C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 1999 538De dwarsdoorsnede van het via-duct is opgebouwd uit twee pre-fab kokerliggers, waartussen terplaatse een cassettevloer isgestort voor de twee sporen. Deliggers voor de standaardveldenzijn 1,65 m hoog, met onderzijdeligger gelijk aan onderzijde vloer.De afmetingen van de liggersvoor de vijf afwijkende veldenzijn samengevat in tabel 1, debreedte bedraagt 1,18 m.Vanwege functionele eisen ligtbij de hoge liggers de vloer ophalve liggerhoogte (fig. 2). Voorde verbinding van de vloer metde liggers is een sponning in deligger voorzien, waarin ook eenverticale vertanding aanwezig is.Deze dubbele vertanding dientvoor opname van dwars- en langs-schuifkrachten. Voor het door-koppelen van de vloerwapeningzijn in de liggers twee rijen kop-pelankers met schroefverbindingingestort.Ontwerp liggersD w a r s d o o r s n e d eIn het bestek zijn de uitwendigeafmetingen van de liggers en hetviaduct vastgelegd. Het detailont-werp omvat het bepalen van deinwendige holle ruimte, de voor-spanning en de wapening.Figuur 3 toont de dwarsdoorsne-de van de 3 m hoge ligger. Deholle ruimte wordt gevormd doorpolystyreen blokken die wordenonderbroken door betonnenschijven ter plaatse van dedwangschotten. Het liggereindeis vanwege de inleiding van devoorspankrachten en de grotehoeveelheid wapening, massiefuitgevoerd over een lengte gelijkaan de liggerhoogte.Het verschil in lijfdikte is eengevolg van de benodigde ruimtevoor de koppelankers voor devloer en het aansluitmomentervan op het binnenste lijf.De drukzone wordt alleen ge-vormd door de bovenflenzen vanbeide liggers. Om een zo grootmogelijke hefboomsarm te krij-gen is de bovenflens zo dikgemaakt, dat deze in de uiterstegrenstoestand juist geheel onderGrote gebogen prefab koker-liggers voor de Beneluxlijnir. F.C.J. Schuitemaker, Ballast Nedam EngineeringHet Rotterdamse metronet wordt uitgebreid met de Beneluxlijn, een nieuwtrac? van circa 11 km. Een groot gedeelte van deze lijn is uitgevoerd als via-duct, bestaande uit vrij opgelegde overspanningen van circa 30 m. De hori-zontale krommingen in het spoortrac? worden doorgezet in de overspannin-gen. Ter plaatse van de kruisingen met de Tjalklaan en de Horvathweg inSchiedam buigt de lijn sterk af. De combinatie van twee kruisingen ?n eengrote kromming heeft geleid tot vijf afwijkende velden met veel grotere over-spanningen en krommingen dan het standaardveld (fig. 1).Dit artikel gaat in op het ontwerp en de uitvoering van de tien prefab liggersdie bij deze vijf velden worden toegepast.veld lengte hoogte kromte- massa pijl excentriciteitstraal kromming zwaartelijn t.o.v.(m) (m) (m) (ton) (m) oplegging (eopl)(m)16 44,6 2,45 250 243 0,99 0,5817 50,6 3,00 250 340 1,28 0,7418 43,6 2,45 250 238 0,95 0,5519 43,5 2,45 265 236 0,89 0,5220 43,3 2,45 425 235 0,55 0,31Tabel 1 | Kenmerken liggers(buitenbocht)1 | Situatie vijf afwijkendeveldenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 1999 5 39druk staat. Een dunnere boven-flens is weliswaar gunstig voorhet eigen gewicht, maar verkleintde inwendige hefboomsarmdoordat de minder effectieve lij-ven dan een deel van de drukzo-ne gaan vormen.De drukspanning in de boven-flens bleek kritisch te zijn voorhet ontwerp: niet alleen in deuiterste grenstoestand, maar ookbij de controle op vermoeiing. Ineen vroeg stadium is daarom albesloten om, in afwijking van hetbestek, niet B 55 maar B 65 toe tepassen.V o o r s p a n n i n gVoor- of nagerekt voorspanstaalBij prefab liggers wordt in princi-pe alleen voorgerekt voorspan-staal toegepast. Vanwege het ont-kistingstijdstip en/of de span-bankcapaciteit kan echter ookworden gekozen voor een combi-natie van beide systemen. Demaximaal benodigde voorspan-ning