O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBr uggenbou wcement 2001 468Op basis van het Programma vanEisen zijn met verschillende ont-werpbomen mogelijke alternatie-ven voor het hoofdprobleem, hetrealiseren van een kruising voorde Lightrailverbinding, ge?nven-tariseerd (fig. 1). Vervolgens zijnde verschillende alternatieven intwee ronden kwalitatief met el-kaar vergeleken en zijn de voor-en nadelen tegen elkaar afgewo-gen. Dit heeft geresulteerd intwee overblijvende alternatieven:een open tunnelbak met plaat-brug en de betonnen fly-overconform het besteksontwerp vanHASKONING Ingenieurs- enarchitectenbureau.A l t e r n a t i e fDe open tunnelbak is economischconcurrerend met de betonnenfly-over, omdat gebruikgemaaktWinnaar ENCI Studieprijs 1999Alternatief voor deLightrailverbinding Ypenburging. A.T.W.G. Verweij, HASKONING bv*)De Lightrailverbinding Ypenburg-Nootdorp is een onderdeel van het Agglonet,een van de troeven om de regio Haaglanden bereikbaar te houden. Markantonderdeel van deze verbinding tussen enerzijds de VINEX-locaties Ypenburg enNootdorp en anderzijds Den Haag, is het kunstwerk ter plaatse van de toeritnaar de A13. In het kader van het afstuderen aan de Hogeschool Arnhem-Nijmegen, faculteit Techniek, afdeling Civiele Techniek is een studie over ditkunstwerk verricht, die onder meer bestaat uit het vaststellen van het hoofd-ontwerpprobleem, het opstellen van het Programma van Eisen, een alterna-tievenstudie, algemeen constructief onderzoek van de gekozen variant en eenberekening van het totale kunstwerk, gebruikmakend van een 3D-eindige-elementenpakket. De ligging van het kunstwerk is in het vorige artikel aan-gegeven.*)Afstudeercommissie: ir. R. Gall?,ir. D. Alkema, ir. F. Schleipfenbauer.Voor dit ontwerp is aan de auteur deENCI-Studieprijs 1999 toegekend.kruisingongelijkvloers gelijkvloersonder maaiveld boven maaiveldaardebaan + viaduct fly-overstaal betonstaal/beton kunststofhoutsteenpolderprincipekuipprincipeopen tunnelbakafdichting tunnelbaksleufloos open sleuf1 | AlternatievenonderzoekTuibrug als alternatievefly-overO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBr uggenbou wcement 2001 4 69kan worden van de aanwezigheidvan een slecht doorlatende laagals onderafdichting op een aantalmeters onder de bodem van detunnelbak. De tunnelbak hoeftdus niet te worden voorzien vaneen afdichtende vloer. Een con-structie opgebouwd uit veranker-de stalen damwanden, eventueelmet voorzetwanden, en een vloerbestaande uit een gedraineerdzandbed met daarop een ballast-bed volstaat. De twee alternatie-ven ontlopen elkaar eveneensweinig voor wat betreft bouwtijd,esthetica, belasting op de leef-baarheid van de omgeving enkosten. In de uiteindelijke keuzezal in de praktijk dan ook vaak devoorkeur van de opdrachtgever ofde vormgever van het kunstwerkmeespelen.Voor de afstudeeropdracht isgekozen voor een esthetischevariant van de betonnen fly-over,waarbij de constructie bestaat uitacht pylonen met tuien, die zichafwisselend aan ??n van de zij-den van de fly-over bevinden, eneen in het werk gestort dek. Ditprincipe is al eerder toegepastbij de Willy Brandt-brug in Ede(fig. 2). In tegenstelling tot dezerechte, staal-betonbrug is de fly-over sterk gekromd (minimalestraal van ca. 110 m), ongeveertien keer zo lang en geheel vanbeton.A l g e m e e n c o n s t r u c t i e fo n t w e r pHet gekozen alternatief is geenstandaard-oplossing waarbij hetkrachtenspel in ??n oogopslaggeheel helder is. Door de liggingvan de fly-over in een bocht meteen kleine straal, het gekozentuiprincipe in relatie tot het pro-fiel van vrije ruimte en de daaruitvoortvloeiende aspecten, is hetontwerp in eerste instantie ge-toetst aan de hoofdprincipes vande mechanica:? Stabiliteit: valt de constructieniet om?? Sterkte: kan de constructie deerop werkende belastingenopnemen?? Bruikbaarheid: is de construc-tie te gebruiken voor zijn doel?Op deze elementaire vragen isgetracht een antwoord te gevenbij de beschouwing van de vol-gende essenti?le punten:? wringing gekromde ligger;? stabiliteit in langs- en dwars-richting;? alternatieven voor