Ontwerp van scheve bruggen (met diagram)

Na het lezen van dit artikel leert u met behulp van diagrammen over het ontwerp van skew bridges.

Het gedrag van skew-bruggen verschilt sterk van dat van normale bruggen en daarom heeft het ontwerp van skew-bruggen speciale aandacht nodig. In normale bruggen staat de dekplaat loodrecht op de steunen en als zodanig wordt de op de dekplaat geplaatste belasting overgedragen naar de steunen die normaal op de plaat zijn geplaatst.

Overdracht van de belasting van een schuine plaatbrug is daarentegen een gecompliceerd probleem, omdat er altijd twijfel blijft bestaan ​​over de richting waarin de plaat zal overspannen en de manier waarop de belasting wordt overgedragen naar de ondersteuning.

Aangenomen wordt dat de lading naar de drager reist in verhouding tot de stijfheid van de verschillende paden en omdat de dikte van de plaat overal hetzelfde is, zal de stijfheid langs de kortste spanwijdte maximaal zijn, dwz langs de overspanning loodrecht op de zijden van de pijlers of abutments.

In figuur 9.1, hoewel de spanwijdte van het dek de lengte BC of DE is, zal de plaat zich uitstrekken langs AB of CD zijnde de kortste afstand tussen de steunen. Daarom is het vlak van maximale spanningen in een schuine plaat niet evenwijdig aan de middellijn van de rijbaan en veroorzaakt de afbuiging van een dergelijke plaat een krom oppervlak.

Het effect van scheefheid in dekplaten met scheefstandhoeken tot 20 graden, is niet zo belangrijk en bij het ontwerpen van dergelijke bruggen wordt de lengte parallel aan de middellijn van de rijweg genomen als de overspanning. De dikte van de plaat en de wapening worden berekend met deze overspanningslengten en de wapening wordt parallel aan de middellijn van de rijweg geplaatst.

De distributiebalken worden echter zoals gebruikelijk parallel aan de steunen geplaatst. Wanneer de scheefstand varieert van 20 graden tot 50 graden, wordt het scheefeffect aanzienlijk en heeft de plaat de neiging normaal over te gaan op de steunen.

In dergelijke gevallen wordt de plaatdikte bepaald met de kortste overspanning, maar de wapening die is berekend op basis van de kortste overspanning wordt vermenigvuldigd met Sec. ² θ (θ is de schuine hoek) en zijn parallel aan de rijbaan geplaatst zoals getoond in Fig. 9.2a, waarbij de verdeelstaven zoals gewoonlijk evenwijdig aan de steunen zijn geplaatst.

Het is ook een gebruikelijke praktijk om de wapening loodrecht op de steun te plaatsen wanneer de scheefstand tussen 20 graden en 50 graden ligt.

De dikte en de wapening worden bepaald met de overspanning loodrecht op de steun maar omdat bij het plaatsen van de wapening loodrecht op de steunen, de hoekversterking binnen het gebied ABF of CDE (figuur 9.1) aan één kant geen steun krijgt om op te rusten, de plaat onder het voetpad (voor een brug met voetpad) of onder de wegrand (voor een brug zonder voetpad) moet worden voorzien van extra versterking om als verborgen balk te fungeren.

Als alternatief kunnen borstweringliggers zoals geïllustreerd in Fig. 9.2b en 9.2c ook worden verschaft langs de rand van de plaat. Dergelijke borstweringliggers worden gelijk gemaakt met de bodem van de plaat en strekken zich uit boven de plaat tot de vereiste hoogte om de massieve borstwering te vormen. Dit soort dek vereist minder hoeveelheid staal in platen, maar borstweringliggers hebben extra kosten nodig.

Voor scheve bruggen met hoeken van meer dan 50 graden, moeten liggers worden gebruikt, ook al zijn de overspanningen verhoudingsgewijs kleiner. Wanneer de breedte van de brug niet veel is, kunnen de liggers parallel aan de rijbaan worden geplaatst en kunnen de plaatdikte en de versterking worden ontworpen met de tussenruimte van de liggers als de overspanning.

De wapening wordt loodrecht op de liggers geplaatst (afb. 9.3a). Bij bredere scheve-overgangen met meerdere rijstroken met grote scheefstandhoeken verdient het echter de voorkeur om de liggers haaks op de steunen te gebruiken. In dergelijke gevallen hebben de driehoekige delen opnieuw borstweringliggers nodig om een ​​uiteinde van de liggers te ondersteunen. De wapening wordt normaal gebruikt voor de liggers, zoals weergegeven in figuur 9.3b.

