C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2003 332Het in de Belgische spoorbouwvaker toegepaste systeem van ge-prefabriceerde trogbruggen metgecombineerde voorbuiging envoorspanning (foto 1) kon in ditproject slechts voor ??n brug wor-dentoegepast.Debestaandespoor-bruggenzijnhoofdzakelijkbeton-nen boogbruggen, waarvan deauthenticiteit zo veel mogelijk be-waard moest bljven (fig. 2). Alsminst storende oplossing werdenhiervoor elegant gebogen trog-bruggen gekozen met een over-spanning van 24 m en met eenopgelegde zeeg van 300 mm.Gezien de complexiteit van de ge-bogen schuine bekistingen alsgevolg van schuine kruisingen,werd hierbij van het systeem metvoorbuiging en voorspanningovergestapt naar een ook in tweefasen uit te voeren systeem metvoorspanning en naspanning.Hierna komen de beide staal-beton trogbruggen aan de orde,enerzijdsdevoorgebogen-voorge-spannen bruggen (hierna voor deeenvoud `voorgebogen' genoemd)meteenlichtetegenpijl,eigenaanhet uitvoeringsproces, anderzijdsde niet-voorgebogen maar voor-gespannen-nagespannen bruggen(hierna`voorgespannen'genoemd)met een opgelegde tegenpijl van300 mm.D w a r s d o o r s n e d e nHet loont de moeite beide types tevergelijken, aangezien ze in hetproject werden toegepast voorexact dezelfde overspanning (fig.3).Nietalleenmoestenbijdevoor-gespannen bruggen ter compen-satie van de niet-toegepaste voor-buiging, naspankabels wordentoegepast, het was ook noodzake-lijk de doorsnede te verzwaren.Hierbij gold een beperking, watduidelijk wordt na inpassing vanhet vrije-ruimteprofiel (fig. 4),waardoor het ook bij de niet-voor-gebogen bruggen noodzakelijkwas stalen profielen in te beton-nerenterverhogingvandesterkteen de buigstijfheid.Voorts is het samengestelde sta-lenprofielinbeidegevallenasym-metrisch, met een zwaardere bo-venflens, om de hoogte van dezwaartelijn op te trekken en maxi-maal effect te krijgen van de voor-`Voorgebogen' en `voorgespannen' systeem in ??n projectPrefab staal-betontrogbruggenir. R. Coene, NV TUC RAILing. E. Cauwenbergh, NV ERGONTussen de werkbasis Antwerpen-Noord en het hsl-trac? naar de Nederlandsegrens wordt in Ekeren gewerkt aan de uitbreiding van de bestaande goede-renlijn L27A. In een eerste fase zal langs deze goederenlijn de aan- en afvoerplaatshebben van materialen en werktreinen voor de aanleg van de hsl, laterzal ze deel uitmaken van de nieuwe zogenoemde Tweede ontsluiting van deAntwerpse haven. Verschillende spoorbruggen waren bij uitstek geschikt omals trogbrug te worden ontworpen, gezien de zeer beperkte constructiehoog-te, de vlotte montagemogelijkheid met geringe verkeershinder en de nabijheidvan het spoor voor de mogelijke aanvoer van de elementen. Uit praktische enesthetische overwegingen moesten, zelfs bij dezelfde overspanningen, ver-schillende types staal-betonbruggen worden toegepast.trogbrugdek met opgelegdezeeg van 300 mmdienstvoetpad met polycarbonaat geluidsschermenbestaande betonnen gewelfbrug1 | Montage van een voor-gebogen-voorgespannenstaal-beton trogbrug inHerent2 | Elegante oplossing bijbeperkte inbouwhoogteC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2003 3 33spanstrengen in het onderste,meest kritische deel van de ribbe.Ondanks toepassing van stalenprofielen is het gebruik van betonC50/60 noodzakelijk, aangeziendebetondrukspanningenindege-bruiksgrenstoestand kunnen op-lopen tot 23 N/mm2 (fig. 7).F a s e r i n gBijdeberekeningvanvoorgespan-nen constructies wordt zodaniggedimensioneerd,datdegecre?er-de drukspanningen de door uit-wendige belastingen opgewektetrekspanningenvolledigcompen-seren. Zo blijft de doorsnede vrijvan trekspanningen en de daar-doorveroorzaaktescheurvorming.Om een maximaal effect te krij-gen van deze te cre?ren druk-spanningen, wordt de voorspan-ning aangebracht op het eerste-fasebeton, te weten de vloerplaatvan de bruggen. Bij de voorgebo-gen trogbruggen wordt dat sys-teem geoptimaliseerd door de-blokkeren van voorgebogen sta-len profielen op het eerstefase-beton.V o o r g e b o g e nt r o g b r u g g e n ( f i g . 