Abutments in Bridges: Typer og design overvejelser

Efter at have læst denne artikel vil du lære om typer og design overvejelser af abutments i broer.

Typer af anlæg til broer:

Mursten eller sten murværk, masse beton eller armeret beton kan anvendes i opførelsen af anlæg. De typer af anlæg, der normalt anvendes i motorvejebroer, er vist i figur 19.2. I åbent flådefundament anvendes mursten eller massebetænkninger ofte, da de giver den døde vægt for stabiliteten af en sådan struktur.

Bunkebøjleanlæg er åbne type anlæg, hvor bagfyldningen ikke bevares af anlægene, men får lov til at spole igennem bukets rum og der er dannet et skrånende dæmning foran anlægget.

Den skrånende dæmning er beskyttet af mursten eller bølgepladser fra skader på grund af vandstrømme. Denne type af anlæg har den fordel, at der ikke kræves nogen speciel struktur, undtagen hævning af bunkerne og tilvejebringelse af en bunkehætte øverst til understøttelse af overbygningen. Der kræves en snavsvæg, som forhindrer snavs eller jord fra tilgangene, der spilder på lejerne.

Modeller af modstandstype er lukkede anlæg, der har nogle kolonner eller modstykker forbundet med en ansigtsplade foran. Afstanden mellem modstandene er generelt 2, 5 til 3 meter.

Stabiliteten af anlæggene opretholdes af selvvægten og vægten af bagfyldningsmaterialerne imellem modpladerne og over grundfladen. Åbent flåde eller bunke eller godt 'fundament er egnet til denne slags anlæg.

Åben type anlæg med RC-søjler (Fig. 19.2d) foretrækkes, hvor formationshøjden er meget høj. For at lette anlæggene mod for stort jordtryk, får jorden lov til at spildes foran som i bunkebøjleanlæg.

Afstanden mellem kolonnerne er ligeledes mere eller mindre lig med modstandsafstanden, dvs. 2, 5 til 3, 0 meter. Der kræves en skærmvæg ca. 1, 5 til 2, 5 meter dyb for at forbinde kolonnerne og hænge fra bjælken.

Funktionen af denne skærmvæg er at forhindre jordens bevægelse fra det øverste område lige bag anlægget på grund af tillæg, vibrationer osv. Stiftelser, der er nødvendige for sådanne typer af anlæg, er enten bunke eller godt fundamenter. Raft fundament kan være muligt, hvis det hviler på rock.

Fordelen ved åben type anlæg er, at der ikke er nogen fløj- eller returvægge, men ulempen er, at nogle vandveje er begrænset af det skrånende dæmning foran anlæggene. På den anden side kræver lukkede anlægsflader vingevægge eller returvægge til beskyttelse af jorden, men disse anlæg sikrer mere vandveje end den åbne type anlæg gør.

Design Overvejelser om Abutments for Bridges:

Abutterne udsættes for følgende belastninger og kræfter:

i) Selvvægten af abutments, herunder vægten af back-fill materialer over abutments.

ii) Død og levende belastning fra overbygning - mindste levetryk for at kontrollere spænding og maksimal levetryk for at kontrollere maksimal kompression.

iii) Temperatur og trækkraft eller bremseffekt.

iv) Horisontal kraft på grund af vind på overbygning.

v) Centrifugalkraft, hvis broen er på en kurve.

vi) Aktivt jordtryk på bagsiden, herunder tillægsafgiftseffekt. Alle anlæg skal være konstrueret til et levetilvækst svarende til 1, 2 meter højde af jordfuld.

vii) Seismisk kraft.

Kappepladen til åben eller modfort type anlæg skal konstrueres til både lodret og vandret belastning. Almindeligvis er anslagsdækkerne udsat for torsionsspændinger, og der kræves tilstrækkelig torsionsforstærkning.

Jordtrykket på kolonnerne for åbne type anlæg skal tage højde for bueaktiviteten af jordmassen, der udøver tryk. Til eater for denne effekt antages normalt en stigning i jordtrykket i størrelsesordenen 100 pct. På sådanne anlægskolonner.

Det er meget vigtigt at kontrollere stabiliteten af anlægene som helhed med hensyn til glidning og væltning, når disse anlæg er baseret på åbne flåder. Abutternes tendens til at glide på grund af den vandrette kraft modvirkes af μV, hvor p. er friktionskoefficienten mellem jorden og basisen af fundamentet, og V er den samlede lodrette belastning på fundamentet.