Reactie bij ondersteuning:

Er is waargenomen dat als gevolg van het effect van scheeftrekking, de reacties bij dragers niet gelijk zijn, maar hetzelfde ligt meer bij stompe hoeken en minder bij scherpe hoeken, afhankelijk van de scheefheidshoek.

Voor scheefstellingen tot 20 graden is de toename in de reactie op de stompe hoekhoeken nul tot 50 procent en voor scheeftrekkingen van 20 graden tot 50 graden is de toename van 50 procent tot 90 procent van de gemiddelde reactie . De reactie op de stompe hoek wordt tweemaal de gemiddelde reactie, waardoor de scherpe hoekhoek een nuldrukpunt wordt wanneer de scheefstandhoek ongeveer 60 graden bereikt.

Creep Effect:

Waarnemingen tonen aan dat de langere diagonaal van het scheefloopdek dat de scherpe hoekhoeken verbindt, de neiging heeft om uit te rekken, mogelijk door de aard van de belastingoverdracht op de steunen, resulterend in de beweging of kruip van de scherpe hoekhoeken zoals geïllustreerd in Fig. 9.5a .

Dit kruipeffect van de dekplaat induceert spanning langs langere diagonalen en er kunnen spanningsscheuren optreden als er niet voldoende staal is om deze trekspanning te compenseren (figuur 9.5b). Mede vanwege de kruip komen hef- en barsten voor bij de scherpe hoekhoeken en moet extra staal bovenaan in beide richtingen worden aangebracht om scheuren door het optillen van de hoeken te voorkomen.

In figuur 9.5a is te zien dat door de kruip van de dekplaat aanzienlijke stuwkracht wordt veroorzaakt op de vleugelwanden op X en Y, dwz op de kruising van de abutment en de vleugelmuur die resulteert in de ontwikkeling van scheuren in vleugelwanden of zware schade.

Om de schade aan de wanden van de vleugels als gevolg van kruipeffect te voorkomen, is door sommige autoriteiten voorgesteld om vaste lagers te bieden over abutments in plaats van vrije lagers, zodat beweging van het dek door kruipeffect wordt voorkomen boven de abutments.

Soms wordt de dekplaat bevestigd aan de steunkap met deuvelstaven, wat het meest effectieve middel lijkt om het kruipeffect tegen te gaan. Creep kan worden gestopt over pieren door een aantal verhoogde blokken of buffers over pieren aan te brengen.

Deze opstelling wordt getoond in Fig. 9.6:

Lay-out van de lagers:

Preventieve maatregel moet worden genomen om te beschermen tegen de beweging van het dek als gevolg van kruip. Er wordt gesuggereerd dat de volgende stappen, indien genomen, het gewenste resultaat kunnen opleveren.

(i) Tot 15, 0 m overspanning voor een enkele spanbrug mogen vaste lagers op beide abutments worden gebruikt. De constructie van bruggen met één overspanning en twee vaste lagers wordt al jaren door de Wisconsin Highway Commission gebruikt voor overspanningen tot 13, 7 m. Geen van deze bruggen vertoonde tekenen van kruip.

(ii) Voor eenvoudig overspannen bruggen met meerdere overspanningen, vaste lagers over de abutments en vrije of gefixeerde lagers over de pieren. Met deze opstelling kan het nodig zijn om twee vrije lagers op één pier te gebruiken.

De lay-out van de lagers moet zodanig zijn dat geen belemmering wordt gecreëerd tegen de vrije beweging van de expansielagers. Dit vereist dat de lagers in een rechte hoek ten opzichte van de liggers worden geplaatst in plaats van evenwijdig aan de pieren of abutments (vergelijkbaar met de normale kruisingen). De typische lay-outs van de lagers in scheve bruggen zijn aangegeven in Fig. 9.7.

Layout van Expansion Joints S:

Het belangrijkste verschil in de verschillende soorten lay-out geïllustreerd in Fig. 9.7 is de manier van het verschaffen van de uitzettingsvoeg tussen de aangrenzende dekken. Voor het verkrijgen van een rechte uitzettingsvoeg, wordt het type getoond in Fig.9.7a overgenomen, maar dit vereist meer breedte van de pier omdat enige ruimte tussen de lagers van de aangrenzende overspanningen ongebruikt blijft.

Het type van Fig. 9.7b geeft ook een rechte verbinding, maar om de breedte van de pier te verminderen, moeten de lagers dichterbij worden gebracht.

Dit maakt opsluiting van het dek op de liggers van de naburige overspanningen noodzakelijk, hetgeen wordt bereikt door een inkeping over de aangetaste gedeelten van de liggers aan te brengen en de dekplaat rust op deze inkepingen. Geschikte voegvullers zoals lood of geteerd papier kunnen worden aangebracht tussen de liggers en de dekplaat voor een vrije beweging van de dilatatievoeg.

