Brücken, insbesondere solche, die von Menschen entworfen und gebaut wurden, sind eine Quelle endlosen Staunens und Faszination, seit Menschen zum ersten Mal Wege gefunden haben, sie zu bauen. Vielleicht haben Sie und Ihre Freunde als Jugendliche an kleinen Bächen gespielt und instinktiv versucht, kleine behelfsmäßige Brücken aus verfügbaren Stöcken und Baumstämmen zu bauen. Wenn ja, können Sie sich vielleicht vorstellen, wie Ihre Vorfahren vor langer Zeit dieselbe Aufgabe angegangen sind, aber aus Not und nicht aus Erholung und in größerem Maßstab.
In der modernen Welt sind natürlich riesige Brücken mit mehr als einem Dutzend Fahrspuren und mehreren Straßendecks das Norm in Großstädten, die große Flüsse umfassen oder sich über kleine Streifen von Ozean- oder Seewasser verbinden, um eine Verbindung zu einer anderen Landmasse herzustellen. Diese eleganten Giganten gibt es in einer Vielzahl von Typen, wobei das Design jedes einzelnen so gewählt wurde, dass es der spezifischen Geländeaufteilung und den Transportbedürfnissen der jeweiligen Siedlung entspricht.
Brücken sind eine bewährte und altehrwürdige Art von Schulprojekten für Wissenschaftsmesse oder Wissenschaftsunterricht. Wenn Sie Ihre Mentoren und Kollegen beeindrucken möchten, sollten Sie ein besonders starkes Design wählen. Einige Arten von Brücken und ihre Unterklassen eignen sich für diese Aufgabe leichter als andere.
Arten von Brücken
Es gibt fünf Haupttypen von Brücken, die sich vor allem in ihrer Grundform und damit auch in ihrer Art unterscheiden der Stress, den sie erfahren – sowohl durch ihr beträchtliches Eigengewicht als auch durch das ihres Verkehrs – ist verteilt. Die Chancen stehen gut, wenn Sie in einer Großstadt leben, dass Sie einige oder vielleicht alle dieser Brückentypen genutzt haben, wahrscheinlich ohne mehrere nennen zu können.
Balkenbrücke: Dies ist die einfachste Art von Brücke, die nur eine Gerade erfordert Spanne, das die gesamte Spannung ("ziehende" Spannung) der Brückenlast trägt, und Pfeiler, die die Kompressionskräfte tragen. Diese sind billig und einfacher zu bauen als andere Brücken, aber sie sind für große Wasserstraßen schlecht geeignet, da ihre einzelnen Spannweiten zwischen den Pfeilern nicht sehr groß sein können. Obwohl sie günstig sind, gelten sie in den meisten Umgebungen als ästhetisch reizlos.
Bogenbrücke: Diese Art von Brücke stammt aus der alten Römerzeit. Sie wird wegen ihrer Schönheit bevorzugt, aber in vielen Fällen erlaubt das zu überbrückende Land nicht die breite Kontaktbasis dieser Art von Brücke. Diese können beeindruckende Größen erreichen. Eine Bogenbrücke über den Neuer Fluss in West Virginia, Baujahr 1978, hat eine einzige starke Spannweite von mehr als 3.000 Fuß.
Fachwerkbrücke: Tatsächlich gibt es mindestens vier verschiedene individuelle Fachwerkbrücken-Designs, wobei die Anzahl von der konsultierten Quelle abhängt. Diese sind wie Balkenbrücken kostengünstig und einfacher zu bauen als die meisten Brückentypen, aber sie sind es unattraktiv und schlecht geeignet für Wasserstraßen aus dem gleichen Grund wie Balkenbrücken – eine kurze Distanz zwischen Piers.
Hängebrücke: Wenn Sie in der Lage waren, einen einzelnen Brückentyp zu benennen, bevor Sie sich mit diesem Artikel befasst haben, ist es höchstwahrscheinlich die Hängebrücke, die von der Welt wegen ihrer Größe und von Ingenieuren wegen ihrer mathematischen und physikalischen Eigenschaften verehrt wird Klugheit. Das Brooklyn Brücke und andere Hängebrücken haben Kabel, die entlang des Decks verlaufen und an jedem Ende an Land verankert sind, um Spannungen auszugleichen; zwei (normalerweise) riesige Pfeiler, die als Türme bezeichnet werden, absorbieren die Kompression, und das Deck wird durch einen Satz vertikaler Kabel vom anderen Satz aufgehängt.
Schrägseilbrücke: Das Zakim-Brücke in Boston ist ein verlockendes Beispiel für diese Art von Brücke. Wie eine Hängebrücke verwendet sie Kabel und einzelne Spannweiten können enorm lang sein, über 1,6 km. Die Kabel verlaufen jedoch von den Spitzen der Türme zum Straßendeck statt zu jedem Ende der Brücke.
