Ontwerp van gebogen bruggen (met diagram)

Na het lezen van dit artikel leert u over het ontwerp van gebogen bruggen.

Gebogen bruggen worden normaal gesproken verschaft voor viaducten en uitwisselingen waar divergerende verkeersstroken worden omgezet in een brug met meerdere bruggen of overbruggingen en vice versa. Een voorbeeld hiervan is de Tweede Hooghly-brug in Calcutta met zesbaans verdeelde rijbanen op de hoofdbrug over de rivier en op de naderingsviaducten aan zowel Calcutta- als Howrah-zijde.

De uitwisselingen aan beide zijden van Calcutta en Howrah bestaan ​​uit een aantal enkele of dubbele rijstroken. Een deel van het Calcutta-eindviaduct en enkele armen van Calcutta en Howrah zij-uitwisselingen bevinden zich op bochten zoals weergegeven in Fig. 9.12.

Gebogen bruggen over kanalen moeten soms worden geconstrueerd wanneer beperking van land in een stad of stad zodanig is dat de bouw van een dergelijke brug de enige mogelijkheid is.

Type Piers:

Keuze van het type pijpleidingen voor viaduct en uitwisselingsgebogen bruggen is geen probleem, behalve in gevallen waar de rijstroken zich onder bevinden. Wanneer de rijstroken zich onder het viaduct of de uitwisselingsstructuren bevinden of waar de brug over een kanaal is aangelegd, beïnvloedt de normale rechthoekige pier de verkeersstroom in het geval van de voormalige en stroming van water in het geval van de laatste (figuur 9.13a) .

Daarom is de ronde pier, hetzij massief of hol, met een pierkap boven haaks op de as van de brug, de juiste oplossing (figuur 9.13b), in welk geval de stroming glad zal zijn.

Lay-out van de lagers:

De as van een brugdek voor een gebogen brug is geen rechte lijn en verandert op elk punt van richting en om deze reden zijn de pijler of steunpunten die het dek door de lagers ondersteunen niet evenwijdig aan elkaar, hoewel deze haaks op elkaar staan de as van de brug op deze locaties.

Maar aangezien de as van de brug van richting verandert van de ene kap naar de andere, is zorgvuldige afweging nodig met betrekking tot het fixeren van de as van de metalen lagers, of het nu om een ​​rol, een kantelschakelaar, een scharnier of een glijbaan gaat, hoewel een dergelijk probleem zich normaal niet zou voordoen met betrekking tot van elastomere lagers of rubberen lagers die vrij in elke richting kunnen bewegen en die een vrije horizontale beweging en rotatie van de bovenbouw mogelijk maken.

De oriëntatie van de vrije metalen lagers moet zodanig zijn dat de richting van de translatie van de lagers samenvalt met de bewegingsrichting van het brugdek. De as van een gebogen brug verandert van richting op elk punt en daarom is de as van de brug bij twee aangrenzende pijlers niet hetzelfde.

Daarom moet worden bepaald op welke manier de as van de lagers op een dergelijke locatie loodrecht op de brugas moet worden geplaatst of parallel aan de as van de pier-cap of in een andere richting, zodat de vrije beweging van de dek als gevolg van temperatuurvariatie is toegestaan ​​zonder enige obstructie. De bewegingsrichting van een gebogen brugdek bij de vrije lagers is theoretisch te vinden in figuur 9.14.

Het gebogen brugdek AG is verdeeld in zes gelijke segmenten, AB, BC, CD enz. En deze lengten kunnen worden beschouwd als gelijk aan de akkoordlengten AB, BC, CD enz., Speciaal wanneer het aantal delen groot is. Laat de lengte van deze akkoorden gelijk zijn aan "1" en verander in lengte als gevolg van temperatuurstijging "δ1". Daarom worden alle akkoorden AB, BC, CD enz. Tangentiaal verhoogd met 81.

Deze toegenomen lengtes kunnen worden opgelost in twee loodrechte richtingen, namelijk. langs AG en loodrecht op AG. Toename in lengte van AB, BC, CD langs AG-richting is respectievelijk δ1cosθ A, δ1cosθ B, δ1cosθ c en toename van AB, BC, CD langs de loodrechte richting (naar buiten) is δ1sinθ A, δ1sinθB, δ1sinθc respectievelijk.

Evenzo is toename in lengte van DE, EF, FG langs AG δ1cosθ E, δ1cosθ F, δ1cosθ G en langs loodrechte richting (naar binnen) is δ1sinθ E, δ1sinθF, δ1sinθ G respectievelijk. Maar omdat θ A = θ G, θ B = θ F en θc = θ E en sommatie van de 8 δ1sinθ van de linker helft naar buiten is en sommatie van de δ1sinθ van de rechterhelft naar binnen, deze balans naar buiten en naar binnen en de balans netto beweging in de richting loodrecht op nul. .

Daarom zal de beweging van het gebogen brugdek AG als gevolg van temperatuurvariatie langs AG zijn, dwz de koordlijn die de as van de brug van de ene pier naar de andere verbindt en de netto beweging Σδ1cosθ is.

