כיצד היו מהנדסים בונים את גשר שער הזהב כיום?

מאז שנפתח לתנועת גשר שער הזהב ב- 27 במאי 1937, הוא היה סמל איקוני על הנוף האמריקאי.

בשנת 1870, אנשים הבינו את הצורך בבניית גשר המשתרע על מיצר שער הזהב כדי לחבר את העיר סן פרנסיסקו עם מחוז מרין. עם זאת, עברה עוד חצי מאה עד שהמהנדס המבני ג'וזף שטראוס הגיש את הצעת הגשר שלו. התוכניות התפתחו, ופרויקט הגמר אושר כגשר תלוי שבסופו של דבר לקח במשך ארבע שנים לבנות .

כשגשר שער הזהב עלה, זה היה טווח הגשרים התלוי הארוך ביותר בעולם - כבלים מחזיקים את הכביש בין שני מגדלים, ללא תמיכות ביניים. ולמסגרת היו מספר אתגרים טבועים. זה עלה בערך 37 מיליון דולר בזמן; בניית אותו מבנה כיום תעלה כמיליארד דולר. אז איך העיצוב נשמר לאורך 80 השנים האחרונות - והאם היינו עושים דברים אחרת אם היינו מתחילים מאפס היום?

סכמטי של גשר תלוי. הכבלים התומכים האדומים מעבירים כוחות מהכבלים המתלים השחורים למגדלים ולעוגנים הכחולים.שִׂיחָה

הגשר התלוי הארוך בעולם

גשר שער הזהב הוא גשר תלוי, כלומר הוא מסתמך על כבלים ומתלים במתח יחד עם מגדלים הנמצאים בכוונון כדי לחצות מרחק רב ללא תמיכות ביניים. סיפון הכביש תלוי על כתפיות אנכיות המתחברות לשני הכבלים העיקריים העוברים בקצה המגדלים והעוגנים. המתלים מעבירים כוחות רכב ומשקל עצמי לכבלים התומכים המעוגנים למגדלים ועל קרקע יציבה. גשר תלוי ארוג פשוט.הרפתקאות רותחסה

ה גשרים ראשונים מסוג זה כנראה חיבר שני מצוקים עם חבלים גמישים כדי לחצות עמק או נהר. לפני מאות שנים חבלים אלה היו עשויים סיבים צמחיים; שרשראות ברזל הגיעו מאוחר יותר. גשר ברוקלין בעיר ניו יורק, שנפתח בשנת 1883, היה הראשון שהשתמש בכבלי פלדה, שהפכו אז לסטנדרטיים.

המגדלים ככל הנראה התחילו כסלע פשוט משני צידי העמק; בסופו של דבר מהנדסים השתמשו ברציפי אבן או פלדה מסיביים. גשר שער הזהב, למשל, נתמך על ידי מתקן אחד בכל קצה ושני המגדלים, המונחים מעל יסודות המוטבעים בקרקעית הים.

שני הכבלים התומכים של גשר הזהב הם בערך הדבר היחיד שלא שונה מאז שנפתח הגשר לתנועה בשנת 1937. כל כבל ראשי נוצר על ידי 27,572 חוטי פלדה בעובי עיפרון משוער. צוותי בנייה נתלו כמעט 80,000 מיילים של כבלי תיל מצד אחד של הגשר לצד השני.

כמעט בלתי אפשרי לייצר כבל ארוך ועבה בחתיכה אחת ללא פגמים לבצע את העבודה הזו. ובאופן מכריע, אם כבל אחד גדול יחזיק את הגשר למעלה וקורה לו משהו, היה כישלון קטסטרופלי. הישענות על חוטים קטנים יותר פירושה שכל כשל יהיה איטי יותר, ומשאיר זמן להפנות אסון.

מאז שאנשים התחילו להרהר לראשונה בגשר במפרץ סן פרנסיסקו, היה חשש עצום מיכולתו של המבנה לעמוד ברוחות החזקות, במים הסוערים ובכוחות רעידת האדמה האפשריים. סן פרנסיסקו ממוקמת בצומת שניים לוחות טקטוניים פעילים - ברור שאיש לא רצה לראות רעידת אדמה מורידה את הגשר, שכרגע נשא 112,000 כלי רכב ליום .

כדי להימנע מבעיה זו איתרו הבנאים גם בולמי זעזועים בכל קצה הגשר בכדי לספוג את האנרגיה המגיעה מכוח רוח או סייסמי. בולמי הרטט שתוכננו במיוחד הם גלילים בקוטר מטר העשויים מליבת עופרת המכוסה בגומי. הם ממוקמים במקומות אסטרטגיים, והם סופגים אנרגיה שעלולה לגרום לקריסת הגשר אחרת.

שומר על כושר טוב

חוכמה קונבנציונאלית מציעה כי פרויקט תשתית ייעשה זמן קצר לאחר חנוכתו. אך שמירה על גשר שער הזהב בצורת קצה הדף דורשת תחזוקה קפדנית שוטפת. במשך 80 שנה, צוותי תחזוקה ייעודיים ביצעו שירות בגשר, צביעה מחדש והחלפת הרכיבים המושחתים או השבורים במידת הצורך.

עבודה זו חייבת להיעשות בסטנדרטים מחמירים. לדוגמא, כאשר כל אחד מאלפי הברגים המחברים את כל חלקי הגשר השונים זקוקים להחלפה, לא מוציאים יותר משניים בו זמנית, כדי לשמור על הגשר מפני רוחות חזקות או כוחות רעידות אדמה.

