Een knap staaltje engineering (2)7 201520Een knap staaltjeengineering (2)1Constructieve uitwerking ondersteuningsconstructie Verlengde WaalbrugVanwege een nieuwe nevengeul in de Waal bij Nijmegen, wordt hier de bijna tachtigjaar oude Waalbrug met 280 m verlengd. Voor de ruimtelijk gekromde schaalconstructievan deze Verlengde Waalbrug was een complexe ondersteuningsconstructie nodig.Het samenspel tussen de tijdelijke ondersteuning en de definitieve betonconstructievroeg om de nodige inventiviteit bij de engineering.Een knap staaltje engineering (2) 7 2015 2111 10028005550uitvullaag4150 41505550onderwaterbetongrind d = 3005 x 10 vibrocombipaal ?610/700,vk380, p.p.n. NAP -17,800+2,000+7,000-0,750+14,565+22,7748209500706550050002750extra langswandjes?315 HWAinspectiedoorgang 1100 x 700in langswand12 oplegblokkenMHW +15.10 / LHW +3,50pijleroplegginghamerstukbrugdekDe Verlengde Waalbrug is een in het werk gestorte, nagespannenbetonnen brug met een totale lengte van circa 280 m en eenbreedte van circa 34 m. De brug wordt ondersteund door tweelandhoofden en drie tussensteunpunten. De massieve pijlers enhamerstukken gaan over in een hol brugdek met in langsrichtingvijf tussenliggers en twee randliggers (foto 1 en fig. 2). De brug isin langs- en dwarsrichting voorgespannen. Vanwege de veelvuldiggekromde vormen is ervoor gekozen de brug ter plaatse te storten.Hiertoe is een bekisting met een complexe vorm gerealiseerd.Tijdelijke ondersteuningsconstructieDe diverse onderdelen van de Verlengde Waalbrug hebbenieder een verschillende tijdelijke ondersteuning. De pijlers enhamerstukken zijn in ??n keer gestort in houten bekistingen.De pijlerbekisting is eenmalig uitgevoerd en voor elke pijleropnieuw gebruikt (foto 3). Voor de drie hamerstukken zijnafzonderlijke bekistingen gerealiseerd vanwege de unieke vorm.Ook de onderschil van het brugdek is ondersteund door eenhouten bekisting, waarin de dubbel gekromde vorm van hetbrugdek is verwerkt. De bekisting is opgebouwd uit houtenjukken (h.o.h. 500 mm), een houten balkendek en een triplexbekistingshuid. De opbouw van deze bekisting is eerder uitvoerigbeschreven in Betoniek Standaard (zie [1] en kader `Meer lezen').De houten bekisting rust via aluminium onderslagen op eenstalen ondersteuningsconstructie. Deze constructie draagt debelasting op haar beurt af aan de ondergrond (fig. 4 en foto 5).UitgangspuntenHet ontwerp van de tijdelijke ondersteuning van het dek kendeeen aantal randvoorwaarden. Zo is in een vroeg stadium deprincipe-indeling van de stalen ondersteuningspoten vastgesteld,zowel in langs- als dwarsrichting. Deze indeling is afgestemd metde leverancier van de ondersteuning op basis van beschikbaar-heid van het materieel. Ook de maximale gebruiksbelasting van75 kN per verticale staander is meegenomen als randvoor-waarde. De principe-indeling van deze staanders in dwarsrichtingvan de brug is het vertrekpunt geweest voor het ontwerp van de1 Verlengde Waalbrug in aanbouw2 Dwarsdoorsnede ter plaatse van ondersteuningir. Gertjan Coenen, ir. Bart SlendersDura Vermeer Beton- en Waterbouw BV2Meer lezenHet eerste deel van dit artikel over de Verlengde Waalbrug,`Een knap staaltje engineering (1)',verscheen in Cement 2015/5. Hierin werd het constructief ontwerp van de brug zelf beschre-ven. Over de houten mallen verscheen het artikel`12 000 m2dubbelgekromde bekisting'inBetoniek Standaard 2014/3.Zowel in Cement als Betoniek zijn diverse andere