13.07.2015 Views

Brandangersundbrua – utfordrende design og montering

Brandangersundbrua – utfordrende design og montering

Brandangersundbrua – utfordrende design og montering

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

<strong>Brandangersundbrua</strong> – <strong>utfordrende</strong> <strong>design</strong> <strong>og</strong> <strong>montering</strong>av dr. ing. Rolf Magne Larssenfra Dr. Ing. A. Aas-Jakobsen ASPresentasjon på Norsk Ståldag 201028. oktober 2010


Hva?• Brukryssing med nettverksbue• Hovedspenn 220 m• Totalt 285 m brulengde


Hvor?


Hvor?


Hvor?BrostedByggeplass hovedspenn


Nettverksbue, hva er det?• Enkel bue• Bue med vertikale stag• Bue med skrå stag• Nettverksbue


Tre utforminger av samme bru


Effekt av nettverksutforming – knekkformKnekking av bue• Kritisk knekkform endres drastisk• For 1.0 egenvekt blir knekkfaktor forde tre ”nettverkene” som følger:• 1.57• 1.65• 6.40• Elastisk knekklast er altså 4 gangerstørre for nettverksbuen enn for deandre utformingeneSystemknekking• Vil variere ut fra randbetingelser, bådei plan <strong>og</strong> ut av plan• For de to øvre utformingene erknekking i planet dominerende,nettverksbuen har mer likhet mellomknekkfaktorene


Effekt av nettverksutforming – BelastningEgenvekt• Aksialkraft i bue omtrent lik• Momenter i bue hhv. 14 <strong>og</strong> 9 gangerstørre for vertikale <strong>og</strong> skrå stag enn fornettverk• Momenter i brubane hhv. 7 <strong>og</strong> 6ganger større for vertikale <strong>og</strong> skrå stagenn for nettverkPunktlast midt i spenn• Aksialkraft i bue omtrent lik• Momenter i bue 12 ganger større forvertikale stag enn for nettverk, skråstag av samme størrelsesorden• Momenter i brubane 4 ganger størrefor vertikale stag enn for nettverk, skråstag gir noe mindre momenter


Brandangersundet


ProsjekteringsforutsetningerVegstandard• Trafikkgrunnlag er begrenset, ÅDT (årsdøgntrafikk) i dag 128, om 20 årestimert til 270• Gir krav til vegbredde på kun 4 m, inkl 2 x 0.5m skulder, møtesikt 138m,stoppsikt 64mBelastning• Vindlast er kanalisert langs fjorden• Muligheter for lavturbulent vind – virvelavløsning• Begrenset skipstrafikk i sundet, seilåpnning på 18x50 mFundamentering• Fast fjell ved alle akser• Kraftig fall på fjellet under vannlinjen


Utforming


UtformingDimensjoner• Lengder: Hovedspenn 220 m,Sidespenn 30 <strong>og</strong> 35 m,• Bredder: Kjørebanebredde hovedspenn 5.0 mMaterialerTotalbredde brudekke i hovedspenn7.6 mSenteravstand mellom buer 7.2 m• Buer: Rørprofil med dimensjon OD 700 mmtykkelse 40 mm, lokalt øket til 50 <strong>og</strong> 60 mm• Hengestenger: Spiralslåtte lukkede kabler meddiam. 42 mm• Bruplate: Forspent betongMengder, hovedspenn• Stål 383 tonn• Hengestenger inkl kabelhoder: 24 tonn• Kjørebane, betong 1455 ton• Total vekt hovedspenn 1862 ton (ved løft)Sidespenn• Kjørebane, søyler landkar <strong>og</strong> fundamenter i betong


UtformingUtforming av bue• Spennvidde 220 m, pilhøyde 33 m• Avstand mellom buer er 7.2 m• Tverrsnitt er rør Ø 711 mm,tykkelse 40 til 60 mm• Stål S420N/NLVindfagverk• Tverrsnitt er rør Ø 250 mm,tykkelse 5 mm• Stål S355NVindportal• Tverrsnitt er rør Ø 611 mm,tykkelse 40 mm• Stål S355NHengestenger• Spiralslåtte lukkede kabler• Diameter Ø 42 mm• Benytter 44 stenger i hvert bueplanKjørebane hovedspenn• Forspent betong• 200-400 mm tykk• 5.0 m bred kjørebane, ett spor


ProsjektoversiktAktører:• Byggherre: Statens vegvesen, Region vest• Rådgivende ingeniør, byggeteknikk: Dr. ing. A. Aas-Jakobsen AS• Kontroll stålarbeider for byggherre: Inspecta (ØstTech)• Entreprenør: Skanska• Underentreprenør stål: HSM Steel Structures,Nederland• Underentreprenør løfting: Smit Heavy Lift, NederlandProsjektfaser• Oppstart prosjektering 2006• Anbud ut mars 2009• Byggestart august 2009• Bruåpning 4. november 2010


