Entwurf starrer Rahmenbrücken (mit Diagramm)
Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, lernen Sie anhand von Diagrammen das Design von starren Rahmenbrücken kennen.
Einführung in starre Rahmenbrücken:
Bei starren Rahmenbrücken ist das Deck starr mit den Widerlagern und Pfeilern verbunden. Diese Art von Struktur kann eine Einheit mit einer Spannweite oder eine Einheit mit mehreren Spannweiten sein, wie in Abb. 12.1 dargestellt. Hier sind alle Vorteile einer durchgehenden Spannbrücke vorhanden.
Die folgenden Merkmale sind die zusätzlichen Vorteile der starren Rahmenbrücken gegenüber den durchgehenden:
i) Höhere Steifigkeit der Struktur.
ii) Weniger Momente im Deck werden teilweise auf die Stützglieder übertragen.
iii) Es sind keine Lager erforderlich.
iv) Besseres ästhetisches Aussehen als die durchgehende Spannstruktur.
Wie bei durchgehenden Spannbrücken erfordern diese Konstruktionen auch unnachgiebige Grundmaterialien. Die Analyse ist jedoch umständlicher als die vorige.
Die Rahmen können an der Basis angelenkt oder befestigt sein, wie in Abb. 12.1 dargestellt. Im angelenkten Zustand drehen die auf den Sockel übertragenen Momente nur die vertikalen Stützen, wodurch die Momente erheblich reduziert werden und keine Momente auf die Standfüße übertragen werden. Bei der Gestaltung der Fundamente sind nur die vertikale Belastung und das durch den Schub auf Scharnierebene verursachte Moment zu berücksichtigen.
Bei festen Grundstrukturen hingegen werden die Momente vom Überbau schließlich auf die Standfüße übertragen, da die vertikalen Stützen sich nicht unabhängig voneinander drehen können, ohne die Standfüße mit sich zu drehen. Es ist daher offensichtlich, dass bei Klapprahmen die Momente an der Basis der Stützen und an den Flößen sehr viel geringer sind, die Spannmomente jedoch größer sind als die der festen Rahmen.
Da die festen Rahmen unter der Annahme konstruiert sind, dass sich die vertikalen Glieder nicht an der Basis drehen, ist es möglich, diesen Zustand nur zu erreichen, wenn das Fundament auf festem Fels oder einem nachgiebigen Fundament ruhen kann.
Arten von steifen Rahmenbrücken:
Einige Arten starrer Rahmenbrücken wurden in Abb. 4.5 und 4.6 dargestellt. Starrrahmen mit festen Platten bis 25 m Spannweite können möglich sein, während steife Rahmen mit Brammen und Balken bis zu 35 m Spannweite verwendet werden können. Bei Straßenüberbrücken wird der freitragende Typ von Portalrahmen, wie in Abb. 4.6 gezeigt, allgemein bevorzugt.
Starre Rahmenkastendurchlässe oder kleinere Brücken (ein- oder mehrmalige Abb. 4.5) werden normalerweise in Bereichen eingesetzt, in denen der Gründungsboden schwach ist und ein breiterer Gründungsbereich erwünscht ist, um den Gründungsdruck innerhalb der für die Bodensorte zulässigen sicheren Werte zu senken.
Proportionierungsstrukturen starrer Rahmenbrücken:
Das Verhältnis der mittleren zur Endspanne der starren Rahmenbrücken sollte wie folgt sein:
Für Plattenbrücken 1, 20 bis 1, 30
Für Platten- und Trägerbrücken 1.35 bis 1.40
Für eine grobe Schätzung des Abschnitts können die Abmessungen der mittleren Spannweite und des Stützabschnitts für Volldeckenbrücken als L / 35 bzw. L / 15 angenommen werden. Die Laibungskurven für starre Rahmenbrücken sind im Allgemeinen die gleichen wie für durchgehende Brücken.
Analyse- und Entwurfsüberlegungen für starre Rahmenbrücken:
Bei der Analyse starrer Rahmenstrukturen wird üblicherweise die Methode der Momentverteilung angewendet. Bei kontinuierlichen Brücken ist die Methode der Momentenverteilung am besten für die praktische Gestaltung geeignet, da die Abschnitte der Strukturen an verschiedenen Stellen variieren, für die andere Methoden mühsam und daher ungeeignet sind.
Wenn die Werte von Steifigkeitsfaktoren, Verschleppungsfaktoren und festen Endmomenten für unterschiedliche Gelenke einer starren Rahmenstruktur bekannt sind, ist die Verwendung des Momentenverteilungsverfahrens sehr einfach.
Temperatureffekt:
Der Temperaturanstieg oder -abfall führt zu einer Dehnung oder Kontraktion der Decks, was zu festen Endmomenten an den vertikalen Gliedern führt, wie nachfolgend erläutert (Abb. 12.2).
Dehnung oder Kontraktion des Decks BC aufgrund von Temperaturschwankungen von t = δ 2 = L 2 αt.
Dehnung oder Kontraktion des Decks AB oder CD aufgrund einer Temperaturänderung von t = δ 1 = L 1 αt, aber aufgrund einer Dehnung oder Kontraktion des Decks BC um δ 2 wird die Nettobewegung von A oder C sein (δ 1 + + ½ δ 2 ).
