Nehirlerin üzerinde uzanan, hem hafif hem de güçlü, çelik bir ejderha hayal edin. Bu kablolu köprüdür; mühendislik mekaniğini mimari güzellikle mükemmel bir şekilde birleştiren bir yapı harikası. İki kıyıyı birbirine bağlayan bir geçitten çok daha fazlası, insanın yaratıcılığının ve yaratıcılığının bir kanıtıdır.

Adına uygun olarak kablolu köprü, eğimli kablolarla desteklenen sürekli kirişlerden (veya tabliyeden) oluşur. Arp tellerine benzeyen bu kablolar, güverteyi yüksek direklere bağlayarak sağlam ama zarif bir bütün oluşturuyor. Mekanik açıdan bakıldığında kablolu köprüler, belirli açıklık aralıklarında belirgin avantajlar sunan benzersiz konfigürasyonlarıyla elastik olarak desteklenen sürekli kirişli köprüler olarak işlev görür.

Köprü türleri arasında kablolu köprüler, yayılma yetenekleri açısından üstündür. Özellikle 150 ila 600 metre arasındaki açıklıklar için parlıyorlar; hem ekonomik hem de estetik açıdan konsol, kafes kiriş, kemer ve kutu kirişli köprülerden daha iyi performans gösteriyorlar. Yayılma kapasiteleri asma köprülerle eşleşmese de nispeten sığ kiriş derinlikleri görsel olarak daha hafif bir görünüm yaratır. Gelişen tasarım ve inşaat teknolojileriyle kablolu askılı köprüler açıklık rekorları kırmaya devam ediyor. Rusya'nın 1.104 metrelik ana açıklığına sahip Russky Köprüsü, şu anda dünyanın en uzun kablolu köprüsü.

Kablo askılı köprülerin tasarım felsefesi zarif ve verimlidir. Her bileşen öncelikle çekme veya sıkıştırma kuvvetlerini yöneterek malzeme kullanımını en üst düzeye çıkarır. Destek halatları tabliyeye elastik destek sağlayarak köprünün açıklığını etkili bir şekilde uzatır. Güverte yüklerini taşıyabilmek için bu kabloların, direkler ve ana kirişler içinde sıkıştırma kuvvetlerine dönüşen muazzam gerilime dayanması gerekir. Eğilme momentleri ve diğer kuvvetler direkleri ve kirişleri etkilerken, eksenel kuvvetler genellikle baskındır. Eksenel olarak yüklenen elemanların verimlilik açısından bükme elemanlarından daha iyi performans göstermesi, kablolu köprülerin yapısal ve ekonomik avantajlarını açıklamaktadır.

Kablo askılı köprülerin konsepti, Machinae Novae'de belgelenen 1595 yılına kadar uzanmaktadır. 19. yüzyılın başlarında birçok yapı görüldü, ancak 1950'lere kadar kirişli, kemerli ve asma köprülerin yanı sıra popülerlik kazanmadılar. Erken arızalar, yapısal sistemin yeterince anlaşılmamasından kaynaklanıyordu; özellikle yetersiz direnç ve kabloların gerektiği gibi gerilememesi, çeşitli yükler altında gevşekliğe neden oluyordu. 1883 Brooklyn Köprüsü önemli gelişmelere işaret etti. Modern askılı köprüler 1950'lerde Almanya'da ortaya çıktı; İsveç'teki Strömsund Köprüsü (1955) ilk modern örnek oldu. O zamandan bu yana tasarım ve inşaat teknikleri hızla gelişerek kablolu köprüleri küresel bir olgu haline getirdi.

Kablo askılı köprüler birçok şekilde kategorize edilebilir; kablo düzenlemesi en yaygın yöntemdir.

Boyuna düzenlemeye bağlı olarak kablolu köprüler dört tipe ayrılır: tek kablolu, fanlı, değiştirilmiş fanlı ve harp konfigürasyonları. Bu sistemler, özellikle uzun açıklıklar için genel performansta minimum farklar gösterirken, her biri benzersiz özellikler sunar.

