In opdracht van de Provincie Zuid-Holland heeft de Bouwcombinatie BAM-HSM een nieuwe fietsverbinding tussen Spijkenisse en de A15 gebouwd: de Hartelfietsbrug. De nieuwe brug heeft een totale lengte van625 m en vormt een fietsverbinding tussen het fietspad vanuit Spijkenisse en het noordelijk gelegen ‘Hartelkruis’. De 248 m lange hoofdoverspanning is gebouwd volgens de lijmmethode. Voorspanning is daarbij een belangrijk onderdeel. Auteurs:prof.ir. Aad van der Horst (BAM Infraconsult bv / TU Delft)Tristan Wolvekamp MSc (BAM Infraconsult bv)ing. Joost van Kempen (BAM Civiel)ing. Huub van den Brink, ir. Jaap Stroo (Ingenieursbureau Oranjewoud B.V.)ing. Ruud Meijer (Freyssinet Nederland BV) Serie HartelfietsbrugDit is het tweede artikel in een serie over de Hartelfietsbrug. Bekijk ook het eerste artikel Fietsbrug over de Deltawerken (Cement 2012/2) en het derde artikel Geribbelde en gelijmde moten (Cement 2012/5).
themaVoorspanning in fietsbrug3201218themaVoorspanning infietsbrug11 Spanconsoles continu?teitsvoorspanning met onderin desparingen voor de tijdelijke voorspankabels2 Statisch systeem3 Kokerdoorsnede met alle onderdelenRealisatie Hartelfietsbrug (2)In opdracht van de Provincie Zuid-Hollandheeft de Bouwcombinatie BAM-HSM eennieuwe fietsverbinding tussen Spijkenisse ende A15 gebouwd: de Hartelfietsbrug. Denieuwe brug heeft een totale lengte van625 m en vormt een fietsverbinding tussenhet fietspad vanuit Spijkenisse en hetnoordelijk gelegen `Hartelkruis'. De 248 mlange hoofdoverspanning is gebouwdvolgens de lijmmethode. Voorspanning isdaarbij een belangrijk onderdeel.Serie HartelfietsbrugDit is het tweede artikel in een serie over deHartelfietsbrug. In dit deel komen de uitgangs-punten voor het ontwerp, de voorspanning en debouwfasering aan bod. Het eerste, inleidendeartikel stond in Cement 2012/2. Het volgendeartikel, dat ingaat op de voegen, de onderbouwen de monitoring, verschijnt in Cement 2012/4.Voorspanning in fietsbrug 32012 1964006?wyx6?o7?w7?o8?w8?o9?w9?o190040066450vast in y-richtingvrij in x, y-richtingvast in x, y-richtingvrij in x-richting114000 664507 8 92800390250600231482022011804x155=62060012030012091557017704x155=62060091517701180sparing voor tijdelijke voorspanningsparing voor tijdelijkevoorspanningdwarskrachttandzoekeruitkragingsvoorspanningEDe fietsbrug bestaat uit aanbruggen met een totale lengte van312 meter. In deze aanbruggen bevinden zich twee beweegbarebruggen met een lengte van 20 m en 30 m. Ter plaatse van hetHartelkruis bevindt zich een 15 m lang in situ dek. Dehoofdoverspanning bestaat uit drie velden met overspanningenvan respectievelijk 67,85 m, 114,00 m en 66,85 m en is opgedeeld in moten van 3,0 m.Uitgangspunten ontwerpBij het opstellen van het ontwerp hebben NEN 6706,NEN 6723 en de ROBK 6 als uitgangspunt gediend. Naast depermanente belastingen eigen gewicht, voorspanning, krimp/kruip en de rustende belasting is ook steunpuntzettingmeegenomen. De langzame steunpuntzetting bleek maatgevend ten opzichte van de snelle steunpuntzetting en bedraagtnog geen 1,5 cm voor ieder steunpunt afzonderlijk.De veranderlijke belastingen bestaan uit verkeers (UDL/TS),rem, temperatuur en windbelasting.Verkeersbelasting is gelijkmatig verdeeld volgens NEN 6706 ofgeconcentreerd (VK 30) volgens NEN 6723. Gezien de overspanning blijkt de `belasting door het dienstvoertuig VK 30'niet maatgevend in langsrichting ten opzichte van de gelijkmatig verdeelde belasting.De bijzondere belastingen bestaan uit verplaatsing van defundering, wind bij storm en aanvaring van de bovenbouw.Het statisch systeem van de uitbouwbrug is weergeven infiguur 2. Opleggingen 6, 8 en 9west zijn gefixeerd in dedwarsrichting. Oplegging 7oost is gefixeerd in de lengterichting. Oplegging 7west is in beide richtingen gefixeerd en deopleggingen 6, 8 en 9oost zijn in beide richtingen vrij.De krachtswerking volgt uit een modellering