Ontwerp van starre framebruggen (met diagram)
Na het lezen van dit artikel leert u over het ontwerp van starre framebruggen met behulp van een diagram.
Introductie tot Rigid Frame Bridges:
In starre frame bruggen, is het dek vast verbonden met de abutments en pieren. Dit type structuur kan een enkele overspanningseenheid of een multi-spaneenheid zijn zoals aangegeven in Fig. 12.1. Alle voordelen van een brug met ononderbroken overspanning zijn hier aanwezig.
De volgende kenmerken zijn de extra voordelen van de stijve frame-bruggen over de ononderbroken:
i) Meer stijfheid van de constructie.
ii) Minder momenten in het dek worden gedeeltelijk overgedragen aan de ondersteunende leden.
iii) Er zijn geen lagers vereist.
iv) Beter esthetisch uiterlijk dan de ononderbroken overspanning.
Net als bij bruggen met ononderbroken overspanning vereisen deze constructies ook onbuigzame funderingsmaterialen. De analyse is echter arbeidsintensiever dan de eerste.
De frames kunnen scharnierend of gefixeerd zijn aan de basis zoals geïllustreerd in Fig. 12.1. Bij scharnieren roteren de aan de basis overgedragen momenten alleen de verticale steunen, waardoor de momenten zeer aanzienlijk worden verminderd en geen momenten worden overgedragen naar de funderingen; alleen de verticale belasting en het moment veroorzaakt door de stuwkracht op het scharnierniveau moeten in aanmerking worden genomen bij het ontwerpen van de funderingen.
In vaste basisconstructies daarentegen worden de momenten van de bovenbouw uiteindelijk overgedragen naar de fundering, omdat de verticale steunen niet onafhankelijk kunnen roteren zonder de funderingen mee te roteren. Het is daarom duidelijk dat in scharnierende frames de momenten aan de basis van steunen en bij vlotten veel minder zijn, maar dat de spanmomenten groter zijn dan die van vaste frames.
Aangezien de vaste frames zijn ontworpen in de veronderstelling dat de verticale elementen niet roteren aan de basis, is het alleen mogelijk om deze toestand van de toestand te bereiken als de fundering kan rusten op een massieve rots of een niet-meegevende fundering.
Typen Rigid Frame Bridges:
Enkele soorten stijve frame-bruggen zijn geïllustreerd in Fig. 4.5 en 4.6. Massieve plaat stijve frame-bruggen tot een spanwijdte van 25 m zijn mogelijk, terwijl harde en onbuigzame frames van het plaat- en balktype kunnen worden gebruikt tot een overspanning van 35 m. In overbruggen over de weg heeft het vrijdragende type portaalframes zoals aangegeven in Fig. 4.6 de voorkeur.
Rigide duikers met framedozen of kleine bruggen (enkelvoudig of meervoudig Fig. 4.5) worden meestal toegepast in gebieden waar de funderingsgrond zwak is en een breder funderingsgebied wenselijk is om de funderingsdruk te verlagen binnen veilige waarden die zijn toegestaan voor het bodemtype.
Proportionele structuren van starre framebruggen:
De verhouding tussen de tussen- en eindoverspanning van starre framebruggen moet als volgt zijn:
Voor plakbruggen 1.20 tot 1.30
Voor bruggen en bruggen 1, 35 tot 1, 40
Voor ruwe schatting van de sectie, kunnen de afmetingen van de middenoverspanning en ondersteuningssectie voor massieve plaatbruggen worden genomen als respectievelijk L / 35 en L / 15. De binnenwelvingcurves voor starre framebruggen worden over het algemeen op dezelfde manier gemaakt als die voor ononderbroken bruggen.
Analysemethode en ontwerpoverwegingen van starre framebruggen:
Bij het analyseren van starre framestructuren wordt de methode van momentverdeling algemeen gebruikt. Omgaan met continue bruggen, de momentverdelingsmethode is het best geschikt voor praktisch ontwerp omdat de secties van de structuren op verschillende punten variëren waarvoor andere methoden bewerkelijk zijn en daarom ongeschikt.
Als de waarden van stijfheidsfactoren, overdrachtsfactoren en vaste eindmomenten voor verschillende verbindingen van een stijve framestructuur bekend zijn, is het gebruik van de momentverdelingsmethode zeer eenvoudig.
Temperatuur effect:
Het stijgen of dalen van de temperatuur veroorzaakt rek of samentrekking van dekken, hetgeen aanleiding geeft tot vaste eindmomenten op de verticale elementen, zoals hierna toegelicht (figuur 12.2).
Verlenging of samentrekking van deck BC als gevolg van temperatuurvariatie van t = δ 2 = L 2 αt.
Verlenging of samentrekking van deck AB of CD als gevolg van temperatuurvariatie van t = δ 1 = L 1 αt maar vanwege rek of samentrekking van deck BC door δ 2, zal de netto beweging van A of C zijn (δ 1 + + ½ δ 2 ).