Utfordringer ved konstruksjon av en nettverksbuebru• Utforming av hovedspenn– Utforming av bue– Utforming av vindfagverk– Utforming av nettverk• Bestemmelse av lastvirkninger– Knekking– Vindlast <strong>og</strong> vindrespons– Effekt av slakke hengestenger• Montasje av hovedspenn– Montasje av bue– Etablering av riktig form– Transport <strong>og</strong> montasje påbrusted


Dimensjonering for knekking• Slank bærekonstruksjon gjør knekksikkerheten viktig• Knekkanalyse må baseres på systemknekking <strong>og</strong> ikke stavknekking• Knekkdimensjonering basert på en 2.ordens lastvirkningsberegning sominkluderer effekt av– geometriske avvik– effekt av egenspenninger• Beregning fordrer angivelse av kritisk formfeil, dvs.– form– størrelse• Formene bestemmes fra elastisk knekkanalyse, egenverdianalyse• Størrelse ut fra forhold mellom buelengdeS <strong>og</strong> en parameter D avhengig av tverrsnitt-klasse, med øvre <strong>og</strong> nedre begrensning:Semin e0 emaxD(benyttet klasse b ,e max =335, e min =100, D=125)


Dimensjonering for knekking• Knekkberegning gjennomført for to lastregimer– Last vesentlig i vertikalplanet (trafikklast)– Last vesentlig i horisontalplanet (vindlast)• Elastiske knekkformer beregnet <strong>og</strong> mellom 30 <strong>og</strong> 40 former benyttet som utgangspunktfor formfeil (for hvert lastregime)• Formfeilamplitude beregnet som beskrevet foran• Lastvirkningsanalyser gjennomført for alle formfeil• Utnyttelse beregnet ut fra ren spenningskontroll


URURKnekking av bue – Resultater• Last vesentlig i vertikalplanet(trafikklast)– Uten formfeil UR max = 0.65– Med formfeil UR max = 0.9410.90.80.70.60.50.40.30.20.10600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700Element nr• Last vesentlig i horisontalplanet(vindlast)– Uten formfeil UR max = 0.75– Med formfeil UR max = 0.9510.90.80.70.60.50.40.30.20.10600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700Element nr


Horr. forskyvning buetopp [m]Vertikal forskyvning buetopp [m]Knekking av bue – Ikke-lineær kontroll• Beregning forutsetter lineær-elastisk oppførselav konstruksjon• Gjennomført en ikke-lineær analyse for et settav lastsituasjoner som gir stor utnyttelse i delineære analysene• Skrittvis tidsplan analyse der både 2. ordenseffekt <strong>og</strong> eliminasjon av eventuelle slakkehengestenger inkluderes• Begge typer analyse viser at buen selv omden er meget slank har en tilfredsstillendeknekksikkerhet– Den ikke-lineære analysen viser at buekonstruksjonen tåler mer enn 2.5 gangernormert belastning (der normert last erlast som definert av prosjekteringsreglerinklusiv lastfaktorer)• Begrensende element er følgelig bruplatensom på vanlig måte er armert til å bærenormert belastning.0 1 2 3 4 5 60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-1-0.200.20.40.60.81Sikkerhetsfaktor SFUten formfeilMed formfeilMin kraftUten formfeilMed formfeil1.21.40 1 2 3 4 5 6Sikkerhetsfaktor SF


Montasje• Meget rask oppstartmed forskaling <strong>og</strong>produksjon av buefot• Buefot i verksted i startseptember 2009• Buefot på plass iSløvågen tidlig i oktober• Brubane støpt uke 43-48


Montasje• Rørproduksjon i Tyskland• Sammensveising til elementer iNederland


Montasje• Oppspenning av bruplate ihovedspenn i uke 51, 2009• Kryp• Svinn• Transport av bue til Sløvågen• Oppstart montasje i slutten avapril• Bue oppmontert i midt av mai• Montasje av hengestenger i juni• Oppspenning i juli, fase 1


Montasje


Montasje


Montasje


Montasje


Transport


Transport


Transport


Transport


Transport


Transport


Transport


Transport


Konklusjon• Brandangersundet har fått en lett <strong>og</strong> lekker nettverksbuebru!• Ekstrem slank brukonstruksjonen, 220 m hovedspenn med kun7.2 m mellom stagplanene <strong>og</strong> kun 711 mm diameter på buegurt,– verdens slankeste?• Nettverksbuebruen gir en effektiv kombinasjon av stål <strong>og</strong> betongsom byggematerialer• Konseptet gir en optimal løsning basert på kombinasjon avtradisjonelle elementer i en ny sammensetning• Et spennende brukonsept med store utfordringer iprosjekteringsarbeidet <strong>og</strong> byggearbeidet som er vellykketgjennomført i et godt samarbeid mellom byggherre,konsulent <strong>og</strong> entreprenør


Takk for oppmerksomheten !

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!