Brugligger zonder druklaag7 201178 Brugligger zonder druklaag Nieuwe prefab LOD-H-ligger toegepast in de Ramspolbrug Brugligger zonder druklaag 7 2011 79 1 Dwarsdoorsnede nieuwe Ramspolbrug De vraag naar prefab liggers voor grote overspanningen is de afgelopen jaren sterk toegenomen. Prefab-betonbedrij- ven zijn daarom voortdurend op zoek naar nieuwe liggertypen, die aan deze vraag kunnen voldoen. Voor de nieuwe Ramspolbrug heeft Lodewikus Voorge- spannen Beton de nieuwe LOD-H ligger bedacht. Één van de kenmerken hiervan is dat hierbij geen druklaag hoeft te worden toegepast. Traditioneel worden kokerliggers toegepast indien kunstwer- ken met grote overspanningen worden uitgevoerd met prefab liggers. Ten opzichte van een omgekeerde T-ligger kan met een kokerligger slanker en lichter worden ontworpen. Meestal wordt de holle ruimte van een kokerligger gerealiseerd met een 'verloren' EPS-vulling. Deze vulling maakt het mogelijk de doorsnede in één keer te storten. EPS is echter relatief duur en daarom is gezocht naar een alternatief. Ontwikkeling Het vertrekpunt voor de ontwikkeling van de LOD-H-ligger is de standaard kokerligger geweest. Door de beide lijven van een kokerligger samen te voegen tot één centraal lijf, ontstaat de vorm van een I of een op zijn kant geplaatste H. Deze doorsnede kan worden gemaakt zonder dat een verloren bekisting nodig is. Ten opzichte van de kokerligger heeft de LOD-H-ligger onge- veer dezelfde capaciteit in langsrichting. De torsiestijfheid is echter wel beduidend lager. Net als bij een kokerliggerdek worden de individuele LOD-H- liggers in dwarsrichting onderling verbonden met dwarsvoor- spanning. In het werk moeten alleen de langsvoegen en de tussenstorten voor de einddwarsdragers nog worden uitgevoerd. Tijdens de ontwikkeling van de nieuwe ligger zijn op hoofdlij- nen de volgende vijf stappen doorlopen: 1 vaststellen benodigde liggerhoogte in relatie tot de overspan- ning; 1 ir. Arjan ten Voorde en ir. Piet Barten Witteveen+Bos Raadgevende Ingenieurs Robert Jansen en ing. Harry Laurijsen Lodewikus Voorgespannen Beton b.v. Nieuwe Ramspolbrug De nieuwe brug over de Ramsgeul en het Ramsdiep in de N50 biedt plaats aan een hoofdrijbaan van 2 x 2 rijstroken, een paral- lelweg van 2 x 1 rijstrook en een fietspad van 3,0 m breed (fig. 2). De brug is ontworpen op een ontwerpsnelheid van 90 km/h en in een rechte kruising (100 gon) met de vaarweg. Naast een beweegbaar deel bestaat de bovenbouw uit tien overspannin- gen met elk een lengte van ruim 50 m. Hierbij is elke overspan- ning opgebouwd uit 21 liggers, elk met een werkende breedte van 1,5 m. In totaal zijn er dus 210 liggers benodigd. Brugligger zonder druklaag7 201180 afname van de belastingspreiding in dwarsrichting leiden. Aanvankelijk is de modellering van het dek ook hierop afge- stemd, resulterend in hoge langsmomenten en beperkte dwars- momenten. Na overleg met Rijkswaterstaat over de bedoeling van het ROBK-artikel betreffende voegen evenwijdig aan de hoofddraagrichting (zie kader) is echter besloten alsnog uit te gaan van de traditionele, isotrope modellering zoals deze ook voor een dek met omgekeerde T-liggers wordt gebruikt. Dit leidde tot een afname van de langsmomenten en een toename van de dwarsmomenten. De dwarsmomenten in een liggerdek zijn het hoogst in het midden van de overspanning. In verband hiermee is de effecti- viteit van een tussendwarsdrager onderzocht. Daaruit bleek dat de invloedszone van een tussendwarsdrager beperkt blijft tot enkele meters. Er zijn derhalve een groot aantal tussendwars- dragers benodigd om de dwarsvoorspanning in de bovenflens sterk te reduceren of overbodig te maken. Dit maakt de toepas- sing van tussendwarsdragers niet interessant. Bij de ontwikkeling van de bekisting is wel rekening gehouden met het feit, dat richting de opleggingen de dwarsmomenten, en daarmee de benodigde dwarsvoorspanning, afnemen. Vanuit het midden van een ligger kan richting de uiteinden de hart-op-hart-afstand van de dwarsvoorspanning dan ook gelei- delijk worden vergroot. Vaststellen afmetingen De dikte van de bovenflens is in eerste instantie vastgesteld op basis van de benodigde hoogte voor het aanbrengen van de omhullingsbuizen voor de dwarsvoorspanningen en de voegen. Dit resulteerde in een minimale hoogte van 280 mm voor de bovenflens. Met deze bovenflensdikte blijkt het ROBK-artikel betreffende beperking van de breukrek in drukflenzen maatge- vend te