Design gekrümmter Brücken (mit Diagramm)

Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, erfahren Sie mehr über das Design von gekrümmten Brücken.

Gewölbte Brücken sind normalerweise für Viadukte und Kreuzungen vorgesehen, bei denen abweichende Fahrspuren in eine mehrspurige Brücke oder Überbrücke und umgekehrt umgewandelt werden. Ein Beispiel ist die Zweite Hooghly-Brücke in Kalkutta mit sechsspuriger Fahrbahn auf der Hauptbrücke über den Fluss und den Anflugviadukten auf der Seite von Kalkutta und Howrah.

Die Kreuzungen sowohl auf der Kalkutta- als auch auf der Howrah-Seite bestehen aus mehreren ein- oder zweispurigen Armen. Ein Teil des Calcutta-Endviadukts und einige der Arme der Seitenwechselkreuze von Calcutta und Howrah befinden sich auf Kurven, wie in Abb. 9.12 dargestellt.

Manchmal müssen geschwungene Brücken über Kanäle gebaut werden, wenn das Land innerhalb einer Stadt oder einer Stadt so begrenzt ist, dass der Bau einer solchen Brücke die einzige Möglichkeit ist.

Art der Pfeiler:

Die Auswahl des Pfeilertyps für die Viaduktbrücke und für den Austausch gebogener Brücken ist kein Problem, es sei denn, Fahrspuren befinden sich darunter. Wenn sich die Fahrspuren unterhalb des Viadukts oder der Austauschstrukturen befinden oder wenn die Brücke über einem Kanal gebaut wird, beeinflusst der normale rechteckige Pfeiler den Verkehrsfluss im ersten Fall und den Wasserfluss im letzteren Fall (Abb. 9.13a). .

Unter diesen Umständen ist ein kreisförmiger Pfeiler entweder fest oder hohl. Die Pfeilkappe oben rechtwinklig zur Achse der Brücke ist die richtige Lösung (Abb. 9.13b). In diesem Fall ist der Fluss glatt.

Layout der Lager:

Die Achse eines Brückendecks für eine gekrümmte Brücke ist keine gerade Linie und ändert an jedem Punkt die Richtung. Aus diesem Grund sind die Pfeiler oder Anschlagkappen, die das Deck durch die Lager tragen, nicht parallel zueinander, obwohl sie rechtwinklig sind die Achse der Brücke an diesen Stellen.

Da jedoch die Achse der Brücke die Richtung von einer Pfeilerkappe zur anderen ändert, muss die Achse der metallischen Lager sorgfältig fixiert werden, ob Walze, Wippe, Klapp- oder Gleitlager, obwohl dies normalerweise kein Problem darstellt Elastomerlager oder Gummitopflager, die sich frei in jede Richtung bewegen können und eine freie horizontale Bewegung und Drehung der Aufbauten ermöglichen.

Die freien metallischen Lager sollten so ausgerichtet sein, dass die Bewegungsrichtung der Lager mit der Bewegungsrichtung des Brückendecks übereinstimmt. Die Achse einer gekrümmten Brücke ändert an jedem Punkt ihre Richtung und daher ist die Achse der Brücke an zwei benachbarten Pfeilern nicht gleich.

Es ist daher zu entscheiden, auf welche Weise die Achse der Lager positioniert werden soll, entweder rechtwinklig zur Brückenachse an einer solchen Stelle oder ob sie parallel zur Pfeilkappenachse oder in einer anderen Richtung verläuft, so dass eine freie Bewegung des Lagers möglich ist Deck aufgrund von Temperaturschwankungen ist ohne Hindernisse zulässig. Die Bewegungsrichtung eines gekrümmten Brückendecks an den freien Lagern kann theoretisch aus Abb. 9.14 entnommen werden.

Das gekrümmte Brückendeck AG ist in sechs gleiche Segmente AB, BC, CD usw. unterteilt, und diese Längen können als gleich den Sehnenlängen AB, BC, CD usw. betrachtet werden, insbesondere wenn die Teilungsanzahl groß ist. Die Länge dieser Akkorde sei gleich "1" und die Längenänderung aufgrund der Temperaturerhöhung sei "δ1". Daher werden alle Akkorde AB, BC, CD usw. tangential um 81 erhöht.

Diese erhöhten Längen können in zwei senkrechten Richtungen, nämlich aufgelöst werden. entlang der AG und senkrecht zur AG. Die Längenvergrößerung von AB, BC, CD entlang der AG-Richtung ist δ1cosθA, δ1cosθB bzw. δ1cosθc und die Zunahme von AB, BC, CD entlang der senkrechten Richtung (nach außen) ist δ1sinθA, δ1sinθB bzw. δ1sinθc.

In ähnlicher Weise ist die Längenvergrößerung von DE, EF, FG entlang AG gleich δ1cosθE, δ1cosθF, δ1cosθG und entlang der senkrechten Richtung (nach innen) δ1sinθE, δ1sinθF bzw. δ1sinθG. Da jedoch θA = θG, θB = θF und θc = θE und die Summation der 8 δ1sinθ der linken Hälfte nach außen und die Summation des δ1sinθ der rechten Hälfte nach innen, balancieren diese Hin- und Herbewegungen und die Die Bewegung in senkrechter Richtung ist gleich Null. .

