LOADS on BRIDGE2km.doh.go.th/doh/uploads/Knowledge/3095...ร ปแบบการส...

การออกแบบสะพานตานทานแผนดนไหว

กฎกระทรวงป 50

มยฝ 1302 (ASCE7)

AASHTO standard 2002AASHTO standard 2002

ดร. สนต สภาพ Dr. Suniti Suparp

1

[email protected]

การวเคราะหสะพาน vs. แรงแผนดนไหว

รปทรงของโครงสราง K (stiffness)

สามารถคานวณ

“ความถธรรมชาต”

รปแบบการสน

“แปรผนตรงกบความถธรรมชาต”นาหนกของโครงสราง m (Mass)

ความถธรรมชาต แปรผนตรงกบความถธรรมชาต

X soil factor x importance factor x ductility factor

/

Response spectrumT

a/g

Section detail Response spectrum

V=(a/g)*W moment + shear

design design

2

V=(a/g) W moment + shear

V = sqrt(v12 + v2

2 + … Vn2)

รปแบบการสนของสะพาน

หากสะพานสนดวยรปแบบพนฐาน 2 mode หลก คอ

(1) ตามแนวยาว และ (2) ตามแนวขวาง จะ

สามารถใชการวเคราะหอยางงาย แตหากการสนใน

mode อนๆมความสาคญ dynamic analysis จะม

ความจาเปน

(1) ตามแนวยาว (longitudinal)

3(2) ตามแนวขวาง (Transverse)(3) Mode ขนสงอนๆ (Torsion)

การคานวณแรงแผนดนไหวตามมาตรฐาน AASHTOฐ

สามารถคานวณไดจากสตร

Response spectrum : PGA + soil properties + Natural period

WC Weight of structure

RWCV s

Weight of structure

Modification factor

4

คา Elastic seismic response coefficient

คาสมประสทธแผนดนไหวแบบยดหยน (Cs) สามารถคานวณดงน

21 AS3/2

2.1TASCs

ทงนคาดงกลาวตองมคาไมเกน

2.5A สาหรบ soil profile type I and II

2 0A สาหรบ il fil t III d IV 2.0A สาหรบ soil profile type III and IV

A = peak ground acceleration (PGA)

5

องคประกอบในการออกแบบสะพานตานทานแผนดนไหว AASHTO

Importance classification (Table 3.5.1 AASHTO2002)

- Soil profile type I – rock or stiff soil, Vs > 760 m/s

- Soil profile type II – stiff clay

- Soil profile type III – soft-medium clay and sand

- Soil profile type IV – soft clay V < 150 m/s (Bangkok soil)Soil profile type IV soft clay, Vs < 150 m/s (Bangkok soil)

6


Ground motion acceleration map

- 10% probability of exceedance in 50 years

475 years return period - 475 years return period

โซน 3 : รนแรง : 0.20 < PGA/g <= 0.30

โซน 2B : ปานกลางคอนขางรนแรง : 0 15 < PGA/g <= 0 20โซน 2B : ปานกลางคอนขางรนแรง : 0.15 < PGA/g <= 0.20

โซน 2A : ปานกลาง : 0.075 < PGA/g <= 0.15

โซน 1 : ไมรนแรง : 0.025 < PGA/g <= 0.075

โ ไ ไโซน 0 : ไมมแผนดนไหว : PGA/g <= 0.025

(ทมา เปนหนง วานชชยและอาเค ลซานโตโน, 1994)

7

ทางเลอกในการออกแบบตามมาตรฐาน AASHTO

(1) ออกแบบโดยวธ elastic ทคานวณไดจาก Elastic spectrum โดยตรง โดยไม

ตองทาใหเกดความเหนยวตองทาใหเกดความเหนยว

(2) ออกแบบโดยสมมตใหโครงสรางเกดการคราก ดงนนจะลดทอนคา elastic force

โดยการหารดวย response modification factor (R) แตตองทาใหโครงสรางโดยการหารดวย response modification factor (R) แตตองทาใหโครงสราง

