Tied-arch bridge

The Fort Pitt Bridge. The arches terminate atop slender raised piers and are tied by the road deck structure.

A tied-arch bridge is an arch bridge in which the outward-directed horizontal forces of the arch(es) are borne as tension by a chord tying the arch ends rather than by the ground or the bridge foundations. This strengthened chord may be the deck structure itself or consist of separate, independent tie-rods.

Description

Thrusts downwards on a tied-arch bridge deck are translated as tension by vertical ties between the deck and the arch, tending to flatten it and thereby to push its tips outward into the abutments, like for other arch bridges. However, in a tied-arch or bowstring bridge, these movements are restrained not by the abutments but by the strengthened chord, which ties these tips together, taking the thrusts as tension, rather like the string of a bow that is being flattened. Therefore, the design is also called a bowstring-arch or bowstring-girder bridge.^[1]^[2]

The elimination of horizontal forces at the abutments allows tied-arch bridges to be constructed with less robust foundations; thus they can be situated atop elevated piers or in areas of unstable soil.^[3] In addition, since they do not depend on horizontal compression forces for their integrity, tied-arch bridges can be prefabricated offsite, and subsequently floated, hauled or lifted into place. Notable bridges of this type include the Fremont Bridge in Portland, Oregon, and the first "computer-designed" bridge of this type, the Fort Pitt Bridge in Pittsburgh, Pennsylvania.^[4]

Both the tied-arch bridge and the self-anchored suspension bridge place only vertical loads on the anchorage, and so are suitable where large horizontal forces are difficult to anchor.

Variants

Shouldered tied-arch

Chaotianmen Bridge in Chongqing (lateral view diagram)

一部のタイドアーチ橋では、主アーチの一部を直接連結し、補強弦材を延長して補助（半）アーチの上端に連結します。補助（半）アーチは通常、床版を下から支え、その下端を主アーチの脚部に接合します。この部分の支持橋脚は細くなる場合があります。これは、主アーチと補助アーチの端から発生する外向きの水平力が釣り合うためです。構造全体は自己定着式です。単純橋と同様に、垂直荷重はすべての地上支持部にのみ作用します。

一例として、オレゴン州ポートランドにあるフリーモント橋は世界で2番目に長いタイドアーチ橋であり、また、通行アーチ橋にも分類されます。重慶市の朝天門橋は、タイドアーチ橋、通行アーチ橋、トラスアーチ橋を組み合わせた橋です。

対照的に、ハート橋は片持ちトラスアーチを採用しており、自己定着式ではあるものの、アーチは非結束構造となっている。特に橋床は吊り下げ式であるものの、アーチ端部は結束されていない。

多スパン離散タイドアーチ

タイドアーチ橋は、単一の径間では不十分な箇所に、連続的に並べられたタイドアーチで構成されることがあります。その一例が、インドのラージャムンドリにあるゴダヴァリ・アーチ橋です。この橋は各橋脚に4つの独立した支柱を持ち、インド南中央鉄道線を支えています。この橋は時速250kmの運行を想定して設計されました。

多スパン連続タイドアーチ

多径間連続梁橋と同様に、帯弦はすべての橋脚に連続的に架け渡されます。アーチの脚部は橋脚で合流（融合）します。橋脚の支持構造が視覚的に分かりやすい例です。動的荷重は各径間間で分散されます。

このタイプは、前述の肩付きタイドアーチ設計と組み合わせることができます。一例として、中国南京の大勝関橋が挙げられます。2つの主アーチの肩には短い補助アーチが設けられています。これは（固定）タイドアーチと片持ちトラスアーチの両方の設計です。交通が構造エンベロープを通過するため、貫通アーチ橋でもあります。台湾新北市の関渡橋はトラス橋ではなく、3つの主アーチに加え、橋の入口に2つの補助アーチセグメントが設けられた橋です。

