Progettazione di Skew Bridges (con diagramma)

Dopo aver letto questo articolo imparerai a conoscere il design dei ponti obliqui con l'aiuto di diagrammi.

Il comportamento dei ponti obliqui differisce ampiamente da quello dei normali ponti e, pertanto, la progettazione di ponti obliqui richiede un'attenzione particolare. Nei ponti normali, la lastra del ponte è perpendicolare ai supporti e come tale il carico posto sulla lastra del ponte viene trasferito ai supporti che sono posti normalmente alla lastra.

Il trasferimento del transfert da un ponte slab obliquo, d'altra parte, è un problema complesso perché rimane sempre un dubbio sulla direzione in cui si estenderà la lastra e sul modo in cui il carico verrà trasferito al supporto.

Si ritiene che il carico si sposti al supporto in proporzione alla rigidità dei vari percorsi e poiché lo spessore della lastra è lo stesso ovunque, la rigidità sarà massima lungo la spanna più corta cioè lungo la span normale alle facce dei moli o abutment.

In Fig. 9.1, sebbene l'estensione del deck sia la lunghezza BC o DE, la lastra si estende lungo AB o CD essendo la distanza più breve tra i supporti. Pertanto, il piano delle sollecitazioni massime in una lastra obliqua non è parallelo alla linea centrale della carreggiata e la deflessione di tale lastra produce una superficie deformata.

L'effetto di inclinazione delle lastre del ponte con angoli di inclinazione fino a 20 gradi, non è così significativo e nella progettazione di tali ponti, la lunghezza parallela alla linea centrale della carreggiata viene presa come l'ampiezza. Lo spessore della lastra e il rinforzo sono calcolati con queste lunghezze e le armature sono disposte parallelamente alla linea centrale della carreggiata.

Le barre di distribuzione, tuttavia, vengono posizionate parallelamente ai supporti come al solito. Quando l'angolo di inclinazione varia da 20 gradi a 50 gradi, l'effetto di inclinazione diventa significativo e la lastra tende a estendersi normalmente rispetto ai supporti.

In questi casi, lo spessore della lastra viene determinato con l'intervallo più corto ma il rinforzo elaborato sulla base della luce più breve viene moltiplicato per Sec. 2 θ (θ essendo l'angolo di inclinazione) e sono disposti parallelamente alla carreggiata come mostrato in Fig. 9.2a, le barre di distribuzione essendo poste parallelamente ai supporti come al solito.

È anche una pratica comune posizionare il rinforzo perpendicolare al supporto quando l'angolo di inclinazione è compreso tra 20 gradi e 50 gradi.

Lo spessore e il rinforzo sono determinati con span normale al supporto ma poiché nel posizionare il rinforzo perpendicolare ai supporti, il rinforzo degli spigoli all'interno dell'area ABF o CDE (Fig. 9.1) non ottiene alcun supporto su un lato su cui appoggiarsi, la lastra sotto il marciapiede (per il ponte con il marciapiede) o al di sotto del cordolo stradale (per il ponte senza marciapiedi) deve essere dotata di rinforzi aggiuntivi per fungere da trave nascosta.

In alternativa, le travi del parapetto come illustrato in Fig. 9.2b e 9.2c possono anche essere previste lungo il bordo della lastra. Tali parapetti sono fatti a filo con il fondo della lastra e si estendono sopra la lastra all'altezza desiderata per formare il parapetto solido. Questo tipo di coperta richiede meno quantità di acciaio nelle lastre, ma le travi del parapetto richiedono costi aggiuntivi.

Per gli angoli di inclinazione dei ponti superiori a 50 gradi, le travi devono essere utilizzate anche se le span sono relativamente meno. Dove la larghezza del ponte non è molto, le travi possono essere posizionate parallelamente alla carreggiata e lo spessore della lastra e il rinforzo può essere progettato con la spaziatura delle travi come la campata.

I rinforzi sono posti normali alle travi (Fig. 9.3a). In incroci di skew multipiano più larghi con angoli di skew di grandi dimensioni, tuttavia, è preferibile utilizzare le traverse ad angolo retto rispetto ai supporti. In questi casi, le porzioni triangolari necessitano di parapetti per supportare un'estremità delle travi. I rinforzi sono usati normalmente per le travi come mostrato in Fig. 9.3b.

Reazione a supporto:

È stato osservato che a causa dell'effetto di inclinazione, le reazioni ai supporti non sono uguali, ma lo stesso è più per angoli ottusi e meno per angoli di angolo acuti a seconda dell'angolo di inclinazione.