เกดความเหนยว

8


Importance classification

Essential bridge IC I Problem is “How to compute TProblem is “How to compute Tnn””- Essential bridge : IC = I

- Other bridge : IC = II

pp nn

Seismic performance categories (SPC)

- SPC : A to D (Table 3.4 AASHTO2002)SPC : A to D (Table 3.4 AASHTO2002)

9

Analysis procedure

SPC Regular bridge Irregular bridgeSPC Regular bridge Irregular bridge

A − −

B 1 or 2 3

C 1 or 2 3

D 1 or 2 3

10

D 1 or 2 3

ความปรกตของโครงสราง

ความปรกตของสะพาน (bridge regularity) ดไดจาก

จานวนชวงสะพาน (Number of spans)

การกระจายของนาหนก (Distribution of weight and stiffness) การกระจายของนาหนก (Distribution of weight and stiffness)

สะพานมความปรกตเมอ

ไ 7 จานวน span ไมเกน 7

ไมมการเปลยนแปลงนาหนก

ความแขงแกรงและรปทรงอยางกระทนหน

11

การวเคราะหทเสนอโดย AASHTO

ม 4 วธ คอ

(1) Uniform load method( ) U o oad e od

(2) Single mode spectral methodRegularity

(3) Multi-mode spectral method

(4) Time history method

Irregularity

ใชไดทกรปทรง(4) Time history method ใชไดทกรปทรง

12

Uniform load methodUniform load method ใชหลกการของวธแรงสถตยเทยบเทา (EQ)

ไ ใ ส ส แรงแผนดนไหวจะถกสมมตใหกระจายอยางสมาเสมอตามยาวและแนวขวางของสะพานรปแบบการเคลอนทจากแรงกระทา

ppL

pT

(ก) แรงตามขวาง (แปลน)

13

(ข) แรงตามยาว (ระดบ)

ขนตอนการวเคราะหดวยวธ Uniform load method

STEP 1 : ใสแรงกระทา (แบบกระจาย, p0) ขนาด 1 หนวยไปในแตละทศทาง โดยตอมา

จะสามารถคานวณคาการเคลอนทสงสดในแตละทศทางหรอ v ไดจะสามารถคานวณคาการเคลอนทสงสดในแตละทศทางหรอ vs,MAX ได

STEP 2 : คานวณคา stiffness ไดจาก

MAXs

0

vLpK

STEP 3 : คานวณนาหนกของโครงสราง(ก) แรงตามขวาง (แปลน)

MAXs,

STEP 3 : คานวณนาหนกของโครงสราง

และทาการคาบธรรมชาต

(ข) แรงตามยาว (ระดบ)WT 2

14

(ข) แรงตามยาว (ระดบ)gK

ขนตอนการวเคราะหดวยวธ Uniform load method

STEP 4 : คานวณแรงสถตยเทยบเทากระจาย (pe) จาก

RLWCp s

e1

STEP 5 : คานวณผลตอบสนองตางๆ เชน การเคลอนท แรงเฉอนและโมเมนตดด จาก

RL

STEP 5 : คานวณผลตอบสนองตางๆ เชน การเคลอนท แรงเฉอนและโมเมนตดด จาก

หนงใน 2 วธดงน

(1) นา p (จาก STEP 4) กระทาตอโครงสรางโดยตรง หรอ (1) นา pe (จาก STEP 4) กระทาตอโครงสรางโดยตรง หรอ

(2) นาผลตอบสนองทไดจาก STEP 1 มาลดคาโดยตวคณ pe/p0

15

The single mode spectral methodThe single mode spectral method คลายกบวธ uniform load method แตพจารณารปแบบการสน (mode shape) ดวย

ทงนการพจารณาจะสนใจเพยง mode shape เดยว ทงนการพจารณาจะสนใจเพยง mode shape เดยว

16

พบวาการกระจายตวของแรงสถตยจะแปรผนตามรปแบบการสน (ไมสมาเสมอ)

Multimode spectral analysis methodMultimode spectral analysis method

คลายกบวธ single mode spectral แตพจารณารปแบบการสน (mode shape)

