Mi lehetne jobb?Pexels Amióta az Arany Kapu-híd 1937. május 27-én megnyílt a forgalom előtt, ikonikus szimbólum volt az amerikai tájon.
1870-re az emberek felismerték, hogy az Arany Kapu-szoroson átívelő híd kiépítése szükséges San Francisco városának és Marin megyének összekapcsolására. Még fél évszázad telt el, mire Joseph Strauss építőmérnök benyújtotta hídjavaslatát. A tervek tovább fejlődtek, és a végleges projektet függesztõ hídként hagyták jóvá, amely végül megvalósult négy év alatt építeni .
Amikor az Arany Kapu híd felment, ez volt a világ leghosszabb függesztett hídfesztávolsága - a kábelek két torony között tartják az úttestet, köztes támaszok nélkül. A beállításnak pedig számos eredendő kihívása volt. Kb 37 millió USD akkor; ugyanennek a szerkezetnek a felépítése ma körülbelül egymilliárd dollárba kerül. Tehát hogyan tartott a tervezés az elmúlt 80 évben - és másképp csinálnánk-e dolgokat, ha ma a nulláról indulnánk? 
A függőhíd vázlata. A piros támasztókábelek átadják az erőket a fekete függesztő kábelekből a kék tornyokba és a horgonyokba.Beszélgetés
A világ leghosszabb függőhídja
Az Aranykapu-híd függőhíd, ami azt jelenti, hogy feszített feszültség alatt lévő kábelekre és harisnyatartókra, valamint a nyomás alatt álló tornyokra támaszkodva nagy távolságot képesek áthaladni közbenső tartó nélkül. Az úttest fedélzete függőleges harisnyatartóktól függ, amelyek csatlakoznak a tornyok és a végén lévő horgonyok között futó két fő kábelhez. A harisnyatartók a jármű erőket és az önsúlyt a tornyokhoz horgonyzott és szilárd talajra rögzített tartó kábelekre ruházzák át. 
Egyszerű szövött függőhíd.Rutahsa kalandok
A első ilyen típusú hidak valószínűleg összekötött két sziklát rugalmas kötelekkel, hogy átkeljen egy völgyön vagy egy folyón. Több száz évvel ezelőtt ezek a kötelek növényi rostból készültek; később jöttek a vasláncok. A New York-i Brooklyn Bridge, amelyet 1883-ban nyitottak meg, elsőként használta az acélkábeleket, amelyek aztán szabványossá váltak.
A tornyok valószínűleg egyszerű sziklaként indultak a völgy mindkét oldalán; végül a mérnökök masszív kő vagy acél stégeket használtak. Az Aranykapu-hidat például mindkét végén egy támasz és a két torony támasztja alá, amelyek a tengerfenékbe ágyazott alapok felett helyezkednek el.
Az Aranykapu-híd két tartóvezetéke az egyetlen dolog, amely nem változott azóta, hogy a hidat 1937-ben megnyitották a forgalom előtt. Mindegyik főkábelt 27 572 acélhuzal alkotja, hozzávetőlegesen vastag ceruzával. Az építőipari személyzet szinte lógott 80 000 mérföld vezetékes kábel a híd egyik oldaláról a másikra.
Szinte lehetetlen hosszú, vastag kábelt gyártani egy darabban, hibátlanul. És döntő, ha egyetlen nagy kábel tartaná a hidat fent, és valami történne vele, akkor katasztrofális hiba következne be. A kisebb vezetékekre támaszkodva a meghibásodás lassabb lenne, így marad idő a katasztrófa elterelésére.
Mivel az emberek először a San Francisco-öböl hídján kezdtek gondolkodni, hatalmas aggodalom merült fel a szerkezet azon képessége miatt, hogy képes ellenállni a hely erős szélének, viharos vizeknek és az esetleges földrengési erőknek. San Francisco kettő metszéspontjában található aktív tektonikus lemezek - nyilván senki sem akarta látni, hogy egy földrengés lehozza a hidat, amely jelenleg körüljár Naponta 112 000 jármű .
Ennek a problémának az elkerülése érdekében az építők a híd mindkét végén lengéscsillapítókat is elhelyeztek, hogy felvegyék a szél vagy a szeizmikus erők energiáját. Ezek a speciálisan tervezett rezgéscsillapítók méter átmérőjű hengerek, amelyek gumival borított ólommagból készülnek. Stratégiai helyekre helyezve elnyelik az energiát, amely egyébként a híd összeomlását okozhatja.
Jó formában tartása
A hagyományos bölcsesség azt sugallja, hogy egy infrastrukturális projekt hamarosan az avatása után elkészül. De az Arany Kapu híd tiptop formában tartása folyamatos szigorú karbantartást igényel. 80 éve, elkötelezett karbantartók szervizelték a hidat, szükség esetén újrafestették és kicserélték a korrodált vagy törött alkatrészeket.
