Abutments in Bridges: Überlegungen zu Typen und Design
Nach dem Lesen dieses Artikels erfahren Sie mehr über die Arten und Konstruktionsaspekte von Abutments in Brücken.
Abutments für Brücken:
Ziegel- oder Steinmauerwerk, Massenbeton oder Stahlbeton dürfen beim Bau von Abutments verwendet werden. Die üblicherweise bei Autobahnbrücken eingesetzten Abutments sind in Abb. 19.2 dargestellt. In offenen Floßfundamenten werden häufig Mauerwerks- oder Massivbetonaufbauten verwendet, da sie das Eigengewicht für die Stabilität einer solchen Struktur liefern.
Pfahlbockaufbauten sind Abutments vom offenen Typ, bei denen die Hinterfüllung nicht von den Abutments zurückgehalten wird, sondern durch die Zwischenräume des Bocks strömen kann und ein geneigter Damm vor dem Abutment gebildet wird.
Die geneigte Böschung wird durch Ziegelstein oder Steinbrüche vor Schäden durch Wasserströmungen geschützt. Diese Art von Abutments hat den Vorteil, dass keine besondere Konstruktion erforderlich ist, außer das Anheben der Pfähle und das Vorsehen einer Pfahlkappe an der Oberseite zum Tragen des Überbaus. Es ist eine Schmutzwand vorzusehen, um zu verhindern, dass Schmutz oder Erde auf die Lager gelangen.
Widerlager vom Konterfestyp sind Widerlager vom geschlossenen Typ, die einige Säulen oder Widerlager aufweisen, die durch eine Stirnplatte vorne verbunden sind. Der Abstand der Gegenhalter beträgt im Allgemeinen 2, 5 bis 3 Meter.
Die Stabilität der Abutments wird durch das Eigengewicht und das Gewicht der Hinterfüllmaterialien zwischen den Gegenprofilen und über dem Fundamentfloss erhalten. Offene Floß- oder Pfahl- oder Brunnenfundamente eignen sich für solche Abutments.
Offene Abutments mit RC-Säulen (Abb. 19.2d) werden bevorzugt, wenn die Formationshöhe sehr hoch ist. Um die Widerlager von übermäßigem Erddruck zu befreien, darf die Erde wie bei Pfahlböcken vorgelagert werden.
Der Abstand der Säulen ist auch mehr oder weniger ähnlich wie der Konterfortabstand, dh 2, 5 bis 3, 0 Meter. Es muss eine ca. 1, 5 bis 2, 5 Meter tiefe Wand angebracht werden, die die Säulen verbindet und am Abdeckbalken hängt.
Die Funktion dieser Abschirmwand besteht darin, eine Erdbewegung aus dem oberen Bereich unmittelbar hinter dem Abutment aufgrund von Aufschlag, Vibration usw. zu verhindern. Die für solche Abutmenttypen erforderlichen Fundamente sind entweder Pfahl- oder Brunnenfundamente. Floßfundament kann möglich sein, wenn es auf Felsen ruht.
Der Vorteil von Abutments vom offenen Typ ist, dass keine Flügel oder Rücklaufwände erforderlich sind, der Nachteil besteht jedoch darin, dass einige Wasserwege durch die geneigte Böschung vor den Abutments eingeschränkt werden. Andererseits erfordern geschlossene Widerlager Flügelwände oder Rückwände zum Schutz der Erde, aber diese Widerlager sorgen für mehr Wasserweg als die offenen Widerlager.
Konstruktionsüberlegungen zu Abutments für Brücken:
Die Abutments sind den folgenden Belastungen und Kräften ausgesetzt:
i) Eigengewicht der Abutments einschließlich des Gewichts der Auffüllmaterialien über den Abutments.
ii) Tot- und Nutzlast durch Überbau - Mindestlast für die Prüfung der Spannung und die maximale Nutzlast für die Überprüfung der maximalen Kompression.
iii) Temperatur- und Zug- oder Bremswirkung.
iv) Horizontale Kraft durch Wind auf den Aufbau.
v) Zentrifugalkraft, wenn sich die Brücke auf einer Kurve befindet.
vi) Aktiver Erddruck auf der Rückseite inklusive Lastlastzuschlag. Alle Aufbauten müssen für einen Auflastzuschlag ausgelegt sein, der 1, 2 Meter hoch ist.
vii) Seismische Kraft.
Die Abdeckplatte für offene oder gegenläufige Widerlager ist sowohl für vertikale als auch horizontale Lasten zu konstruieren. Normalerweise unterliegen die Anschlagkappen Torsionsbeanspruchungen und es ist eine ausreichende Torsionsverstärkung vorzusehen.
Der Erddruck auf die Säulen für offene Aufbauten sollte die Wölbung der Bodenmasse berücksichtigen, die den Druck ausübt. Um diesen Effekt zu erreichen, wird normalerweise von einer Erhöhung des Erddrucks um 100 Prozent auf solchen Pfeilersäulen ausgegangen.
Es ist sehr wichtig, die Stabilität der Abutments als Ganzes hinsichtlich des Gleitens und Umkippens zu überprüfen, wenn diese Abutments auf offenen Flößen liegen. Die Neigung der Abutments zum Gleiten aufgrund der Horizontalkraft wird von µV abgelehnt, wobei p. ist der Reibungskoeffizient zwischen dem Boden und der Fundamentbasis und V ist die gesamte vertikale Belastung des Fundaments.