De breedte van de pier evenals de locatie van de lagers voor het type weergegeven in Fig. 9.7c zijn hetzelfde als in Fig. 9.7b, maar hier wordt een zaagtandtype uitzettingsvoeg gebruikt met het oog op het voorkomen van het type regelingen die nodig zijn voor de tweede.

Elk van de typen die hierin worden beschreven heeft bepaalde voordelen en afwijkingen en degene die het meest geschikt is voor de betreffende brug kan worden gebruikt. De belangrijkste punten die een ontwerper zorgvuldig in overweging moet nemen bij het ontwerpen van scheve bruggen zijn hier in het kort beschreven.

Om de ontwerpprincipes te illustreren, wordt hieronder een uitgewerkt voorbeeld gepresenteerd:

Voorbeeld:

Ontwerp een massieve scheve skewbrug met een vrije overspanning van 7, 5 m langs de rijbaan zonder voetpad en een schuine hoek van 25 graden met IRC-belasting voor NH Standard. M20-beton en S415-staal worden gebruikt:

Oplossing:

Aangezien de scheefstand groter is dan 20 graden, kan de plaatdikte worden ontworpen met een overspanning die normaal is voor de steun en de wapening die is berekend met deze overspanning kan worden vermenigvuldigd met Sec. ² θ en hetzelfde kan parallel aan de rijbaan worden aangebracht.

Duidelijke overspanning loodrecht op de steunen = 7, 5 cos 25 '= 7, 5 x 0, 9063 = 6, 80 m

Effectieve reeks = Wis bereik + effectieve diepte

Uitgaande van een totale plaatdikte van 600 mm, is de effectieve diepte 600 - 40 = 560 mm. = 0, 56 m.

. ^. . Effectieve reeks = 6, 80 + 0, 56 = 7, 36 m.

Dood laadmoment:

. ^. .Laadmoment per meter breedte = 1800 × (7.36) ² = 12.190 Kgm.

Live laadmoment:

Een rijstrook van een klasse 70-R-rupsvoertuig levert bij centraal plaatsen een maximaal moment.

Distributie Staal:

Distributiestaal kan op hetzelfde principe worden berekend als in het geval van het ontwerp van een vierkante brug met massieve platen.

Moment in de dwarsrichting = 0, 3 LLM + 0, 2 andere momenten = 0, 3 x 13, 520 + 0, 2 x 12, 190 = 6494 Kgm. = 63.600 Nm.

. ^. . As = 63.600 x 10 3/200 x 543 x 0.904 = 648 mm2

Adopteer 12 Φ HYSD-balken @ 150 (As = 753 mm ² )

Shear and Bond Stress:

De toename van de ondersteuningsreactie in de buurt van een hoek met stompe hoeken moet naar behoren worden overwogen bij het bepalen van de afschuif- en bandspanning.

Omdat de schuine hoek 25 graden is, kan de maximale reactie in de stompe hoek worden genomen als 1, 55 keer de normale reactie (Fig. 9.4). Gemiddeld verhoogde waarde voor de halve breedte van het dek kan worden genomen als 1, 30 keer de normale reactie.

. ^. . Maximale DL-afschuiving per meter breedte = 1800 x 7, 36 / 2 x 1, 30 = 8610 kg.

Live Load Shear:

Regeling van versterking:

Twee soorten rangschikking van wapening in lijn worden respectievelijk getoond in Fig. 9.10 en 9.11. Versterking bovenaan scherpe hoekhoeken zijn aangebracht om scheuren te voorkomen als gevolg van het optillen van de scherpe hoekhoeken.

Het gebied van de hoofdwapening, indien geplaatst loodrecht op de drager, is 2490 mm2, in welk geval 22 θ @ 150 mm As = 2535 mm2 geeft. Als de wapening echter evenwijdig aan de rijbaan wordt geplaatst, is het benodigde staaloppervlak = 3038 mm ² waarvoor 22 Φ 125 mm moet worden geleverd (As = 3040 mm ² ).

Details van Few Skew Slab Bridges:

De overspanningen (effectieve rechte overspanning haaks op de steunen) waarvoor de details beschikbaar zijn, zijn 4, 37 m, 5, 37 m, 6, 37 m en 8, 37 m met schuine hoeken van 15 ', 30', 45 'en 60 voor elke overspanning.

Het ontwerp is gebaseerd op M20-beton en S415-staal. Opvallende kenmerken van deze scheve bruggen worden gegeven in tabel 9.1 en 9.2. Voor verdere details kunnen de standaardplannen waarnaar wordt verwezen worden verwezen.