ir.H.Hagenziekering.N.KaptijnRijkswaterstaat, directie Bruggen1Oude IJsselbrug; al vele jaren oorzaak vanverkeersopstoppingen2Situatie; variant 1 is de gekozen locatie voorde nieuwe brugCement XXXV (1983) nr. 8Tweede stadsbrug over deIJssel bij KampenInleidingDe eerste en tot nu toe enige oeververbinding over de IJssel in de stad Kampen dateert al van1448. Sindsdien is de brug door allerlei oorzaken waarvan veroudering en oorlogsschade debelangrijkste zijn, een aantal malen vervangen of gerestaureerd. De enige capaciteitsverbe-tering heeft ooit bestaan uit een verbreding van de rijbaan van 4,60 m tot 5,30 m (foto 1).In de jaren na de tweede wereldoorlog veranderde de functie van de brug van een localeverbinding tussen Kampen en IJsselmuiden in een schakel in de verbindingen naarFriesland(via de Noord-oostpolder) en naar het westen van het land (via Zuidelijk Flevoland). Deveranderde functie en de na-oorlogse explosieve groei van het wegverkeer brachten intoenemende mate capaciteitsproblemen met zich mee.In het begin van de jaren vijftig verscheen op het rijkswegenplan de doortrekking vanrijksweg 50 van Hattemerbroek, zuidelijk langs Kampen, richting Emmeloord. Deze weg zounabij het Ketelmeer de IJssel kruisen. De gemeente Kampen koesterde intussen allang dewens, door de bouw van een tweede stadsbrug, aan de benarde verkeerssituatie op debestaande brug een eind te maken. In 1952 heeft de toenmalige minister van Verkeer enWaterstaat hiervoor financi?le en technische bijstand toegezegd.Omdat de doortrekking van rijksweg 50 een steeds lagere prioriteit kreeg, lag het voor dehand de kruising van deze weg met de IJssel te combineren met een tweede stadsbrug. Overdeze combinatie werd overeenstemming bereikt tussen het Rijk, de provincie Overijssel ende gemeente Kampen en IJsselmuiden, die onderscheidenlijk 75%,16%,7% en 2% in dekosten bijdragen. Na bestudering van drie mogelijke trac?'s werd snel duidelijk dat de brugten zuiden van de stad Kampen moest komen te liggen (fig. 2). De overige twee trac?'s zijn omfinanci?le en stedebouwkundige redenen onaantrekkelijk gebleken.Vanaf Hattemerbroek wordt rijksweg 50 enkelbaans uitgevoerd en via de tweede stadsbrugaangesloten aan de oude rijksweg 338, van Zwolle via Kampen en IJsselmuiden richtingIJsselmeer polders.491Randvoorwaarden voor het ontwerpAan het ontwerp van de brug zijn de vo?lgende randvoorwaarden gesteld:- de pijlers moeten zodanig worden geplaatst dat de scheepvaart binnen de normaallijnengeen obstakels ontmoet. Hieruit volgt een dagwijdte tussen de pijlers van ten minste 165 m;- de doorvaarthoogte onder de hoogste overspanning op 10 m rivierwaarts van de normaallij-nen bedraagt 9,10 m boven een maatgevende waterstand van 2,70 m +NAP, dus 11,80 m+NAP;- 'de belangen van natuur en landschap dienen zoveel mogelijk te worden ontzien; eenbewuste integratie in het aantrekkelijke landschap moet worden nagestreefd, een verfijndevormgeving van brugconstructie en weglichamen is noodzaak'.Met inachtneming van deze randvoorwaarden zijn twee brugtypen met elkaar vergeleken:a. een brug met een hooggelegen