C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2002 362In Zeeuwsch-Vlaanderen sluit detoeleidende weg naar de Wester-scheldetunnel aan op de N61 (fig.1). De weg wordt grotendeels uit-gevoerd als enkelbaans autowegmet ??n rijstrook per rijrichting.Bij het ontwerp is rekening ge-houden met een toekomstigeverbreding tot autosnelweg. Dewegenvanennaardetunnelbe?n-vloeden het omliggende land-schap. De NV Westerscheldetun-nel heeft de Dienst LandelijkGebied (DLG) in de provincieZeeland gevraagd dit landschapopnieuw in te richten. Voor deinpassing van de wegen in hetlandschap zijn twee uitgangspun-ten gehanteerd:? het behouden en versterkenvan de verschillende land-schapstypen;? het zorgen voor een rustigwegbeeld door een samen-hang te cre?ren tussen alle ele-menten langs het trac? zoalsde tunnelinritten, viaductenen geluidsschermen.Om deze samenhang duidelijk temaken is een centraal thema in-gevoerd dat in alle elemententerugkomt. DLG heeft als basishiervoor gekozen voor de rondevormen van de geboorde tunnelen voor de kleur zeegroen, con-form het water van de Wester-schelde.O n t w e r pDe toeleidende weg naar de tun-nel kruist de bestaande goederen-spoorlijn van Sluiskil naar hetindustrieterrein Dow-Benelux on-der een hoek van ongeveer 21?(fig. 2). De spoorlijn ligt op eendijklichaam, circa 3 m bovenmaaiveld, waardoor het voor dehand ligt de spoorlijn over de wegte voeren. Een tunnel, onderzochtdoor Bouwdienst Rijkswaterstaat,viel af uit kostenoverwegingen.ARCADIS heeft vervolgens inopdracht van Railinfrabeheer demogelijkheden voor een spoor-trogbrug onderzocht. Een trog-brug is een betonnen brug waar-bij de dragende balken naast hetspoor zijn gesitueerd en ??n ge-heel vormen met de vloer waaropde trein rijdt.Voordeel van een trogbrug is degeringe constructiehoogte bij re-latief grote overspanningen. Hier-door behoeft het spoor over eenkleinere lengte te worden ver-hoogd en kan het weer sneller opdehoogtevandebestaandespoor-baan worden aangesloten.Door de kleine kruisingshoekwordt de totale lengte van de brugcirca 124 m. Door het brede pro-fiel van vrije ruimte van de toe-komstige autosnelweg zijn detraditionele plaatsingsmogelijk-heden voor kolommen onder deHangtrogbrug TerneuzenInventieve oplossing voor eenspoorwegkruisingir. J.A. van Belkum, ing. H.M.F. Beertsen, ing. M.J. Ossendrijver, ARCADISir. A.A.J. Reijgersberg, Adviesbureau ir. J.G. Hageman B.V.ing. M.E. Roest, TBI Beton- en Waterbouw Haverkort B.V.In Zeeuwsch-Vlaanderen is ter plaatse van het kruispunt van de toeleidendeweg naar de Westerscheldetunnel en de goederenspoorlijn van Sas van Gentnaar het industrieterrein Dow-Benelux, een ongelijkvloerse kruising gereali-seerd. Gekozen is voor een betonnen hangtrogbrug met stalen portalen. Hetresultaat is (ook qua vorm) een mooi voorbeeld van het ultiem uitnutten ensamenwerken van de materialen beton en staal. Een bouwrichting met grotemogelijkheden.N12as bestaand spoor3 4as nieuw spoor121003089 5240 3770144518151 | Trac? toeleidende weg inZeeuws-Vlaanderen naarWesterscheldetunnel2 | Situatie hangtrogbrugC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2002 3 63balken van de trogbrug beperkt.Dit zou resulteren in (asymmetri-sche) overspanningen van 65 m,die voor trogbruggen niet haal-baar zijn. Voor zover bekend ismomenteel voor een trogbrug degrootst toegepaste overspanning50 m. In het verleden door ARCA-DIS uitgevoerde verkennende be-rekeningen (voor trogbruggen inhet algemeen) geven aan dat demaximaleoverspanningvoortrog-bruggen (met spoor in ballast) 50tot 55 m bedraagt.Een oplossing zou kunnen zijn dekolommen naast de trogbrug teplaatsten, maar door de dan beno-digde oplegbalk (h = 2 m) zou hetspoor hoger of de weg lagermoeten worden aangelegd. Beteris het de kolommen naast de trog-brug tot ver boven de trog door tezetten en de brug aan een boven-balk op te hangen. Dan