Modellbrücken bauen
Sie können verschiedene Materialien für verschiedene Arten von verkleinerten Brücken verwenden. Im Folgenden werden Vorschläge für die Verwendung gewöhnlicher Spielkarten gegeben, aber Sie können gerne improvisieren, solange Ihre Brücke der Definition ihrer Art entspricht.
Für alle Brückentypen können Sie Toilettenpapier oder Papierhandtuchrollen oder etwas anderes verwenden, das kostengünstig und leicht zu beschaffen ist. Sie werden auch einen guten Vorrat an Klebeband, Schere, Hefter, Schnur, Lineal und vielleicht einen Locher benötigen.
Balkenbrücke Modell: Falten Sie Ihre Karten im rechten Winkel, um die Pfeiler zu bilden, und kleben Sie die Enden der anderen Karten sorgfältig zusammen, um den Balken (Deck) zu bilden. Beachten Sie, wie die Platzierung der Kreuzungen an verschiedenen Punkten in Bezug auf die Pfeiler unten beeinflusst, was passiert, wenn Sie Ihre Brückenfestigkeit "testen", indem Sie sie vorsichtig mit einem Finger drücken. Wo sollen die Kreuzungen sein und was passiert, wenn Sie zu wenige davon verwenden?
Bogenbrücke Modell: Dies erfordert etwas Geduld und viel Klebeband, aber zur Orientierung können Sie sich auf ein Foto einer bestehenden Bogenbrücke beziehen. Sie können einzelne "Steine" herstellen, indem Sie einzelne Karten in kleine Schachteln falten und diese mit Klebeband verschließen. Achten Sie darauf, Widerlager einzubeziehen, um den erheblichen seitlichen Kräften an den unteren Enden der Brücke entgegenzuwirken.
Fachwerkbrücke Modell: Im Folgenden lernen Sie die verschiedenen Arten von Fachwerkbrücken kennen, aber der wichtige Aspekt ist die Stabilität des Dreiecks als geometrisches Konstrukt. Beachten Sie, dass die Struktur weniger stabil ist, wenn Sie ein "Kastenfachwerk" mit quadratischen "Spannweiten" anstelle von ineinandergreifenden Dreiecken bauen.
Hängebrücke Modell: Dies ist allein schwer zu schaffen, es sei denn, Sie haben viel Zeit und Geduld. Es ist am einfachsten, zuerst die Türme und das Deck zu bauen und dann mit Anpassungen der Kabellänge und -spannung zu spielen, um zu sehen, was sich am stärksten "anfühlt". Stellen Sie sich vor, Sie wären Projektleiter der allerersten Hängebrücke!
Schrägseilbrückenmodell: Auch dies ist eine recht aufwendige Modellwahl, bietet aber eine gute Chance, mit der idealen Länge der von den Turmspitzen absteigenden Kabel zu spielen. Was würde Ihrer Meinung nach passieren, wenn eine solche Brücke mit asymmetrischen Kabelgrößen zwischen den beiden Türmen gebaut würde?
Fachwerkbrücken-Designs
Es gibt eine Reihe von verschiedenen Arten von Fachwerkbrücken, die verwendet werden. Sie können Fachwerkbrücken leichter mit Eis am Stiel herstellen als mit Spielkarten. Habe nur Holzleim zur Verfügung.
Von der Seite betrachtet sieht eine Traverse wie ein Trapez aus – ein Rechteck mit symmetrisch schrägen und nicht parallelen Enden. Die Teile dieses vierseitigen Rahmens sind die Ober- und Unterseite Akkorde und die Enden heißen Beiträge. Die Innenteile des Fachwerks heißen Mitglieder.
- Labyrinth: Dieses Modell verwendet Stäbe, die gleichseitige Dreiecke bilden, aber es gibt keine vertikalen Stäbe.
- Pratt: Diese Sorte hat eine Reihe von dünnen Rechtecken, die nach innen geneigte Elemente enthalten, um in den einzelnen Einheiten Dreieckspaare zu bilden.
- Wie: Dies ist dem Pratt sehr ähnlich, aber in der Mitte treffen sich die "schiefen" Mitglieder am Oberakkord statt am Unterakkord. Es ist besser als das Pratt in Bezug auf die Komprimierung, alles andere ist gleich, aber teurer.
- K-Traverse: Wie der Name schon sagt, enthält dieses komplexe Traversendesign Einheiten in Form des Buchstabens K und seines Spiegelbildes.
Welche Fachwerkbrücke ist die stärkste? Das hängt von Materialien und anderen Faktoren neben dem grundlegenden Design ab, so wie manche Radfahrer schneller fahren können als ein schlechter Fahrer in einem blöden Auto. Wie auch immer, in all diese Brücken und ihre Designs wurde im Laufe der Zeit viel Arbeit investiert.