• Tek Kablo Sistemi:Bu nadir konfigürasyon, pilonu güverteye bağlayan tek kablolar kullanır. Almanya'daki Neckar Nehri Köprüsü bu türün örneğini oluşturuyor. Daha az kabloya sahip ilk tasarımlar daha yüksek inşaat maliyetlerine yol açarken, modern köprüler daha iyi ekonomi için daha fazla kabloyu tercih ediyor.
• Fan Sistemi:Tüm kablolar pilonun tepesinde birleşir veya buradan geçer. Bu yapısal olarak üstün tasarım, pilonun bükülme momentlerini en aza indirir. Dik kablo açıları, kirişlere minimum eksenel kuvvet uygularken dikey yükleri verimli bir şekilde karşılar. Bununla birlikte, pilon üst kısımlarında yoğunlaşan kuvvetler, karmaşık ankrajlar ve ilave pilon takviyesi gerektirerek korozyon ve yorulma sorunlarına neden olabilir.
• Modifiye Fan Sistemi:Fan sistemi zorluklarını gidermek için geliştirilen bu varyasyon, daha iyi güç dağıtımı, daha kolay bakım ve bireysel kablo denetimi için kabloları pilonun tepesine yeterince yakın bir yere yerleştirir. Hong Kong'un Ting Kau Köprüsü bu sistemi başarıyla kullanıyor.
• Arp Sistemi:Neredeyse paralel kablolara sahip bu düzenleme, görsel olarak düzenli bir desen oluşturur. Kablo ankrajlarının alt başlangıç ​​noktası inşaatın daha erken başlamasını sağlar. Hong Kong-Zhuhai-Makao Köprüsü'nün Jiuzhou Kanal Köprüsü bu zarif sistemi sergiliyor.

Enine olarak kablolar şu şekilde düzenlenebilir: tek bir merkezi düzlem, çift kenarlı düzlemler (dikey veya eğimli) veya merkez çizgisini her iki kenara bağlayan üçlü düzlemler. Bu düzenleme yapısal davranışı, inşaat yöntemlerini ve mimari ifadeyi etkiler. Çift düzlemli sistemler en yaygın olanıdır, ancak burulma dirençli kutu bölümleri kullanıldığında tek merkezi düzlemler çalışır. Olağanüstü geniş tabliyeler veya birleşik demiryolu-karayolu köprüleri için üç düzlemli sistemler kullanılabilir.

Kablo askılı köprüler tek açıklıklı, ikili, üçlü veya çoklu açıklıklı olarak tasarlanabilmektedir. Kablolar ve ankraj iskeleleri pilonun stabilitesi için çok önemli olduğundan, üç veya iki kablo destekli açıklık daha tipiktir. Tek direkli örnekler arasında Rotterdam'ın Erasmus Köprüsü ve Tokyo'nun Merkez Köprüsü bulunmaktadır. Üçü aşan açıklıklar için asıl zorluk, orta pilon tepelerinde yetersiz uzunlamasına sınırlamadır. Çözümler şunları içerir: pilon sertliğinin arttırılması (A-çerçeve destekleri kullanılarak), pilon üstlerinin yatay bağlarla bağlanması, direkler arasına stabilizasyon kabloları eklenmesi, orta açıklık bağlarının dahil edilmesi veya Ting Kau Köprüsü'nün 464,6 metrelik uzunlamasına stabilizasyon kablolarının gösterdiği gibi orta açıklığın yaklaşık %20 ötesine uzanan çapraz kabloların kullanılması.

Kablo askılı köprüler uyum içinde çalışan üç temel unsura dayanır: kablolar, direkler ve tabliyeler.

Kritik yük taşıyan elemanlar olarak modern kablolar, ankraj sistemleri, malzemeler ve korozyon korumasındaki erken eksikliklerin üstesinden gelmiştir. Mevcut seçenekler şunları içermektedir: prefabrik kilitli bobin halatları (1.770 N/mm² çekme mukavemetine sahip), prefabrik spiral halatlar (1.570/1.770 N/mm²'de 5 mm teller kullanılarak), çubuk kablolar (1.230 N/mm²), paralel tel demetleri (1.570 N/mm²'de 7 mm galvanizli teller), paralel halat halatları (1.570 N/mm²'de 15.2/15.7 mm galvanizli teller) 1.770 N/mm²) ve gelişmiş kompozit kablolar.