Daarom moet de dragende as haaks op de koorlijn AG staan ​​zoals getoond in Fig. 9.14d. Wanneer echter elastomere lagers worden gebruikt, hoeft een dergelijke overweging niet te worden gemaakt, omdat deze lagers vrij in elke richting kunnen bewegen.

Reacties bij Piers:

Fig. 9.15 toont het plan van een gebogen brugdek. Zowel de dode belasting van het dek als de belasting van de lading (in het bijzonder wanneer deze excentrisch buitenwaarts is) produceren torsie in het dek waardoor extra reactie over de normale reactie aan de buitenrand of buitenlagers bij B en D wordt veroorzaakt, maar verlichting van enige reactie bij A en C. Deze aspecten moeten naar behoren in aanmerking worden genomen bij het ontwerp van lagers, onderbouw en funderingen.

Een andere factor die bij B en D extra reacties veroorzaakt, is de middelpuntvliedende kracht van de bewegende voertuigen. De centrifugaalkracht die op een hoogte van 1, 2 m boven het brugdek werkt, zal een moment veroorzaken dat gelijk is aan de middelpuntvliedende kracht vermenigvuldigd met de diepte van het dek of de ligger plus 1, 2 m en dit zal extra reactie bij B en D veroorzaken.

Ontwerp van bovenbouw:

Zowel de dode belasting als de belasting van de lading zal torsie in het dek veroorzaken. Deze A-ziekte heeft niet veel invloed op het ontwerp van massief vloerdek, omdat de spanwijdte minder is en als zodanig is het torsiemoment minder. De torsiespanning kan echter worden gecontroleerd en extra staal wordt geleverd als de spanning de toegestane waarde overschrijdt.

Bovendien moeten de binnenste hoeken A en C (waar kromtrekken kan plaatsvinden vanwege afbuiging van het dek) worden voorzien van enige topwapening zoals in scherpe hoekhoeken van een schuine brug. In liggerbruggen zal de torsie door dode en levende belasting de buitenste balk meer belasten en verlichting geven aan de binnenligger, naast de normale verdeling van de belasting.

Het naar boven buigen van het brugdek als gevolg van de zijdelingse middelpuntvliedende kracht moet ook naar behoren worden overwogen,

De middelpuntvliedende kracht zal ook een torsie van het dek veroorzaken, die kan worden genomen als gelijk aan de centrifugaalkracht vermenigvuldigd met de afstand vanaf de cg. van het dek tot 1, 2 m boven het dek. Dit torsiemoment zal opnieuw meer belasting op de buitenste balk uitoefenen en verlichting geven aan de binnenligger. Daarom moet de buitenligger voor een gebogen brug meer belasting dragen dan de buitenligger voor een normale rechte brug.

Om te voorkomen dat de draaiende voertuigen ten gevolge van de middelpuntvliedende kracht kantelen, moet een superhoogtebeginsel in het brugdek worden aangebracht zoals aangegeven in de onderstaande vergelijking.

Superelevatie, e = V 2 / 225R (9.1)

Waarbij, e = Super verhoging in meter per meter

V = Snelheid in Km. per uur

R = straal in meter.

Super elevatie verkregen uit vergelijking 9.1 zal worden beperkt tot 7 procent. Op stedelijke secties met frequente kruispunten is het echter wenselijk om de super elevatie te beperken tot 4 procent. De superverhoging kan worden verschaft in de dekplaat door de dekplaat naar de buitenste kromming op te tillen zoals getoond in figuur 9.16.

De vereiste superhoogte kan worden bereikt door de hoogte van de voetstukken in de richting van de buitenbocht te brengen (de diepte van de ligger hetzelfde te houden voor iedereen) zoals weergegeven in figuur 9.16a of door de diepte van de liggers in de richting van de buitenste bocht te vergroten (de voetstukhoogte te houden) hetzelfde voor alle) als in figuur 9.16b, maar de eerste heeft de voorkeur boven de laatste vanuit economisch en bouwkundig oogpunt.

Ontwerp van lagers:

Naast de gebruikelijke overwegingen voor het ontwerp van de lagers, moet het effect van de middelpuntvliedende kracht en het torsiemoment naar behoren in overweging worden genomen en moet het ontwerp van de lagers overeenkomstig worden gemaakt.

De detaillering van de lagers moet zodanig zijn dat het op de lagers ondersteunde dek in horizontale richting wordt belemmerd door horizontale beweging als gevolg van het effect van de centrifugaalkracht in aanvulling op de seismische kracht ten gevolge van dode en onder spanning staande belastingen.

Ontwerp van onderstructuur en funderingen:

Bij het voorbereiden van zowel het ontwerp van de onderbouw als van de fundering moet rekening worden gehouden met extra reactie aan één kant van de pier als gevolg van torsie en extra horizontale kracht aan de bovenkant van de pier als gevolg van middelpuntvliedende kracht.