Tilstrækkelig sikkerhedsfaktor mod svigt bør tillades. Lad H være den samlede vandrette glidekraft og V være den samlede lodrette belastning. For stabilitet,

Værdien af μ er taget som lig med tan θ = tan. 20 °. Tilsvarende skal der være tilstrækkelig sikkerhedsmargin mod overfald af anlæg som helhed om tåen. Dette kan gives af,

I lukkede typer høje anlæg er det samlede jordtryk på væggene forholdsvis på højsiden, og derfor kan kun basisfriktionen μV være i stand til at modstå glidning af anlægene. I sådanne tilfælde anvendes forskydningsnøglen som vist i figur 19.3 til at øge modstanden mod glidning. Det passive jordtryk foran skærenøglen udnyttes til formålet.

Nogle myndigheder anbefaler, at passiv modstand beregnes under anvendelse af modulet for vandret subgrade-reaktion som 0, 7 gange den vertikale. Den passive modstand, der tilbydes af jorden foran væggene, kan også udnyttes, hvis den er godt komprimeret jomfru jord, og der er ikke mulighed for at skure væk fra jorden foran.

Teorien om jordtryk og udformningen af tyngdekrafts- eller modbygningstypevægge kan findes i enhver bog på teorien om strukturer og er derfor ikke diskuteret her. Den åbne type anlæg kan være konstrueret på den måde, der er angivet nedenfor.

Skærmvægge er kontinuerlige over søjlerne og fastgjort på toppen med hætten. Hvis der er bundet nederst, kan væggen antages som simpelthen understøttet, men undertiden holdes bunden fri uden nogen form for støtte. I så fald antages bunden som fri cantilever.

Jordtrykket på skærmvæggen fordeles over det i begge retninger under hensyntagen til støttebetingelserne. Kolonnerne er konstrueret med lodret belastning og øjeblikke forårsaget af jordtryk og andre kræfter, der ligner medlemmer, der udsættes for direkte tryk og bøjning. Grundfladen er en kontinuerlig plade over kolonneunderstøtningerne med jordtryk under og kan være udformet som sådan.

Seismisk effekt af bagsiden Fyld på abutments:

Under seismiske forstyrrelser vibrerer backfyldmaterialet bag abutterne også og udøver derfor et øget jordtryk, der kan beregnes som beskrevet nedenfor. På grund af jordskælvets virkning med seismisk koefficient antages både abutmentvæggen og bagfyldningen en imaginær forskydning af tan ^-1 ng (se figur 19.4), og backvægtenes enhedsvægt øges ved at multiplicere det med en faktor på

Jordtrykket beregnet ved den sædvanlige teori med ovennævnte modifikationer giver den øgede effekt på grund af seismisk forstyrrelse i fyldmaterialerne. Ud over det øgede jordtryk skal den seismiske effekt på selve anlægget overvejes på normal måde.

Illustrativt eksempel 1:

Beregn ved Coulombs teori den vandrette komponent af normalt jordtryk og det med jordskælvseffekt på bagfyldningen. Find den procentvise stigning i det normale jordtryk, når seismisk effekt på bagfyldningen overvejes:

Det bemærkes derfor, at det horisontale jordtryk på grund af seismisk effekt stiger med næsten 10 procent og 20 procent, når de seismiske koefficienter er henholdsvis 0, 05 og 0, 10.

Live Load Tillæg:

Anlæggene skal være konstrueret til et levetilvækst svarende til 1, 2 meter højde af jordfyldning.

Græde huller:

I lukkede anlæg skal der være tilstrækkeligt antal gråthuller (figur 19.2) til at udlede vandet akkumuleret på bagsiden af anlæggene ellers vil der blive udøvet yderligere vandret tryk af det akkumulerede vand på anlæggene. Gråhullerne skal laves ved en dybde på ydersiden for anlægget med let dræning.

Bagsiden af grushullerne skal være korrekt pakket og beskyttet med filtermaterialer af forskellig størrelse, idet den større størrelse er i kontakt med væggen, således at hverken bagfyldningsmaterialerne eller filtermaterialerne kan komme ud gennem grushullerne. Størrelsen på græshullerne kan være 150 mm dyb og 75 mm bred, og afstanden må ikke overstige en meter i både vandret og lodret retning.

Back-Fill Materialer:

Bagfyldningen skal så vidt muligt være af granulære materialer. Sandy jord eller sand sigt kan også bruges, hvis granulære materialer ikke er tilgængelige. Det optimale fugtindhold i sådanne granulære materialer skal være mellem 7 og 10. Filtermaterialet bag grushullerne.

hvis det anvendes i hele baghjulets bakkeområde, vil hjælpe hurtigere dræning af det akkumulerede vand, og som sådan er sidstnævnte bestemmelse bedre end den førstnævnte. Brug af lokaliserede filtermaterialer lige bag grus huller.