bedraagt 31 000 kN, terwijlde spanbankcapaciteit op hetproductieterrein te Kats 27 500kN is.Voor de grootste liggers is daar-om een combinatie van 115 voor-gerekte strengen ?15,7 mm en 2nagerekte kabels 19-?15,7 toege-past. Het aantal voorgerektestrengen voor de overige liggersvarieert van 100 tot 126.Verticaal verloop strengenTraditioneel ligt de voorspan-ning in het veldmidden zo laagmogelijk en wordt een aantalstrengen opgebogen om de aan-vangsdruk- en trekspanningenter plaatse van het liggereinde tebeperken. Bij deze liggers is ditprincipe ook toegepast; er zijndrie groepen strengen te onder-scheiden (fig. 4): een horizontalegroep, een groep die wordt opge-bogen tot de onderzijde van deonderste rij koppelankers en eengroep die achter de koppelankerslangs wordt opgebogen tot in detand. Het aantal opgebogenstrengen wordt sterk beperktdoor de koppelankers en degesloten beugel van de onder-flens. Hierdoor ligt het voorspan-zwaartepunt aan het liggereindeeigenlijk te laag en worden erstrengen onthecht om het effec-tieve zwaartepunt te verhogen.Horizontaal verloop strengenBij horizontaal gekromde liggersdienen de strengen ook in hori-zontale richting afgebogen teworden, opdat de afwijking tus-sen het rechte voorspanverloopen het gekromde liggerverloopaanvaardbaar blijft. Het aantalhorizontale afbuigpunten hangtaf van diverse factoren.Hoe groter de h.o.h.-afstand tus-sen de afbuigpunten, des te gro-ter de excentriciteit van de voor-spanning ten opzichte van hethorizontale zwaartepunt van dedoorsnede. Dit leidt tot onge-wenste buiging om de verticaleas. Daarnaast leiden grote h.o.h.-afstanden ook tot een reductievan de effectieve breedte waar-binnen de strengen kunnen wor-den aangebracht, omdat zowelter plaatse van het afbuigpunt alsmidden tussen twee afbuigpun-ten aan de dekkingseis moetworden voldaan. Daarentegenbrengt elk afbuigpunt extra werk-zaamheden en materiaalgebruikmet zich mee, zodat vanuit deproductie het aantal afbuigpun-ten zo gering mogelijk dient tezijn.De toegepaste h.o.h.-afstand van6 m leidt bij de minimale krom-testraal van 250 m tot een hori-zontale afwijking van 18 mm tus-2 | Aanzicht ligger (zondertussenvloer) en dwarsdoor-snede viaduct veld 173 | Dwarsdoorsnede 3 mhoge ligger (links)4 | Voorgerekte voorspan-ning in 3 m hoge liggerC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 1999 540sen het gekromde betonvlak ende rechte voorspanstreng. Deexcentriciteit van de voorspan-ning varieert tussen circa +10mm en -10 mm. Het gatenpa-troon in de dwangschotten is zouitgekiend, dat het zwaartepuntvan de voorspanning als het wareom de zwaartelijn van de ligger`slingert'.Belasting door voorspanningBij rechte liggers met alleenverticaal opgebogen strengenbestaat de voorspanbelasting uittwee kopmomenten MPen verti-cale opwaartse krachten Pvterplaatse van de opbuigingen. Bijgekromde liggers treden daar-naast ook nog horizontaleafbuigkrachten Phop (fig.4).Omdat deze krachten een excen-triciteit ev,afbhebben, oefenen zijdiscrete torsiemomenten uit opde ligger ter grootte vanMT;P,afb= Phev,afb.De situatie tussen de afbuigpun-ten wordt toegelicht met eendoorsnede loodrecht op de lig-geras. De doorsneden strengenmaken in het horizontale vlakeen hoek =/ 90? met het door-snedevlak. De voorspankrachtkan dus, afgezien van een even-tuele verticale component, wor-den ontbonden in een loodrechtenormaalkracht P en een in hetvlak liggende horizontale krachtP//. Deze laatste leidt, mits destreng een verticale excentriciteitevheeft, tot een torsiemomentMT;P= P//ev.Het torsiemomentenverloop overde liggerlengte krijgt zo de vormvan een zaagtand.Bij deze hoge liggers blijkendeze torsiemomenten, maximaal300 kNm, van dezelfde orde vangrootte te zijn als bijvoorbeeld