Design av Skew Bridges (med diagram)
Efter att ha läst den här artikeln kommer du att lära dig om utformningen av skewbroar med hjälp av diagram.
Beteendebroarnas beteende skiljer sig väsentligt från normala broar och därför behöver utformningen av skarpa broar särskild uppmärksamhet. I normala broar är däckplattan vinkelrätt mot stöden och sålunda överföres belastningen placerad på däckplattan till stöden som är placerade normala på plattan.
Lastöverföring från en skarp platta bro är å andra sidan ett komplicerat problem eftersom det fortfarande finns tvivel om vilken riktning plattan ska spännas och hur lasten överförs till bäraren.
Man tror att lasten reser till stödet i proportion till de olika banans styvhet och eftersom tjockleken på plattan är densamma överallt, kommer styvheten att vara maximal längs kortaste spännvidd, dvs längs spänningen som är normal mot sidornas ytor eller abutments.
I fig. 9.1, trots att däckets spänning är längden BC eller DE, spårar plattan längs AB eller CD som är det kortaste avståndet mellan stöden. Därför är planet för maximala spänningar i en skevplatta inte parallell med vägbanans mittlinje och avböjningen av en sådan platta ger en förvrängd yta.
Effekten av skev i däckplattor med sneda vinklar upp till 20 grader, är inte så signifikant och vid konstruktionen av sådana broar är längden parallellt med vägbanans mittlinje tagen som spännvidden. Tjockleken på plattan och förstärkningen beräknas med dessa spännlängder och armeringen placeras parallellt med körbanans mittlinje.
Distributionsstängerna är dock placerade parallellt med stöden som vanligt. När skevvinkeln varierar från 20 grader till 50 grader blir skevverkan signifikant och plåten tenderar att sträcka sig normalt mot stöden.
I sådana fall bestäms plåttjockleken med kortast spänning men förstärkningen utarbetad på grundval av den kortaste spänningen multipliceras med Sec. 2 θ (θ är snedvinkeln) och är placerade parallellt med körbanan som visas i figur 9.2a, varvid fördelningsstängerna är placerade parallellt med stöden som vanligt.
Det är också en vanlig praxis att placera förstärkningen vinkelrätt på stödet när skevvinkeln ligger mellan 20 grader och 50 grader.
Tjockleken och förstärkningen bestäms med spänningen normal mot stödet, men eftersom armeringen vinkelrätt mot stöden får hörnförstärkningen inom området ABF eller CDE (Fig 9.1) inte något stöd på ena sidan för att vila på, plattan under gångbanan (för bro med gångväg) eller under vägkanten (för bro utan gångstig) ska förses med extra förstärkning för att fungera som dold stråle.
Alternativt kan parapetbalkar såsom visas i fig 9.2b och 9.2c också tillhandahållas längs kanten av plattan. Sådana parapetbjälkar görs i spola med botten av plattan och sträcker sig över plattan till den erforderliga höjden för att bilda den fasta parapeten. Denna typ av däck kräver mindre mängd stål i plattor, men parapetbalkar behöver extra kostnad.
För sneda broar vinklar mer än 50 grader, bör balkar användas trots att spännen är relativt mindre. Om broens bredd inte är så stor kan bälkarna placeras parallellt med körbanan och platttjockleken och förstärkningen kan utformas med bältesavståndet som spännvidden.
Förstärkningen placeras normalt mot balkarna (fig 9.3a). Vid bredare flerskiktskorsning med stora skevvinklar är det emellertid föredraget att använda balkarna i rät vinkel mot stöden. I sådana fall behöver de triangulära delarna parapetbalkar för att stödja ena änden av balkarna. Förstärkningen används normalt för bälgarna såsom visas i fig 9.3b.
Reaktion vid support:
Det har observerats att på grund av effekten av skev är reaktionerna vid bärare inte lika men detsamma är mer vid obturösa vinklar och mindre vid vinklade hörn beroende på vinkeln på skev.
