Bruggen, vooral de soorten die door mensen zijn ontworpen en gebouwd, zijn een bron van eindeloze verwondering en fascinatie geweest sinds mensen voor het eerst manieren vonden om ze te bouwen. Misschien speelden jij en je vrienden als jonge kinderen door kleine stroompjes en probeerden ze instinctief kleine geïmproviseerde bruggen te bouwen uit beschikbare stokken en boomstammen. Als dat zo is, kun je je misschien voorstellen hoe je voorouders van lang geleden dezelfde taak hebben aangepakt, maar uit behoefte in plaats van recreatie en op grotere schaal.
In de moderne wereld zijn natuurlijk enorme bruggen met meer dan een dozijn rijstroken en met meerdere wegdekken de norm in grote steden met omvangrijke rivieren of die over kleine stroken oceaan- of meerwater aansluiten om verbinding te maken met een andere landmassa. Deze elegante kolossen zijn er in verschillende soorten, waarbij het ontwerp van elk is gekozen om te passen bij de specifieke landindeling en transportbehoeften van de betreffende nederzetting.
Bruggen zijn een beproefd en aloud type schoolwetenschapsbeurs of wetenschapsklasse-project. Als je indruk wilt maken op je mentoren en collega's, moet je een ontwerp kiezen dat bijzonder sterk is. Sommige soorten bruggen en hun subklassen lenen zich gemakkelijker voor deze taak dan andere.
Soorten bruggen
Er zijn vijf hoofdtypen bruggen, die voornamelijk variëren in hun basisvorm en dus in termen van hoe de stress die ze ervaren – zowel van hun eigen aanzienlijke gewicht als dat van hun verkeer – is verdeeld. Als je in een grote stad woont, is de kans groot dat je gebruik hebt gemaakt van enkele of misschien al deze brugtypen, waarschijnlijk zonder er meer dan één te kunnen noemen.
Balkbrug: Dit is de eenvoudigste soort brug, waarvoor alleen een rechte lijn nodig is span, die alle spanning ("trek"-spanning) van de brugbelasting draagt, en pieren, die de compressiekrachten dragen. Deze zijn goedkoop en gemakkelijker te bouwen dan andere bruggen, maar ze zijn slecht geschikt voor grote waterwegen omdat hun individuele overspanningen tussen pieren niet erg lang kunnen zijn. Ook, hoewel goedkoop, worden ze in de meeste omgevingen als esthetisch charmeloos beschouwd.
Boogbrug: Dit type brug dateert uit de oude Romeinse tijd. Het heeft de voorkeur vanwege zijn schoonheid, maar in veel gevallen laat het te overbruggen land de brede contactbasis van dit type brug niet toe. Deze kunnen indrukwekkende afmetingen bereiken. Een boogbrug over de Nieuwe rivier in West Virginia gebouwd in 1978 heeft een enkele sterke overspanning van meer dan 3.000 voet.
Truss-brug: Er zijn in feite minstens vier verschillende individuele vakwerkbrugontwerpen, waarbij het aantal afhankelijk is van de geraadpleegde bron. Deze zijn, net als balkbruggen, goedkoop en gemakkelijker te bouwen dan de meeste soorten bruggen, maar ze zijn: onaantrekkelijk om naar te kijken en slecht geschikt voor vaarwegen om dezelfde reden dat balkbruggen – op korte afstand tussen pieren.
Hangbrug: Als u een enkel type brug kon noemen voordat u zich in dit artikel verdiepte, is dit waarschijnlijk de: hangbrug, vereerd door de wereld vanwege zijn grootsheid en door ingenieurs vanwege zijn wiskundige en fysieke slimheid. De Brooklyn Bridge en andere hangbruggen hebben kabels die langs het dek lopen en aan elk uiteinde verankerd zijn om te landen om de spanning te compenseren; twee (meestal) gigantische pieren, torens genaamd, absorberen de compressie en het dek wordt opgehangen door een reeks verticale kabels van de andere reeks.
Tuibrug: De Zakim-brug in Boston is een aanlokkelijk voorbeeld van dit type brug. Net als een hangbrug maakt hij gebruik van kabels en individuele overspanningen kunnen enorm lang zijn, meer dan 1,6 km. De kabels lopen echter van de toppen van de torens naar het wegdek in plaats van naar elk uiteinde van de brug.