ใ ใ ใน mode อนๆ ดวย ซงในตอนทายจะนามารวมกนตามวธ CQC

Mode 1 Mode 3

17

Mode 2 Mode 4

Time History AnalysisTime History Analysis

เปนวธวเคราะหอยางละเอยด ใชไดกบสะพานทกรปแบบ

El centro

18

Base shear Y

การรวมแรง - AASHTO การออกแบบในแตละทศทางตองพจารณาแรงทเกดในทศตงฉากดวย

RWCP st

t แรงในตามขวางทคานวณได

PT

RWCP sl

l แรงในตามยาวทคานวณได

PL

Rl แรงในตามยาวทคานวณได

PPP 300แรงออกแบบตามยาว tlL PPP 30.0แรงออกแบบตามยาว

PPP 300แรงออกแบบตามขวาง

19

tlT PPP 30.0แรงออกแบบตามขวาง

Example

สะพานตอเนองหนาจดรปกลอง มความยาวชวงคาน = 40 เมตร

นาหนกตอเมตรของโครงสรางสวนบนเทากบ 20 T/m.

เมอ EI = 600 000 T-m2 เมอ EI 600,000 T m

หากกาลงรบแรงดดของเสาเทากบ 1200 T-m

จงตรวจสอบกาลงโครงสรางสามารถรบแรงแผนดนไหวไดหรอไม จงตรวจสอบกาลงโครงสรางสามารถรบแรงแผนดนไหวไดหรอไม

ใช PGA/g = 0.15

โดยสะพานตงอยบนพนดนแขง (S = 1.0)

10 ม

.

20

1.8 m.

ExampleTransverse design Longitudinal design

m m

Mass

= girder + pier/2

Mass

= girder + pier/2= girder + pier/2= 20*40 + (/4)*1.82*10*2.5/2= 832 T

= girder + pier/2= 20*40 + (/4)*1.82*10*2.5/2= 832 T

21

ExampleStiffness Stiffness (assume rigid deck)

KT = 3EI/h3

= 3*600,000/103

= 1,800 T/m

KL = 12EI/h3

= 12*600,000/103

= 7,200 T/m, ,

Natural period Natural period

T = 2sqrt(M/KT)= 2sqrt(832/(1,800*9.81))= 1.36 sec

T = 2sqrt(M/KL)= 2sqrt(832/(7,200*9.81))= 0.68 sec

AASHTO response spectrum Natural period

Cs = 1.2AS/T2/3 <= 2.5A= 1.2*0.15*1.0/1.362/3

<=2 5*0 15 =0 375

Cs = 1.2AS/T2/3 <= 2.5A= 1.2*0.15*1.0/0.682/3

= 0.233

22

<=2.5 0.15 =0.375= 0.147 O.K.

0.233

รปแบบโครงสราง การโกงตว k รปแบบโครงสราง การโกงตว k

23

ExampleBase shear Base shear

Vt = Cst*W/R (R = 3 column)= 0.147*832*9.81/3= 400 kN

Vl = Csl*W/R (R = 3 column)= 0.233*832*9.81/3= 634 kN 634 kN

Combination Combination

VT = Vt + 0.3Vl= 400 + 0.3*634= 590 kN

VL = VL + 0.3Tt= 634 + 0.3*400= 754 kN= 590 kN = 754 kN

Ultimate load

PUT1,2 = 1.3*590 = 767 kNMUT1,2 = 767*10 = 7,670 kN-mPA1 = 1.3*0.75*(800+64) = 842 kN

PUL1,2 = 1.3*754 = 980 kNMUL1,2 = 980*10 = 9,800 kN-mPA1 = 1.3*0.75*(800+64) = 842 kN

24

A1 ( )PA2 = 1.3*1.0*864 = 1123 kN

A1 ( )PA2 = 1.3*1.0*864 = 1123 kN

Interaction surface

Design load (38 31 467)Design loadDesign load (38.31,467)Design load

25

ป 50การออกแบบตามกฎกระทรวงป 50

สาหรบประเทศไทย (กฎกระทรวง) ใช design spectrum ตามมาตรฐาน USA

สมการคานวณ base shear ของกฎกระทรวง คอ

WZIKCSV

WAV AV Mหรอ WgAV AV M

(มวล x ความเรง)g (มวล x ความเรง)