behoevenzowel de hoogte van het spoor alsde weg niet verder te worden aan-gepast.Door hangportalen toe te passenkan een tussensteunpunt extrawordengecre?erd(fig.3).Hierdoorwordt de maximale overspanninggereduceerd tot 52,4 m; een over-spanning waarvan inmiddels isaangetoond dat deze haalbaar is.Een hangportaal voor een trog-brug in het spoor is in Nederlandslechts ??nmaal eerder toegepast,bij Woerden [1].De trogbrug wordt onder de por-talen opgehangen aan twee groe-pen van drie hangkabels perportaal. Per groep van drie kabelsis een veiligheidsfactor van 2,3aangehouden. Hierdoor kan ineen calamiteitsgeval waarbij eenkabel breekt, de kracht door deoverige twee kabels worden opge-nomen, waarbij een veiligheids-factor van 1,6 overblijft.De tussensteunpunten zijn zoda-nig gekozen dat ze de brug sym-metrisch maken, zowel in lengte-alsindwarsrichting.Metnamedesymmetrieindwarsrichting(trog-brug in het hart van het portaal) isvan essentieel belang voor dekrachtswerking in de hangpor-talen.De portalen worden gefundeerdop 40 m lange Tubex-palen, dietrillingsvrij worden ingebracht.De trogbrug wordt 10 m uit deas van de bestaande spoorlijngebouwd, waardoor de bouwacti-viteiten zonder hinder van detreinexploitatie kunnen wordenuitgevoerd.Om voldoende ruimte te cre?renom de funderingspalen aan tekunnen brengen wordt het spoorin de bouwfase over een lengtevan 170 m tijdelijk 4 m zijdelingsopgeschoven. In de eindsituatievolgt het spoor over circa 800 meen nieuw trac?.V o r m g e v i n gDe vormgeving van het kunst-werk is verzorgd door architect ir.J.A. van Belkum van ARCADIS.Hierbij is overleg gepleegd metJobse (+ Bos architecten te Rot-terdam) en Buro Ruimte & Groente Borsele, zodat het ontwerp zogoed mogelijk voldoet aan de uit-gangspunten zoals vastgelegd inhet landschapsplan en de archi-tectuurnota voor het trac? Wes-terscheldetunnel.Door de intensieve wisselwerkingvan constructeurs en architect is? via een aantal tussenvormen ?het uiteindelijke beeld ontstaan.Stalen portalenOmdat voor de weggebruikervooral de 18 m hoge hangportalenopvallendeelementeninhetland-schap zullen worden, is in plaatsvan verticale, massieve betonnenportalen met een horizontale bo-venbalk, gekozen voor slanke sta-len boogconstructies in een door-gaande vloeiende lijn. De zijkantneigt hierbij naar binnen tot aanhet profiel van vrije ruimte van deautosnelweg.Belangrijk punt was ook de stabi-liteit van het portaal in de lengte-richting van het spoor; reden omde uiteinden van de poten V-vormig te splitsen. In de richtingloodrecht hierop was constructiefweer een kleinere doorsnede mo-gelijk, zodat als totaal een krach-tige lenige vorm ontstond (fig. 4).Uiteindelijk zijn hiermee porta-len verkregen die in een boogvor-3 | Zijaanzichthangtrogbrug4 | Krachtige, lenige vormvan stalen hangportaalC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2002 364mige constructie over de trogbrugheen worden geplaatst in eendoorgaande beweging die in hetlandschap oprijst en weer terug-zakt (fig. 5).Betonnen trogbrugDe vloeiende lijnen van de porta-lenzijnterugtevindenindevormvan de trogbrug (fig. 10).Belangrijk voor de trogbrug is datde afgeronde vorm niet alleen de`tubevorm' benadrukt, maar ookde spanning van de krachten inde enorme overspanning visueelvoelbaar maken. Bovendien isdoor de tubevorm de opgehangentrogbrug een zelfstandiger, losserelement tussen de portalen. Detrogbrug `start' en `landt' in delandhoofden, die een extra accentkrijgen door een naar achterhellend voorvlak (foto 6) en destalen vinnen aan de zijkant diede ronde vorm van de brug nogeven vasthouden en voortzetten(fig. 7). De trog wordt bovendienopgevangen in oplopende zijvleu-gels van de landhoofden.Als detailuitwerking heeft de zij-kant van de trogbrug een alter-nerende tegelstreep in twee tin-ten zeegroen gekregen en is opde landhoofden een rietvormigebaanstructuur in het