Entwurf von Schrägbrücken (mit Diagramm)

Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, lernen Sie anhand von Diagrammen das Design von Schrägbrücken kennen.

Das Verhalten von Schrägbrücken unterscheidet sich stark von dem von normalen Brücken, weshalb die Konstruktion von Schrägbrücken besondere Aufmerksamkeit erfordert. Bei normalen Brücken steht die Deckplatte senkrecht zu den Stützen, und so wird die auf die Deckplatte aufgebrachte Last auf die Stützen übertragen, die normal zur Bramme angeordnet sind.

Die Lastübertragung von einer Schrägplattenbrücke ist andererseits ein kompliziertes Problem, da immer Zweifel an der Richtung besteht, in der sich die Platte aufspannen wird, und der Art und Weise, in der die Last auf den Träger übertragen wird.

Es wird angenommen, dass sich die Last proportional zur Steifigkeit der verschiedenen Pfade zum Träger bewegt, und da die Dicke der Platte überall gleich ist, ist die Steifigkeit entlang der kürzesten Spanne maximal, dh entlang der Spanne, die zu den Seitenflächen der Pfeiler normal ist oder Widerlager.

In Abb. 9.1 wird, obwohl die Spannweite des Decks die Länge BC oder DE hat, die Platte entlang AB oder CD gespannt, wobei dies der kürzeste Abstand zwischen den Stützen ist. Daher ist die Ebene der maximalen Spannungen in einer Schrägplatte nicht parallel zur Mittellinie der Fahrbahn, und die Durchbiegung einer solchen Platte erzeugt eine verzogene Oberfläche.

Der Effekt der Schräglage in Deckplatten mit Schrägungswinkeln von bis zu 20 Grad ist nicht so signifikant, und beim Entwerfen solcher Brücken wird die Länge parallel zur Mittellinie der Fahrbahn als Spannweite genommen. Die Dicke der Platte und der Bewehrung werden mit diesen Spannweiten berechnet und die Bewehrung wird parallel zur Mittellinie der Fahrbahn platziert.

Die Verteilerleisten sind jedoch wie üblich parallel zu den Stützen angeordnet. Wenn der Neigungswinkel von 20 Grad bis 50 Grad variiert, wird der Neigungseffekt signifikant und die Platte neigt dazu, sich normal zu den Stützen zu erstrecken.

In solchen Fällen wird die Brammendicke mit der kürzesten Spannweite bestimmt, die auf der Grundlage der kürzesten Spannweite erarbeitete Bewehrung wird jedoch mit Sec multipliziert. (Θ ist der Neigungswinkel) und sind, wie in Fig. 9.2a gezeigt, parallel zur Fahrbahn angeordnet, wobei die Verteilungsstangen wie üblich parallel zu den Stützen angeordnet sind.

Es ist auch üblich, die Bewehrung senkrecht zur Stütze zu platzieren, wenn der Neigungswinkel zwischen 20 ° und 50 ° liegt.

Die Dicke und die Bewehrung werden mit der Spanne normal zur Stütze bestimmt, da jedoch die Eckbewehrung im Bereich ABF oder CDE (Abb. 9.1) beim Anordnen der Bewehrung senkrecht zu den Stützen keine Unterstützung auf einer Seite erhält, Die Platte unter dem Fußweg (bei Brücke mit Fußweg) oder unterhalb des Straßenrandes (bei Brücke ohne Fußweg) muss mit einer zusätzlichen Verstärkung versehen werden, um als verborgener Balken zu wirken.

Alternativ können auch Brüstungsträger wie in Abb. 9.2b und 9.2c dargestellt entlang der Brammenkante vorgesehen werden. Solche Brüstungsträger sind bündig mit dem Boden der Platte ausgeführt und erstrecken sich über die Platte auf die erforderliche Höhe, um die massive Brüstung zu bilden. Diese Art von Deck erfordert weniger Stahl in den Brammen, Brüstungsträger jedoch zusätzliche Kosten.

Bei Schrägbrückenwinkeln von mehr als 50 Grad sollten Träger verwendet werden, obwohl die Spannweiten vergleichsweise geringer sind. Wenn die Breite der Brücke nicht groß ist, können die Träger parallel zur Fahrbahn angeordnet werden, und die Plattendicke und die Verstärkung können mit dem Abstand der Träger als Spannweite ausgelegt werden.

Die Bewehrung wird normal zu den Trägern platziert (Abb. 9.3a). Bei breiteren mehrspurigen Versatzkreuzungen mit großen Versatzwinkeln ist es jedoch bevorzugt, die Träger rechtwinklig zu den Stützen zu verwenden. In diesen Fällen benötigen die dreieckigen Abschnitte wiederum Brüstungsträger, um ein Ende der Träger abzustützen. Die Bewehrung wird normal zu den Trägern verwendet, wie in Abb. 9.3b gezeigt.

Reaktion beim Support:

Es wurde beobachtet, dass aufgrund des Effekts der Schräglage die Reaktionen an den Trägern nicht gleich sind, sondern dasselbe bei stumpfen Winkelecken und bei spitzen Winkelecken je nach Schräglagenwinkel geringer ist.