rijvloer, waarvoor een betonnen uitbouwbrug met eenkokervormige doorsnede of een daarmede overeenkomstige stalen brug in aanmerkingkomen;b. een brug met een laaggelegen rijvloer, waarvoor eenboogbrug of een tuibrug in aanmerkingkomen.Om louter financi?le redenen vielen de stalen brug (type a) en de boogbrug (type b) bij eeneerste verkenning al af. Nader bestudeerd zijn vervolgens ontwerpen van:- een betonnen uitbouwbrug met aanSluitende zij-overspanningen in beton;~ een stalen tuibrug met aansluitende zij-overspanningen in beton of in staal met een mede-werkend betondek;- een betonnen tuibrug met aansluitende zij-overspanningen in beton.Gebleken is dat de kosten van deze drie brugvarianten, vermeerderd met de kosten van debijbehorende grondwerken voor de toeritten, elkaar nauwelijks ontlopen. Op grond van metname de derde randvoorwaarde is gekozen voor de stalen tuibrug, met aansluitende zij-overspanningen in staal met een medewerkend dek van gewapend beton.I'I'P.N? ~ ~~M===wFM=="'i!lItf===-lI'=~=====-rnll'"TTI"l50255.1. 90795 I 193500 .l 90795 J. 5"OS 15J?oo .I. "000 L50150l 628600moten in mmo3~.4000f1lJ'3300l3300"rAanz?Cht4! ~Dwarsdoorsnede over het brugdek~5fI .II. 19400Globale beschrijvingDe oeververbinding bestaat uit een tuibrug met aan de westzijde ??n en aan de oostzijde vierzij-overspanningen (fig. 3). Het dwarsprofiel op de brug bestaat uit twee rijstroken voorgewoon verkeer en een strook voor langzaam verkeer (fig. 4). Indien nodig kan de weginde-ling worden gewijzigd in twee maal twee rijstroken voor gewoon verkeer onder opofferingvan de strook voor langzaam verkeer. Bovendien kan later zonodig de brug met tweerijwielpaden worden verbreed.De tuibrugDe tuibrug heeft een totale lengte van 375,10 m en bestaat uit een hoofdoverspanning van193,50 m en twee zij-overspanningen van 90,80 m. De hoofdligger van de tuibrug is opge-bouwd uit 31 secties. De doorsnede wordt gevormd door twee kokervormige liggers, waar-tussen dwarsliggers en een orthotrope rijvloer. In figuur 5 is een doorsnede weergegeven. Dekokers zijn samengesteld uit een bovenplaat, die onderdeel is van de rijvloer, twee lijfplaten,voorzien van horizontale verstijvingen en een bodemplaat. De kokers zijn vormvast doorverticale schotten. De dwarsdragers zijn gelaste I-profielen. De vloer is aan de onderzijdeverstijfd door trapeziumvormige profielen, welke aan de dwarsdragers zijn verbonden doormiddel van platen.In de hoofdliggers zijn verankeringen aanwezig voor de bevestiging van de tuien. Deze tuienzijn uitgevoerd als parallel kabels, systeem BBRV. De langste tuien bestaan uit 149 draden 07 mrn, terwijl de overige tuien uit 130 draden 0 7 mm bestaan. Deze draden zijn in dekabelkoppen verankerd, terwijl om de draadbundel een kunststof buisis aangebracht. Nadatde slijtlaag is aangebracht, worden de tuien ge?njecteerd met een cementmortel.Cement XXXV (1983) nr. 8 4925Dwarsdoorsnede ter plaatse van een pyloonDOORSNEDE Z'JOVERSPANNING.6Dwarsdoorsnede over de aanbruggen7Bouw van de aanbruggenCement XXXV (1983) nr. 8-~-~ - .-- --~~ f- - ~'----- f-I14.177'~ -'1 3 t-:~ti ~.