インフィニティ橋は、高さとスパン長が異なる2つのアーチを採用しており、どちらも頂点の前で分岐しています。中央にずれた単一の川橋脚の上は、アーチの間にデッキが配置されています。一方、川岸の各橋台は、デッキ中央のアーチ端のみを支えています。繋ぎ弦は複合デッキ構造で構成されています。歩行デッキの両側に2本ずつ、計4本のポストテンションコイル鋼ケーブルが敷設され、7.5メートルごとに直交する鋼梁によって固定されています。ハンガーは、各ケーブルペア間の各梁に接続されています。梁はポストテンションコンクリートデッキの幅いっぱいに伸びているため、テンションケーブルペアは見えたままです。

河川橋脚のクローズアップ画像では、構造的な固定荷重がスパンごとに固定されていることがわかります。アーチスパンが大きいほど、より太い緊張ケーブルが使用され、反射セグメントは鋼梁から吊り下げられるのではなく、鋼梁によって支持されており、実質的に河川橋脚でアーチが完成しています。しかしながら、動的かつ不均一な荷重に対しては、視覚的に特徴的なアーチの延長部分を無視してはなりません。^{[ 5 ]}

1スパンあたり1本のタイドアーチ

マーストリヒトの Hoge Brug (またはPasseelle Céramique) 。

通常、1径間につき2つのタイアーチが床版に沿って平行に配置され、床版はアーチの間に位置する。軸タイアーチ橋または単アーチ橋は、1径間につき最大1つのタイアーチを有し、通常は床版の中央に位置する。^{[ 6 ]}一例として、マーストリヒトのホーヘ・ブルグ橋が挙げられる。この橋はヒンジハンガーを備えているため、1926年にヒンジハンガーを備えたタイアーチ橋の特許を保有していたニールセン橋に分類される可能性がある。

傾斜したタイドアーチ

いくつかの設計では、橋の床に沿って走る軸に対してアーチを外側または内側に傾けます。

タイドアーチツイン

ツインブリッジに類似して、交通量を増やすために2つのタイドアーチ橋を並べて建設するが、構造的には独立しているため、タイドアーチツインブリッジと呼ばれることがあります。それぞれのタイドアーチ橋は、単径間または複数径間、個別または連続したタイドアーチ設計を採用することができます。

差別化

ボウストリングトラス橋は、タイドアーチ橋と外観が似ていますが、ボウストリングトラスはアーチではなくトラスとして機能します。タイドアーチ橋との視覚的な違いは、垂直部材の間に大きな斜め部材がないことです。

問題

連邦道路局（FHWA）が1978年に発行した勧告では、タイアーチ橋はアーチリブとタイガーダーの接続部、およびアーチと垂直タイガーダーの接続部における溶接不良が原因で問題が発生しやすいと指摘されています。さらに、エレクトロスラグ溶接の問題はタイアーチ橋に限ったことではありませんが、修理には多額の費用と時間がかかり、面倒な作業を伴うものでした。構造全体は非冗長性とされており、2本のタイガーダーのいずれかが破損すると、構造全体が破損することになります。^{[ 7 ]}

参照

参考文献

^例えば、トラス橋に関する米国特許 14,313 (1856 年 2 月 26 日、オハイオ州シンシナティの PC Guiou に発行、明細書では「橋梁用桁」と題されている) を参照。
^弓弦アーチ橋と弓弦桁橋の関係については、Gayle & Carol Gayle、Cast-iron Architecture in America: The Significance of James Bogardus、28-29 ページ (WW Norton & Company 1998) を参照してください。
^技術的な解説は、 Gordon, JE (1978). Structures; or Why Things Don't Fall Down . London : Penguin Books . p. 208f. ISBNを参照。 978-0-306-40025-4. OCLC 4004565 .
^ 「ピッツバーグの橋」 . トラベルチャンネル. 2016年6月14日閲覧。
^マスクル、ダニエル (2009). 「英国ストックトン・オン・ティーズ、ノースショア歩道橋の批判的分析」(PDF) . Proceedings of Bridge Engineering 2 Conference 2009. bath.ac.uk. 2009年12月11日閲覧.垂直方向の固定荷重および均一荷重下において、アーチはデッキエッジケーブルが水平方向の連結部として機能し、純粋な軸圧縮力によって荷重を支えます。
^ 「軸（単）タイドアーチ橋」2017年9月26日閲覧。
^連邦道路局 (1978年9月28日). 「TIED ARCH BRIDGES: T 5140.4」 . 2008年7月22日閲覧。