Per inclinazioni fino a 20 gradi, l'aumento, nella reazione sugli angoli ottusi è zero al 50% e per gli inclinati da 20 gradi a 50 gradi, l'aumento è dal 50% al 90% della reazione media . La reazione sull'angolo dell'angolo ottuso diventa il doppio della reazione media, rendendo così l'angolo dell'angolo acuto un punto di pressione zero quando l'angolo di inclinazione raggiunge circa 60 gradi.

Effetto creep:

Le osservazioni rivelano che la diagonale più lunga del ponte obliquo che collega gli angoli degli angoli acuti ha una tendenza ad allungarsi a causa forse della natura del transfer transfer sui supporti risultante nel movimento o scorrimento degli angoli angolari come mostrato in Fig. 9.5a .

Questo effetto strisciante della lastra del ponte induce tensione lungo diagonale più lunga e possono apparire crepe di tensione se non viene fornito un acciaio sufficiente a sopportare questa sollecitazione di trazione (Fig. 9.5b). Anche a causa della deformazione, il sollevamento e le conseguenti fessurazioni si verificano negli angoli angolari acuti e l'acciaio aggiuntivo deve essere fornito nella parte superiore in entrambe le direzioni per evitare crepe dovute al sollevamento degli angoli.

Si può vedere in Fig. 9.5a che a causa della viscosità della lastra del ponte, una notevole spinta viene indotta sulle pareti dell'ala in X e Y cioè nella giunzione della spalla e della parete dell'ala con conseguente sviluppo di fessure nelle pareti alari o danno pesante.

Al fine di evitare il danneggiamento delle pareti dell'ala a causa dell'effetto creep, è stato suggerito da alcune autorità di fornire cuscinetti fissi su pilastri invece di cuscinetti liberi in modo tale che il movimento del ponte dovuto all'effetto creep sia impedito sopra gli abutment.

Talvolta la lastra del ponte è fissata al cappuccio del pilastro con barre di riferimento che sembrano essere il mezzo più efficace per proteggersi dall'effetto creep. Lo scorrimento può essere sospeso su pilastri fornendo alcuni blocchi sollevati o tamponi su pile.

Questa disposizione è mostrata in Fig. 9.6:

Layout dei cuscinetti:

La misura preventiva dovrebbe essere presa per proteggersi dal movimento del ponte dovuto allo scorrimento. Si suggerisce che i seguenti passi, se presi, possano produrre il risultato desiderato.

(i) Possono essere utilizzati cuscinetti fissi su entrambi gli abutment fino a 15, 0 m per un ponte a campata singola. La costruzione di ponti in calcestruzzo a campata unica con due cuscinetti fissi è stata utilizzata per anni dalla Wisconsin Highway Commission per lunghezze di luce fino a 45 piedi (13, 72 m). Nessuno di questi ponti mostrava segni di creep.

(ii) Per ponti a più campate semplicemente supportati, cuscinetti fissi sopra gli abutment e cuscinetti liberi o fissi sulle pile. Con questa disposizione, potrebbe essere necessario utilizzare due cuscinetti liberi su una banchina.

La disposizione dei cuscinetti deve essere tale da non creare ostruzioni contro il libero movimento dei cuscinetti di espansione. Ciò richiede che i cuscinetti siano orientati ad angolo retto rispetto alle travi anziché parallelamente ai pilastri o alle spalle (simili ai normali attraversamenti). I layout tipici dei cuscinetti nei ponti obliqui sono indicati in Fig. 9.7.

Layout dei giunti di espansione S:

La principale differenza nei vari tipi di layout illustrati in Fig. 9.7 è nel modo di fornire il giunto di dilatazione tra i piani adiacenti. Per ottenere un giunto di dilatazione rettilineo, viene adottato il tipo mostrato in Fig.9.7a, ma richiede una maggiore larghezza del pilastro poiché non è utilizzato alcuno spazio tra i cuscinetti delle campate adiacenti.

Il tipo di Fig. 9.7b dà anche un giunto rettilineo ma per ridurre la larghezza del molo, i cuscinetti devono essere avvicinati.

Ciò richiede l'invasione del ponte sulle travi delle campate adiacenti che si ottiene facendo una tacca sulle parti interessate delle travi e la lastra del ponte appoggia su queste tacche. Un idoneo riempitivo per giunzioni come foglio di piombo o carta catramata può essere inserito tra le travi e la soletta del ponte per il libero movimento del giunto di dilatazione.