beton ver-diept aangebracht. Het hekwerkop de trogbrug is in een wittekleur uitgevoerd.Interessant detailelement is ookde lichte draaiing van de hangka-bels die ontstaat door de schuinekruising van portaal en trogbrug.C o n s t r u c t i e v e a s p e c t e nAlgemeenDe berekening van de voorge-spannen enkelsporige hangtrog-brug en de twee voorgespannenkoppelbalken onder de stalenhangportalen is uitgevoerd vol-gens de VBC/VBB 1995, aange-vuld met de NS Richtlijn 1015 [2]en overige aangewezen NS-richt-lijnen uit de 1000-serie.De baanvaksnelheid voor de door-gaande goederentreinen bedraagtmaximaal 40 km/h (lokaal spoor).De huidige gebruiksintensiteitvan het spoor is twee treinen peretmaal. De bovenbouw van hetspoor ligt in ballastbed. In de trog-brug ligt het spoor in een recht-stand. Voor de controle van deconstructie op vermoeiing, is eropgerekenddatdegebruiksinten-siteit in de toekomst kan oplopentot maximaal 30 treinen per et-maal. De in de berekening aange-houden mobiele belasting is eenonbeperkt en willekeurig lange,gelijkmatig verdeelde belastingvan 80 kN/m, in combinatie mettwee groepen van drie puntlastenvan elk 150 kN.Statisch systeem trogliggerDe trogligger is een statisch on-bepaalde ligger, doorgaand overdrie velden: per hoofdligger tweeeindvelden van circa 34,3 m endaartussen een hoofdoverspan-ning van 52,4 m (fig. 8).Het verticale vlak door een hang-portaal staat scheef op de as vande trogbrug: de kruisingshoekbedraagt circa 70?. Dit geldt voorbeidehangportalen.Aandeeindenis de trogligger, onder de hoofd-balken, opgelegd op gewapend-rubberoplegblokken op landhoof-den. De verplaatsingen ten gevol-ge van krimp, kruip en tempera-tuur kunnen hiermee nagenoegkrachtvrij worden gevolgd. Detijdens de bouw opgetreden af-schuifvervormingen van de op-legblokken, als gevolg van de elas-tischeverkortingvandebrugdoorvoorspanning, krimp en eventu-eel gemiddelde temperatuurda-ling, worden bij neutrale tempe-ratuur ge?limineerd door de op-legblokken op de landhoofdenmetbehulpvanvijzelseventeont-lasten. Daarna worden de blokke-ringsstrips met de voorgeschre-venbenodigdespeelruimteophetlandhoofd vastgezet (fig. 9).Koppelbalken onder dehangportalenDe schuine benen van de stalenhangportalen staan op betonnenpoeren,gefundeerdopachtTubex-palen per poer (fig. 10). Als gevolgvan de schuine stand van debenen zullen op deze betonvoe-ten, en op de daaronder gelegenpaalfundering,naarbuitengerich-te horizontale spatkrachten ennaar buiten wegdraaiende koppelswerken.Aangezien de maximaal op tenemenhorizontalespatkrachtvancirca 6000 kN te groot is om doorde palen op te laten nemen, zijn5 | Portalen boventoekomstige situatie alsautosnelweg6 | Gebogen frontmuurlandhoofdfoto: J. Oortwijk, NV Wester-scheldetunnel7 | Stalen vinnen opoplopende zijvleugelslandhoofdC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2002 3 65de poeren aan weerszijden van detrogligger aan elkaar gekoppelddooreenrechthoekigekoppelbalkin voorgespannen beton B 45,breed 3,5 m en hoog 1,5 m.Behalve door de spatkrachten enkoppels, worden de koppelbalkenookbelastdoorhuneigengewichten de wegverkeersbelasting. Aan-gezien de krachtsverdeling alsgevolg van de oplegreacties uit detrogligger, tegengesteld is aan dieals gevolg van de belastingen dooreigen gewicht en wegverkeer, isde keuzevrijheid voor de liggingvan de rechte voorspankabels inde koppelbalken beperkt. Uitein-delijk is gekozen voor de oplos-sing waarbij het zwaartepunt vande voorspanning, acht kabels van27 stuks 7-draadsstrengen ? 15,7mm FeP 1860, samenvalt met hetbovenkernpunt van de beton-doorsnede (fig. 11).Het gemiddelde drukvoorspan-ningsniveau in het beton van dekoppelbalkbedraagt7?8N/mm2.TrogbrugDe trogbrug is uitgevoerd in voor-gespannen beton B 45. In langs-richting is de 124 m lange liggervoorgespannen door tweemaaltien kabels van 27 stuks 7-draads-strengen ? 