Für Schräglagen bis zu 20 Grad beträgt der Anstieg der Reaktion an den stumpfen Winkelecken null bis 50 Prozent und für Schräglagen von 20 Grad bis 50 Grad beträgt der Anstieg der durchschnittlichen Reaktion 50 bis 90 Prozent . Die Reaktion an der stumpfen Winkelecke wird doppelt so groß wie die durchschnittliche Reaktion, wodurch die spitze Winkelecke zu einem Nulldruckpunkt wird, wenn der Schräglaufwinkel etwa 60 Grad erreicht.

Kriecheffekt:

Beobachtungen zeigen, dass die längere Diagonale des Schrägdecks, das die spitzen Winkelecken verbindet, die Tendenz hat, sich zu verlängern, möglicherweise aufgrund der Art der Lastübertragung auf die Stützen, was zu einer Bewegung oder einem Kriechen der spitzen Winkelecken führt, wie in Abb. 9.5a dargestellt .

Dieser Kriecheffekt der Deckplatte führt zu Spannungen entlang der längeren Diagonale. Spannungsrisse können auftreten, wenn nicht genügend Stahl für diese Zugspannung bereitgestellt wird (Abb. 9.5b). Auch aufgrund des Kriechens treten an den spitzen Winkelecken Abhebungen und daraus folgende Risse auf, und es muss zusätzlicher Stahl oben in beiden Richtungen vorgesehen werden, um ein Reißen durch Abheben der Ecken zu verhindern.

In Abb. 9.5a ist zu sehen, dass durch das Kriechen der Deckplatte an den Flügelwänden bei X und Y ein erheblicher Schub induziert wird, dh an der Verbindungsstelle zwischen Widerlager und Flügelwand, wodurch Risse in den Flügelwänden entstehen schwerer Schaden

Um Schäden an den Flügelwänden durch Kriecheffekte zu vermeiden, wurde von einigen Behörden vorgeschlagen, anstelle von freien Lagern feste Lager über Widerlager vorzusehen, so dass eine Bewegung des Decks aufgrund des Kriecheffekts über den Widerlagern verhindert wird.

Manchmal wird die Deckplatte mit Dübelstangen an der Abutmentkappe befestigt, was das wirksamste Mittel zum Schutz vor dem Kriecheffekt zu sein scheint. Kriechen kann über Pfeiler gestoppt werden, indem einige erhöhte Blöcke oder Puffer über Pfeilern vorgesehen werden.

Diese Anordnung ist in Abb. 9.6 dargestellt:

Layout der Lager:

Es sollten vorbeugende Maßnahmen ergriffen werden, um die Bewegung des Decks durch Kriechen zu verhindern. Es wird vorgeschlagen, dass die folgenden Schritte, wenn sie ausgeführt werden, das gewünschte Ergebnis erzielen können.

(i) Es können bis zu 15, 0 m Spannweite für Einzelbrückenbrückenlager beider Abutments verwendet werden. Der Bau von Einspann-Betonbrücken mit zwei Festlagern wird von der Wisconsin Highway Commission seit Jahren für Spannweiten bis zu 13, 72 m (45 Fuß) verwendet. Keine dieser Brücken zeigte Anzeichen von Kriechen.

(ii) Bei einfach überspannten Mehrfeldbrücken, Festlagern über den Widerlagern und freien oder Festlagern über den Pfeilern. Bei dieser Anordnung müssen möglicherweise zwei freie Lager an einem Pfeiler verwendet werden.

Die Anordnung der Lager sollte so sein, dass keine Behinderung gegen die freie Bewegung der Dehnlager entsteht. Dies erfordert, dass die Lager rechtwinklig zu den Trägern ausgerichtet sind und nicht parallel zu den Pfeilern oder Widerlagern (ähnlich den normalen Kreuzungen). Die typischen Anordnungen der Lager in Schrägbrücken sind in Abb. 9.7 angegeben.

Aufbau der Kompensatoren S:

Der Hauptunterschied bei den verschiedenen in Fig. 9.7 dargestellten Layouttypen liegt in der Art und Weise, wie die Dehnungsfuge zwischen den benachbarten Decks vorgesehen wird. Um eine gerade Dehnungsfuge zu erhalten, wird der in Fig. 9.7a gezeigte Typ verwendet, er erfordert jedoch eine größere Stegbreite, da ein gewisser Raum zwischen den Lagern der benachbarten Spannweiten ungenutzt bleibt.

Der Typ von Abb. 9.7b ergibt auch eine gerade Verbindung, aber um die Breite des Pfeilers zu verringern, sind die Lager näher zu bringen.

Dies macht ein Übergreifen des Decks an den Trägern der angrenzenden Felder erforderlich, was erreicht wird, indem eine Kerbe über den betroffenen Teilen der Träger hergestellt wird und die Deckplatte auf diesen Kerben ruht. Ein geeigneter Fugenfüller, wie z. B. Bleibogen oder Teerpapier, kann zwischen den Trägern und der Deckplatte für die freie Bewegung der Dehnungsfuge eingefügt werden.