Ezt a munkát szigorú előírások szerint kell elvégezni. Például, ha a híd összes különféle darabját összekötő több ezer csavar bármelyikét ki kell cserélni, akkor egyszerre legfeljebb kettő kerül elő, hogy a híd biztonságban legyen az erős szél vagy földrengés ellen.
Vannak strukturális karbantartási kérdések is. Az idő múlása és a hőmérséklet állandó változása miatt a kábelek és a harisnyatartók megnyúlnak vagy összehúzódnak, és időszakos ellenőrzésre és utánfeszítésre szorulnak. Ezt a fajta beállítást hangolásnak nevezik, és hasonló ahhoz, ahogyan egy zenész tartja a vonós hangszerét a legjobb hangzásban.
Mi változik, ha ma megépítjük?
Hatalmas miatt fenntartási költségek , néhány ember javasolta az Arany Kapu híd rekonstrukcióját oly módon, hogy az korlátozza a folyamatos karbantartási és üzemeltetési számlákat. Félretéve a politikai megvalósíthatóságot, hogyan terveznék a mérnökök a hidat, ha ma nulláról építenék?
Idővel a kutatók könnyebb anyagokat fejlesztettek ki. Szálerősítésű polimerek (FRP) használata acél vagy beton helyett egy ilyen nagyságú szerkezet súlyának csökkentésére szolgál. Ez az önsúly általában felelős az ellenállásának 70–80 százalékának felhasználásáért - ez az a legnagyobb terhelés, amelyet elviselhet, mielőtt megbukna. Csökkentésével a híd szerkezetének kevesebb szilárdságra lenne szüksége, ami olcsóbb és könnyebb lehetőségeket kínál.
Például a tervezők elkezdtek szálerősített kompozit (FRP) anyagokat használni olyan hidakban, mint például a nyugat-virginiai Market Street híd. Az FRP műanyag gyantával köti össze az üveg vagy szénszálakat, amelyek szilárdságot adnak az anyagnak. Négyszer könnyebbek, mint a beton, az FRP-k ötször-hatszor erősebbek.
Valószínűleg a tervező első változási célpontja a Golden Gate Bridge helyettesítésére a kábelek összetétele lenne. A jelenleg használt acél korrozív, négyszer nehezebb, mint az újabb anyagok, és durva nedvesség- és hőmérsékleti környezetben is meghibásodhat - csakúgy, mint amilyenekkel ezen a helyen találkozik. A szénkábelek inertebbek és már használják az egész világon. 
Kábelhídon a kábelek közvetlenül a fedélzetről csatlakoznak a tornyokhoz.Beszélgetés
Ezeket az acélnál könnyebb anyagokat a híd más elemeiben is hasznosítani lehet, például a forgalmi úttesten. Műanyag kompozit fedélzet használata ötszörösére csökkentheti az Arany Kapu-híd fedélzetének önsúlyát. Ez lehetővé tenné a mérnökök számára, hogy függesztőhíd helyett ferdekábeles hidat tervezzenek és építsenek meg. Előnyt jelentene a harisnyatartók felszámolása; ferdekábeles hídban a kábelek az erőket közvetlenül a fedélzetről a tornyokba továbbítják. Az első autópálya-híd CFRP-kábelekkel a svájci gólyahíd, amelyet 1996-ban nyitottak meg.
A ferdekábeles híd hosszabb fesztávú lehet, mint a függőhíd, ezért szerkezete a támaszok és a part között egyszerűbb lehet. Az is, hogy a tornyokat a parthoz közelebb építjük, ahol a vízágy mélyebb, segítené enyhíteni az egyik fő problémát, amikor az Arany Kapu-hidat először építették: Nagyon nehéz és drága a torony alapjain mély vízben dolgozni. erős áramlatokkal.
A csillapító rendszer új megoldással is megoldható lenne. Az Aranykapu építésénél használt ólommag-alapú csappantyúkat újabb technológiákkal lehetne helyettesíteni, amelyek jobban ellenállnak a szélnek, a forgalomnak és a szeizmikus erőknek. Ez a fejlesztés biztosítaná annak megakadályozását, hogy a Tacoma Narrows hídon lévő hiba meghiúsuljon - amikor a szél oldalra fújta a hidat, az megcsavarodott és összeomlott.
Mindezek mellett az Aranykapu-híd még mindig rendben van. Más megvalósítható és olcsóbb lehetőségek mellett sem reálisan dolgozik senki az Art Deco ikon és a világhírű nemzetközi narancssárga festék cseréjén. Az Aranykapu-hidat szorosan figyelik annak biztosítására, hogy a forgalmi, szél- és szeizmikus terhelések miatt ne lépje túl a feszültséghatárait. Ennek a mérnöki remekműnek még legalább 80 éve várhatunk.
Hota GangaRao építőmérnök professzora a Nyugat-Virginia Egyetem és Maria Martinez de Lahidalga de Lorenzo diplomás kutatási asszisztens a Nyugat-Virginia Egyetem . Ezt a cikket eredetileg a A beszélgetés . Olvassa el a eredeti cikk .