För snedställningar upp till 20 grader är ökningen i reaktionen på snedvrängningsvinklarna noll till 50 procent och för snedställningar från 20 grader till 50 grader är ökningen från 50 procent till 90 procent av den genomsnittliga reaktionen . Reaktionen på det ojämnvinkliga hörnvinkeln blir dubbelt så stor som den genomsnittliga reaktionen och gör sålunda det akuta vinkelhörnet en nolltryckspunkt när skevvinkeln når ca 60 grader.
Creep Effect:
Observationer avslöjar att den längre diagonalen hos skrådäcket som förbinder de akuta vinkelhjulen har en tendens att förlänga på grund av möjligen typen av lastöverföringen på bärarna vilket resulterar i rörelse eller krypning av de akuta vinklarna som illustreras i fig 9.5a .
Den här krypande effekten av däckplattan medför spänning längs längre diagonal och spännings sprickor kan uppstå om tillräckligt med stål inte är anordnat för att tillgodose denna dragspänning (fig 9.5b). Också på grund av krypningen uppstår lyft och följdsprickor vid de vinklade hörnen och ytterligare stål kräver att de finns i toppen i båda riktningarna för att förhindra spricka på grund av lyft av hörnen.
Det kan ses i figur 9.5a att på grund av skottets däckplåt framkallas avsevärd kraft på vingsväggarna vid X och Y dvs vid korsning av anliggning och vingväggen vilket medför utveckling av sprickor i vingväggar eller kraftig skada.
För att undvika skador på vingväggar på grund av krypseffekter har det föreslagits av några myndigheter att tillhandahålla fasta lager över stötar istället för fria lager så att däckets rörelse på grund av krypseffekten förhindras över anslagen.
Ibland är däckplattan fixerad till ansiktslocket med spolar som verkar vara det mest effektiva sättet att skydda mot krypseffekten. Spjället kan stoppas över bryggor genom att ge några upphöjda block eller buffertar över bryggor.
Detta arrangemang visas i figur 9.6:
Layout av lager:
Förebyggande åtgärd bör vidtas för att skydda mot däckets rörelse på grund av kryp. Det föreslås att följande steg, om det tas, kan ge det önskade resultatet.
(i) Upp till 15, 0 m spänn för en enda spännbrygga kan fasta lager på båda abutmenten användas. Konstruktionen av enkelsträckta betongbroar med två fasta lager har använts i flera år av Wisconsin Highway Commission för spännlängder upp till 45 fot (13, 72 m). Ingen av dessa broar visade tecken på kryp.
(ii) För broar med flera sträckor som enkelt stöds, fasta lager över abutmenten och fria eller fasta lager över bryggorna. Med detta arrangemang kan det vara nödvändigt att använda två fria lager på en brygga.
Layouten hos lagren ska vara sådan att ingen obstruktion skapas mot expansionslagerens fria rörelse. Detta kräver att lagren är orienterade i rät vinkel mot balkarna i stället för parallellt med bryggorna eller abutmenten (liknar de normala korsningarna). De typiska layouterna hos lagren i snedställda broar är angivna i figur 9.7.
Layout av expansionsledningar S:
Huvudskillnaden i de olika typerna av layout som illustreras i figur 9.7 är på sättet att tillhandahålla expansionsfogen mellan de intilliggande däcken. För att få rak expansionsfog är den typ som visas i fig.9.7a antagen men det kräver mer bryggbredd eftersom något utrymme mellan lagren hos de intilliggande spännen förblir oanvänd.
Typen av Fig. 9.7b ger också en rak fog, men för att minska bryggans bredd ska lagren bringas närmare.
Detta kräver att däcken sätts in på bälgarna hos de intilliggande spännerna som uppnås genom att haka över de drabbade delarna av bälgarna och däckplattorna på dessa skåror. Lämpligt fogmedel som blyplåt eller tjockt papper kan sättas in mellan bälgarna och däckplattan för fri rörelse av expansionsleden.
Bredden på bryggan liksom läget för lagren för den typ som visas i fig 9.7c är densamma som i fig 9.7b men en sågtandad typ av expansionsfog är antagen här för att undvika sorts arrangemang som är nödvändiga för den andra.