in de staafwerkprogramma's BRUCO (langsrichting) en BRUG (dwarsrichting)1).Het programma DSNR, door dezelfde partij ontwikkeld, isgebruikt voor de bepaling van de doorsnedeeigenschappen.Verder zijn met behulp van een 2Dstaafmodel, gemaakt inSCIA Engineer, de oplegreacties in lengte en dwarsrichtingbepaald. Ook is hiermee de krachtswerking onderzocht om dezwakke as in lengterichting van de brug, veroorzaakt doorwindbelasting en de verplaatsing van de Hartelstormvloedkering (bij sluiting).Een belangrijke ontwerpeis voor lijmbruggen is dat de voeg, dieniet is voorzien van wapening, moet voldoen aanNEN 6723:2009 art. 9.5.2, met een minimum drukspanning:? 'bt 1,0 N/mm2waarbij 'btde normaalspanning in de buigtrekzone van deongescheurd veronderstelde doorsnede is? 'bd 0 N/mm2waarbij 'bdde normaalspanning in de buigdrukzone van deongescheurd veronderstelde doorsnede is.In de tijdelijke situatie (bouwfase) geldt een minimale lijmvoorspanning van 0,35 N/mm2conform de AASHTO (= Amerikaansenorm). De Nederlandse/Europese normen en richtlijnen zijn hierniet in voorzien. Deze druk dient om de lijm gelijkmatig over dedoorsnede te verdelen en te laten uitharden.VoorspanningEen essentieel onderdeel van de methode `vrije voorbouw' is devoorspanwapening. Met tijdelijke voorspanning worden deprof.ir. aad van der HorstBAM Infraconsult bv / TU Delfttristan Wolvekamp MscBAM Infraconsult bving. joost van KempenBAM Civieling. Huub van den Brink, ir. jaap strooIngenieursbureau Oranjewoud B.V.ing. Ruud MeijerFreyssinet Nederland BV1) BRUCO, BRUG en DSNR zijn ontwikkeld door Ingenieursbureau BVN (datinmiddels is opgegaan in Ingenieursbureau Oranjewoud). De programma'shebben zich in het verleden bewezen voor de goede toepassing bij dit typeconstructies.23themaVoorspanning in fietsbrug32012200* 1* 2* 3* 4* 5* 6* 7 8Rv = 4770 mhelling2.513%buigslappevoegbuigslappevoegbuigslappevoegvoegovergangvoegovergangvoeg-overgang2a*onderloopsheidschermhelling2.513%helling2.547%helling2.580%brugwachterstoren< Spijkenisse8 96685018x3000=5400015641436 3x3000=9000ca2536hamerstuk 8sluitmoot 8/92537 3x3000=900018x3000=540001564asoplegging100010003000kabel 2 kabel 3 kabel 4 kabel 5kabel 1 kabel 6 kabel 7kabel 8kabel 9 kabel 10kabel103kabel102kabel101kabel 101/103kabel 102verlies tijdens het verankeren. Toch is ervoor gekozen de tijdelijkevoorspanning in de kokervloer met strengen aan te brengen. Dereden hiervoor is de boogstraal van de kokervloer in combinatiemet een sparingsbuis van een zo klein mogelijke diameter. Demontage en het koppelen van de staven in het gebogen verloopvan de sparingsbuizen zou zeer moeizaam zijn geweest.De strengen in de kokervloer zijn toegepast over een dubbelemootlengte (verankering achter de voorgaande moot). Om tevoorkomen dat de strengen ter plaatse van de tussengelegenmootvoeg tegen de randen van de sparingsbuizen zouden gaanschuren, zijn hier speciaal ontworpen deviatiestukken aangebracht.De voorspanstaven in het kokerdek zijn over een enkele mootlengte toegepast en per moot gekoppeld aan de staven uit devoorgaande moot.De verankeringen van de staven en de strengen zijn via sparingen in de kokervloer en in het kokerdek bereikbaar (fig. 3).Om te voorkomen dat tijdens het spannen ergens in de lijmvoeg trekspanningen op zouden treden, is een gedifferentieerdspanprotocol gevolgd, waarbij de voorspanelementen gefaseerdzijn gespannen. Na het aanbrengen van de permanente voorspanning is de tijdelijke voorspanning afgelaten en zijn desparingsbuizen ge?njecteerd met een krimpvrije injectiemortel.Uitkragingsvoorspanning (permanent)De uitkragingsvoorspanning voorziet in voldoende capaciteitvoor het opnemen van negatieve momenten. Deze voorspanning wordt aangebracht in het kokerdek en ter plaatse van dekokerwanden verankerd. Na het uitbouwen van de uitkragingvanuit as 7 en 8, met aan weerszijden twee moten, zijn depermanente kabels van