26

การออกแบบตามกฎกระทรวงป 50

โดยคา Z เปน ส.ป.ส. ความรนแรงของแผนดนไหว

คา I เปนตวคณเกยวกบการใชงาน คา I เปนตวคณเกยวกบการใชงาน

คา K เปน ส.ป.ส. ของโครงสรางทรบแรงในแนวราบ

คา S เปน ส.ป.ส. ประสานความถระหวางของพนดนและอาคาร

คา C เปน ส.ป.ส. เนองจากคณสมบตดานความถระหวางแผนดนไหวและอาคาร

0.15 มนคอ response spectrum นนเอง

12.015

1

TC 0.10

15 T

0 00

0.05

(SERVICE LOAD)

27

0.000 0.5 1 1.5 2 2.5 3

( )

สส..ปป..สส. . ความรนแรงของแผนดนไหวความรนแรงของแผนดนไหว ((Z)Z)

ใหใชคาตามทกาหนดดงน

บรเวณ คา Z


1 0.19

2 0.38

28

พนทและบรเวณเฝาระวงพนทและบรเวณเฝาระวง

บรเวณเฝาระวงบรเวณเฝาระวง : พนทหรอบรเวณทอาจไดรบผลกระทบจากแผนดนไหวไดแก

จงหวดกระบ ชมพร พงงา ภเกต ระนอง สงขลาและสราษฏรธาน จงหวดกระบ ชมพร พงงา ภเกต ระนอง สงขลาและสราษฏรธาน

บรเวณท บรเวณท 11 : พนทหรอบรเวณทเปนดนออนซงอาจไดรบผลกระทบจากแผนดนไหว บรเวณท บรเวณท 11 : พนทหรอบรเวณทเปนดนออนซงอาจไดรบผลกระทบจากแผนดนไหว

ระยะไกล ไดแกจงหวด กรงเทพฯ นนทบร ปทมธาน สมทรปราการและสมทรสาคร

บรเวณท บรเวณท 22 : พนทๆ อยใกลรอยเลอนทอาจไดรบผลกระทบจากแผนดนไหว ไดแก

จงหวดกาญจนบร เชยงราย เชยงใหม ตาก นาน พะเยา แพร ลาปาง ลาพนและ จงหวดกาญจนบร เชยงราย เชยงใหม ตาก นาน พะเยา แพร ลาปาง ลาพนและ

แมฮองสอน

29

ใ ใ ตวคณเกยวกบการใชอาคารตวคณเกยวกบการใชอาคาร ((I)I)


ชนดของอาคาร คา I


จาเปนตอความเปนอยของสาธารณชน 1.50

เปนทชมชนครงหนงๆ ไดมากกวา 300 คน 1.25

1 00อาคารอนๆ 1.00

30

สส..ปป..สส. . ของโครงสรางทรบแรงในแนวราบของโครงสรางทรบแรงในแนวราบ((K)K)

ระบบและชนดของโครงสรางรบแรงในแนวราบ K

(1) ออกแบบใหกาแพงรบแรงเฉอน/โครงแกงแนงรบแรงทงหมด 1.33

(2) ออกแบบใหโครงตานแรงดดทมความเหนยวตาน (DMRF) ทานแรงทงหมด 0.67

ใ โ โ โ (3) ออกแบบใหโครงตานแรงดดทมความเหนยวรบแรงรวมกบกาแพงรบแรงเฉอนหรอโครงแกงแนง โดยม

ขอกาหนด ดงน

- โครงตานทานแรงดดทมความเหนยวตองรบแรงในแนวราบไดไมนอยกวา 25%

0.80

โครงตานทานแรงดดทมความเหนยวตองรบแรงในแนวราบไดไมนอยกวา 25%

- กาแพงรบแรงเฉอน/โครงแกงแนงเมอแยกออกจากโครงสรางตองรบแรงไดทงหมด

- โครงตานทานแรงดดทมความเหนยว + กาแพงรบแรงเฉอน/โครงแกงแนง ตองสามารถรบแรงในแนวราบได