Ein ausreichender Sicherheitsfaktor gegen Ausfall sollte zugelassen werden. Sei H die gesamte horizontale Gleitkraft und V die gesamte vertikale Last. Für Stabilität,
Der Wert von u wird als gleich tan θ = tan angenommen. 20 °. Ebenso muss ein ausreichender Sicherheitsspielraum gegen ein Umkippen der Widerlager insgesamt um den Zeh vorhanden sein. Dies kann gegeben werden durch
Bei geschlossenen Widerlagern vom geschlossenen Typ liegt der gesamte Erddruck an den Wänden vergleichsweise auf der hohen Seite, und daher kann nur die Basisreibung uV dem Gleiten der Widerlager nicht widerstehen. In solchen Fällen wird der Scherschlüssel wie in Abb. 19.3 gezeigt verwendet, um die Rutschfestigkeit zu erhöhen. Dabei wird der passive Erddruck vor dem Scherschlüssel ausgenutzt.
Einige Behörden empfehlen, dass der passive Widerstand berechnet werden kann, wobei der Modul der horizontalen Untergrundreaktion das 0, 7-fache des vertikalen beträgt. Der passive Widerstand, den die Erde vor den Wänden bietet, kann auch ausgenutzt werden, wenn der Boden gut verdichtet ist und keine Möglichkeit besteht, die vordere Erde wegzuwischen.
Die Theorie des Erddrucks und die Gestaltung der Wände des Schwerkrafttyps oder der Widerlagerart kann in jedem Buch über die Theorie der Strukturen gefunden werden und wird daher hier nicht erörtert. Die Abutments vom offenen Typ können in der unten angegebenen Weise gestaltet werden.
Die Siebwände sind über die Säulen durchgehend und oben mit der Kappe befestigt. Wenn die Krawatte unten vorgesehen ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Wand einfach unterstützt wird. Manchmal wird der Boden jedoch ohne jegliche Unterstützung freigehalten. In diesem Fall wird der Boden als freier Ausleger angenommen.
Der Erddruck an der Siebwand verteilt sich in beide Richtungen unter Berücksichtigung der Tragbedingungen. Die Säulen sind mit vertikalen Belastungen und Momenten ausgelegt, die durch Erddruck und andere Kräfte verursacht werden, die den Stangen ähnlich sind, die direktem Schub und Biegung ausgesetzt sind. Das Fundamentfloß ist eine durchgehende Platte über den Säulenträgern mit Bodendruck und kann als solche ausgelegt werden.
Seismische Wirkung der Rückenfüllung auf die Abutments:
Während seismischer Störungen vibriert auch das Hinterfüllmaterial hinter den Widerlagern und übt daher einen erhöhten Erddruck aus, der wie nachstehend beschrieben berechnet werden kann. Aufgrund der Wirkung des Erdbebens mit einem seismischen Koeffizienten wird sowohl für die Widerlagerwand als auch für die Hinterfüllung eine gedachte Verschiebung von tan - 1 n g angenommen (siehe Abb. 19.4), und das Einheitsgewicht der Hinterfüllung wird durch Multiplizieren erhöht es mit einem Faktor von
Der Erddruck, der nach der üblichen Theorie mit den oben genannten Modifikationen berechnet wurde, führt zu einer erhöhten Wirkung aufgrund seismischer Störungen in den Auffüllmaterialien. Neben dem erhöhten Erddruck sollte die seismische Wirkung auf das Abutment selbst auf normale Weise betrachtet werden.
Illustratives Beispiel 1:
Berechnen Sie nach Coulombs Theorie den horizontalen Anteil des normalen Erddrucks und den Erdbebeneffekt auf die Hinterfüllung. Ermitteln Sie den prozentualen Anstieg des normalen Erddrucks, wenn der seismische Effekt auf die Hinterfüllung berücksichtigt wird:
Es ist daher anzumerken, dass aufgrund des seismischen Effekts der horizontale Erddruck um fast 10% und um 20% zunimmt, wenn die seismischen Koeffizienten 0, 05 bzw. 0, 10 betragen.
Zuschlag für Live Load:
Die Aufbauten müssen für einen Auflastzuschlag in Höhe von 1, 2 m Erdschüttung ausgelegt sein.
Weinen Löcher:
Bei Abutments vom geschlossenen Typ muss eine ausreichende Anzahl von Tränenlöchern (Abb. 19.2) vorhanden sein, um das an der Rückseite der Ablagerungen angesammelte Wasser abzulassen, anderenfalls wird durch das angesammelte Wasser auf die Abutments zusätzlicher horizontaler Druck ausgeübt. Die Austrittslöcher sind an der Außenseite in einem Eintauchbereich anzubringen, um die Entwässerung zu erleichtern.
Die Rückseite der Sickerlöcher muss ordnungsgemäß verpackt und mit Filtermaterial unterschiedlicher Größe geschützt sein, wobei die größeren Abmessungen mit der Wand in Kontakt stehen, so dass weder das Hinterfüllmaterial noch das Filtermaterial durch die Sickerlöcher austreten können. Die Größe der Wischlöcher darf 150 mm tief und 75 mm breit sein und der Abstand darf sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung einen Meter nicht überschreiten.
Back-Fill-Materialien:
Die Hinterfüllung muss so weit wie möglich aus körnigen Materialien bestehen. Sandige Böden oder Sandschlämme können auch verwendet werden, wenn keine körnigen Materialien verfügbar sind. Der optimale Feuchtigkeitsgehalt solcher körnigen Materialien sollte zwischen 7 und 10 liegen. Das Filtermaterial hinter den Tränenlöchern.
Wenn sie im gesamten hinteren Bereich der Abutments verwendet werden, trägt dies zu einer schnelleren Ableitung des angesammelten Wassers bei, so dass die letztere Bestimmung besser ist als die vorherige. Verwendung von lokalisierten Filtermaterialien direkt hinter den Tränenlöchern.