artikelen verschenen over bruggen over deWaal bij Nijmegen, zoals de Promenadebrug, de spoorbrug en de stadsbrug De Oversteek.Deze artikelen zijn beschikbaar op www.cementonline.nl en www.betoniek.nl.Een knap staaltje engineering (2)7 2015223 Bekisting van de pijler, welke bij elk steunpunt is hergebruikt4 Opbouw ondersteuningsconstructie5 Complexe ondersteuningsconstructie6 De hoogte van de langswanden en kromming varieert over de lengte van de brughouten bekisting. Deze had invloed op de verticale krachtsaf-dracht van de houten bekisting. Aan het eind van de vooront-werpfase, toen de vorm van de brug definitief was vastgelegd, isgestart met de engineering van de houten bekisting.Bekisting dekOm met de definitieve vorm van de brug de krachtswerking tebepalen in de houten bekisting, is deze gedetailleerd gemodel-leerd in het pakket Scia Engineer. De gehele opbouw van deondersteuningsconstructie is meegenomen: de bekistingshuid,de onderslagen, de stalen ondersteuning en de onderliggendegrond. Ook de bouwfasering is in de modellering meegeno-men. Eerst is de onderschil gestort, daarna de langs- en dwars-wanden en afsluitend het dek. Om betrouwbare uitkomsten tegenereren, zijn materiaal- en grondstijfheden gevarieerd. Dezemodellering is uitgevoerd voor een deel van de brug. Bij deoverspanning met de hoogste langswanden was de verwachtingdat de meeste belasting op de ondersteuningsconstructie werdgegenereerd (fig. 6). Van deze overspanning is de helft in langs-richting en de helft in dwarsrichting gemodelleerd (fig. 7 en 8).In de vorm van de Verlengde Waalbrug schuilt een verborgenkracht, die de nodige invloed heeft op de ondersteuningscon-structie. Door de stijve onderschil wordt de bijkomende belastingonderschil brugdekonderslagondersteuningjukken h.o.h. 500 mmondergrond +betonplaat34Een knap staaltje engineering (2) 7 2015 23Op basis van de diverse modellen, vanaf het storten van deonderschil tot en met het storten van het dek, is op basis van dehieruit volgende resultaten de houten bekisting voor het volledigebrugdek berekend en de productie gestart.Stalen ondersteuningVervolgens is de aandacht gericht op het bepalen van de krachtin de stalen ondersteuning. Hiertoe is het volledige brugdekgemodelleerd, van landhoofd tot landhoofd (fig. 10 en 11).Vanwege de uitstekende koppeling met Excel en de eerderuit de betonstorten niet alleen in dwarsrichting verdeeld overde ondersteuning. Doordat de onderschil zich door degekromde vorm als een relatief stijve ligger gedraagt, wordt debijkomende belasting ook in langsrichting afgedragen aan dereeds verharde betonconstructie van het hamerstuk. De onder-schil vormt na het storten en verharden immers een constructieveverbinding met dat hamerstuk. Hoe dichter bij het steunpunt,hoe meer bijkomende belasting direct wordt afgedragen naarde hamerstukken (fig. 9). Deze bijkomende belasting is meege-nomen in de engineering van de definitieve constructie (deel 1van dit artikel [3]).56kromming laag,wand laagkromming hoog,wand hoogh = 6 mh = 4 mh = 8 mh = 7 mh = 2 mEen knap staaltje engineering (2)7 2015241 2 3 4 5veld 1-2 veld 2-3 veld 3-4 veld 4-57 Modellering bekisting en ondersteuning8 Bovenaanzicht brug met geel gearceerd het deeldat is gemodelleerd in Scia Engineer9 Verdeling van belastingafdracht naar de onder-steuning en het hamerstuk als functie van deafstand ten opzichte van het hamerstukopgedane goede ervaringen met dit pakket, is hier