5 )De twee samengestelde liggersmet een zeeg van 111 mm, wor-den door twee puntlasten van 756kN belast met behulp van voor-buigportalen. Deze portalen zijnvoorzien van klemsystemen aande bovenzijde en op halve hoogte,en beletten tezamen met hulp-portalen de zijdelingse kip. Dedoor de voorbuigkrachten in deonderflens optredende trekspan-ningen worden uit praktischeoverwegingen beperkt tot 80%van de elasticiteitsgrens. In dezebelastingstoestand zijn de liggershorizontaal en wordt de getrok-ken onderflens en een gedeeltevan de lijfplaat omhuld met betonC50/60. Na verharding van hetbeton tot een druksterkte van 40N/mm2 worden de voorbuig-krachten verwijderd en de voor-spanstrengen gelost en wordt deomgekeerde belastingstoestandverkregen, alsof de voorbuig-b.a.160 strengen: T1294 strengen: T15beton 1 fasebeton 2 fasebeton 2 fasebeton 1 fase2 x ?85mm voor 2*13T15(gebogen voorspankabels)4 x ?70mm voor 4*9T15(rechte voorspankabels)blokconnectorenblokconnectorensamengesteldeligger28802980398039805005505001000125025013705501050320eeeea. b.max. ballast min. ballastvrije ruimteprofiela.b.c.d.e.P=756kNP=756kNvoorspanstrengenvoorspanstrengenvoorspanstrengenL=24m111mm250250L/4L/468mm65mm3 | Dwarsdoorsneden in hetmidden van de bruggena. type voorgebogen ?voorgespannenb. type voorgespannen ?nagespannen (voor-spanning op eerstefase, naspanning optotale doorsnede)4 | Vrije-ruimteprofiel steltbeperkingen bij gekrom-de bruggena. dwarsdoorsnede aande randb. dwarsdoorsnede inhet midden5 | Fasering voorgebogen-voorgespannen trogbruga. constructie samen-gesteld profielb. voorbuigen + eigengewicht + voor-spannenc. betonneren eerstefased. deblokkeren + lossenvoorspanninge. betonneren tweedefase + permanentebelastingC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2003 334krachten van dezelfde grootte nuinwerken op de staal-betonligger.De ligger buigt nu door zijnhogere weerstandskarakteristie-ken niet terug tot de aanvangs-fase. Deze opvering wordt op dekortetermijndoorsnede berekenden is begroot op 68 mm. Nadienvolgt het storten van de randbal-ken. In onbelaste toestand zal detrogbrug nog wat opveren onderinvloedvankrimpenkruip,redenwaarom bij te lange opslag eenvoorbelasting wordt aangebracht.In de uiteindelijke belastingstoe-stand, berekend met langeter-mijnkenmerken, resteert eenlichte zeeg van 65 mm.V o o r g e s p a n n e nt r o g b r u g g e n ( f i g . 6 )Evenals bij de voorgebogen brug-gen worden de voorspanstrengengelost op het eerstefasebeton.Deze eerstefasedoorsnede moetdan in staat zijn om behalve heteigen gewicht, ook het tweedefa-sebeton te dragen. Door het hogeeigen gewicht van de bruggen(1840 kN) was het noodzakelijkvoorzieningen te treffen om detweede fase buiten de fabriek uitte voeren en werden naspanka-bels voorzien. Na volledige beton-nering worden de naspankabels,waarvan een deel gebogen en eendeel recht is, volgens een opge-legd schema gespannen. Onderalle belastingen is er netto bijnageen opvering te verwachten,zodat de aanvankelijke construc-tiepijl behouden blijft.Voorspanning en naspanningBeschouwdwordendemomentendie