detorsiemomenten door de metro-treinen, maximaal 540 kNm, enzijn derhalve niet verwaarloos-baar.Bij gekromde nagerekte voor-spankabels ontstaan geen torsie-momenten. Bij een snede lood-recht op de liggeras is er nunamelijk geen ontbondene ?n hetdoorsneden vlak en is er dus ookgeen torsiemoment.S t a b i l i t e i t v a n d e l i g g e r sDe grootste bijzonderheid vandeze liggers is de grote krom-ming: het zwaartepunt van detwee grootste liggers valt zelfsbuiten de liggerdoorsnede (zietabel 1). Voor de overige liggersligt het zwaartepunt weliswaar(net) binnen de doorsnede, maarhet benodigde oplegvlak zou erwel buiten komen. Zonder hulp-constructies vallen de liggers danook om. Dit heeft grote conse-quenties voor de uitvoering bijopslag, transport, montage enstorten van de tussenvloer.Enkele ligger in opslag, transporten montageDe stabiliteit van de ligger isalleen gewaarborgd indien beideuiteinden worden ingeklemd omde liggeras (fig. 5). De groottevan het benodigde torsie-inklem-mingsmoment, voor de grootsteligger circa 1300 kNm, is afhan-kelijk van de verticale oplegreac-tie 1/2 G en de excentriciteit vande zwaartelijn eoplten opzichtevan hart ligger (zie tabel 1) bij hetoplegpunt:MT;opl= 1/2 Geopl.In de verschillende stadia vanhijsen, opslag, transport en mon-tage wordt gebruikgemaakt vandiverse stalen hulpconstructiesom de massieve liggereinden.Het inklemmingsmoment be-staat in deze frames meestal uittwee bijdragen:MT;opl= MT;1+ MT;2bestaande uit:- een excentrisch geplaatstoplegpunt: MT;1= 1/2 Ge1;- een horizontaal koppel:MT;2= Hb (gelijk aan 1/2 Ge2).De grootste ligger tordeert bijtweezijdige inklemming aan deliggereinden in het liggermiddenslechts 4 mm over een hoogte van3 m als gevolg van alleen heteigen gewicht. Deze grote torsie-stijfheid betekent dat een geringeopgelegde torsierotatie aan ??nliggereinde tot een grote verschui-ving van de nullijn in het torsie-momentenverloop leidt. De situ-atie dat ??n liggereinde alle torsieopneemt, in figuur 5 gestippeldweergegeven, heeft reeds plaatsbij een verschilrotatie van 12 mmover de liggerhoogte. Op dit zeerongunstige torsieverloop is de lig-gerwapening niet berekend, re-den waarom hoge eisen wordengesteld aan de verschilrotatie tus-sen beide liggereinden. Door tij-dens de uitvoering gebruik temaken van driepunts-opleggin-gen en gekoppelde vijzels, wordtdeze verschilrotatie ge?limineerdtot praktisch nul.5 | Principe torsie-inklem-ming liggereinde binnen-bocht en torsiemomenten-lijn door eigen gewichtliggerLigger in stabiliteitsframeC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 1999 5 41Twee liggers met vloerbekistingDe stabiliteit van de liggers tij-dens het storten van de vloerwordt op geheel andere wijzeverzorgd. De onderslagbalkenvan de vloerbekisting, HE 600B-profielen, worden met hangsta-ven tegen de onderzijde van deligger gespannen (fig. 6). Zo ont-staat een samengesteld systeemvan twee gekromde liggers, metdaaronder tegen de liggers ge-klemde dwarsliggers. De 20 ? 24HE-profielen zijn ruimschootsin staat om de gehele torsiebelas-ting, veroorzaakt door het ligger-?n stortgewicht, gespreid op tenemen.Cruciaal voor deze oplossing ishet verzorgen van de inklem-mingsvaste verbinding tussenhet HE-profiel en de kokerligger.Dit wordt bereikt door het voor-spannen van de hangstaven enhet toepassen van twee nauw-keurig geplaatste klossen tussenligger en HE-profiel. De torsie-inklemmingen aan de liggerein-den worden verwijderd, omdatdeze anders alsnog een grootdeel van de torsiebelasting zou-den opnemen.Op het systeem werken tweebelastingsgevallen:- eigen gewicht liggers: beideliggers willen dezelfde kant op`kantelen', waardoor de HE-profielen een S-vormige ver-vorming ondergaan (fig. 7);- storten vloer: de HE-profielenworden belast met het stort-gewicht. Hierdoor wil de bin-nenligger in dezelfde richtingdraaien als door zijn eigengewicht, de buitenligger wiljuist naar de andere kantdraaien.Voordelen van deze stabiliteits-oplossing zijn vooral:- een gunstiger verloop van detorsiemomenten in de ligger:de continue opbouw van hettorsiemoment vanuit het lig-germidden wordt telkens afge-broken door de tegengesteldeinklemmingsmomenten vande HE-profielen (fig. 5);- aan het liggereinde is geen`vasthoud'-frame meer nood-zakelijk, omdat er aan het eindegeen torsiemoment meer is.Een nadeel van de oplossing zijnde relatief grote torsierotaties:maximaal 15 mm over 3 m hoog-te. Hiertegen zijn de volgendemaatregelen getroffen:- de oplegblokken worden tijde-lijk zodanig gepositioneerddat de binnenliggerlengtegelijk is aan de buitenligger-lengte. Door de krommingzijn deze lengtes in de eind-situatie namelijk ongelijk.Door deze maatregel wordende doorbuigingsverschillen6 | Stabiliteitsoplossing voorliggers + vloerbekisting7 | Vervormingen veldmiddena. eigen gewicht ligger,torsie-inklemmingliggereind verwijderdb. storten vloer C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 1999 542tussen beide liggers gemini-maliseerd, waardoor er geenextra torsierotatie ontstaat;- de binnenligger krijgt eenvoorrotatie. De buitenliggerheeft deze voorrotatie nietnodig, omdat de rotaties dooreigen gewicht tegengesteld ennagenoeg gelijk aan die doorhet storten van de vloer zijn.W i j z i g i n g s t a t i s c hs y s t e e mNa het verharden van de vloer ishet statisch systeem gewijzigd.In eerste instantie dragen detwee kokerliggers het bekistings-en stortgewicht. Tijdens het ont-kisten treedt herverdeling vanhet vloergewicht op als gevolgvan gewijzigde stijfheidsverhou-dingen.Na verloop van tijd zal doorkrimp- en kruipverschijnselen dekrachtsverdeling wederom wijzi-gen. In de berekening van lig-gers en vloer zijn daarom tweesituaties beschouwd: de situatiedirect na het ontkisten en de situ-atie die optreedt nadat alle tijds-afhankelijke herverdelingen zijnopgetreden.Uitvoering liggersDe verschillende bouwstadia nahet gereedkomen van de liggerworden toegelicht.O n t k i s t e n , a f l a t e nv o o r s p a n n i n g e n h i j s e nHet afbuigen van de voorspan-strengen heeft plaats door stalendwangschotten, voorzien van eengatenpatroon, in de ligger mee testorten. De afdracht van deafbuigkrachten naar de bekis-tingsvloer heeft plaats door mid-del van twee horizontaal verstel-bare zware doken. Deze stekenaan weerszijden van de liggerdoor de bekistingswand en pas-sen precies in komvormige uit-sparingen op het dwangschot.Vanwege de zwaar belaste voor-zieningen hebben alle dwang-schotten een vaste positie metonderlinge afstand van 6 m.Het ontkisten gebeurt door debekistingswanden hydraulisch0,70 m naar buiten te bewegen,zonder dat de dwangschotdokenworden gelost. De volgende stapis het aflaten van de voorspan-ning, waarbij twee aspecten vangroot belang zijn:- de nog volledig aanwezigehorizontale afbuigkrachten,die ertoe leiden dat de liggerwil gaan verschuiven indwarsrichting;- het opbuigen van de ligger,waardoor deze gaat dragen opde einden en daardoor meteenwil kantelen.De dwangschotdoken kunnenhet verkorten en opbuigen van deligger tijdens het aflaten van devoorspanning niet volgen, omdatzij in de ligger steken en alleenloodrecht op de liggeras kunnenvervormen. Hun functie wordtdaarom overgenomen door hori-zontale vijzels die boven dedoken, tegen de zijkant van deligger worden aangebracht.Tijdens het aflaten van de stren-gen zullen de horizontale afbuig-krachten op de vijzels steeds klei-ner worden en uiteindelijkgeheel verdwijnen.Het omvallen van de ligger wordttegengegaan door steunpuntennaast