Var och en av de typer som beskrivs häri har vissa fördelar och demeriter, och den som lämpar sig för den övervägande bryggan kan användas. De viktigaste punkterna som en formgivare måste överväga noggrant i utformningen av skewbroar har beskrivits här mycket kortfattat.
Nu för att illustrera designprinciperna presenteras ett utarbetat exempel nedan:
Exempel:
Utforma en fast klyvbrygga med en klar spänning på 7, 5 m längs vägen utan någon gångstigning och en vinkel på 25 grader med IRC-laddning för NH Standard. M20 grade betong och S415 klass stål kommer att användas:
Lösning:
Eftersom skevvinkeln överstiger 20 grader kan plåttjockleken vara utformad med spänningen normal mot stödet och förstärkningen utarbetad med denna spänning kan multipliceras med Sec. 2 θ och samma kan tillhandahållas parallellt med körbanan.
Klar spänningen är normal mot stöden = 7, 5 cos 25 '= 7, 5 x 0, 9063 = 6, 80 m
Effektivt span = Tydligt span + effektivt djup
Om man antar en total plåttjocklek på 600 mm är effektiv djup 600 - 40 = 560 mm. = 0, 56 m.
. . . Effektivt span = 6, 80 + 0, 56 = 7, 36 m.
Dödladdningstid:
. . . Laddningstid per meter bredd = 1800 × (7, 36) 2 = 12, 190 kg.
Live-laddningstid:
Enkeltbana i klass 70-R spårat fordon när det placeras centralt kommer att producera maximal moment.
Distribution Steel:
Distributionsstål kan beräknas enligt samma princip som vid konstruktion av fast korsning med kvadratkorsning.
Moment i tvärriktningen = 0, 3 LLM + 0, 2 andra moment = 0, 3 x 13, 520 + 0, 2 x 12, 190 = 6494 Kgm. = 63 600 Nm.
. . . Som = 63 600 x 10 3/200 x 543 x0.904 = 648 mm 2
Antag 12 Φ HYSD-stänger @ 150 (As = 753 mm 2 )
Skjuv- och bindestress:
Ökningen av stödreaktion nära snedvrängningsvinkeln ska vederbörligen beaktas vid bearbetning av skjuv- och bindningsbelastningen.
Eftersom skevvinkeln är 25 grader, kan maximal reaktion vid snedvinkelns hörn tas som 1, 55 gånger den normala reaktionen (fig 9.4). Genomsnittligt ökat värde för däckets halva bredd kan tas som 1, 30 gånger den normala reaktionen.
. . . Maximal DL-skjuv per meter bredd = 1800 x 7, 36 / 2 x 1, 30 = 8610 kg.
Live Load Shear:
Arrangemang för förstärkning:
Två typer arrangemang av förstärkning i linje visas i fig 9.10 respektive 9.11. Förstärkning ovanpå spetsiga hörnhjul tillhandahålls för att förhindra sprickor på grund av lyft av de vinklade hörnhjulen.
Området med huvudförstärkning, om den är placerad vinkelrätt mot stödet, är 2490 mm 2, i vilket fall 22 θ @ 150 mm ger As = 2535 mm 2 . Om förstärkningen är placerad parallellt med körbanan krävs dock ett stålområde = 3038 mm 2, för vilket 22 Φ 125 mm krävs för att tillhandahållas (As = 3040 mm 2 ).
Detaljer om Få Skew Slab Bridges:
Spännerna (effektiva högra vinklar i rät vinkel mot stöden) för vilka detaljerna finns tillgängliga är 4, 37 m, 5, 37 m, 6, 37 m och 8, 37 m med sneda vinklar på 15 ', 30', 45 'och 60 för varje spänning.
Designen är baserad på M20 grade betong och S415 klass stål. Starka egenskaper hos dessa skewbroar finns i tabell 9.1 och 9.2. För ytterligare detaljer kan standardplanerna under referens hänvisas.