door de diverse voorspannin-gen worden opgewekt. Zoals eer-dergezegdwordternaargestreefdonder de zeldzame belastings-combinatie en op lange termijn inde ondervezel drukspanningen tebehouden. Daarom worden devoorspanstrengen en de naspan-kabels in de middendoorsnede zolaag mogelijk gehouden.De verticale component van detotale voorspankracht, verankerdin de voorspaneenheid, moet zo-veel mogelijk worden beperkt; destrengen worden naar de rand toemaximaal opgetrokken, resulte-rend in een verticale verankeringvan 430 kN. Om splijtkrachten ente hoge betondrukspanningen inde randzones te vermijden, wor-den de strengen bovendien oververschillende lengtes omkokerden dus geleidelijk ingeleid. Dit al-les resulteert in een quasi-trape-ziumvormige momentenlijn metteken tegengesteld aan die alsgevolg van de belastingen (fig. 6).De naspankabels bestaan ener-zijds uit gebogen kabels met de-zelfde kromming als de bruggenen anderzijds uit rechte kabels diezich volledig in de tweedefase-XX XXopbuigrooster5500 kNm240 kN380 kN8700 kNm(krachten aan opbuigroosters)-5500 kNm2650 kNm-1782 kNmgebogen naspankabels 2*13T15opbuigroosteropbuigrooster240 kN5500 kNm00-5500 kNm0rechte naspankabels 2*9T15neutrale lijn samengestelde doorsnedeaslijn voorspanstrengen T12160 voorspanstrengen T122*13T15 gebogen naspankabels4*9T15 rechte naspankabelsmomentenlijnenb.a.te plaatsen trekwapening-2,10,913,22,88,8-6,23,423,15,223,54,85,30,214,714,80,56| Voorgespannen-nagespannen trogbrug7 | Vergelijking van despanningsdiagrammena. voorgebogen-voor-gespannen trogbrugb. voorgespannen-nagespannen trogbrugC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2003 3 35doorsnede bevinden. De gebogenkabels blijven op gelijke afstandvan de zwaartelijn en wekken eenconstant positief moment op.De rechte kabels in de gebogendoorsnede kunnen worden op-gevat als gebogen kabels in eenrechte doorsnede en wekken dusgelijksoortige krachten op. Aan-gezien ze aangrijpen boven dezwaartelijn van de totale door-snede, wekken ze behalve denoodzakelijke voorspanning, ooknegatieve momenten op. Ze kun-nen worden berekend uitgaandevan een combinatie van uitwen-dige krachten, bestaande uit eenkoppel aan de randen en eengelijkmatige opwaartse belastingmet als grootte de voorspankrachtgedeeld door de cirkelstraal.Langetermijneffecten staal-beton-doorsnedenStaal-betondoorsneden wordentraditioneel op korte en lange ter-mijn berekend. Dit heeft plaatsdoor bij de bepaling van de weer-standskarakteristieken van deop??nvolgende doorsneden reke-ning te houden met de verhou-dingen van de elasticiteitsmodulivan staal en beton. Aldus wordeneen korte- en een langetermijn-doorsnede bepaald (a = 6 voor dekorte termijn, a = 12 voor de langetermijn).In de voorspanning treden tijds-afhankelijke verliezen op die doorcomplexe formules worden be-schreven. De belangrijkste para-meters van zulke formules zijn dekrimp en de kruip van het betonen de relaxatie van het staal,waarbij een correctiefactor wordttoegepast die de wederzijdse in-teractie tussen beide uitdrukt.Hetzouechterteconservatiefzijnom deze formules strikt toe tepassen, aangezien de krimpeffec-ten reeds indirect in rekeningworden gebracht door toepassingvan de korte- en langetermijn-doorsnedes. Als bovendien devoorspanning wordt gelost bijhoge betonsterkte (40 N/mm2),kunnen de tijdsafhankelijke ver-liezen worden beperkt tot 12%.Figuur 7 toont de spanningsdia-grammen van beide trogbruggen,berekend op korte en lange ter-mijn en bij quasi-permanenteen uitzonderlijke belastingen.Het grote