ทงหมด โดยสดสวนของแรงทกระทาตอโครงสรางแตละระบบ ใหเปนไปตามสดสวนความคงตว (Rigidity) โดย

คานงถงการถายเทแรงระหวางโครงทงสอง

(4) หอถงนา รองรบดวยเสาไมนอยกวา 4 ตน มแกงแนงยดและไมตงอยบนอาคาร

หมายเหต คา K คณกบ C ตองไมนอยกวา 0.12 และไมเกน 0.25

2.50

โ โ

31

(5) โครงตานทานแรงดดทมความเหนยวจากดและโครงสรางระบบอนๆนอกเหนอจาก (1) ถง (4) 1.00

โ โ คาบของโครงสรางคาบของโครงสราง((T)T)

ในกรณทไมสามารถคานวณคาบของโครงสรางดวยวธอน ใหคานวณตามสตรตอไปนในกรณทไมสามารถคานวณคาบของโครงสรางดวยวธอน ใหคานวณตามสตรตอไปน

(1) สาหรบอาคารทวไป( )DhT n /09.0

(2) สาหรบอาคารทมโครงตานทานแรงดดทมความเหนยว

T = 0.1N

เมอ hn : ความสงของพนอาคารชนสงสดวดจากระดบพนดน (เมตร)

D : ความกวางของโครงสรางในทศทางขนานกบแรงแผนดนไหว (เมตร)

โ

32

N : จานวนชนของโครงสรางทอยเหนอระดบพนดน

สส..ปป..สส. . ของคาบของโครงสรางของคาบของโครงสราง((C)C)

ใ ไ ปในการคานวณแรงแผนดนไหวทกระทาตออาคารหรอสวนตางๆ ของอาคารคา ส.ป.ส. C

ใหคานวณตามสตรตอไปน

]12.0,15

1[T

MinC

0 12

C 15 T

0.12

T

33

สมประสทธของการประสานความถธรรมชาตระหวางสมประสทธของการประสานความถธรรมชาตระหวางสมประสทธของการประสานความถธรรมชาตระหวางสมประสทธของการประสานความถธรรมชาตระหวาง

อาคารและชนดนอาคารและชนดน((S)S)(( ))

ใหคานวณตามคาดงตอไปนหน : หนทกลกษณะไมวาจะเปนหนเชลหรอทเปนผลกตามธรรมชาตหรอ

ไ ใหคานวณตามคาดงตอไปน

ลกษณะของชนดน คาของ S

ดนลกษณะแขงซงมความลกของชนดนไมเกน 60 ม. ททบอยเหนอ

ชนหนและตองเปนดนทมเสถยรภาพด เชน ทราย กรวด หรอดน

เหนยวแขง

หน 1.0

ดนแขง 1.2ดนแขง : ดนลกษณะแขงซงมความลกของชนดนมากกวา 60 ม. ททบอย

เหนอชนหนและตองเปนดนทมเสถยรภาพด เชน ทราย กรวด

ดนออน 1.5

เหนอชนหนและตองเปนดนทมเสถยรภาพด เชน ทราย กรวด

หรอดนเหนยวแขง

ป 9ดนออนมาก 2.5 ดนออน : ดนเหนยวออนถงดนเหนยวแขงปานกลางทหนามากกวา 9 ม.

