Abutments in Bridges: soorten en ontwerpoverwegingen
Na het lezen van dit artikel leert u over de soorten en ontwerpoverwegingen van abutments in bruggen.
Soorten abutments voor bruggen:
Baksteen- of steenmetselwerk, massabeton of gewapend beton kunnen worden gebruikt bij de constructie van landhoofden. De typen landhoofden die gewoonlijk worden gebruikt in snelwegbruggen worden getoond in figuur 19.2. In open vlotstichting worden metselwerk of massale betonnen abutments algemeen gebruikt. Zij leveren het dode gewicht voor de stabiliteit van een dergelijke constructie.
Steunen van de paalschraag zijn open-type aanslagen waarbij de achtervulling niet door de abutments wordt vastgehouden maar door de ruimten van de bok kan worden gemorst en de hellende dijk voor het abutment wordt gevormd.
De hellende dijk wordt beschermd door stenen of keileinden tegen schade door waterstromingen. Dit type abutments heeft het voordeel dat er geen speciale structuur hoeft te worden gemaakt behalve het ophogen van de palen en het voorzien van een paalkap aan de bovenkant voor het ondersteunen van de superstructuur. Er moet een vuilmuur worden aangebracht om te voorkomen dat het vuil of de aarde uit de voegen op de lagers morst.
Tegenfortale type abutments zijn gesloten type abutments met sommige kolommen of tegenhangers verbonden door een frontplaat. De afstand van de tegenhangers is over het algemeen 2, 5 tot 3 meter.
De stabiliteit van de abutments wordt gehandhaafd door het eigen gewicht en het gewicht van de opvulmaterialen tussen de contrasten en boven het fundamentvlot. Open vlot of stapel of goed 'fundering is geschikt voor dit soort abutments.
Open type abutments met RC-kolommen (Fig. 19.2d) verdienen de voorkeur wanneer de vormingshoogte zeer hoog is. Om de abutments te ontlasten van overmatige aarddruk, mag de aarde vooraan lopen zoals in de schragen van de stapelschraag.
De afstand van de kolommen is ook min of meer vergelijkbaar met die van de tussenafstanden, dwz 2, 5 tot 3, 0 meter. Er moet een schermwand van ongeveer 1, 5 tot 2, 5 meter diep worden verschaft die de kolommen verbindt en die aan de afdekbalk hangt.
De functie van deze schermwand is om te voorkomen dat aarde verplaatst wordt van het bovenste gedeelte net achter het abutment als gevolg van een toeslag, trillingen, etc. Funderingen die nodig zijn voor dergelijke abutments zijn stapel- of putfunderingen. De fundering van het vlot kan mogelijk zijn als het op de rots rust.
Het voordeel van een open type aanslag is dat er geen vleugels of terugvoerwanden nodig zijn, maar het nadeel is dat een deel van de waterweg wordt beperkt door de hellende dijk voor de abutments. Aan de andere kant hebben gesloten type abutments vleugels of teruglopende wanden nodig voor de bescherming van de aarde, maar deze abutments zorgen voor meer waterwegen dan de open abutments.
Ontwerpoverwegingen van abutments voor bruggen:
De abutments worden onderworpen aan de volgende belastingen en krachten:
i) Eigen gewicht van landhoofden inclusief het gewicht van de rugvulmaterialen boven de landhoofden.
ii) Dood en levend gewicht van de bovenbouw - minimale belasting van de spanning voor het controleren van de spanning en maximale belasting van de belasting voor het controleren van de maximale compressie.
iii) Temperatuur en tractie of remeffect.
iv) Horizontale kracht door wind op de bovenbouw.
v) Centrifugale kracht als de brug zich op een bocht bevindt.
vi) Actieve aarddruk aan de achterkant, inclusief het effect van de belastingtoename. Alle landhoofden moeten zijn ontworpen voor een heffingstolerantie gelijk aan 1, 2 meter hoogte aardehoog.
vii) Seismische kracht.
De afdekplaat voor open of tegenliggers moet worden ontworpen voor zowel verticale als horizontale belastingen. Gewoonlijk zijn de steunkappen onderhevig aan torsiespanningen en is het noodzakelijk dat voldoende torsie-versterking wordt verschaft.
De gronddruk op de kolommen voor open abutments moet rekening houden met de boogwerking van de bodemmassa die druk uitoefent. Om van dit effect te genieten, wordt normaal gesproken een toename van de gronddruk in de mate van 100% op dergelijke abutmentkolommen verondersteld.
Het is zeer belangrijk om de stabiliteit van de abutments als geheel te controleren met betrekking tot glijden en kantelen wanneer deze abutments zijn gebaseerd op open vlotten. De neiging van de abutments om te glijden vanwege de horizontale kracht wordt weerlegd door μV, waarbij p. is de wrijvingscoëfficiënt tussen de grond en de basis van de fundering en V is de totale verticale belasting op de fundering.