gebruikge-maakt van AxisVM. De verende werking van de houten bekis-ting, de stalen ondersteuning en onderliggende grond zijn inExcel omgerekend naar ??n verticale veer ter plaatse van iederestalen ondersteuningspoot (fig. 12). Dit waren zo'n 4500 stuksin totaal. Voor iedere poot gold een verschillende stijfheid.Zonder het hele model te beschrijven, is gebruikgemaakt vandriehoekige 2D-schaalelementen om de kromming van hetmodel juist te beschrijven.De productietijd van deze bijzondere brug bestrijkt alle seizoe-nen (zomer 2014 t.m. lente 2015). Onder andere door detemperatuursinvloeden en de lengte van de brug, zijn groteverplaatsingen in langsrichting van de brug te verwachten.Deze moeten worden gevolgd door ondersteuningsconstructie.Door de gekromde vorm van de brug wordt bij een opgelegdeverkorting de tijdelijke ondersteuningsconstructie nog extrabelast wanneer deze uit ??n stuk zou worden gemaakt. Doordathet middelste steunpunt een vast steunpunt is, ontstaan bij deuiteinden van de brug grote verplaatsingen (fig. 13). Hettoepassen van vier stortstroken die in het laatste stadiumworden aangestort, voorkomt deze extra belasting en beperktde vervorming die door de ondersteuningsconstructie moetworden gevolgd (fig. 14). Hiervoor is het volledige AxisVM-model in vijf stukken opgedeeld.De vijf separate modellen zijn vervolgens uitgebreid met de pergedeelte verschillende stortvolgorden. Deze zijn gedetailleerderuitgevoerd dan bij de modellering van de houten bekisting. Eenstapsgewijze opbouw in 24 separate modellen was hierin geenuitzondering. In deze opbouw zijn ook de temperatuursveran-dering en de stijfheid van het afkoelende jonge beton meegeno-men om de gevolgen voor de belasting op de ondersteuning tebepalen. Ook zijn deze modellen gebruikt om het effect vaneen variatie van de stortvolgorde op de belasting op de onder-steuning inzichtelijk te krijgen.De uit de modellen volgende belastingen op de stalen onder-steuning overschreden lokaal de maximale gebruikswaarde van75 kN. Op de betreffende plaatsen is de ondersteuning aange-past door het toepassen van meer verticale staanders. Doordater staanders zijn toegevoegd, werd voldaan aan de maximaaltoelaatbare verticale belasting. De stijfheid nam lokaal toe,maar de uiteindelijke toename door de extra staanders wasminimaal ten opzichte van de originele situatie met slechts ??nstaander. Verder is de houten bekisting ter plaatse specifiekgecontroleerd op deze hogere last. Aanpassingen van de houtenbekisting bleken niet noodzakelijk.Zoals eerder aangegeven, was de verwachting dat bij de hogewanden de belasting op de ondersteuning het hoogst zou zijn.Echter doordat in de velden met lage wanden de kromming78520355 20 35afdracht last beton/ondersteuningdoorsnede % / %5203595m20m35mEen knap staaltje engineering (2) 7 2015 251 2 3 4 5veld 1-2 veld 2-3 veld 3-4 veld 4-510 Modellering brugdek ten behoeve van stalen ondersteuning11 Bovenaanzicht brug met geel gearceerd het deel dat is gemodelleerd in AxisVM12 De verende werking van de houten bekisting, de stalen ondersteuning enonderliggende grond zijn als ??n verticale veer gemodelleerdvan de onderschil lager was (fig. 6), was hier de afdracht naarhet steunpunt ook lager en was dus de belasting op de onder-steuning hoger.Ontwerp stalen ondersteuningOp basis van de uit de modelleringen volgende belastingen, isvervolgens de stalen ondersteuningsconstructie uitgedetailleerd.Hierbij zat de