~2.360 II-- - 1(1 11.125l f-- ~/ ~ L \~9l r18.000f----- -Y .I f-- f-----f----- c- f-- f------ p f- f----1.700'I~...., "-='~De zij-overspanningenDe westelijke en oostelijke zij-overspanningen zijn zgn. staalbetonbruggen, lang 50,50 m enmet een constructiehoogte van 2,25 m inclusief betondek (fig. 6-7). Deze zij-overspanningenzijn opgebouwd uit zeven evenwijdig geplaatste liggers, hart op hart 3,12 m.De liggers zijn samengesteld uit drie delen, onderling verbonden door stuikplaten en ther-misch verzinkte voorspanbouten. De contactvlakken zijn gemetalliseerd met aluminium omde maximale wrijvingsweerstand te verkrijgen. De uiteinden van de liggers zijn verbondendoor dwarsdragers. Op de liggers en dwarsdragers is een betondek aangebracht dat schuif-vast is verbonden met de staalconstructie. Daartoe werden op de bovenflenzen van de liggersen dwarsdragers stiftdeuvels gelast. In het dek zijn ankers ingestort voor de bevestiging vande geleiderailstijlen en de kantstrip met leuning. Ter plaatse van de pijlers worden water-dichtekunsthars voegovergangen aangebracht.Het ontwerp van de pylonenDe pylonen zijn gefundeerd op voorgespannen betonpalen. De palen werden met een oplan-ger op de vereiste diepte geheid. Na het heien van de damwandkuip en het verwijderen van degrond werd een 1,50 m dikke laag onderwaterbetongestort. Daarop is een fundatiesloofgemaakt, bestaande uit een plaat van 11,40 x 11 ,40 x 2,00 m met de aanzet voor de stijlen in devorm van een afgeknottepyramide. De sloven zijn onderling gekoppeld meteen voorgespan-nen betonbalk.In figuur 8 is een aanzicht en doorsnede over de pylonen gegeven. Tot aan de onderkant vanhet brugdek is de pyloon zevenhoekig, Het gedeelte tot de onderkant van de console tenbehoeve van de opleggingen is in ??n keer gestort (hoogte 7,70 m). In de hoge dunne wandenwas niet goed te controleren of de betonspecie goed in alle hoeken en gaten vloeide.Bovendien is in de pyloonvoet veel wapening aanwezig. Om onder deze omstandighedentoch verzekerd te zijn van een goed dicht beton, is gebruik gemaakt van een superplastifi-ceerder. Bijeen dosering van 2% ontstaat een goed vloeibaar mengsel (zetmaat 20) waarmeede kwaliteit B37,5 haalbaar is.493"ID'Statische berekeningBij de berekening van de pylonen is rekening gehouden met mogelijke afwijkingen van deverticale stand (fig. 12). Deze kunnen veroorzaakt worden door:Boven de console is de doorsnede vijfhoekig. Vanaf dezehoogte werden de pylonen in motenvan 2,87 m hoogte opgetrokken met behulp van een klimkist (fig. 9). Oe buitenwapening werdter plaatse gevlochten, de binnenwapening geprefabriceerd. Als 'binnenkist' is gebruikgemaakt van tempexblokken, die naverharding van de betonspecie niet werden verwijderd.De betonkwaliteit is B37,5; dit is gerealiseerd zonder gebruik van hulpstoffen. De cyclusduurbedroeg 5-3 dagen.Op ? 