bro

Moderne veibroer er normalt utformet med separat kjørebane for kjørende og parallelle, avmerkede eller opphøyde felt for gående og syklende. Ved liten trafikk og på eldre broer er brobanen ofte så smal at gående og syklende må benytte kjørebanen.

For kryssing av sterkt trafikkerte veier bygger man ofte egne broer for gang- og sykkeltrafikk. Disse brokonstruksjonene får liten trafikkbelastning og er derfor lette, men sårbare, og må dimensjoneres for egenvekt, vind, snø, vedlikeholdsmaskiner og støtlaster de kan bli utsatt for ved uhell. Noen av disse har fått spesiell arkitektonisk eller kunstferdig utforming, f.eks. Leonardo da Vinci-broen i Ås, Akershus som er tegnet av Vebjørn Sand etter skisser av Leonardo da Vinci.

Jernbanebroer skiller seg fra veibroer først og fremst ved at de må bære mye tyngre laster. Mange av de store broene fra victoriatidens England var bygd for jernbanetrafikk, f.eks. Britanniabroen og Forth-broen. I USA hadde arbeidet med de transkontinentale jernbanene stor betydning for utviklingen innen brobygging. Brotypene avspeiler tiden jernbanene er bygd i med stor andel av bue-, hvelv- og fagverksbroer. Dette gjelder også i Norge med eksempler som Kylling bro i Romsdalen og Gvarv bro i Telemark.

Bjelken og platen kan brukes både som hovedbærer og sekundærbærer i broer. Platen er aktuell bare for små spenn, og da helst i betong som pga. sin formbarhet gjør det mulig å bygge broer med komplisert form. Bjelkebroen har en bred anvendelse. Lamineringsteknikken har gjort det mulig med større trebjelker som brukes mest i gangbroer. I bjelkebroer bruker man stål og betong både for små og store spenn. Mindre broer er ofte bygd opp av standardiserte elementer.

Stålbroer opp til ca.100 m blir vanligvis bygd som sveisede platebærere, dvs. bjelker satt sammen av stålplater. Bjelkehøyde og platetykkelser dimensjoneres etter påkjenningene de ulike deler av broen utsettes for. For spenn over ca. 100 m må man benytte lukkede, kasseformede tverrsnitt. Topplaten i kassen, som også utgjør kjørebanen, kan utføres i stål, men også i betong, og den forsynes vanligvis med et slitelag av asfalt. Utvendig får bjelken ellers en slett overflate, mens den innvendig er preget av tverrbærere og påsveisede avstivninger.

Også betongbjelken utføres med kassetverrsnitt, men normalt ikke før spennvidden kommer over 50 m. Den bygges ved metoden for fritt-frembygg. Norske eksempler er motorveibroen i Drammen, total lengde 1892 m og hovedspenn 60 m, og Mjøsbrua, total lengde 1421 m og hovedspenn 69 m.

Hvelvet og buen er sterkt beslektede, med buen som en videreutviklet utgave. Buebroer kan utformes med kjørebanen liggende helt eller delvis over eller under buen. I perioden frem til den annen verdenskrig ble det bygd mange betongbuer med Sandöbroen over Ångermanälven i Norrland, Sverige som den største med spenn på 269 m, og litt senere ble Puddefjordsbrua i Bergen ferdigstilt.

Ved bygging av betongbuer har det tradisjonelt vært nødvendig med et komplisert, arbeidskrevende og dermed kostbart stillas. Men i de senere år har man også for denne brotypen benyttet fritt-frembygg-metoden, slik at man slipper å sette opp stillas, se denne nedenfor. Imponerende eksempler er Krk-broen i Kroatia, hovedspenn 390 m, og Wanxianbroen i Kina, som har verdens største hovedspenn for denne brotypen, 420 m.

Til tross for disse nye metodene har buebroen tapt terreng i forhold til den fritt-frembygde bjelkebroen. I betongbroene er buen oftest underliggende, mens stålbuene finnes både som over- og underliggende. For de største spennene er buen oftest utført som fagverk i stål, f.eks. New River Gorge-broen i West-Virginia i USA med et spenn på 518 m. Norske eksempler på denne brotypen er Fredrikstad bru med hovedspenn 196 m og Karmsund bru med hovedspenn 184 m. Noen broer er utført med stålrør som bue, f.eks. den første Tjörnbroen i Sverige. Den nye Svinesundsbrua er en betongbuebro. Det er lagt stor vekt på å innpasse den i landskapet. Broen bæres av en forspent betongbue bygget etter fritt-frembygg-metoden med buespenn på 247 m. Det ble bygd midlertidige tårn i hver ende av buen for å holde den oppe under støpingen. Kjørebanen består av stålelementer, som blir løftet på plass og festet til brobuen.