อาจจะมชนทรายคนอยหรอไมกได

ถาผลคณ C และ S มากกวา 0.14 ใช 0.14 ดนออนมาก : ดนเหนยวออนทมกาลงตานทานแรงเฉอนของดนในสภาวะ

ไมระบายนา ไมมากกวา 2,400 กก./ม.2 และมความหนาของ

ป ป

เวนแตกรณดนออนมากใหใช 0.26

34

ชนดนมากกวา 9 ม. เชน กทม. นนทบร ปทมธาน สมทรปราการ

และสมทรสาคร

Design spectrum

มยผ.1302

(ASCE7-05)

35

การคานวณแรงเฉอนทฐานการคานวณแรงเฉอนทฐานฐฐ

WCV s (แรงเฉอนทฐานตาม ASCE7 เปนแรงเฉอนทฐานแบบประลย)s ( ฐ ฐ )

I

RISC asเมอ

• เมอ Sa คอ คาความเรงตอบสนอง

ป • I คอ ตวประกอบความสาคญของอาคาร (ตารางท 1.5-1)

• R คอ คาตวประกอบปรบผลตอบสนอง (ตารางท 2 3 1)• R คอ คาตวประกอบปรบผลตอบสนอง (ตารางท 2.3-1)

3636

Note : แรงเฉอนทฐานของกฎกระทรวงฯ , V = ZIKCS*W ซงเปนแรงในภาวะใชงาน

คาตวประกอบปรบผลตอบสนอง คาตวประกอบปรบผลตอบสนอง ((RR) )

3737

คาตวประกอบปรบผลตอบสนอง คาตวประกอบปรบผลตอบสนอง ((RR) ) (( ))

3838

คาตวประกอบปรบผลตอบสนอง คาตวประกอบปรบผลตอบสนอง ((RR) ) คาตวประกอบปรบผลตอบสนอง คาตวประกอบปรบผลตอบสนอง ((RR) )

3939


4040


4141

ตวประกอบความสาคญของอาคาร ตวประกอบความสาคญของอาคาร ((II))

4242

ตวประกอบความสาคญของอาคาร ตวประกอบความสาคญของอาคาร ((II))ญญ (( ))

4343

Design spectrum Design spectrum มยผมยผ..13021302 (ASCE(ASCE77--0505))แบงตามคาบการสน นนคอ

S SS ทคาบสน 0.20 วนาท

1S ทคาบการสน 1.00 วนาท1 ทคาบการสน 1.00 วนาท

ซงดคาไดตามตารางท 1.4-1 ของ มยผ.1302 (รายละเอยดแตละอาเภอ)

หลงจากนนปรบคาตามสภาพพนดนดวย factor Fa และ Fv สาหรบคาบสน

(S ) และคาบท 1.0 วนาท (S1) ตามตารางท 1.4-2 และ 1.4-3 ของ มยผ.1302 (Ss) และคาบท 1.0 วนาท (S1) ตามตารางท 1.4 2 และ 1.4 3 ของ มยผ.1302

ตามลาดบ

SS )3/2( SFSMSDS SS )3/2(

11 )3/2( MD SS

เมอ SaMS SFS

เมอ 11 SFSM

44

11 )3/2( MD SS เมอ 11 SFS vM

Response Spectrum : มยผ 1302Response Spectrum : มยผ 1302MSDS SS )3/2( เมอ SaMS SFS

11 )3/2( MD SS เมอ 11 SFS vM

คาบการสน (วนาท)

(ultimate load)

45

สเปกตรมผลตอบสนองสาหรบการออกแบบดวยวธเชงพลศาสตรในพนทนอกเขตกรงเทพมหานครและปรมณฑลทมคา

SD1 <= SDS

Response Spectrum : มยผ 1302

MSDS SS )3/2( เมอ SaMS SFS MSDS )(

11 )3/2( MD SS

SaMS

เมอ 11 SFS vM

คาบการสน (วนาท)

46

สเปกตรมผลตอบสนองสาหรบการออกแบบดวยวธเชงพลศาสตรในพนทนอกเขตกรงเทพมหานครและปรมณฑลทมคา

SD1 > SDS

ตวอยางตาราง 1.4-1 ของ มยผ.1302 สาหรบคา SS & S1

47

Response Spectrum : มยผ 1302 (แองกรงเทพฯ)

50


51Response spectrum for dynamic analysis : Zone 1,3,5 and 7


52Response spectrum for dynamic analysis : Zone 2,4 and 6

Example ASCE7‐05 นาหนกลงสตอมอสะพานทงหมดเทากบ 6200 kN

กาหนดคาบธรรมชาตของเสาสะพานเทากบ 0.36 วนาท

ตวสะพานมความสาคญ (I = 1.5) ญ ( )