42,50 m boven het maaiveld zijn de stijlen van de pyloon aan elkaar verbonden door eenvoorgespannen balk. Deze balk is ter plaatse gestort. Hiertoe werd op uit de stijlen stekendeHE-profielen een platform gelegd bestaande uit 8 vakwerkliggers voorzien vaneen vloer,waarop de bekisting kan worden gesteld. Na voltooiing van het betonwerk zijn de kabelstoe~len voor de tuien aan de pylonen bevestigd.57.150+'QrE>D D IT rr IT D 'Q26~ D D U D IT TI U D rr IT rr n UStijfheid van de funderingOorspronkelijk was gepland de pylonen te funderen op 'grote diameter'-boorpalen, 5 x 01,80 m, met paalpuntdiepte 30 m. De aannemer kwam echter met een goedkoper alternatief.Dit behelsde een fundering op 6 x 7 voorgespannen prefab-betonpalen, 0 0,45 m metpaalpuntdiepte 28 m respectievelijk 20m (fig. 10). Deze wijziging hield wel in dat de stijfheidvan de fundering met ? 30% zou toenemen. Dit heeft tot gevolg dat (fig. 11):- het moment aan de voet van de pyloon (Md) met ? 10% toeneemt;- het moment ter hoogte van het brugdek (Me) met ? 13% toeneemt;- het moment ter hoogte van de tuibevestigingen (Ma, Mb) 5% of minder afneemt;- het moment in het brugdek (Me, MI) nauwelijks verandert (-2% ? + 1%),- de tuikracht (S) nauwelijks verandert (-1 %);- de zakking midden boven de rivier (y) nauwelijks verandert (-1 %).Het blijkt dus dat alleen in het onderste gedeelte van de pyloon veranderingen van belangoptreden. In verband hiermee werd de eis gesteld dat het betonwerk zou worden uitgevoerdin betonkwaliteit B37,5 in plaats van B30. Het effect van de stijvere fundering kon nog inrekening gebracht worden, zonder dat wezenlijke veranderingen in de dimensionering vande stijlen nodig waren.9a dHorizontale en verticale doorsneden over deklimbekisting8a-bAanzicht en doorsneden overde pyloonCement XXXV (1983) nr.8 49410Oorspronkelijk en alternatief ontwerp van defundering,r---- /+050r"----- --'-, ~~, ~2.o01? ? ?rf?l-350nNfJFRWATFRBETON1 11 40n+;;- ~oo Q~0 0 0 0 0 0 0 'o .00 0 [] 0 0 j~! 1?00000?1-"11.0 0 0 Cl 0 Cl 0 ,~QQQOQ:0J ~i~UG_-t--LI- _ L __ ,_+1.50~-.8.lXLInNnFRWATERBEIDN{t~J~I 1010-20.00-28.0011Invloed van de stijfheid van de fundering opde momenten in de pyloon\...J?i':!0 }l-j426565615466675511933,0M:lMNm4O-4--~w------::;;;---r30~~~n2934ID'EE00I Z0:J 0~0 zl(J)l2I-' l.I.1co ...J(J) Z Z -,LL :f 2 ~l.I.1l.I.1 ::E (J)I 0 l.I.1 l.I.1? Cl:: z(J) ~? l.I.1l.I.1 l.I.1 ...J ...J N Zl.I.1 l.I.1 Zl.I.1 l.I.1 l.I.1 :;::F ~ l.I.1 ~~ ~ 0 0;:5091.1m---tw~ ,.t,- I" 'v'-----'~il,?~b11,'" -....xEIU.5 1 1;3 )JMMN-la-9-8-79bPyloonstijl met 'halve' klimbekisting, naverwijdering van de vlakke zijde; vanaf dezehoogte moet nog een tapse stijfbe?indigingworden gemaakt12 (figuur rechts)In rekening gebrachte afwijkingen van deverticale standCement XXXV (1983) nr. 8 495Met betrekking tot de grenstoestand bezwijken is uitgegaan van:Mu ~ 1,7 (Mrust + Mtui + Mmob) + 0,6 MtempBij de bepaling van de 2e-orde effecten is het moeilijk voorstelbaar dat de belasting met eenfactor 1,4 (= )'1) kan worden vergroot. De verticale belasting, die dit 2e-orde effect veroor-zaakt, bestaat voornamelijk uit rustende belasting (? 