Fagverket som idé er tillagt bl.a. Leonardo da Vinci. Det er satt sammen av staver i et trekantmønster slik at det dannes stive skiver der stavene vekselvis får trykk- og strekkbelastning. Stavene i over- og underkant kalles gurter, de øvrige vertikaler og diagonaler. Konstruksjonen gis ofte navn etter gurtenes form som f.eks. parallellfagverk og parabelfagverk. Fagverket anvendes i broer både som bjelker og buer, og da først og fremst i stål. Et berømt eksempel er Forth-broen i Skottland fra 1889. I de påfølgende tiår var det særlig amerikanerne som bygde store fagverksbroer for jernbaner. Det har også vært forsøkt å bygge fagverk i spennbetong, men de har ikke vært vellykkede. Fagverket er arbeidskrevende og bygges derfor sjelden.

I Norge har fagverk i de seneste tiår mest vært brukt i avstivningsbærere på hengebroer. Imidlertid har bæresystemet fått fornyet interesse. I OL-anlegget, Vikingskipet på Hamar, ferdig 1994, ble det benyttet fagverk i tre med innlagte stålplater som forsterkning. Dette systemet ble også brukt ved byggingen av Flisa bro over Glomma i 2003. Den skal være verdens lengste, er bygd av impregnert limtre på de gamle bropilarene og har tre spenn med samlet lengde på 182 m.

Hengebroer slik vi kjenner dem i dag, består av en brobjelke, avstivningsbæreren som er opphengt i en bærekabel. Prinsippet er kjent fra gammel tid da man bygde hengebroer av tauverk og trevirke. Typisk for disse primitive hengebroene var at de manglet avstivningsbærer, og derfor lett kom i svingninger.

Vanligvis bygges hengebroene med to tårn, men ett-tårns eksempler finnes også, f.eks. Kjerringstraumen bru sør for Narvik. Kabelens pilhøyde, det vil si avstanden fra tårntoppen til kabelens laveste punkt, er ca. ¹/₁₀ av spennvidden.

Utviklingen av den moderne hengebroen startet med innføringen av den smidde jernkjeden som bærekabel. Thomas Telfords Menaibro i Wales fra 1826 regnes som prototypen. I Norge ble det i alt bygd tre slike broer: Bakke bru i Vest-Agder, Sarpfossen bro i Sarpsborg og den tredje Åmot bru i Buskerud, nå flyttet til Oslo og er gang- og sykkel bro over Akerselva.

Det neste store fremskrittet for hengebrobygging kom da stålwiren ble tatt i bruk som hengebrokabel i første halvdel av 1800-tallet. Dette åpnet for bygging av større spenn. Amerikaneren John Roebling så mulighetene og ble en pioner. Han forstod også nødvendigheten av å gi hengebroene tilstrekkelig aerodynamisk stabilitet. Den største broen fra denne tiden er Brooklynbroen i New York med spennvidde 486 m, bygd 1870–83. Spennviddene holdt seg stort sett på dette nivå frem til 1931 da Georg Washington-broen i New York satte en ny standard med et spenn på 1067 m. I 1940 fikk ingeniørene en påminnelse om de grenser naturen setter, da Tacomabroen nær Seattle, USA, kollapset etter å ha kommet i voldsomme svingninger i vind med kulings styrke. Den var bygd svært myk uten at det var tatt hensyn til aerodynamisk vindlast.

Amerikanerne dominerte hengebrobyggingen helt fra Brooklynbroen stod ferdig frem til 1960-tallet. En ny milepel ble nådd i 1966 med Severnbroen i sørlige England der den aerodynamisk formede kassebjelken først ble tatt i bruk. I årene etter dette er det bygd store hengebroer både i USA, Europa og Japan. Den største (2004) er Akashi Kaikyo-broen i Japan med midtspenn 1991 m, etter at et jordskjelv under byggingen strakk spennet med 0,8 m! Storebæltssbroen i Danmark (se Storebæltsforbindelsen) har midtspenn på 1624 m, og Humberbroen i England 1410 m.