uitdaging niet zozeer in het afdragen van deoptredende kracht, maar meer in het verkrijgen van voldoendestabiliteit. De opgelegde vervormingen uit temperatuur in zowellangs- als dwarsrichting zouden bij een traditionele opbouw vande ondersteuning, met toepassen van schoorvakken, zorgen voorte grote krachten in de ondersteuning. Gezocht is naar eenoplossing waarbij deze vervormingen niet leiden tot grote krach-ten en er toch voldoende horizontale stabiliteit bestaat.Dit resulteerde in het toepassen van een rollende oplegging inde langsrichting van de onderslagen, in de gaffels van de stalenondersteuning (fig. 15a). Deze laten vervorming van de boven-liggende betonnen constructie toe zonder dat grote krachten inde ondersteuning ontstaan.Bij een traditioneel ontwerp zou ook in dwarsrichting de opge-legde vervorming worden verhinderd. Hier is de oplossinggevonden in het geconcentreerd toepassen van een horizontalevasthoudconstructie. Hiertoe zijn in het hart van het brugdekvoor iedere rij ondersteuningspoten stalen jukken toegepast(fig. 15c).13 Vergelijking invloed temperatuurbelasting tussen brug met(a) horizontale vorm, (b) boogvorm en (c) boogvorm met stortstroken14 Positie stortstroken10111 / K bekisting+1 / K ondersteuning+1 / K grond???????1 / K totaal1213a13c13b141 2 3 4 5veld 1-2 veld 2-3 veld 3-4 veld 4-5Een knap staaltje engineering (2)7 20152615 Detailleringen ten behoeve van stabiliteit en vrije vervormingondersteuningsconstructiebijgedragen aan een effici?nt en veilig ontwerp voor zowel debrug als de ondersteuningsconstructie. Mede daardoor rijdener sinds 22 juni 2015 auto's over de nieuwe brug en is de regioeen ijkpunt rijker als het gaat om oeververbindingen. P PROJECTGEGEVENSproject Verlengde Waalbrugopdrachtgever Gemeente Nijmegenarchitect Zwarts & Jansma Architectenaannemer Bouwcombinatie i-Lent, bestaande uit Dura Vermeer DivisieInfra BV en Ploegam BVleverancier mallen Verhoeven Timmerfabriek Nederlandleverancier ondersteuningsconstructie Matemco LITERATUUR1 Verhoeven, P., 12000 m2dubbelgekromde bekisting.Betoniek Vakblad 2014/3.2 Groeningen, E. van, Giesen, R., Vallen en opstaan.Betoniek Vakblad 2015/2.3 Luttikholt , A., Schoutens , P., Claassen, W., Een knap staaltjeengineering (1). Cement 2015/5.Om de rest van de stalen ondersteuning in dwarsrichtingvoldoende slap te laten reageren op de opgelegde vervormingen,is de ongesteunde lengte van de gaffel met 0,5 m vergroot tenopzichte van de traditionele opbouw (fig. 15b).Ervaringen bij de uitvoeringTijdens de uitvoering zijn de vervormingen van de betoncon-structie op diverse locaties gemeten. Deze kwamen goedovereen met de vooraf voorspelde waarden. Ook bleek destalen ondersteuningsconstructie op de gewenste plaatsenvoldoende slap om de vervormingen te kunnen volgen zondergrote krachtsontwikkeling.De bijzondere vorm van de brug heeft in de uitvoering nietalleen voor uitdagingen gezorgd in de tijdelijke ondersteu-ningsconstructie. Ook het storten van het beton was complex.Zo was de helling van deze vorm met name bij de steunpuntenzo groot, dat hier een tegenkist aan de binnenzijde nodig was.BegripDe Verlengde Waalbrug heeft dankzij de unieke vorm gezorgdvoor diverse ontwerptechnische en uitvoeringstechnischeuitdagingen. Bij het zoeken naar oplossingen was het vooralbelangrijk het gedrag van de vorm te leren begrijpen. Dat heeftrolletjes toegevoegdtussen onderslag en gaffelongesteunde lengtegaffel vergroot15c15a 15b