de liggereinden te cre?ren(fig. 8). Tevens voorkomen dezehet afboeren van beton tijdenshet verkorten van de ligger, door-dat de ligger niet op de liggerein-den kan gaan dragen. De tweeportaalvormige hijsframes wor-den met voorspanstaven op de8 | Hulpconstructie vooraflaten voorspanning enhijsenMontage ligger opkolomtafelC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 1999 5 43ligger gespannen. Tussen deportaalpoten en de ondergrondworden hydraulische vijzelsgeplaatst, zodat de steunpuntenin hoogte verstelbaar zijn. Om erzeker van te zijn dat de ligger opde tijdelijke poten gaat dragen,worden de vijzels voor het aflatenbegint 2 ? 3 mm uitgezet. De uit-slag van de vijzels mag echternog niet te groot zijn, omdat deligger niet in staat is zijn eigengewicht te dragen zonder(gedeeltelijke) voorspanning.Vervolgens wordt de voorspan-ning circa 30% afgelaten, waarnade vijzels 10 mm worden uitge-zet. Nadat de voorspanning volle-dig is afgelaten op de ligger,hangt deze als het ware in detwee portalen. Deze doen daarnadienst als hijsframes.O p s l a g e n t r a n s p o r tVanuit de kist wordt de ligger ophet tasveld in twee opslagjukkengeplaatst. Het transport heeftzowel over water als per asplaats. In beide gevallen wordtgebruikgemaakt van dezelfdeopslagjukken als op het tasveld.M o n t a g e o p k o l o m t a f e lHet principe van de montage isweergegeven in figuur 9. Naasthet definitieve oplegpunt op dekolomtafel wordt een tijdelijkoplegpunt buiten de kolomtafelgerealiseerd. Op dit oplegpuntrust het stabiliteitsframe dat omhet liggereinde is gespannen. Intotaal is dus sprake van 2 x 2oplegpunten. De twee vijzels opde tijdelijke oplegpunten wordengekoppeld, vanwege de vereistedriepunts-oplegging in verbandmet de geringe toelaatbare ver-schilrotatie. Als de ligger op devier punten rust kan de juistedwarshelling worden ingesteld,rekening houdend met een even-tuele voorrotatie. Het stabiliteits-frame en tijdelijk oplegpunt wor-den verwijderd nadat de vloerbe-kistingsconstructie is aange-bracht ?n aangespannen.Een stabiliteitsvoorziening alleenom de tand lijkt eenvoudiger,maar de tand bevindt zich in eensponning van de kolomtafel,waardoor dit niet mogelijk is.Bovendien zou de tand dan hetgehele torsiemoment moetenopnemen en daar is het huidigeontwerp niet op berekend.S t o r t e n t u s s e n v l o e rDe gehele vloer wordt in ??n keergestort. Dit zal gepaard gaan metrotatie- en buigingsvervormin-gen van de kokerliggers en HE-profielen. Om te voorkomen dater als gevolg hiervan een gapingontstaat ter plaatse van de vloer-liggeraansluiting, zijn de volgen-de maatregelen getroffen:- het vloerstort start in het mid-den en gaat met twee frontenrichting opleggingen. Zotreedt de meest excentrischebelasting en dus grootste rota-tie in het begin van het stortop, als het beton nog plastischis. Wanneer het beton in hetmidden begint op te stijven,zal de bijkomende rotatiegering zijn;- de bekistingsconstructie iszodanig uitgevoerd dat devloervervorming gelijk is aandie van de HE-profielen. Zowordt de rotatie van de liggersover de gehele vloerbreedte`uitgesmeerd';- er wordt gebruikgemaakt vanvertragers, zodat er na hetstorten ter plaatse van devloer-liggeraansluiting kanworden nagetrild. sProjectgegevensopdrachtgever:Rotterdamse Elektrische Tram (RET)directie en hoofdontwerp:Gemeentewerken Rotterdam,Ingenieursbureau Beton- en Staalbouwaannemer viaduct:Combinatie Metro Rotterdam, bestaan-de uit Z?blin (D), Welling Didam,Voormolen en Vermeer Beton- en water-bouwproductie liggers:Combinatie Oosterschelde, bestaandeuit Ballast Nedam Beton- en Waterbouwen Van Hattum en Blankevoortdetailontwerp en berekening:Ballast Nedam Engineering9 | Hulpconstructie voormontage binnenligger opkolomtafel