Også i Norge er det bygd relativt mange hengebroer. Overingeniør Olaf Stang utviklet «den myke hengebroen». Han fant at broene med fagverks avstivningsbærere var uøkonomiske for norske forhold, og introduserte en mer fleksibel type med bruk av valsede stålbjelker. Frem til 1965 ble det bygd ca. 150 slike, med Fyksesundbrua i Hardanger på 230 m som den største; de fleste er fortsatt i bruk. En annen nordmann som har bidratt betydelig i utviklingen av hengebroene, er Arne Selberg med sine analyser av svingninger.

Etter hvert som trafikken økte og kjøretøyene ble tyngre, ble de myke hengebroene for svake, og man gikk over til å bruke fagverksbjelker. De største av denne type er Skjomenbrua ved Narvik og Kvalsundbrua ved Hammerfest, begge med spenn på 525 m. I 1990-årene ble den aerodynamisk formede bjelken i stål tatt i bruk i Norge, først på Gjemnessundbrua ved Kristiansund og like etter på Askøybrua ved Bergen. Askøybrua er Norges lengste med et midtspenn på 850 m. Et spesielt trekk ved de norske hengebroene er at de er slanke, fordi de er bygd for bare to kjørefelt. Utenlandske broer med tilsvarende lengde har som regel minst fire felt. Alle disse broene er dimensjonert for å tåle ekstreme vindforhold, og de blir utprøvd med modellforsøk i vindtunnel for å få verifisert beregningsresultatene.

Arbeidet med å bygge en hengebro innledes med at kablene strekkes over tårnene. For de største spennene må kabelen settes sammen, spinnes, av enkelttråder på stedet. Til hjelp i arbeidet må man bygge en såkalt catwalk, en opphengt gangbro i høyde med kablene og i prinsipp lik de primitive hengebroene. Kablene forankres i grunnen, ofte ved hjelp av massive gravitasjonsankre. I Norge blir forankringene vanligvis sprengt inn i fjell. Montasjen av brobanebjelken gjøres seksjonsvis fra midten av broen og symmetrisk mot tårnene. Til å begynne med henger seksjonene i krumning nedover. Først når man når omslagspunktet, inntar de en kurve som i den ferdige broen, slik at man kan starte sammenføyningen. Hengebroer av stål kan ifølge teoretiske utredninger bygges med spenn på opptil 3000 m.

Skråstagbroer er kjennetegnet ved at kjørebanebjelken er opphengt i rette, skråstilte stålstag som er festet til et tårn. Stagene kan legges parallelt i det som kalles harpeform eller i vifteform, det vil si med alle festet i tårntoppen. I praksis velger man ofte en mellomløsning. De fleste skråstagbroene har to tårn for hvert spenn, men broer med ett tårn er også ganske vanlige. Ved to-tårnsløsningen er høyden fra kjørebanen til tårntoppen ca. ¹/₅ av spennvidden, det vil si dobbelt så stor som på en tilsvarende hengebro. Ved ett-tårn-broer blir den relative høyden enda større. Brobjelken kan utføres i stål eller betong og kan gjøres meget slank dersom avstanden mellom stagfestene ikke er for stor. Skråstagbroer bygges trinnvis ut fra tårnet og i takt med monteringen av stagene.

Skråstagbroen har kortere historie enn hengebroen. Det ble bygd noen slike på 1800-tallet med stag av smijern, men brotypen kom i miskreditt da en tysk bro brøt sammen og 50 mennesker omkom. Det var derfor først i 1950-årene, og da særlig i Tyskland, at nyutviklingen av skråstagbroen kom i gang. Brotypen ble bygd i et stort antall med spennvidder 200 – 400 m.

Etter hvert ble det bygd skråstagbroer i flere land, også i Norden. Den første i Norge var bybroen i Stavanger som stod ferdig i 1979. Siden er det bygd fem slike med Skarnsundet bru i Nord-Trøndelag som den lengste. Ved åpningen i 1991 var den verdens største skråstagbro med 530 m hovedspenn. I 1995 kom Normandiebroen i Frankrike med et spenn på 856 m. Verdens største skråstagbro er i dag Tatarabroen i Japan med 890 m hovedspenn og 220 m høye ståltårn, åpnet 1999. Tilsvarende har Øresundforbindelsen, også åpnet i 1999, en skråstagbro som høybro over seilingsløpet med spennvidde på 490 m. Enkelte fagfolk mener at slike broer kan bygges med spennvidder på opptil 2000 m.