Modelbruggen bouwen
U kunt verschillende materialen gebruiken voor verschillende stijlen van verkleinde bruggen. Hieronder worden suggesties gegeven voor het gebruik van gewone speelkaarten, maar voel je vrij om te improviseren zolang je bridge voldoet aan de definitie voor zijn soort.
Voor alle soorten bruggen kunt u toiletpapier of papieren handdoekrollen gebruiken of iets anders dat goedkoop en gemakkelijk te verkrijgen is. Je hebt ook een goede voorraad plakband, een schaar, een nietmachine, een touwtje, een liniaal en misschien een perforator nodig.
Straalbrugmodel: Vouw je kaarten langs rechte hoeken om de pieren te maken en plak de uiteinden van andere kaarten zorgvuldig aan elkaar om de balk (deck) te maken. Merk op hoe het plaatsen van de knooppunten op verschillende punten ten opzichte van de pieren eronder van invloed is op wat er gebeurt als u de sterkte van uw brug "test" door deze voorzichtig met een vinger in te drukken. Waar moeten de knooppunten komen en wat gebeurt er als je er te weinig van gebruikt?
Boogbrugmodel: Deze vergt wat geduld en veel plakband, maar raadpleeg een foto van een bestaande boogbrug voor hulp. U kunt individuele "stenen" maken door afzonderlijke kaarten in kleine doosjes te vouwen en ze dicht te plakken. Zorg ervoor dat u abutments opneemt om de aanzienlijke zijdelings gerichte krachten aan de onderkant van de brug tegen te gaan.
Truss-brugmodel: Hieronder leer je over de verschillende soorten vakwerkbruggen, maar het belangrijkste aspect is de stabiliteit van de driehoek als geometrische constructie. Merk op dat als u een "doosspant" bouwt met vierkante "overspanningen" in plaats van in elkaar grijpende driehoeken, de structuur minder stabiel is.
Hangbrugmodel: Dit is moeilijk om alleen te doen, tenzij je veel tijd en geduld hebt. Het is het gemakkelijkst om eerst de torens en het dek te bouwen en dan te spelen met aanpassingen aan de kabellengte en spanning om te zien wat het sterkst "voelt". Stel je voor dat je de projectmanager bent van de allereerste hangbrug!
Tuibrugmodel: Nogmaals, dit is een behoorlijk uitgebreide modelkeuze, maar biedt een goede kans om te spelen met de ideale lengte van de kabels die vanaf de torentoppen afdalen. Wat denk je dat er zou gebeuren als een brug van dit type zou worden gemaakt met asymmetrische kabelafmetingen tussen de twee torens?
Truss Bridge-ontwerpen
Er zijn een aantal verschillende stijlen van vakwerkbruggen in gebruik. Je kunt gemakkelijker truss-bruggen maken met ijslollystokjes dan met speelkaarten; gewoon houtlijm beschikbaar hebben.
Van opzij gezien lijkt een truss op een trapezium - een rechthoek met symmetrisch hellende uiteinden in plaats van parallelle. De onderdelen van dit vierzijdige frame zijn de boven- en onderkant akkoorden en de uiteinden worden genoemd berichten. De binnenste delen van de truss heten leden.
- Warren: Dit model gebruikt leden die gelijkzijdige driehoeken vormen, maar er zijn geen verticale leden.
- Pratt: Deze variëteit heeft een reeks magere rechthoeken met naar binnen gerichte leden om driehoekige paren te vormen in de afzonderlijke eenheden.
- Hoe: Dit lijkt erg op de Pratt, maar in het midden ontmoeten de "leunende" leden elkaar bij het bovenste akkoord in plaats van bij het onderste akkoord. Het is beter dan de Pratt in termen van compressie, al het andere is hetzelfde, maar duurder.
- K-truss: Zoals de naam al doet vermoeden, omvat dit complexe truss-ontwerp eenheden in de vorm van de letter K en het spiegelbeeld ervan.
Welke vakwerkbrug is het sterkst? Dat hangt af van materialen en andere factoren naast het basisontwerp, net zoals sommige fietsers sneller kunnen reizen dan een arme bestuurder in een stomme auto. Maar hoe dan ook, er is in de loop van de tijd veel hard werk gestoken in al deze bruggen en hun ontwerpen.