vorm tui-constructie;? stand van de pyloon en loopvan de tuien in relatie tot hetprofiel van vrije ruimte ende krachtswerking;? uitzetting en verkorting vande constructie door krimp entemperatuurverschillen.De onderdelen stabiliteit in dwars-richting en stand van de pyloonen loop van de tuien in relatie tothet profiel van vrije ruimte en dekrachtswerking worden naderbesproken.S t a b i l i t e i t i n d w a r s r i c h t i n gDe stabiliteit in dwarsrichtingwordt verzorgd door dwarsporta-len ter plaatse van de pylonen.Deze bestaan uit twee pijlers, ??naan elke zijde van het dek, diedoor een balk en het dek metelkaar worden verbonden. Bij debeschouwing van de invloed vande ligging in een bocht en van demogelijke scheefstand van de tui-constructie vanwege het profielvan vrije ruimte op de krachts-werking in dwarsrichting, is on-derscheid gemaakt in belastin-gen die direct en die indirect ophet dwarsportaal werken, in hetlaatste geval dus direct op het dekwerken.De krachtswerking van de eerstegroep, de direct op het portaalwerkende belastingen, is duide-lijk (fig. 3). De tweede groep ver-eist een nadere opsplitsing in uit-wendige horizontale belastingenen uitwendige verticale belastin-gen.Horizontale belasting die indirectop de dwarsportalen werktOnder horizontale belasting ge-draagt het dek zich als een zeerstijve ligger die in dwarsrichtingis opgelegd op de zeer stijvedwarsportalen. De tuiconstructieis daarentegen in de dwarsrich-ting slap. Ten gevolge van dezestijfheidsverhouding wordt eenhorizontale belasting op het dekgrotendeels via het dek afgedra-gen op de dwarsportalen (fig. 4).2 | Willy Brandt-brug te Ede3 | Afdracht van direct opdwarsportaal werkendebelasting4 | Afdracht van op het dekwerkende horizontalebelastingO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBr uggenbou wcement 2001 470Het maakt dus niet uit of eenhorizontale belasting direct ofindirect op het dwarsportaalwerkt; in beide gevallen wordthet op dezelfde wijze belast.Verticale belasting die indirect opde dwarsportalen werktTen gevolge van een verticalebelasting op het dek kunnen opde dwarsportalen horizontalekrachten werken om naast uit-wendig evenwicht ook inwendigevenwicht te verkrijgen. Dit isafhankelijk van de mogelijkescheefstand van de tuiconstruc-tie, de vorm van de pyloon en deligging van de pyloonvoet tenopzichte van de aansluiting vande tuien op het dek.Wanneer een tuiconstructie ineen verticaal vlak ligt (fig. 5a,boven), worden de dwarsportalenniet belast door horizontalekrachten. Het inwendig even-wicht wordt namelijk in het dekverzorgd (fig. 5b). Ligt de tui-constructie echter in een schuinvlak (fig. 5a, onder), dan kan inhet dek geen inwendig evenwichtontstaan. Dit heeft tot gevolg, datde dwarsportalen een horizonta-le kracht dienen te leveren omevenwicht te maken (fig. 5c).Als de voet van de pyloon zichniet in hetzelfde verticale vlakbevindt als de aansluiting van detuien op het dek en er in depyloonconstructie gebruik wordtgemaakt van een drukstaaf terhoogte van het dek (fig. 6 en 7,staaf AC), dan werkt er bij eenverticale belasting op de fly-overeen horizontale kracht op hetdwarsportaal. De grootte vandeze kracht is te be?nvloedendoor de afstanden a en b te vari?-ren. Wanneer de voet wel in het-zelfde verticale vlak ligt (a = 0),dan werkt er geen horizontalekracht op het dwarsportaal.S t a n d v a n d e p y l o o n e nl o o p v a n d e t u i e nDe uiteindelijke keuze voor destand van de tuiconstructie tenopzichte van de pyloonconstruc-tie en het dek, en de ligging vande pyloonvoet ten opzichte vande aansluiting van de tuien ophet dek, wordt eerder bepaalddoor het ge?iste profiel van vrijeruimte dan door het streven naarde gunstigste krachtswerking.Om de juiste configuratie te vin-den, is in eerste instantie uitge-gaan van de constructie zoalsweergegeven in figuur 8a. Dezeconstructie kent twee proble-men. Ten eerste lopen de tuiendoor het profiel van vrije ruimte(zie projectie tui op dek: onder-broken lijnen EC en CF). Verderligt de pyloon niet in het vlak vande tuien (vlak DEF). Er treedtdus buiging op in de