de uitkragingsvoorspanning ingevoerdprefab moten vanuit de voorbouwwagen tegen de voorgaandemoot gemonteerd, waarmee de minimaal vereiste drukspanning in de voegen wordt aangebracht. Daarnaast voorzienpermanente voorspankabels tijdens de bouw in de uitkragendekokerconstructie voor de uitkragingsvoorspanning. Na hetstorten van de sluitmoot worden de los van elkaar gebouwdeuitkragingen tot een continue ligger op vier steunpuntengespannen (continu?teitsvoorspanning).Tijdelijke voorspanningNadat een nieuwe moot met de voorbouwwagen in positie isgebracht, wordt deze met een zodanige kracht tegen de voorgaande moot gespannen dat in de lijmvoeg voldoende drukspanning wordt verkregen. De tijdelijke voorspanning is internin de betondoorsnede van de koker aangebracht. Bij de keuzevoor interne voorspanning ten opzichte van externe voorspanning hebben ruimtebeslag en risicobeheersing de doorslaggegeven. De beschikbare ruimte voor een voorspansysteem inde kokerdoorsnede is weliswaar zeer beperkt. Echter, de voorexterne voorspanning benodigde in te storten voorzieningenleggen een vergelijkbaar beslag op de doorsnede als desparingsbuizen van de interne voorspanning. Bovendien werdtijdens de bouw elke vierkante meter op en in de smalle kokerbenut, waardoor externe voorspanelementen hinderlijke obstakels zouden vormen. Met risico op beschadiging van dien.Voor de tijdelijke voorspanning is de volgende configuratietoegepast:? in kokervloer: twee stuks 3C15 voorspankabels (drie strengen?15,7 mm), FeP 1860;? in kokerdek: vier stuks Freyssibar voorspanstaven ?36 mm,FeP 1030 (fijndraads).Bij de relatief korte lengte van de voorspanelementen (3 m) ligt dekeuze voor staven voor de hand vanwege het geringe spannings45Voorspanning in fietsbrug 32012 210.0009 9a 9b 10 11Rv = 4770 m helling0.858%voegovergangbuigslappevoegvoegovergangbuigslappevoegvoegovergang12A15 >4 Langsdoorsnede Hartelfietsbrug5 Mootindeling (halve brug)6 Het hamerstuk op steunpunt enonbalansconstructiefoto: Tristan WolvekampDe continu?teitsvoorspanning in het middenveld bestaat uittien kabels 12C15. In het eindveld zijn zes kabels 12C15 aangebracht. De twee langste kabels in het middenveld zijn tweezijdig gespannen, de overige kabels eenzijdig.BouwfasenVoor de tijdelijke bouwfase geldt, gezien de grote gevolgen bijbezwijken, dezelfde veiligheidsklasse als in de permanente situatie. De brug is ingedeeld in betrouwbaarheidsklasse RC3volgens NENEN 1990:2002. Het vergroten van de belastingfactor (kF1= 1,1), die van toepassing is op RC3, kan achterwegeworden gelaten als tijdens de bouw wordt gemonitoord dooreen onafhankelijke inspectie. De referentieperiode is vijftienjaar.Bouwen van de moten en plaatsen van het hamerstukOp de werf in Schiedam werd gestart met de productie van demoten. De startmoot is het eigenlijke hamerstuk, dat preciesboven as 7 is gelegen. Vervolgens zijn op de lange baan deopeenvolgende moten gebouwd door de elementen tegenelkaar aan te storten, het zogenaamde contramallen. In devoegen wordt een onthechtingmiddel aangebracht dat ervoorzorgt dat de elementen eenvoudig van elkaar zijn te scheiden.Nadat de uitkraging met een lengte van 55,5 m compleet is,worden de elementen op de werf opgeslagen, behoudens hethamerstuk. Dit element wordt 180 graden gedraaid en gebruiktom het eerstvolgende element van de andere uitkraging tecontramallen. Nadat alle moten voor beide uitkragingen zijngebouwd, kan worden begonnen met het samenstellen van hethamerstuk, met links en rechts daarvan drie moten. Deze sectievan elementen wordt met tijdelijke voorspanstaven tot eenlengte van 21 m op as 7 en de onbalansconstructie samengesteld (fig. 6). Iedere voeg van elk element wordt voorafvoorzien van een minimale lijmlaag, die voornamelijk deduurzaamheid van de in de elementen gelegen voorspanningwaarborgt.OnbalansconstructieTijdens de uitbouwfase staat de uitkraging op het