Adequate veiligheidsfactor tegen falen moet worden toegestaan. Laat H de totale horizontale schuifkracht zijn en V de totale verticale belasting. Voor stabiliteit,
De waarde van μ is gelijk aan tan θ = tan. 20 °. Evenzo moet er voldoende veiligheidsmarge zijn om de abutments als geheel om de teen heen te kantelen. Dit kan worden gegeven door,
Bij hoge abutments van het gesloten type is de totale gronddruk op de wanden relatief aan de hoge kant en daarom kan alleen de basiswrijving μV niet in staat zijn om het glijden van de abutments te weerstaan. In dergelijke gevallen wordt de afschuifsleutel zoals weergegeven in figuur 19.3 gebruikt om de schuifweerstand te vergroten. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van de passieve aardingsdruk voor de afschuifsleutel.
Sommige autoriteiten bevelen aan dat passieve weerstand kan worden berekend door de modulus van horizontale substraalreactie als 0, 7 maal de verticale te nemen. De passieve weerstand die de aarde voor de muren biedt, kan ook worden benut als het een goed samengeperste maagdelijke grond is en er geen mogelijkheid bestaat om de aarde aan de voorkant af te schuren.
De theorie van de aarddruk en het ontwerp van het type zwaartekracht of van het type tegenfortetype is te vinden in elk boek over Theory of Structures en wordt daarom hier niet besproken. De open abutments kunnen op de hieronder aangegeven manier zijn ontworpen.
De schermwanden zijn continu over de kolommen en aan de bovenkant bevestigd met de dop. Als de stropdas onderaan is aangebracht, mag de wand worden verondersteld als eenvoudig ondersteund, maar soms wordt de onderkant vrijgehouden zonder enige ondersteuning. In dat geval wordt de bodem als vrije cantilever verondersteld.
De gronddruk op de schermwand wordt in beide richtingen over de schermwand verdeeld, rekening houdend met de ondersteuningscondities. De kolommen zijn ontworpen met verticale belastingen en momenten veroorzaakt door de gronddruk en andere krachten die vergelijkbaar zijn met de onderdelen die worden onderworpen aan directe stuwkracht en buiging. Het basisvlot is een ononderbroken plaat over de kolomsteunen met gronddruk hieronder en kan als zodanig zijn ontworpen.
Seismisch effect van de rugvulling op de abutments:
Tijdens seismische storingen trilt het rugvullingsmateriaal achter de abutments ook en oefent daarom verhoogde gronddruk uit, die kan worden berekend zoals hieronder wordt beschreven. Vanwege de actie van de aardbeving met seismische coëfficiënt, worden zowel de steunmuur als de rugvulling verondersteld een denkbeeldige verplaatsing van tan- 1 ng (zie figuur 19.4) en wordt het eenheidsgewicht van de opvulling verhoogd door vermenigvuldiging het met een factor van
De gronddruk berekend door de gebruikelijke theorie met de bovengenoemde wijzigingen geeft het verhoogde effect als gevolg van seismische storing in de opvulmaterialen. Naast de verhoogde gronddruk, moet het seismische effect op het abutment zelf op de normale manier worden beschouwd.
Illustratief voorbeeld 1:
Bereken volgens Coulomb's theorie de horizontale component van de normale gronddruk en die met aardbevingen op de vulling. Zoek de procentuele toename van de normale gronddruk wanneer een seismisch effect op de back-fill wordt beschouwd:
Daarom wordt opgemerkt dat door een seismisch effect de horizontale gronddruk met bijna 10% en 20% toeneemt wanneer de seismische coëfficiënten respectievelijk 0, 05 en 0, 10 zijn.
Live ladingtoeslag:
De abutments zijn ontworpen voor een heffingstoevoertoeslag gelijk aan 1, 2 meter hoogte van de grondvulling.
Huilgaten:
Bij abutments van het gesloten type moet voldoende aantal "huil" -gaten (Fig. 19.2) aanwezig zijn om het water dat zich achteraan de abutments heeft opgehoopt, af te voeren, anders wordt extra horizontale druk uitgeoefend door het opgehoopte water op de abutments. De huilgaten moeten worden gemaakt door een dip aan de buitenzijde voor een gemakkelijke afvoer.
De achterkant van de vulopeningen moet op de juiste manier worden verpakt en beschermd met filtermaterialen van verschillende afmetingen, waarbij de grotere afmeting in contact staat met de wand, zodat noch de opvulmaterialen, noch het filtermateriaal door de vulgaten naar buiten kunnen komen. De grootte van de huilgaten kan 150 mm diep en 75 mm breed zijn en de afstand mag niet meer bedragen dan één meter in zowel horizontale als verticale richtingen.
Back-Fill Materialen:
De achtervulling moet zoveel mogelijk bestaan uit korrelige materialen. Zandgronden of zandige silts kunnen ook worden gebruikt als er geen korrelige materialen beschikbaar zijn. Het optimale vochtgehalte van dergelijke korrelige materialen moet tussen 7 en 10 liggen. Het filtermateriaal achter de hakopeningen.
indien gebruikt op het gehele achterste deel van de abutments, zal een snellere drainage van het verzamelde water helpen en als zodanig is de laatste voorziening beter dan de eerste, namelijk. gebruik van gelokaliseerde filtermaterialen net achter de huilgaten.