90% halverwege de hoogte van depyloon). Voor deze combinatie wordt dan ook de stijfheid van de ongescheurde doorsnedeaangehouden.De normaalkracht ten gevolge van de rustende belasting zal over het algemeen een gunstigeinvloed hebben op het maximaal opneembare moment. Daarom wordt de pyloon ook door"gerekend overeenkomstig:Mu ~ 1,34 (Mrust + Mtui) + 1,6 Mmob + 0,6 MtempDe hier in rekening gebrachte veiligheidsfactoren zijn wel voorstelbaar. Hierbij dient dan ookw?l rekening gehouden te worden met de verminderde stijfheid ten gevolge van gescheurdedoorsneden bij de berekening van 1e- en 2e-orde momenten.De momenten in langs- en dwarsrichting zijn afzonderlijk berekend met een vlakke-staafwerkenprogramma. De eindresultaten moeten worden samengevoegd. Beide momen-ten met de erbij behorende effectenpp de gescheurde doorsneden mogen echterniet zondermeer worden gesuperponeerd. Werkt bijvoorbeeld op een doorsnede al een langsmomentvan 72 205 kNm dan zal de doorsnede 'slapper' reageren op het dwarsmoment van 14359kNm dan wanneer dat langsmomentniet aanwezig was (fig. 14). De doorsnede is ten gevolgevan het langsmoment al gescheurd, terwijl een aantal wapeningsstaven vloeit. Het toevoegenvan het dwarsmoment heeft dan ook tot gevolg dat de stijfheid, ten opzichte van hetlangsmoment afneemt; in het onderhavige geval ? 10%. Het 2e-orde moment l?opt hierdo?rop met 5% (omdat de stijfheid niet over de volle hoogte met ? 10% terugloopt).Bij de berekening van de maximale momenten (1e- en 2e-orde) kwamen de resultaten voorongescheurde doorsneden respectievelijk gescheurde doorsneden tamelijk dicht bij elkaar.De afname van de groei van het 2e-orde moment bij elke volgende iteratie is weergegeven infiguur 15. De grootheid n, gedefinieerd als n = ?1/ (?2 - (1) voldoet ruimschoots aan derichtgetallen die in de literatuur voorkomen (n > 3),, .)(xlIm~lflM32_Mx___Mms~ initi?le scheefstand (1 : 2000);~ initi?le kromming (R = 200H);~ eenzijdige zonbestraling (~ T = 2,6?c/m);-ongelijke zakking van beide pyloonstijlen (10 mm).Volgens de VB '74 is fb= 0,75 fbk als Nd> 0,1 Ab fbk (buiging met grote normaalkracht). VoorI de pyloon geldt Nd= ? 0,2 Ab fbk. De factor 0,75 is samengesteld uit een factor 0,9, die deI invloed van de langdurige belasting op de druksterkte in rekening brengt, en een factor 0,85,I waarmee onvolkomenheden in hetbeton en in de maatvoering in rekening worden gebracht.VO\gens VB aftA-ZI)l,.5.lb Deze laatste factor is in dit geval niet in rekening gebracht omdat:II - de hoeveelheden te storten beton gering zijn (? 12 m3 per moot), zodat hier relatief veel zorgI aan kan worden besteed;I - met maatafwijkingen rekening is gehouden."'---:+-.,,-----+----'------ De factor van 0,9 varieert in werkelijkheid van 0,9 voorB22,5 tot 0,8 voor B60. Uitgaande van2,5 3,5 E%0 B37,5 wordt de rekenwaarde voor de druksterkte: fb= 0,85 fbk = 0,85 x 30'= 25,5 N/mm2.Als de berekening voor de nieHineaire elasticiteitstheorie geschiedt, mag het werkelijkea-e-diagram worden gebruikt. Het verschil tussen het gebruikte a-e-diagram en dat volgensart. A-204.5.1.b en art. A-204.5.4.b, is duidelijk te zien in figuur 13.25,522,5~KNr.n98776 "-"-"-514Vergelijking stijfheid bij ??n- en twee-assigemomentbelasting13Het a-E-diagram volgens art. A-2D4.5. 1bendat waarmee is gerekendcl~0::l='uLt.Vl~!" wc >E E E Ez z z Z.Y .Y .Y .Y