hoofdsteunpunt en de onbalansconstructie. Die onbalansconstructie zorgtvoor de stabiliteit van de brug in alle fasen van het uitbouwproces. Daarbij is zelfs rekening gehouden met een instabiele situatie, mocht er onverwachts een element uit de uitbouwwagenvallen.en gespannen. Bij elke cyclus, van aan weerszijde van hethamerstuk twee moten, betreffen dit twee kabels die in het dekter plaatse van de kokerwanden zijn verankerd (fig. 3). Bij delaatste drie moten zijn deze uitkragingskabels bij elke moottoegepast. Dit was niet bij alle moten mogelijk omdat er in debetondoorsnede ter plaatse van het hamerstuk onvoldoenderuimte beschikbaar was om alle hiervoor benodigde sparingsbuizen op te nemen.Voor de uitkragingskabels zijn per uitkraging 2 x 10 kabels vanhet systeem 12C15 (twaalf strengen ?15,7 mm) toegepast. Delengte per kabel varieert daarbij van 21 m (hamerstukbestaande uit zeven moten van 3 m = 21 m) tot 111 m (hamerstuk + 2 x 15 moten van 3 m = 111 m). De kortere kabels zijneenzijdig gespannen, de langere kabels tweezijdig.Continu?teitsvoorspanning (permanent)Na het storten van de sluitmoot is de continu?teitsvoorspanning aangebracht. De continu?teitsvoorspanning ligt in dekokervloer en is verankerd door middel van spanconsoles(foto 1). De consoles zijn zo vormgegeven dat de spanverankeringen in de (relatief kleine) koker met de voorspanvijzelkunnen worden bereikt.6Voorspanning in fietsbrug3201222thema7 Sluitmoot ter plaatse vanzijoverspanning as 68 Principe belasting tijdensbouw9 Kokervormige motenfoto: Cok de ConinckAls aan elke in evenwicht zijnde uitkragingen twee moten aantijdelijke voorspanning hangen, worden vervolgens de uitkragingskabels aangebracht en gespannen op de kopse kanten vande laatst gemonteerde moten. De tijdelijke voorspanning kanzo nodig worden gelost en verwijderd, waarna het proces zichherhaalt.Sluiten van de brugNa het voltooien van beide uitkragingen worden de laatste drieprefab moten vanaf as 6 op een tijdelijke ondersteuninggeplaatst en met tijdelijke voorspanning en lijm aan elkaargespannen. De resterende ruimte tussen de uitkraging en dezedrie moten wordt met een in situ moot gesloten. De continu?teitskabels in het veld tussen as 6 en 7 worden aangebrachten gespannen en de tijdelijke hulpondersteuningen wordenverwijderd. Het statisch systeem verandert van een aan tweezijden uitkragende ligger naar een ligger op twee steunpuntenmet een overstek van 55,5 m. Hetzelfde proces geldt voor beideuitkragingen in as 8. Als laatste wordt de in situ sluitmoot inhet midden van de hoofdoverspanning gesloten (foto 7),waarna ook hier de continu?teitskabels in het veldmiddenworden aangebracht en gespannen. De brug gedraagt zich nuals een ligger op vier steunpunten.BelastingenTijdens het uitbouwen van de brug wordt rekening gehoudenmet de volgende belastingen:? eigen gewicht en rustende belasting;? veranderlijke belastingen:In de eerste stap wordt het hamerstuk geplaatst bovenop debeiden stempels van de onbalansconstructie. Daarna wordende definitieve opleggingen onder het hoofdsteunpunt spanningsloos aangebracht. Het eigen gewicht van het hamerstuk zitals voorspanning in de stempels. Het bijkomende gewicht uitde werkbelasting en eigen gewicht van de moten wordt vanafstap twee gedragen door drie steunpunten en het moment uitde onbalans door de stempels. De krachten in de stempels zijnbepaald bij een hoge en lage veerstijfheid.Vrije voorbouwprocesMet twee uitbouwwagens op elk uiteinde van een uitkragingworden de moten vanaf een ponton aan de hijsankers omhooggehesen. Dit proces begint met een moot bij de uitkraging aande zijoverspanning. Vervolgens vaart de ponton naar de uitkraging van de hoofdoverspanning, waar ook een moot omhoogwordt gehesen. Eenmaal boven worden de kopse kanten van demoten ingesmeerd met lijm en tegen de kopse kant van devoorgaande moot geplakt. Vervolgens wordt aan de boven