Die Breite des Pfeilers sowie die Position der Lager für den in Abb. 9.7c gezeigten Typ sind die gleichen wie in Abb. 9.7b, jedoch wird hier eine sägezahnartige Art von Kompensator verwendet, um diese Art zu vermeiden Vorkehrungen für den zweiten.

Jeder der hier beschriebenen Typen hat bestimmte Vorzüge und Nachteile, und derjenige, der für die betrachtete Brücke am besten geeignet ist, kann verwendet werden. Die wichtigsten Punkte, die ein Designer bei der Konstruktion von Schrägbrücken sorgfältig berücksichtigen muss, wurden hier kurz beschrieben.

Zur Veranschaulichung der Entwurfsprinzipien wird nachfolgend ein erarbeitetes Beispiel dargestellt:

Beispiel:

Entwerfen Sie eine Schieferbrücke für feste Platten mit einer lichten Spannweite von 7, 5 m entlang der Fahrbahn ohne Fußweg und einem Neigungswinkel von 25 Grad mit IRC-Beladung für NH Standard. Es werden M20-Beton und S415-Stahl verwendet:

Lösung:

Da der Schräglaufwinkel 20 Grad überschreitet, kann die Plattendicke mit einer Spanne normal zum Träger ausgelegt werden, und die mit dieser Spanne erarbeitete Bewehrung kann mit Sec multipliziert werden. 2 & thgr; und dasselbe kann parallel zur Fahrbahn vorgesehen sein.

Freier Abstand normal zu den Trägern = 7, 5 cos 25 '= 7, 5 x 0, 9063 = 6, 80 m

Effektive Spanne = Freie Spanne + effektive Tiefe

Bei einer Gesamtdicke der Platte von 600 mm beträgt die effektive Tiefe 600 - 40 = 560 mm. = 0, 56 m.

. . . Effektive Spanne = 6, 80 + 0, 56 = 7, 36 m.

Totlastmoment:

. . .Des Lastmoment pro Meter Breite = 1800 × (7, 36) 2 = 12, 190 kgm.

Live-Lademoment:

Einspuriges Raupenfahrzeug der Klasse 70-R erzeugt, wenn es zentral angeordnet ist, ein maximales Moment.

Verteilungsstahl:

Verteilungsstahl kann nach dem gleichen Prinzip berechnet werden wie bei der Konstruktion einer quadratischen Kreuzbrücke aus massiver Bramme.

Moment in Querrichtung = 0, 3 LLM + 0, 2 andere Momente = 0, 3 × 13, 520 + 0, 2 × 12, 190 = 6494 kgm. = 63.600 Nm.

. . . As = 63 600 x 10 3/200 x 543 x 0, 904 = 648 mm 2

12 12 HYSD-Stäbe bei 150 (As = 753 mm 2 ) annehmen

Scher- und Bond-Stress:

Die Zunahme der Stützreaktion in der Nähe der stumpfen Winkelecke ist bei der Ermittlung der Scher- und Bindungsspannungen angemessen zu berücksichtigen.

Da der Neigungswinkel 25 Grad beträgt, kann die maximale Reaktion an der stumpfen Winkelecke als 1, 55-fache der normalen Reaktion angenommen werden (Abb. 9.4). Der durchschnittliche erhöhte Wert für die halbe Breite des Decks kann das 1, 3-fache der normalen Reaktion sein.

. . . Maximale DL-Scherung pro Meter Breite = 1800 x 7, 36 / 2 x 1, 30 = 8610 kg.

Live-Lastschere:

Anordnung der Verstärkung:

In Fig. 9.10 und 9.11 sind zwei Arten der Anordnung der Bewehrung in einer Linie dargestellt. Eine Verstärkung an spitzen Winkelecken ist vorgesehen, um Risse durch Abheben der spitzen Winkelecken zu vermeiden.

Die Hauptverstärkungsfläche beträgt, wenn sie senkrecht zum Träger angeordnet ist, 2490 mm 2, wobei 22 θ @ 150 mm As = 2535 mm 2 ergibt. Wenn die Bewehrung jedoch parallel zur Fahrbahn verlegt wird, ist die erforderliche Stahlfläche = 3038 mm 2, für die 22 Φ @ 125 mm vorgesehen werden muss (As = 3040 mm 2 ).

Details zu einigen Skew-Plattenbrücken:

Die Spannweiten (effektive rechte Spannweite im rechten Winkel zu den Stützen), für die die Details verfügbar sind, sind 4, 37 m, 5, 37 m, 6, 37 m und 8, 37 m mit Schrägwinkeln von 15 ', 30', 45 'und 60 für jede Spannweite.

Das Design basiert auf M20-Beton und S415-Stahl. Auffallende Merkmale dieser Schrägbrücken sind in Tabelle 9.1 und 9.2 angegeben. Für weitere Einzelheiten kann auf die Standardpläne Bezug genommen werden.