กอสรางอยทอาเภอบานฉาง จงหวดระยอง

บนชนดนทมคา shear wave velocity เทากบ 350 m/s และ บนชนดนทมคา shear wave velocity เทากบ 350 m/s และ

กาหนดให R = 3

จงคานวณแรงเฉอนทฐาน W

53

D i A l ti t t B d R kDesign Acceleration spectrum at Bed Rock

54

Design example ˘ ASCE7−05

Based on the new Thailand standard and site location, Ban Chang, hence.and site location, Ban Chang, hence.

S = 0 113 & S = 0 043 (Return Period = 2500 years)Ss = 0.113 & S1 = 0.043 (Return Period = 2500 years)Vs = 350 m/s soil class “D”F = 1 6 & F = 2 4Fa = 1.6 & Fv = 2.4SMS = Fa*Ss = 1.6x0.133 = 0.1808SM1 = Fv*S1 = 2.4*0.043 = 0.1032M1 v 1SDS = (2/3)*SMS = (2/3)*0.1808 = 0.1205SD1 = (2/3)*SM1 = (2/3)*0.1032 = 0.0688 D1 M1

(Return Period = 475 years)

55

Where SDS > DS1

0 10

0.12

0.14

For T = 0.36 sec

0 06

0.08

0.10

Sa

0.02

0.04

0.06

0.00

0.02

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0

period (sec)

Use Sa = SDS = 0.1205gCS = Sa*(I/R) I = 1.5, R = 3S a= 0.1205*1.5/3 = 0.06g

56

V = 0.06*6,200 = 374 kN …ANS

Live Load Distribution Live Load Distribution

on Bridge Structureson Bridge Structuresggดรดร. . สนต สภาพสนต สภาพDr. Dr. SunitiSuniti SuparpSuparpi hi [email protected]@yahoo.com

1

OutlinesOutlines

•• Live Load Distribution of Beam on BeamLive Load Distribution of Beam on Beam--Slab Bridge TypeSlab Bridge Typeg ypg yp

•• Live Load Distribution on Concrete Slab DecksLive Load Distribution on Concrete Slab Decks

–– Solid Slab BridgeSolid Slab Bridge

k k l b dl b d–– Concrete Deck on BeamConcrete Deck on Beam--Slab BridgeSlab Bridge

2

Relationship of Bridge Analysis and DesignRelationship of Bridge Analysis and Design

3

Analysis of Bridge ResponsesAnalysis of Bridge ResponsesAnalysis of Bridge ResponsesAnalysis of Bridge Responses• Acceptable Methods of Structural Analysis (A4.4)p y

– Classical force and displacement methods

Fi it diff th d– Finite difference method

– Finite element method

– Folded plate method

– Finite strip methodFinite strip method

– Grillage analogy method

– Methods based on plastic hinges

– Yield line method

4

Analysis of Bridge ResponsesAnalysis of Bridge Responses• Computer programs for structural analysis

– SAP2000SAP2000

– STAAD

– MIDAS

– LARSA

– Etc.

Th d i h ll b ibl f th i l t ti • The designer shall be responsible for the implementation of computer programs. (A4.4)

• The analysis model and result interpretation shall f ll b l d carefully be utilized.

• The name version and release date of software used • The name, version and release date of software used should be indicated in the contract documents.