enonderzijde van de moot tijdelijke voorspanning aangebracht.De uitbouwwagens schuiven nu drie meter naar voren waarnaze, nadat ze zijn verankerd, de volgende moten vanaf hetponton ophijsen. De hijsankers worden tevens gebruikt om deuitbouwwagens aan te verankeren. De zijoverspanningenzullen hierbij altijd ??n moot voorlopen op de hoofdoverspanning, om de doorbuiging van de hoofdoverspanning zoveelmogelijk te beperken. Om dezelfde reden worden ook de werkbelastingen en het zwaarste materieel op de uitkragingen vande zijoverspanning geplaatst.7Voorspanning in fietsbrug 32012 23kraan 180 kN drum 50 kNwind 1,1 kN/mkanaalzijde landzijde563 64 65 66 67 68 69 70 71 7272 747170696867666564637373764,50 4,5010,50 13,50bouw 4,0 kN/mrand 4,4 kN/mmeng 15 kNinvoer + bordes 23 kNkraan 180 kNBepalen correcties:a) Elastische vervorming, krimp, kruip en relaxatie. Dezecorrectie is de vervorming van de brug op tijdstip t = mettegengesteld teken. De vervormingen moeten wordenbepaald met een rekenprocedure waarin de gehele bouw inde tijd wordt doorgerekend. Rekening moet worden gehouden met de ouderdom van het beton en het tijdstip en deduur van belastingen. Hiervoor is gebruikgemaakt van hetprogramma BRUCO.b) Alignement.c) Zettingen kist en ondergrond met tegengesteld teken.d) Extra zeeg conform ROBK versie 6 art. 16.9.2: ? 10%vandedirectoptredendevervormingdooreigengewicht en voorspanning; ? 60%vandekruipvervormingdierekentechnischoptreedtna de bouwfase. Deze kruipvervorming heeft betrekkingop het eigen gewicht en de voorspanning.De te storten hoogten op de productiebaan (uitbouwlijnen) isde som van a, b , c en d.Kruip heeft veel invloed op de krachtsverdeling doordat dedirecte elastische vervormingen toenemen tijdens het uitkragen, maar het statisch systeem verandert, nadat de middenvoegis gesloten.Ook het verminderen van de kracht in de uitkragingsvoorspanning ten gevolge van krimp, kruip en relaxatie geeft extramomenten. De continu?teitskabels in het middenveld veroorzaken nog parasitaire momenten door het spannen. ? kraanbelasting; ? invoermachine,vijzels,pompenenbordes; ? mengcentrale; ? kabeldrum; ? bouwbelasting; ? verticaleenhorizontalewindbelasting.De Nederlandse/Europese normen voorzien niet in verticalewindbelasting. Voor de verticale belasting in de bouwfase is deAASHTO aangehouden (fig. 8).Tijdens calamiteitAls calamiteit moet erop worden gerekend dat er een moot uitde kraan kan vallen. Deze moot veroorzaakt een plotselingeonbalans in de constructie. Bij het afvallen van een moot wordter rekening gehouden met een stootfactor van 2,0.VervormingenBij het storten van een vrijeuitbouwconstructie moet rekeningworden gehouden met in de toekomst optredende vervormingen door elastische vervorming, krimp, kruip en relaxatie.Hierbij moet worden opgeteld het theoretisch alignement, eeneventuele extra zeeg en zettingen van de kist en ondergrond tengevolge van het stortgewicht.De correcties moeten worden gecontroleerd tijdens het werk: op de productieplaats; bij de montage van de moten. pRojectgegeVensproject Hartelfietsbrugopdrachtgever Provincie Zuid-Hollandopdrachtnemer Bouwcombinatie BAM-HSMontwerp ondersteuningen aanbruggen en basculekelders BAMInfraconsult bv (met geotechnische ondersteuning van Deltares)ontwerp uitbouwbrug BAM Infraconsult bv i.s.m. IngenieursbureauOranjewoud B.V.ontwerp en uitvoering voorspanning Freyssinet LiteRatuuR1 Herk, J. van. Brug over het Hartelkanaal. Cement 1967/7.2 Bruggen in Nederland 1940-2000, Walburg Pers ? Nederlandsche Bruggen Stichting.3 Rombach, G, Precast segmental box girder bridges with external prestressing,Design and construction. Technical University Hamburg-Harburg, Germany, INSARennes, feb. 2002.4 Guide Specifications for Design and Construction of Segmental Concrete Bridges.AASHTO 1999.5 Precast Segmental Box Girder Bridge Manual. Post Tensioning Institute, 1978.8 9
Reacties