Design af buede broer (med diagram)
Efter at have læst denne artikel vil du lære om designet af buede broer.
Krumme broer er normalt tilvejebragt til viadukker og byttepunkter, hvor divergerende trafikbaner omdannes til en multilanbro eller overbro og omvendt. Et eksempel herpå er den anden højhlybro i Calcutta med seksbanespaltede kørebaner på hovedbroen over floden og på viadukterne på både Calcutta og Howrah side.
Udvekslingerne på både Calcutta og Howrah-siden består af en række enkelt- eller dobbeltløbsarme. En del af Calcutta-ende viadukten og nogle af armene i Calcutta og Howrah sideganger er placeret på kurver som vist i figur 9.12.
Krumme broer over kanaler er nogle gange påkrævet at blive konstrueret, når begrænsning af jord i en by eller en by er sådan, at opførelsen af en sådan bro er den eneste mulighed.
Type Piers:
Udvælgelse af type piers for viadukt og udveksling buede broer er ikke et problem undtagen i tilfælde af, at trafikbaner er placeret nedenfor. Når trafikbanerne er placeret under viadukten eller udvekslingsstrukturerne eller hvor broen er konstrueret over en kanal, påvirker den normale rektangulære pille trafikstrømmen i tilfælde af den tidligere og strømmen af vand i tilfælde af den senere (figur 9.13a) .
Under sådanne omstændigheder er cirkelformet pier, enten solid eller hul, med karmhætte over vinkelret på broens akse den rigtige løsning (figur 9.13b), i hvilket tilfælde strømmen vil være glat.
Layout af lejer:
Aksen for et brodække til en buet bro er ikke en retlinie og ændrer retningen ved hvert punkt, og derfor er bryggen eller støttehætten, der understøtter dækket gennem lejerne, ikke parallelle med hinanden, selv om disse er i rette vinkel med broens akse på disse steder.
Men siden broens akse skifter retning fra den ene broer til den anden, kræver den nøje overvejelse med hensyn til fastgørelsen af metalliske lejeres akse, uanset om rulle, vippe, hængslede eller glide, selv om der ikke normalt opstår et sådant problem med respekt af elastomere lejer eller gummilag lejer, der er fri til at bevæge sig i enhver retning og tillade fri vandret bevægelse og rotation af overbygningen.
Orienteringen af de fri metalliske lejer bør være sådan, at retningen af oversættelse af lejerne skal falde sammen med brodækslets bevægelsesretning. A-kurvens akse ændrer retningen ved hvert punkt og dermed broens akse ved to tilstødende bryggerier er ikke det samme.
Derfor skal det bestemmes, på hvilken måde aksen af lejerne skal placeres, uanset om de er i rette vinkel med broaksen på et sådant sted eller om det er parallelt med bryggeaksen eller i en hvilken som helst anden retning, således at fri bevægelse af Dæk på grund af temperaturvariation er tilladt uden hindring. Bevægelsesretningen af et buet brodæk ved de frie lejer kan findes teoretisk fra figur 9.14.
Det buede brodæk AG er opdelt i seks lige segmenter, AB, BC, CD osv., Og disse længder kan betragtes som lig med akkordlængderne AB, BC, CD osv. Specielt, når antallet af divisioner er stort. Lad længden af disse akkorder være lig med "1" og ændring i længde på grund af temperaturstigning er "δ1". Derfor bliver alle akkorderne AB, BC, CD osv. Steget med 81 tangentielt.
Disse forøgede længder kan løses i to vinkelrette retninger, dvs. langs AG og vinkelret på AG. Forøgelse i længden af AB, BC, CD langs AG-retningen er henholdsvis δcosos A, δ1cosθ B, δ1cosθ c og forøgelse af AB, BC, CD langs vinkelret retning (udadgående) er henholdsvis δ1sinθ A, δ1sinθB, δ1sinθc.
På samme måde er stigning i længden af DE, EF, FG langs AG δ1cosθ E, δ1cosθ F, δ1cosθ G og langs vinkelret retning (indad) henholdsvis δ1sinθ E, δ1sinθF, δ1sinθ G. Men da θ A = θ G, θ B = θ F og θc = θ E og summation af 8 δ1sinθ i venstre halvdel er udad, og summation af δ1sinθ i højre halvdel er indad, er disse udadgående og indadgående bevægelsesbalance og Netto bevægelse i vinkelret retning er nul. .