5

Load Path in Bridge StructuresLoad Path in Bridge StructuresLoad in Bridge Deck

Abutment

/piers

Stringers Floor

Beamsp

b l Abutment

/piers

Floor

Beams

Trusses Girders

AbutmentAbutment

/piers

Foundations

6

ลกษณะสะพานแบบ ลกษณะสะพานแบบ BeamBeam--SlabSlab ลกษณะสะพานแบบ ลกษณะสะพานแบบ BeamBeam SlabSlab

Beam SlabBeam Slab

Steel Cast-in-Place Concrete

Steel Precast Concrete

Steel Steel

Steel Wood

Cast-in-Place Concrete Cast-in-Place ConcreteCast in Place Concrete Cast in Place Concrete

Precast Concrete Cast-in-Place Concrete

Precast Concrete Precast Concrete

Wood Wood

7

Load Distribution on BeamLoad Distribution on Beam--Slab BridgeSlab Bridge

P1 P2 P3 P4 P5 P6Load carried by each girder is a

function of the relative stiffness :

1. Slab

2. Girders

Main

Components

[P1 and P2] > [P1,P4,P5,P6]3. Cross frames

4. DiaphragmsOther

Components5. Bearings

8

Load Distribution on BeamLoad Distribution on Beam--Slab BridgeSlab Bridge

flexible slab

stiff slab

9

Bridge Analysis ModelBridge Analysis Model

Beam-Line Model

Beam-Slab Bridge

(1D)

Flat Plate ModelFlat-Plate Model(2D)

3D M d l

Space Frame Model(2D+3D)

3D Model

10

Distribution Factor MethodDistribution Factor Method• Frefined – Max. moment or shear computed by refined

th d f l i ( id t ti )method of analysis (consider system actions)

• F – Max moment or shear computed by 1D Fbeamline Max. moment or shear computed by 1D beam analysis

• The distribution factor is defined as

F

beamline

refined

FFg

• The distribution factor of other responses (shears,

beamline

reactions, etc.) are also considered with the same principleprinciple.

11

Distribution Factor Distribution Factor –– AASHTO(Std.)AASHTO(Std.)• AASHTO-Std.

DSg

• S – girder spacingD

• D – constant depending on bridge type

• For a wheel line (one half of a lane)• For a wheel line (one half of a lane)

• Concrete slab on steel girder; D=5.5 (for half truck)

12

Distribution Factor Distribution Factor –– AASHTO(Std)AASHTO(Std)• Simplicity

• Easy to apply

• Underestimates the load effect with the close girder spacing*

• Overestimates the load effect with wider spacing*

• No guideline for adjustments in case of skew bridges*• No guideline for adjustments in case of skew bridges

*Zokaie, T.,T.A. Osterkamp, and R.A. Imbsen (1991). Distribution of Wheel Loads on Highway Bridges, Final Report Project 12-26/1, National Cooperative Research Programs

Nawak, A.S.,Calibration of LRFD Bridge Design Code-NCHRP Project 12-33

PCI, Precast Prestressed Concrete Bridge Design Manual 13

Distribution Factor Distribution Factor –– AASHTO(LRFD)AASHTO(LRFD)• Formulae were developed by implementing the results of refined

analyses of selected 800 actual bridgesanalyses of selected 800 actual bridges.

• The effect of each parameters could be modeled by exponential function; axb

(x=the value given parameter b=exponential to be defined(x=the value given parameter, b=exponential to be defined

• The general format of distribution factor is given;

DF = A + B(x)b(y)c(z)d

Th LRFD i f li l d di ib i b d h • The LRFD expressions for live-load distribution are based on the results of a parameter study by Zokaie et al. (1991), which considered variations in girder spacing,girder stiffness, span length, skew, and slab stiffness.,

14

A i t li l d di t ib ti f t ld b li d diff t Distribution Factor Distribution Factor –– AASHTO(LRFD)AASHTO(LRFD)• Approximate live load distribution factors could be applied on different

structural types; (A refined method is not used.)

Live load distribution factors for beam-slab bridges are given in beam slab bridges are given in AASHTO(LRFD) Sec. 4.6.2.2

15

Vehicle per girder for Distribution Factor Distribution Factor –– AASHTO(LRFD)AASHTO(LRFD)

p g• concrete deck on steel or concrete on steel or concrete beams• concrete t-beams• t- and double t-sections transversely posttensioned together

23

LOADS on BRIDGE2km.doh.go.th/doh/uploads/Knowledge/3095...ร ปแบบการส...

Documents

Transcript of LOADS on BRIDGE2km.doh.go.th/doh/uploads/Knowledge/3095...ร ปแบบการส...