יש גם בעיות תחזוקה מבניות. בשל חלוף הזמן ושונות הטמפרטורה המתמשכת, הכבלים והמתלים מתארכים או מתכווצים, וזקוקים לבדיקה חוזרת ומתיחה מחדש. סוג זה של התאמה מכונה כוונון ודומה לאופן שבו מוזיקאי שומר על כלי מיתר שנשמע במיטבו.

מה ישתנה אם נבנה אותו היום?

בגלל ענק עלויות אחזקה , יש אנשים שהציעו לשקם את גשר שער הזהב באופן שיגביל את חשבונות התחזוקה והתפעול השוטפים. אם מניחים בצד את ההיתכנות הפוליטית, כיצד היו מהנדסים מתכננים את הגשר אם הם הולכים לבנות אותו מאפס היום?

במשך הזמן פיתחו חוקרים חומרים קלים יותר. שימוש בפולימרים מחוזקים בסיבים (FRPs) ולא בפלדה או בטון הוא דרך להפחית ממשקלו של מבנה בסדר גודל כזה. משקל עצמי זה אחראי בדרך כלל לשימוש של 70 עד 80 אחוז מהתנגדותו - זה העומס המרבי שהוא יכול לשאת לפני שהוא נכשל. על ידי הקטנתו, מבנה הגשר יצטרך פחות כוח, מה שיאפשר אפשרויות זולות וקלות יותר.

לדוגמא, מעצבים החלו להשתמש בחומרים מרוכבים מורכבים מסיבים מחוזקים (FRP) בגשרים כמו גשר מרקט סטריט במערב וירג'יניה. FRP משתמש בשרף פלסטיק כדי לאגד סיבי זכוכית או פחמן, הנותנים חוזק לחומר. בהיותם קלים פי ארבעה מבטון, הפרלמנטים החזקים חזקים פי חמישה עד שש.

כנראה היעד הראשון של המעצב לשינוי בגשר שער הזהב המחליף יהיה הרכב הכבלים. הפלדה הנמצאת בשימוש כרגע היא מאכלת, כבדה פי ארבעה מחומרים חדשים יותר ועלולה להיכשל בסביבות לחות וטמפרטורה קשות - ממש כמו אלו בהן היא נתקלת במקום זה. כבלי פחמן אינרטיים יותר וכבר נמצאים בשימוש ברחבי העולם.

בגשר עם כבלים, הכבלים מתחברים ישירות מהסיפון למגדלים.שִׂיחָה

ניתן להשתמש בחומרים קלים יותר מפלדה גם באלמנטים אחרים של הגשר, כמו בדרך התנועה. שימוש בחיפויי פלסטיק מרוכבים עשוי להוריד את משקלו העצמי של גשר שער הזהב בפקטור של חמישה. זה יאפשר למהנדסים לתכנן ולבנות גשר עם כבלים ולא גשר תלוי. היתרון שם יהיה היכולת לסלק את המתלים; בכבל גשר עם כבלים מועברים ישירות מהסיפון למגדלים באמצעות הכבלים. גשר הכבלים המהיר הראשון עם כבלים מסוג CFRP הוא גשר החסידות בשווייץ, שנפתח בשנת 1996.

גשר עם כבלים יכול להיות בעל טווח ארוך יותר מגשר תלוי, כך שמבנהו בין התומכים לחוף יכול להיות פשוט יותר. גם בניית המגדלים הקרובים יותר לחוף, שם רצפת המים רדודה יותר, תסייע להקל על אחת הבעיות העיקריות כאשר גשר שער הזהב הוקם בפעם הראשונה: קשה מאוד ויקר לעבוד על יסודות המגדל במים עמוקים. עם זרמים חזקים.

ניתן לטפל במערכת השיכוך גם בעיצוב חדש. את הבולמים מבוססי הליבה המובילים ששימשו בבניית שער הזהב ניתן היה להחליף בטכנולוגיות חדשות יותר המסוגלות להתמודד טוב יותר עם כוחות רוח, תנועה וכוחות סייסמיים. שיפור זה יבטיח כי יימנע כישלון כמו זה בגשר הצרים של טאקומה - כאשר הרוח נשבה את הגשר הצידה, הוא התפתל והתמוטט.

עם כל האמור, גשר שער הזהב עדיין מסתדר מצוין. גם עם אפשרויות אפשריות וזולות אחרות, איש אינו עובד באופן ריאלי להחליף את אייקון ארט דקו ואת עבודת הצבע הכתומה הבינלאומית המפורסמת בעולם. גשר שער הזהב נמצא במעקב צמוד כדי לוודא שהוא אינו חורג ממגבלות הלחץ שלו בגלל עומסי תנועה, רוח ועוצמה סייסמית. אנו יכולים לצפות לפחות לעוד 80 שנה ליצירת המופת ההנדסית הזו.

הוטה גאנגראו הוא פרופסור להנדסה אזרחית וסביבתית ב אוניברסיטת מערב וירג'יניה ו מריה מרטינז דה להידלגה דה לורנצו הוא עוזר מחקר בוגר ב אוניברסיטת מערב וירג'יניה . מאמר זה פורסם במקור ב השיחה . קרא את ה מאמר מקורי .