Das feste Endmoment an einem vertikalen Element mit dem Trägheitsmoment I und der Durchbiegung δ kann durch gegeben sein
FEM = 6 EIδ / (L) 2 (12, 1)
Die feststehenden Endmomente, die auf allen oberen Gliedern und unter ihm gemäß Gleichung 12.1 entwickelt wurden, können auf alle Glieder verteilt sein.
Wirkung von Schwindung, Wind, Erdbeben und Wasserströmung:
Durch das Schrumpfen des Betons zieht sich das Deck zusammen und verursacht dabei die gleiche Wirkung wie der Temperaturabfall. Normalerweise wird angenommen, dass der Effekt des Schrumpfens dem durch den Temperaturabfall erzeugten Effekt entspricht.
Der Wind, der zu den Pfeilern geneigt ist, kann zu Schwenkmomenten führen, die nach der Verteilung von allen Mitgliedern des Rahmens geteilt werden.
Die auf Deck, Pfeiler und Widerlager wirkende seismische Kraft verursacht Momente in den Elementen des Rahmens, da die Windstärke induziert wird.
Der durch den Fluss fließende Querstrom trifft auf die Pfeiler und Widerlager, und die Glieder werden wie der Wind Momente auslösen.
Entwurfsverfahren für starre Rahmenbrücken:
1. Wählen Sie die Spannweiten für die End- und Zwischenspannen entsprechend den Standortbedingungen und dem Typ der Brücken. Die Tiefen in der Mitte und an den Stützen sind anzunehmen.
2. Wählen Sie die Laibungskurve aus, und suchen Sie die Tiefen in verschiedenen Abschnitten. Berechnen Sie die festen Endmomente aufgrund der gleichmäßig verteilten Eigenlast und der Durchzugslast aus Standardentwurfstabellen wie "The Applications of Moment Distribution", veröffentlicht von The Concrete Association of India, Bombay.
3. Ermitteln Sie die Werte der Steifigkeitsfaktoren und der Verschleppungsfaktoren aus den Entwurfstabellen, nachdem Sie die Werte der Rahmenkonstanten wie a A, a B, r A, r B, h c usw. ausgewertet haben.
Die Verteilungsfaktoren können wie folgt bestimmt werden:
Dabei ist D AB = Verteilungsfaktor für Mitglied AB.
S AB = Steifigkeitsfaktor für AB.
ΣS = Summe der Steifigkeitsfaktoren aller Glieder dieses Gelenks.
4. Die Festlastendmomente der Totlast sind zu verteilen und bei Bedarf eine Sway-Korrektur vorzunehmen.
5. Um die Momente der Live-Last auf den Gliedern auszuwerten, muss für jedes Glied ein Einflussliniendiagramm erstellt werden. Das Verfahren wird mühsam sein, wenn die Momente durch Aufbringen einer Einheitslast auf jeden Abschnitt erhalten werden sollen (es können 5 bis 10 Abschnitte auf jeder Spanne in Abhängigkeit von der Abschnittslänge vorhanden sein) und die festen Endmomente aufgrund der Einheitslast mit Pendelkorrektur dort verteilt werden notwendig.
Das Verfahren kann vereinfacht werden, wenn das unten angegebene Verfahren befolgt wird.
6. Platzieren Sie die Ladeeinheit an einer beliebigen Stelle (Abb. 12.3) und ermitteln Sie die festen Endmomente x und y an den Enden B und C. Verteilen Sie diese festen Endmomente auf alle Elemente. Die so an verschiedenen Abschnitten erhaltenen Momente sind die Lastlastmomente (elastisch) aufgrund der betrachteten Einheitslast.
Nach der erforderlichen Pendelkorrektur gibt die Momentengleichung in Form von x und y die Ordinate des Biegemomenteinflussdiagramms in verschiedenen Abschnitten für diese Einheitslast an. Nun können aus den Tabellen oder Diagrammen die Werte von x und y für die Einheitslast bei verschiedenen Lastpositionen bekannt sein, von denen die Ordinaten der Einflusslinie diag. Bei verschiedenen Abschnitten können unterschiedliche Lastpositionen berechnet werden.
Die oben umrissene Prozedur erfordert einen Satz Momentenverteilung und einen Satz Pendelkorrektur der Momentengleichungen für jede Spanne.
Das Einflussliniendiagramm, das durch das beschriebene Verfahren erhalten wird, gilt nur für das elastische Moment. Das Diagramm des freien Moments muss darüber überlagert werden, um das Nettoinflussdiagramm zu erhalten. Die Live-Lastmomente können danach aus dem Einflussliniendiagramm erhalten werden.
7. Ermitteln Sie die Momente an verschiedenen Gliedern und an verschiedenen Abschnitten aufgrund von Temperatur, Schrumpfung, Wind, Wasserströmungen, Erddruck auf Widerlager, Erdbebenkraft usw.
Die durch verschiedene Belastungen und Effekte erhaltenen Momente, wie sie oben aufgezählt sind, können so zusammengefasst werden, dass die Entwurfsmomente für alle möglichen Kombinationsfälle maximal sind.
9. Überprüfen Sie die Angemessenheit der Abschnitte in Bezug auf die Betonspannungen und stellen Sie die erforderliche Verstärkung für das geplante Moment bereit.
10. Machen Sie die Verstärkung richtig aus.