pyloon. Nabestudering van verschillendemogelijke oplossingen voor dezetwee problemen en gebruikma-kend van de opgedane kennis tij-dens de beschouwing van de sta-biliteit in dwarsrichting, is uit-eindelijk de volgende oplossingvoor beide problemen bedacht.In eerste instantie wordt depyloon in de dwarsrichting vanhet dek af verplaatst (fig. 8b). Detuien vallen nu niet meer in hetprofiel van vrije ruimte. Echterde buiging in de pyloon neemtdoor deze verplaatsing toe, wantde afstand tussen het dek en depyloon neemt toe. Door nu depyloon te roteren om punt D'wordt deze toename van buigingweer tenietgedaan (fig. 8c).Op basis van deze elementairebeschouwing van de constructiekan worden geconcludeerd, datde fly-over met de aparte tuicon-structie technisch haalbaar is.Verder maakt deze beschouwinghet mogelijk weloverwogen keu-zes ten aanzien van de vorm van5 | Invloed stand tuicon-structie op krachtenspela. positie pyloon entuienb. tuiconstructie in ver-ticaal vlak ABCDc. tuiconstructie inschuin vlak ABEFtis de normaal-kracht in de tuien; Fv,Flen Fdzijn hiervande ontbondenen6 | Pyloon en tuiconstructie7 | Relatie situering pyloonvoet en tuiaan-sluitingen op het dekO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBr uggenbou wcement 2001 4 71de constructie te maken. De in-vloed van dergelijke keuzes ophet krachtenspel is immers on-derzocht.D e t a i l o n t w e r p3D-modelNadat de verschillende onder-delen van de fly-over globaal zijngedimensioneerd, is de totaleconstructie gemodelleerd in het3D-eindige-elementenprogram-ma ESA Prima Win 3.01.00.Daarbij heeft de pyloon de vormvan figuur 9, gekenmerkt door`loskoppeling' van pyloon en dek.De pyloon wordt niet vastgestortaan het dek, maar hieraan meteen pendelstaaf verbonden. Hier-mee wordt voorkomen dat depyloon ongunstig wordt belastom zijn zwakke as als gevolg vanbuiging in langsrichting van hetdek. Verder is het bovenste deelvan de pyloon geknikt. Hierdoorvallen de tuien niet meer in hetprofiel van vrije ruimte en wordtde buiging in de pyloon beperkt.`Valt' de fly-over?Het gedrag van de pylonen heeftgrote invloed op de overige onder-delen van de fly-over. Met anderewoorden: de fly-over `staat' of `valt'met het wel of niet voldoen vande pyloon. De resultaten van het3D-model (fig. 10) leverden devolgende conclusies op:? de maatgevende pyloon(pyloon in de buitenbochthalverwege de fly-over) ver-vormt te veel, waardoor ondermeer het dek te veel doorbuigten niet voldoet aan de gesteldeeisen conform NEN 6723 ?Voorschrift BetonnenBruggen 1995;? het buigend moment in depyloon is zeer extreem ennauwelijks opneembaar;? vanuit de pyloon werkt eenzeer grote horizontale krachtop het dwarsportaal. Ten ge-volge van deze kracht, dienauwelijks opneembaar is inhet dwarsportaal, vervormt hetportaal te veel.De pyloon met de gekozen afme-tingen voldoet dus niet. Hierdoorvoldoen ook andere onderdelenniet. De pyloon `valt om' en dus`valt' de totale fly-over.Een nadere beschouwing vaneen pyloon in de binnenbochtleverde een oplossing. De pylo-nen in de binnenbocht hebbendezelfde knik als die in de bui-tenbocht; enkel de bovenstetuien van de pylonen in de bin-nenbocht bevinden zich niet inhetzelfde vlak als het deel van depyloon boven de knik. Hierdoorwordt een moment in dit deelge?ntroduceerd dat tegenoverge-steld werkt aan het moment inde pyloon ter hoogte van het dek,en dit moment dus reduceert(fig. 11). Hierdoor worden dusook de vervorming van de pyloonen de horizontale kracht op hetdwarsportaal beperkt. Met ande-re woorden: drie vliegen in ??nklap. Door nu de knik in de pylo-nen in de buitenbocht te vergro-ten, wordt hetzelfde effect be-reikt en wordt de krachtswerkingin en de vervorming van depyloon veel gunstiger. Dit heeftnatuurlijk ook een positieveinvloed op de overige onderdelenvan de fly-over.De uiteindelijke conclusie is danook, dat met deze aanpassing defly-over niet meer `omvalt', maarblijft `staan'. 8 | Oplossing stand pyloonen tuiverloop buiten pro-fiel van vrije ruimte9 | Vorm pyloon10 | M- en D-lijn in maat-gevende pyloon11 | M- en D-lijn in maat-gevende pyloon naaanpassing tuiverloop