Daher ist die Bewegung des gekrümmten Brückendecks AG aufgrund von Temperaturschwankungen entlang AG, dh die Sehnenlinie, die die Achse der Brücke von einem Pfeiler zum anderen verbindet, und die Netto-Bewegung wird ∑δ1cosθ sein.

Daher muss die Lagerachse rechtwinklig zur Sehnenlinie AG sein, wie in Abb. 9.14d gezeigt. Wenn jedoch Elastomerlager verwendet werden, muss dies nicht berücksichtigt werden, da sich diese Lager in jede Richtung frei bewegen können.

Reaktionen bei Piers:

Abb. 9.15 zeigt den Grundriss eines gekrümmten Brückendecks. Sowohl die Eigenlast des Decks als auch die Nutzlast (insbesondere wenn es nach außen exzentrisch ist), führt zu einer Torsion im Deck, wodurch eine zusätzliche Reaktion gegenüber der normalen Reaktion an der Außenkante oder den Außenlagern bei B und D bewirkt wird, jedoch eine gewisse Reaktion bei A und C. Diese Aspekte sollten bei der Konstruktion von Lagern, Unterkonstruktionen und Fundamenten gebührend berücksichtigt werden.

Ein weiterer Faktor, der eine zusätzliche Reaktion bei B und D hervorruft, ist die Fliehkraft der sich bewegenden Fahrzeuge. Die Zentrifugalkraft, die in einer Höhe von 1, 2 m über dem Brückendeck wirkt, bewirkt ein Moment, das der Zentrifugalkraft multipliziert mit der Tiefe des Decks oder Trägers plus 1, 2 m entspricht. Dies führt zu einer zusätzlichen Reaktion an B und D.

Aufbau des Überbaus:

Sowohl die Eigenlast als auch die Nutzlast bewirken eine Verdrehung des Decks. Diese Beeinflussung hat keinen großen Einfluss auf die Konstruktion von Massivdecken, da die Spannweite geringer ist und das Torsionsmoment als solches geringer ist. Die Torsionsspannung kann jedoch überprüft und zusätzlicher Stahl bereitgestellt werden, wenn die Spannung den zulässigen Wert überschreitet.

Außerdem müssen die inneren Ecken A und C (an denen sich aufgrund der Durchbiegung des Decks Verwerfungen bilden können), wie in spitzen Winkelecken einer Schrägbrücke, mit einer oberen Verstärkung versehen sein. Bei Trägerbrücken wird die Torsion aufgrund toter und belasteter Last den äußeren Träger stärker belasten und den inneren Träger zusätzlich zur normalen Lastverteilung entlasten.

Die durch die seitliche Fliehkraft gebogene Durchbiegung des Brückendecks muss ebenfalls gebührend berücksichtigt werden.

Die Zentrifugalkraft bewirkt auch eine Torsion des Decks, die als der Zentrifugalkraft multipliziert mit der Entfernung von c g angesehen werden kann. des Decks bis 1, 2 m über dem Deck. Dieses Torsionsmoment belastet den äußeren Träger erneut und entlastet den inneren Träger. Daher muss der äußere Träger einer gekrümmten Brücke mehr Last tragen als der äußere Träger einer normalen geraden Brücke.

Um das Umkippen der fahrenden Fahrzeuge aufgrund der Fliehkraft zu verhindern, muss eine Überhöhung im Brückendeck gemäß der folgenden Gleichung vorgesehen werden.

Überhöhung, e = V ² / 225R (9, 1)

Wobei e = Überhöhung in Meter pro Meter

V = Geschwindigkeit in km pro Stunde

R = Radius in Meter.

Die durch Gleichung 9.1 erhaltene Überhöhung ist auf 7% begrenzt. Bei städtischen Abschnitten mit häufigen Kreuzungen ist es jedoch wünschenswert, die Überhöhung auf 4% zu begrenzen. Die Überhöhung kann in der Deckplatte vorgesehen werden, indem die Deckplatte in Richtung der äußeren Kurve angehoben wird, wie in Abb. 9.16 gezeigt.

Die erforderliche Überhöhung kann erreicht werden, indem die Höhe der Sockel in Richtung der äußeren Krümmung erhöht wird (wobei die Tiefe des Trägers für alle gleich bleibt), wie in Abb. 9.16a gezeigt, oder indem die Tiefe der Träger in Richtung der äußeren Krümmung erhöht wird (Halten der Sockelhöhe für alle) wie in Abb. 9.16b, wobei ersteres aus ökonomischer und konstruktiver Sicht dem letzteren vorzuziehen ist.

Konstruktion der Lager:

Neben den üblichen Überlegungen für die Auslegung der Lager sind die Auswirkungen der Fliehkraft und des Torsionsmoments zu berücksichtigen, und die Auslegung der Lager ist entsprechend vorzunehmen.

Die Lager müssen so detailliert sein, dass die auf den Lagern gelagerte Plattform aufgrund der Fliehkrafteinwirkung zusätzlich zu der Erdbebenkraft aufgrund von toten und wirkungsvollen Lasten an einer horizontalen Bewegung in Querrichtung gehindert wird.

Gestaltung von Unterkonstruktion und Fundamenten:

Bei der Vorbereitung der Konstruktion der Unterkonstruktion sowie der Fundamente sind zusätzliche Reaktionen auf einer Seite des Pfeilers aufgrund von Torsion und zusätzliche Horizontalkräfte auf die Oberseite des Pfeilers aufgrund der Fliehkraft zu berücksichtigen.