worden voor M u (de momentcapaciteit in de uiterste grenstoestand, zie fig. 4). Voor liggers in verkeersdekken is M u echter zelden maatgevend, waardoor besloten is de flensdikte van 280 mm te handhaven. Voor de dikte van het lijf is de dwarskrachtcapaciteit maatge- vend. Om de lijfdikte te kunnen beperken wordt daarom voor de bepaling van de krachtsverdeling in de uiterste grenstoe- stand gerekend met een gereduceerde torsiestijfheid van de 2 vaststellen liggergeometrie (afmetingen flenzen, lijf en hamer eind); 3 vaststellen van de benodigde dwarsvoorspanning (doorsnede en hart-op-hart-afstanden); 4 opbuiging van de liggers; 5 fixatie van de dwarsvoorspanning ter plaatse van knikken in het dwarsprofiel van een dek. Modellering De prefab H-liggers en kokerliggers zijn als staven ingevoerd in een plaatmodel in het programma Scia Engineer. Daarnaast is een gewichtloos plaatelement ingevoerd, waardoor een sprei- ding in dwarsrichting mogelijk is. Met deze plaat wordt de in dwarsrichting voorgespannen bovenflens van de liggers gemo- delleerd, zoals schematisch aangegeven in figuur 3. Bij aanvang van de ontwikkeling van de nieuwe ligger is aange- nomen dat de benodigde dwarsvoorspanning voor een dek met LOD-H-liggers ordegrootte gelijk zal zijn aan die voor eenzelfde dek met kokerliggers. Enerzijds zal het lokale dwarsmoment wat groter zijn, omdat de beide lijven van een kokerligger bij de LOD-H-ligger zijn samengevoegd. Anderzijds wordt echter een wat kleiner globaal dwarsmoment verwacht. De beduidend geringere torsiestijfheid van de liggers zal namelijk tot een prefab ligger LOD?H gewichtsloos plaatelement 2 3 2 Modellering brugdek nieuwe Ramspolbrug 3 Beperking breukrek indien ? xu ? 1,5 Brugligger zonder druklaag 7 2011 81 van de ligger. Hierdoor blijft tussen de LOD-H-liggers voldoende ruimte voor het aanbrengen van de wapening voor de tussenstorten. Deze ruimte tussen de liggers kan ook worden gebruikt voor het integreren van leidingen in het dek. Door hamereinden van de individuele liggers onderling te verbinden met dwarsvoorspanning ontstaan voorgespannen einddwarsdragers en kan de in het werk aan te brengen wape- ning voor de tussenstorten tot een minimum worden beperkt. Door de afmetingen van de boven- en onderflens ongeveer gelijk te houden aan de boven- en onderflens van een kokerlig- ger en door de lijfdikte op circa 2 x de lijfdikte van een koker- ligger te stellen, heeft de LOD-H-ligger ongeveer dezelfde capaciteit in langsrichting als een kokerligger. Voor verkeers- bruggen is het mogelijk een slankheid van circa 1:30 van de overspanning te realiseren. Figuur 5 geeft een indicatie van het te realiseren draagvermogen, afhankelijk van constructiehoogte en overspanning. liggers. Deze reductie is voor de uiterste grenstoestand verant- woord, omdat bij scheurvorming de wringstijfheid aanzienlijk meer zal afnemen dan de buigstijfheid. De onderflens moet voldoende plaats bieden om alle beno- digde voorspanstrengen in te kunnen aanbrengen. Het aantal voorspanstrengen is dan ook leidend geweest voor de afmetin- gen van de onderflens. Aan de uiteinden wordt het dek voorzien van einddwarsdra- gers, die deels ter plaatse worden gestort. Hiertoe wordt aan de liggeruiteinden de bovenflens weggelaten. Om ter plaatse de grote hoeveelheid langsvoorspanning goed te kunnen inleiden, zijn daar het lijf en de onderflens verzwaard. Op deze wijze ontstaat een massief hamereind. De breedte van dit hamereind is circa 50% van de totale breedte Samenwerkende partijen Het totale project N50 is een samenwerking van Volkerinfra (KWS, Van Hattum en Blankevoort en Vialis), Boskalis en Hollandia. Voor de brug Ramspol is het constructief ontwerp van het vaste deel gedaan door Volker InfraDesign, van het beweegbare deel door Hollandia; het architectonisch ontwerp is van StudioSK en het installatieontwerp van Vialis. De realisatie van het vaste deel wordt gedaan door Van Hattum en Blan- kevoort, van het beweegbare deel door Hollandia en van de installaties door Vialis. De levering van de prefab liggers is uitbesteed aan Romein beton, waarbij zusterbedrijf Lodewikus de productie voor zijn reke- ning neemt. Witteveen+Bos heeft samen met Lode- wikus de LOD-H-liggers ontworpen, en alle construc- tieve berekeningen uitgevoerd. xu ?