Derfor vil bevægelsen af det buede brodæk AG på grund af temperaturvariationen være langs AG, dvs. akkordlinjen forbinder broens akse fra den ene mole til den anden, og nettobevægelsen vil være Σδ1cosθ.
Derfor skal lejeaksen være vinkelret på akkordlinjen AG som vist i figur 9.14d. Når der imidlertid anvendes elastomere lejer, skal der ikke foretages en sådan overvejelse, da disse lejer er fri til at bevæge sig i nogen retning.
Reaktioner på Piers:
Fig. 9.15 viser planen for et buet brodæk. Både den døde belastning af dækket og den levende belastning (specielt når den er excentrisk udad) frembringer torsion i dækket og derved forårsager yderligere reaktion over den normale reaktion ved ydre kant eller ydre lejer ved B og D, men lindring af en eller anden reaktion ved A og C. Disse aspekter bør tages behørigt i betragtning ved konstruktionen af lejer, underbygninger og fundament.
En anden faktor, som fremkalder yderligere reaktion ved B og D, er de bevægelige køretøjers centrifugalkraft. Centrifugalkraften, der virker i en højde på 1, 2 m over brodækket, vil forårsage et øjeblik, som er lig med centrifugalkraften multipliceret med dybden af dæk eller bjælke plus 1, 2 m, og dette vil fremkalde yderligere reaktion ved B og D.
Design af overbygning:
Både den døde belastning og den levende belastning vil fremkalde torsion i dækket. Denne A-syg har ikke meget indflydelse på designet af solidt pladedæk siden spændingen er mindre og som sådan er torsionsmomentet mindre. Imidlertid kan torsionsspændingen kontrolleres og yderligere stål tilvejebringes, hvis stress overstiger den tilladte værdi.
Desuden skal de indvendige hjørner A og C (hvor krumning kan finde sted på grund af afbøjning af dækket) være forsynet med en række øverste forstærkninger som i en skrå bros spidse hjørner. I bæltebroer vil torsionen på grund af død og levende belastning presse mere belastning på yderbjælken og give lindring til indre bjælke ud over den normale fordeling af belastningen.
Bøjningen af brodækket i plan på grund af lateral centrifugalkraft skal også behandles behørigt,
Centrifugalkraften vil også forårsage torsion af dæk, som kan tages som lig med centrifugalkraften multipliceret med afstanden fra c g. af dækket til 1, 2 m over dækket. Dette torsionsmoment vil igen lægge mere belastning på den ydre bjælke og give relief til den indre bjælke. Derfor skal den ydre bjælke til en buet bro bære mere belastning end den ydre bjælke til en normal lige bro.
For at forhindre overlapning af de bevægelige køretøjer på grund af centrifugalkraft skal der tilvejebringes superhøjde i brodækket som angivet ved følgende ligning.
Superelevation, e = V2 / 225R (9.1)
Hvor, e = Superhøjde i meter pr meter
V = Hastighed i Km. Per time
R = Radius i meter.
Superhøjde opnået fra ligning 9.1 skal begrænses til 7 procent. På byafsnit med hyppige krydsninger vil det dog være ønskeligt at begrænse superhøjden til 4 procent. Superhøjden kan tilvejebringes i dækpladen ved at hæve dækspladen mod den ydre kurve som vist i figur 9.16.
Den krævede superhøjde kan opnås ved at forøge højden af piedestalerne mod yderkurven (idet bøjleens dybde holdes ens for alle) som vist i figur 9.16a eller ved at øge dybden af bjælkerne mod den ydre kurve (holde piedestalens højde det samme for alle) som i figur 9.16b, men førstnævnte foretrækker sidstnævnte økonomisk og konstruktionsmæssigt synspunkt.
Design af lejer:
Ud over de sædvanlige overvejelser for konstruktionen af lejerne skal effekten af centrifugalkraften og torsionsmomentet tages behørigt i betragtning, og lejernes konstruktion skal foretages i overensstemmelse hermed.
Detaljeringen af lejerne skal være sådan, at dækket støttet på lejerne er fastholdt fra vandret bevægelse i tværretningen på grund af effekten af centrifugalkraft udover den seismiske kraft på grund af død og levende belastninger.
Design af understruktur og fundament:
Under forberedelsen af konstruktionen af underbygningen såvel som fundamentet skal der tages behørigt hensyn til yderligere reaktion på den ene side af molen på grund af torsion og yderligere vandret kraft ved toppen af molen på grund af centrifugalkraften.
