is te zien in het midden. De noodzaak om weerstand te bieden aan de samendrukking van de onderste koord is te zien aan het gebruik van houten palen, terwijl de spanning van de bovenste koord te zien is aan de uitgestrekte armen. De werking van de buitenste funderingen als ankers voor de cantilever is te zien aan de plaatsing van de tegengewichten.

Functie

Cantileverbrug - een constructie waarvan ten minste één deel als anker fungeert om een ander deel te ondersteunen dat zich buiten de ondersteunende pijler uitstrekt.

- John Alexander Low Waddell, Bruggenbouwkunde

Een eenvoudige cantilever-overspanning wordt gevormd door twee cantileverarmen die zich uitstrekken aan tegenovergestelde zijden van de te passeren hindernis en elkaar in het midden ontmoeten. Bij een hangende overspanning ontmoeten de armen elkaar niet in het midden, maar ondersteunen zij een centrale vakwerkbrug die op de uiteinden van de armen rust. De opgeschorte overspanning kan ter plaatse worden gebouwd en opgetild, of ter plaatse worden gebouwd met behulp van speciale verplaatsbare steunen.

bij een gebalanceerde uitkraging wordt de overspanning in evenwicht gehouden door uitkragingen in de tegenovergestelde richting. Als deze in stevige funderingen zijn verankerd, worden ze ankerarmen genoemd. In een brug die op twee funderingspijlers is gebouwd, zijn er vier uitkragende armen: twee die de hindernis overspannen, en twee ankerarmen die van de hindernis af steken. Omdat de steunpunten van de gebalanceerde cantilever sterker moeten zijn, neemt de bovenbouw van de brug vaak de vorm aan van torens boven de funderingspijlers. De Commodore Barry Bridge is een voorbeeld van dit type cantileverbrug.

Stalen vakwerkliggers dragen de lasten door trekkrachten op de bovenste liggers en drukkrachten op de onderste liggers. Gewoonlijk verdeelt de constructie de spanning via de ankerarmen naar de buitenste steunen, terwijl de druk naar de funderingen onder de centrale torens wordt gevoerd.

Voorgespannen betonnen cantilever-bruggen worden vaak gebouwd met behulp van een segmentconstructie.

Een schema van de onderdelen van de John P. Grace Memorial Bridge

Bouwmethoden

Sommige stalen boogbruggen (zoals de Navajobrug) zijn gebouwd met zuivere uitkragende overspanningen van elke kant. Deze worden dan verbonden met een pen, meestal na het uit elkaar dwingen van het ontmoetingspunt. Wanneer de vijzels worden verwijderd en het brugdek wordt aangebracht, wordt de brug een vakwerkboogbrug. Een dergelijke constructie zonder ondersteuning is alleen mogelijk als er een geschikte rots beschikbaar is om de spanning in de bovenste drager van de overspanning tijdens de bouw op te vangen, waardoor deze methode meestal beperkt blijft tot het overspannen van smalle ravijnen.

Lijst op lengte

s Werelds langste cantileverbruggen (naar langste overspanning):

1. Quebec Bridge (Quebec, Canada) 549 m
2. Forth Bridge (Firth of Forth, Schotland) 2 x 1.710 voet (521 m)
3. Minatobrug (Osaka, Japan) 510 m (1.673 voet)
4. Commodore Barry Bridge (Chester, Pennsylvania, VS) 501 m
5. Crescent City Connection (dubbele overspanning) (New Orleans, Louisiana, VS) 1.575 voet (480 m)
6. Howrah Bridge (Kolkata, West-Bengalen, India) 457 m (1.500 voet)
7. Veterans Memorial Bridge (Gramercy, Louisiana, VS) 445 m
8. San Francisco - Oakland Bay Bridge (East Bay Span) (San Francisco, California, VS) 1.400 voet (427 m)
9. Horace Wilkinsonbrug (Baton Rouge, Louisiana, VS) 376 m
10. Tappan Zee Brug (South Nyack, New York & Tarrytown, New York, USA) 1.212 voet (369 m)

Voorbeelden