Het vaste eindmoment op een verticaal lid met traagheidsmoment, I en uitwijking, 8, kan worden gegeven door
FEM = 6 EIδ / (L) 2 (12.1)
De vaste eindmomenten die zo aan de boven- en onderkant van alle verticale elementen zijn ontwikkeld, zoals in vergelijking 12.1, kunnen over alle leden worden verdeeld.
Effect van krimp, wind, seismische en waterstroom:
Als gevolg van krimp van beton trekt het dek samen waardoor hetzelfde effect optreedt als de temperatuurval. Normaal wordt aangenomen dat het effect als gevolg van krimp equivalent is in grootte ten opzichte van het effect dat wordt veroorzaakt door de daling van de temperatuur.
De wind die op een helling naar de pijlers waait, kan aanleiding geven tot zwaaiende momenten die gedeeld zullen worden door alle leden van het frame na verdeling.
De seismische kracht die op het dek, de pieren en de abutments werkt, zal momenten in de leden van het frame veroorzaken als windkracht zal induceren.
De dwarsstroom die door de rivier stroomt, treft de pijlers en landhoofden en dit zal momenten op de leden opwekken zoals de wind zal doen.
Ontwerpprocedure van Rigid Frame-bruggen:
1. Selecteer spanlengten voor eind- en tussenliggende overspanningen die zijn afgestemd op de sitecondities en het type bruggen. De diepten op mid-spanwijdte en op dragers worden verondersteld.
2. Selecteer de binnenwelvingcurve en zoek de diepten op verschillende secties. Bereken de vaste eindmomenten als gevolg van uniform verdeelde deadload en console-belasting van standaard ontwerptabellen zoals 'The Applications of Moment Distribution', uitgegeven door The Concrete Association of India, Bombay.
3. Zoek de waarden van stijfheidsfactoren en overdrachtsfactoren uit ontwerptabellen na het evalueren van de waarden van frame constanten zoals een A, een B, r A, r B, h c enz.
De verdelingsfactoren kunnen als volgt worden bepaald:
Waarbij D AB = verdelingsfactor voor lid AB.
S AB = Stijfheidsfactor voor AB.
ΣS = Som van de stijfheidsfactoren van alle leden van dat gewricht.
4. De vaste eindmomenten met dode belasting moeten worden verdeeld en desgewenst de zwaaicorrectie worden uitgevoerd.
5. Om de livebelastingsmomenten op de leden te evalueren, moet het lijndiagram van invloed zijn voor elk lid. De procedure zal bewerkelijk zijn als de momenten moeten worden verkregen door eenheidsbelasting te plaatsen op elke sectie (er kunnen 5 tot 10 secties zijn op elke overspanning afhankelijk van de overspanningslengte) en de vaste eindmomenten te verdelen als gevolg van eenheidsbelasting met zwaaiructie waarbij noodzakelijk.
De methode kan worden vereenvoudigd als de onderstaande procedure wordt gevolgd.
6. Plaats de eenheidslast op elke positie (Fig. 12.3) en verkrijg de vaste eindmomenten x en y aan het einde B en C. Verdeel deze vaste eindmomenten over alle leden. De zo verkregen momenten bij verschillende secties zijn de livebelastingsmomenten (elastisch) als gevolg van de beschouwde eenheidslast.
Na de nodige zwaai-correctie geeft de momentvergelijking in termen van x en y de ordinaat van het buigmoment-invloedslijndiagram op verschillende secties voor die eenheidslast. Nu kunnen uit de tabellen of grafieken de waarden van x en y voor eenheidsbelasting op verschillende belastingsposities bekend zijn, waarvan de ordinaten van de invloedlijndiag. op verschillende secties voor verschillende laadpositie kan worden berekend.
De hierboven geschetste procedure vereist één set van momentverdeling en één set swaycorrectie van de momentvergelijkingen voor elke reeks.
Het invloedlijndiagram verkregen door de beschreven methode zal alleen voor het elastische moment zijn. Het diagram met het vrije moment moet eroverheen worden geplaatst om het nett invloed-lijndiagram te krijgen. De livebelastingsmomenten kunnen daarna worden verkregen uit het invloedslijndiagram.
7. Werk de momenten uit op verschillende leden en op verschillende secties als gevolg van temperatuur, krimp, wind, waterstromingen, aarddruk op abutments, seismische kracht enz.
8. De momenten verkregen door verschillende belastingen en effecten zoals hierboven opgesomd, kunnen zo worden samengevat dat de ontwerpmomenten maximaal zijn voor alle mogelijke combinatiezaken.
9. Controleer de adequaatheid van de secties met betrekking tot betonstress en zorg voor noodzakelijke versterking om rekening te houden met het ontwerpmoment.
10. Detailleer de wapening op de juiste manier.