Direkler, güverte merkezleri boyunca tek sütun olabilir veya kavisli köprüler için kaydırılmış olabilir. Çift sütunlu düzenlemeler (kirişli veya kirişsiz) H-çerçeve, A-çerçeve, ters Y-çerçeve, elmas veya çift elmas konfigürasyonları oluşturur. İlk çelik pilon tasarımları hızlı imalata öncelik veriyordu ancak burkulma endişeleriyle karşı karşıyaydı. Modern trendler, daha fazla ağırlığa rağmen maliyet verimliliği açısından güçlendirilmiş/öngerilmeli betonu tercih ediyor. Beton teknolojisindeki ilerlemeler artık karmaşık pilon formlarını mümkün kılıyor. Tipik pilon yükseklikleri ana açıklık uzunluğunun 0,2-0,25 katı arasında değişir ve verimliliği koruyan kablo açıları 25-65 derece arasındadır. Havaalanına yakınlık gibi dış faktörler, Kawasaki'nin Haneda Uluslararası Havaalanı yakınında planlanan köprüde görüldüğü gibi direklerin daha alçak olmasını gerektirebilir.

Asma köprü tabliyelerinin aksine, kablolu tabliyeler, kendi ağırlık/canlı yüklerden kaynaklanan bükülme momentlerine ve yatay kablo bileşenlerinden kaynaklanan eksenel kuvvetlere karşı dayanıklı olmalı ve çeşitli kesitlere izin vermelidir:

• Çelik Güverte:Yüksek mukavemet-ağırlık oranları ve uzun kablolar arası açıklıklar nedeniyle ilk tasarımlarda tercih edildi. Ortotropik çelik döşemeler, ince aşınma yüzeylerini enine döşeme kirişleri tarafından desteklenen uzunlamasına takviyelerle birleştirir. Kurushima-Kaikyo Köprüsü, azaltılmış tabliye ağırlığının uzun açıklıklı ekonomik tasarımlara nasıl olanak sağladığını gösteriyor.
• Beton Güverte:Prekast veya yerinde dökme betonarme/öngerilmeli beton kullanan orta açıklıklar için uygundur. Uygun maliyetli olsa da artan ağırlık, daha büyük kablolar, direkler, iskeleler ve ankrajlar gerektirir. Tek düzlemli kablo sistemleri burulma dirençli kutu bölümleri gerektirirken, çoklu kablolu sistemler çok uzun açıklıklar için yüksek burulma direncine sahip açık kiriş bölümlerine izin verir.
• Kompozit Güverte:Çelik ve betonun avantajlarını birleştiren kompozit kesitler güvenlik ve ekonomi sunuyor. Seçenekler arasında, beton döşemeli veya karışık konfigürasyonlu çelik ortotropik döşemeler yer alır; yan açıklıklar için daha ağır beton/kompozit bölümler (yukarı doğru sapmayı azaltır) ve ana açıklıklar için daha hafif çelik bölümler (aşağı doğru sapmayı en aza indirir).

Modern kablolu köprü analizi sonlu elemanlar yöntemlerini gerektirir. "Balık kılçığı" modeli tipik olarak direkleri, döşemeleri ve kabloları temsil eder ve değiştirilmiş elastik modülü kullanarak kablo sarkma etkilerini hesaba katan özel öğeler içerir. İnşaat sıralamasını ve yükün yeniden dağıtımını simüle etmek için aşamalı analiz önemlidir. Doğal frekansları ve titreşim modlarını belirlemek için dinamik analizle tamamlanan hem doğrusal hem de doğrusal olmayan analizler gerçekleştirilmelidir.

Kablo askılı köprüler başarısını öncelikle verimli montaj prosedürlerine borçludur:

• Geçici Destek Yöntemi:Kablo montajı ve gerdirme işleminden önce geçici destekler üzerinde döşeme montajı gerçekleşir. Bu basit yaklaşım, inşaat sırasında destek ihtiyaçlarının ve navigasyon açıklığının dikkate alınmasını gerektirir.
• Serbest Konsol Yöntemi:İnşaat sırasında kabloların döşemeyi doğrudan desteklediği, tercih edilen modern teknik. Köprü, tabliye tamamlanıncaya kadar dirsekli olarak kalır. Bu yöntem, özellikle orta açıklık kapanmasından önce maksimum konsol koşullarında dikkatli bir güvenlik doğrulaması gerektirir.

1. Tipik bir kablolu köprünün yapısal bileşenlerini ve bunların dayanması gereken iç kuvvetleri tanımlayın.
2. Kablo askılı köprülerdeki olası enine ve boyuna kablo düzenleme modellerini açıklayın.