Flytebroer bæres av oppdriften av flytelegemer, f.eks. pontonger som brobjelken hviler på. Alternativt kan bjelken flyte i hele sin lengde som en båt. Brotypen er kjent fra oldtiden, bl.a. fra Herodots beretning om da perserkongen Xerxes krysset Hellesponten i sitt felttog mot grekerne. I vår tid er provisoriske flytebroer av lette pontonger og prefabrikerte broelementer brukt både til militære og sivile formål. Siden 1940 er det bygd et lite antall permanente flytebroer for veitrafikk. Fire av dem ligger i nærheten av Seattle, USA, med Hood Canal-broen som den mest kjente. I Norge er det bygd to flytebroer: Bergsøysundet bru ved Kristiansund i 1992, og Nordhordlandsbrua ved Bergen i 1994.

Flytebroer må kunne bære sidekrefter fra vind, bølger og strøm. På de amerikanske broene er dette løst ved hjelp av forankringer til sjøbunnen. Over de dype norske fjordene, må man i stedet legge flytebroene i kurve slik at kreftene tas opp som strekk eller trykk og bøying i brobuen. Bølgelasten har for øvrig en dynamisk, skiftende virkning som er avgjørende for dimensjoneringen. Der flytebroene krysser skipsleder må det sikres passasje for fartøyer. På de amerikanske broene er dette løst ved et skyvespenn som kan åpnes, mens Nordhordlandsbrua har en høybro i tilslutning til flytebroen.

Rørbroen er en spesiell form for flytebro der kjørebanen går inne i et neddykket, flytende rør som er lagt så dypt at skip kan passere over. En slik bro må være forankret enten til bunnen eller til flytelegemer i vannflaten. Rørbroer er ennå ikke bygd, men norske veimyndigheter har gjennomført omfattende studier av en slik løsning for kryssing av Høgsfjorden i Rogaland (se Høgsfjordprosjektet). Man har konkludert med at en rørbro her er realistisk og sikkerhetsmessig forsvarlig. Også for kryssing av Messinastredet og Gibraltarstredet har rørbroer vært vurdert. Det er nå viktig å finne et prosjekt som er økonomisk konkurransedyktig.

Elementbroer er ofte mindre broer som blir satt sammen av prefabrikerte betongbjelker eller valsede stålbjelker. Disse er som regel standardiserte eller leveres i store serier. For større broer prefabrikeres ofte spesialelementer på egen byggeplass eller i tørrdokk. For eksempel prefabrikeres seksjoner av brobjelken for hengebroer og skråstagbroer og blir deretter transportert på plass og montert sammen i brokonstruksjonen.

Den utstrakte bruken av betong som brobyggingsmateriale og maskintekniske fremskritt har sammen ført med seg en rivende byggeteknisk utvikling. De kostbare stillasene for støping av bjelker og buer er blitt avløst av den såkalte fritt-frembygg-metoden. Den brukes for flere brotyper som skråstagbroer og buebroer, men i Norge er den særlig knyttet til spennarmerte bjelkebroer i betong. Byggingen starter fra en pilar, og man bygger seg balansert ut til hver side i trinn på ca. 5 m. Bjelkehøyden er størst inne ved pilaren, vanligvis ¹/₁₇ – ¹/₂₀ av spennvidden, og avtar ut mot midten av spennet. En forskalingsvogn bærer seksjonen mens den er under arbeid, og kjøres frem når betongen har herdet og spennkablene er oppspent. Arbeidet følger en syklus på en uke der trinnene er forskaling, armering, støping, herding, oppspenning og vognflytt. Seksjonene holdes sammen av gjennomgående spennkabler som forankres i tilstøtende spenn på motsatt side av pilaren.

Metoden skal først være anvendt på en bro i Brasil i 1930. I Norge er det nå bygd over 100 broer på denne måten. Tromsøbrua, som ble åpnet i 1960, er den eldste, mens den nye Varoddbroa ved Kristiansand, ferdig i 1994, var ved åpningen verdens største i sitt slag. I dag har Stolmasundet bru i Hordaland verdens lengste spenn på 301 m bygd etter fritt-frembygg-metoden. Norge er et foregangsland når det gjelder denne teknologien.

Høye betongpilarer og tårn er også vanlige i brobyggingen. De utføres med glideforskaling, der formen flyttes kontinuerlig oppover, eller klatreforskaling der flyttingen skjer sprangvis.