La larghezza della banchina e la posizione dei cuscinetti per il tipo mostrato nella figura 9.7c sono le stesse della figura 9.7b, ma qui viene adottato un tipo di giunto di dilatazione a denti di sega per evitare il tipo di disposizioni necessarie per il secondo.

Ciascuno dei tipi descritti qui ha certi meriti e demeriti e può essere usato quello più adatto per il ponte in esame. I punti principali che un progettista deve considerare attentamente nella progettazione di ponti obliqui sono stati descritti qui molto brevemente.

Ora per illustrare i principi di progettazione, un esempio elaborato è presentato di seguito:

Esempio:

Progettare un ponte obliquo in lastra solida con una luce libera di 7, 5 m lungo la carreggiata senza alcun sentiero e un angolo di inclinazione di 25 gradi con caricamento IRC per NH Standard. Verranno utilizzati calcestruzzo M20 e acciaio S415:

Soluzione:

Poiché l'angolo di inclinazione supera i 20 gradi, lo spessore della lastra può essere progettato con un diametro normale rispetto al supporto e il rinforzo elaborato con questa span può essere moltiplicato per Sec. 2 θ e lo stesso può essere fornito parallelo alla carreggiata.

Chiara span normale ai supporti = 7, 5 cos 25 '= 7, 5 x 0, 9063 = 6, 80 m

Span effettivo = Clear span + profondità effettiva

Supponendo uno spessore complessivo della lastra di 600 mm, la profondità effettiva è 600 - 40 = 560 mm. = 0, 56 m.

. . . Portata effettiva = 6, 80 + 0, 56 = 7, 36 m.

Momento di carico morto:

. . . Tempo di carico per metro per larghezza = 1800 × (7, 36) 2 = 12, 190 Kgm.

Momento di carico dal vivo:

La corsia singola del veicolo cingolato Classe 70-R posizionata centralmente produrrà il momento massimo.

Acciaio di distribuzione:

La distribuzione dell'acciaio può essere calcolata secondo lo stesso principio che si ha nel caso della progettazione di un ponte a lastre solide a passaggio quadrato.

Momento nella direzione trasversale = 0, 3 LLM + 0, 2 altri momenti = 0, 3 x 13, 520 + 0, 2 x 12, 190 = 6494 Kgm. = 63.600 Nm.

. . . As = 63.600 x 10 3/200 x 543 x0.904 = 648 mm 2

Adottare 12 Φ barre HYSD @ 150 (As = 753 mm 2 )

Stress Shear and Bond:

L'aumento della reazione di supporto vicino all'angolo dell'angolo ottuso deve essere debitamente considerato nell'elaborazione delle sollecitazioni di taglio e di legame.

Poiché l'angolo di inclinazione è di 25 gradi, la reazione massima all'angolo ottuso può essere presa come 1.55 volte la reazione normale (Fig. 9.4). Il valore medio aumentato per la mezza larghezza del mazzo può essere preso a 1, 30 volte la reazione normale.

. . . Max DL Shear per metro di larghezza = 1800 x 7, 36 / 2 x 1, 30 = 8610Kg.

Carico del carico dinamico:

Disposizione del rinforzo:

Due tipi di disposizione di rinforzo in linea sono mostrati in Fig. 9.10 e 9.11 rispettivamente. Vengono forniti rinforzi nella parte superiore degli angoli degli angoli acuti per prevenire le crepe dovute al sollevamento degli angoli degli angoli acuti.

L'area del rinforzo principale, se posta perpendicolare al supporto, è 2490 mm 2 nel qual caso 22 θ @ 150 mm dà As = 2535 mm 2 . Tuttavia, se l'armatura è posizionata parallelamente alla carreggiata, è necessaria una zona di acciaio = 3038 mm 2 per la quale è necessario fornire 22 Φ a 125 mm (As = 3040 mm 2 ).

Dettagli di pochi ponti di lastre oblique:

Le campate (la giusta distanza effettiva perpendicolare ai supporti) per le quali sono disponibili i dettagli sono 4, 37 m, 5, 37 m, 6, 37 me 8, 37 m con angoli di inclinazione di 15 ', 30', 45 'e 60 per ciascuna campata.

Il design è basato su calcestruzzo di grado M20 e acciaio di grado S415. Le caratteristiche salienti di questi ponti obliqui sono riportate nella Tabella 9.1 e 9.2. Per ulteriori dettagli, i piani standard di riferimento possono essere riferiti.