= b e b e  = breedte van de ?ens b w  = breedte van het lijf h o  = dikte van de ?ens h = totale liggerhoogte x u  = hoogte drukzone A' b  = oppervlak betondrukzone b w h o x u A' b b e  x x u A' b 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 overspanning [m] nuttige belasting [kN/m²] s liggerhoogte 1600 mm liggerhoogte 1700 mm liggerhoogte 1800 mm liggerhoogte 1900 mm 6 4 5 4 Indicatie opneembare gebruiksbelas- ting afhankelijk van liggerhoogte en overspanning 5 Aanzicht van de kopzijde van de H-ligger met voorspanning en splijtwa- pening. Om mogelijke conflicten vroegtijdig te kunnen signaleren is het hamereind met alle benodigde wape- ning, voorspanning en in te storten voorzieningen 3D uitgewerkt in Allplan 6 LOD-H-ligger van de Ramspolbrug in de fabriek Brugligger zonder druklaag7 201182 geknikt worden ter plaatse van de voegen tussen de liggers nabij een knikpunt in het dwarsprofiel. Zonder nadere maatre- gelen zal dit gevolgen hebben voor de ligging van de dwars- voorspanning binnen de omhullingsbuis. Op een totale voeghoogte van 240 mm is een verschuiving van het zwaartepunt van de dwarsvoorspanning over 15 of 20 mm echter van grote invloed op de momentcapaciteit. In overleg met DSI is daarom een werkwijze ontwikkeld waarmee het mogelijk is de hoogteligging van de dwarsvoorspanning ter plaatse van de knikken in het dwarsprofiel te fixeren. Alternatieve toepassing Door de economischere productiewijze en de grotere maatvast- heid is de LOD-H-ligger een goed alternatief voor kokerliggers bij overspanningen van meer dan 40 m. Voor kunstwerken waar hoge belastingen moeten worden opgenomen (zoals een spoorviaduct) of een grotere liggerhoogte is toegestaan, kan de LOD-H-ligger ook een goed alternatief zijn voor de huidige, omgekeerde T-liggers. De LOD-H-ligger kan dan worden uitgevoerd met een minimale bovenflens, waarop in het werk een druklaag wordt aangebracht. Er is dan geen dwarsvoor- spanning meer nodig, terwijl de bovenflens fungeert als verlo- ren bekisting voor de druklaag. ? Voor de Ramspolbrug is, mede in verband met het gewicht van de randelementen waarin zonnepanelen zijn verwerkt, ervoor gekozen kokerliggers toe te passen als randligger. Dit geeft tevens extra robuustheid in geval van een aanvaarbelasting tegen de zijkant van het dek. Opbuiging liggers Een belangrijk aandachtspunt bij het ontwerp van de liggers is de opbuiging. Enerzijds moet worden voldaan aan de ROBK- eis betreffende een blijvende zeeg. Anderzijds moet een te grote opbuiging worden voorkomen, omdat voor een vloeiend alig- nement ter plaatse van de steunpunten de opbuiging van de liggers moet worden uitgevuld. De opbuiging wordt berekend met het programma Scia Engineer. Van grote invloed hierbij zijn de eigenschappen die daarbij worden aangehouden voor het jonge beton en het tijdstip waarop de voorspanning op de ligger wordt afgelaten. Op basis van de meetgegevens van de opbuiging van de liggers (gedurende de eerste dagen na ontkis- ten) uit voorgaande projecten, is het betonmodel geijkt. De grote hoeveelheid voorspanning die in het veld onderin de LOD-H benodigd is, maakt dat de liggers wat te veel willen opbuigen. Door de toepassing van enkele aanvullende strengen in de bovenflens van de ligger, kan de opbuiging op een efficiënte wijze worden beperkt. De toepassing van enkele strengen in de bovenflens beperkt bovendien het aantal te onthechten strengen. Fixatie dwarsvoorspanning Een bijzonder aspect bij de nieuwe Ramspolbrug is het dwars- profiel, omdat dit drie knikpunten kent. Er zijn geen langsvoe- gen toegestaan. Daardoor moet ook de dwarsvoorspanning Voegen evenwijdig aan de hoofddraagrichting ROBK 6 hoofdstuk 5 art. 8.5.2.2.b stelt: "Ter plaatse van de uiterste vezel aan de bovenkant respectievelijk onderkant van de constructie moet ? bt ' > 0,0 N/mm 2 ". Dit is een aanzienlijke verzwaring ten opzichte van het betreffende VBB-artikel. Doel van dit artikel is om te corrige- ren dat bij een dimensionering op basis van de VBB soms trekspanningen in de ongewa- pende voegen optreden die hoger zijn dan de toelaatbare trekspanningen op basis van VBC-art. 8.7.4.b. Deze correctie is met het oog op duurzaamheid noodzakelijk, omdat de voegen ongewapend zijn. In geval van scheurvorming zal deze juist optreden ter plaatse van de voegen. Met de geometrie van de LOD-H en voegen van de brede dekken van de nieuwe Ramspolbrug, resulteert het ROBK-criterium, vergeleken met de VBC en VBB, in respectievelijk circa 20% en 30% meer dwarsvoorspanning. Besloten is de hogere hoeveelheid dwarsvoor- spanning conform de ROBK toe te passen. 7