spanningsverschil opdescheidingtusseneerstefase-entweedefasebeton zal de neiginghebben wat te verdwijnen onderinvloed van krimp en relaxatie,gezien de korte tijdspanne tussenhet storten van de eerste en detweedefase.Opgemerktwordtdatbij de voorgebogen trogbruggenzelfs trekspanningen ontstaan.Het ingebetonneerde profiel, te-zamen met zware wapening on-deraan de tweede fase, staan ga-rant voor het opnemen van dezetrekspanningen.a.b.NIV X 4312NIV X- aNIV X+ a3421bekisting gebaseerd op "gemiddelde kruisingshoek"1,2,3 en 4: posities oplegtoestellenwerkelijke schuintebekisting gebaseerd op"gemiddelde kruisingshoek"NIV X24m8 | Bekisting voorgespan-nen-nagespannen trog-brug in perspectief (a)en bovenaanzicht (b)9 | Productie bij Ergon vantwee voorgebogen trog-brugdekken; vooraan denog niet gebogen stalenliggers, achteraan devoorbuigportieken en dereeds voorgebogenliggersC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2003 336Gebogen bekistingenDoor de opgelegde zeeg van 300mmmoetdebekistingingebogenvorm worden uitgevoerd; boven-dien moet de bekisting schuinworden geplaatst omdat bijna allekruisingenverlopenonderhoekenvari?rend van 57? tot 70?. Om her-gebruik van de bekistingen moge-lijk te maken en toch visueeldezelfde schuinte te behouden,voert men de bekistingen uit vol-gens een gemiddelde schuinte.De samengestelde liggers wor-den echter volgens de werkelijkeschuinte geplaatst en als het wareverschoven over de cirkelboog.Op die manier bevinden de opleg-toestellenzichopdejuistepositie,maar niet meer op hetzelfde ni-veau (fig. 8). Deze niveauverschil-len zijn echter minimaal. Rechte(tonvormige) bekistingen zoudente sterke niveauverschillen terhoogte van de opleggingen verei-sen, die visueel niet aanvaardbaarzijn.Constructie en transportZoals reeds vermeld, worden devoorspanstrengen in de voorge-spannen trogbruggen alleen inde plaat aangebracht (eerstefase-beton). Door de cirkelvormigekromming hiervan dienen destrengen te worden afgebogen.Deze afbuiging wordt gereali-seerd door drie verloren afbuig-statieven, die op de stalen bodem-bekisting een verticaal naar be-nedengerichtecomponentvandetotale voorspankracht uitoefenen(fig. 6). Supplementaire beugelsrond deze statieven beletten splij-ten van het beton na het lossenvan de strengen.Gezien de belangrijke gewichtenen de krachtswerking van de voor-spanning, zijn de bodembekis-ting en de zijbekistingen in staaluitgevoerd, gemonteerd op een inde fabrieksvloer verankerd stalenframe (foto 9).Na betonneren van de ribben(tweedefasebeton) is in sommigegevallen het eigen gewicht van devolledige brug te groot gewordenom deze in de fabriek nog metrolbruggen te kunnen verplaat-sen.Omverplaatsen,enladenvande vrachtwagens, nog mogelijk temaken, worden deze trogbrug-gen, na ontkisten van het eerste-fasebeton, gemonteerd op 1,20 mhoge bokken. Na uitharden vanhet tweedefasebeton worden devolledig afgewerkte bruggen en-kel nog verplaatst met vrachtwa-gens, voorzien van hydraulischevijzels, die onder de bruggenkunnen rijden en ze vervolgensnaar de werf vervoeren.T e n s l o t t eDe besproken trogbruggen illus-trerenduidelijkdemogelijkhedenvan gecombineerd gebruik vanstaal-beton en voorspanning inde spoorwegbouw (foto 10). Opte merken valt dat voorbuiging,indien geen complexe bekistin-gen zoals gebogen vormen zijnvereist, veruit de meest economi-sche oplossing biedt. sProjectgegevensopdrachtgever:NMBSontwerp en directie:NV TUC RAILconstructeur en leverancierprefab liggers:NV Ergonaannemer:THV CEI Construct-MBG10 | Gekromde trogbrug inSint-Katharina-Lombeek