15,7 mm FeP 1860,resulterend in een gemiddelddrukvoorspanningsniveau van 7? 8 N/mm2. Alle voorspankabelszijn gelegen binnen de doorsnedevandetweetrogbalken.Doordezelangsvoorspanning worden heteigen gewicht, de rustende belas-ting en het grootste deel van degoederenspoorbelasting door mid-del van omhooggerichte krom-mingsdrukken (load balancing)naar de hangkabels en de opleg-blokken op de landhoofden afge-dragen. De hoeveelheid langs-voorspanning is zodanig bepaald,dat de buigtrekspanningen in deuiterste vezels beneden de toe-laatbare waarden blijven, en datde hoofdtrekspanningen in hetbeton in de bruikbaarheidsgrens-toestand de waarde van 0,6 bnietoverschrijden. De bezwijkveilig-heid van de statisch onbepaaldetrogligger ligt dan ruim boven deminimaalvereistewaardevolgensde voorschriften.Per trogbalk en per ophangpuntzijn drie nagenoeg verticale hang-kabels aanwezig. Deze hangka-bels lopen door stalen doorvoeren? 355 mm, die in het zwaartevlakliggen van de trogbalken (fig. 12).De hangkabels zijn binnen de1 2 3 434303430 5240107 ?25-20082 ?25-20062bgls.?20-30062bgls.?20-30034 ?325?2015 ?3262bgls.?20-300-1,500maten hart kabelomhulling5?20-0,300-0,700N.A.P.75075017503251750325450300 70032515004003003004503258003000*600/800stalen kokerbetonvoetN.A.P.as autosnelwegdoorrijhoogte min. 4600+1,214+0,7123,20%+19,303p.p. =-1,30/-1,40200500600500200200R53501500189001570013501350 13501350200 11508 | Statisch systeem in langs-richting (bovenaanzichttrogligger)9 | Oplegcondities trogligger10 | Doorsnede in vlak hang-portaal11 | Doorsnede koppelbalk;ligging voorspankabelslandhoofd hangportaalhangportaal landhoofdniet-geblokkeerde vrijheidsgraadblokkering met voorgeschreven spelingrol-equivalentC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2002 366doorsnede van de trogbalk, aan deonderkant verankerd op nauw-keurig gestelde stalen ankerpla-ten. Bovenaan zijn de trogbalken1,5 m breed. Door de aanwezig-heid van de hangkabeldoorvoerenis de beschikbare ruimte voor delangsvoorspankabelsinditgebiedafgenomen.Voor het opnemen van de dwars-krachten en wringende momen-ten in de uiterste grenstoestandzijn de twee hoofdbalken voor-zien van een viersnedige beugel-wapening.Delaaggelegenrijvloervan de trogligger is zowel indwars- als in langsrichting gewa-pend met betonstaal. Voor hetopnemen van de splijttrekspan-ningen als gevolg van het inleidenvan de geconcentreerde langs-voorspankrachten, is de troglig-ger aan de koppen in dwarsrich-ting voorgespannen.Naastdebekendestatischeonder-delen bij de dimensionering vaneen trogbrug, is voor deze hang-trogbrug nog een aantal bijzon-dere aspecten nader beschouwd,waaronder:? de statische en dynamischedimensionering van de hang-kabels;? een trillingsanalyse voorspoor- en windbelasting(inclusief flutter);? de stabiliteit van de totaleconstructie (hangportalen +trogligger).HangkabelsTer plaatse van de twee hangpor-talen is de trogbrug opgehangenaantweegroepenhangkabels.Perophangpunt zijn 3 BBR-HIAMtuikabelsaanwezig.Elkekabelbe-staat uit een paralleldraadbundelvan 163 voorspandraden ? 7 mmFeP 1670 (fig. 13).De draadbundel is aan het eneeind voorzien van een spanbareHIAM-ankerkop met moer enaan het andere eind van een vast(niet-spanbaar) anker. De bundelis beschermd door HDPE-buizen? 200/164 mm. De paralleldra-den zijn aan de einden in eenconisch verlopende omhullinggevat, die is gevuld met staalko-geltjes omhuld met epoxy. Degeleidelijke spanningsoverdrachtdie hiermee wordt verkregen,staat garant voor een vermoei-ingssterkte van de kabelveranke-ring, gelijk aan een spanningsva-riatie van ten minste 250N/mm2bij 2 . 106wisselingen.De vermoeiingssterkte vande kabel zelf ligt hoger dan 350N/mm2bij 2 . 106wisselingen. Derekenkundig optredende span-ningswisseling door de maxi-male mobiele belasting bedraagt125 N/mm2. Het maatgevendecriterium voor de dimensione-ring van de hangkabels is de stijf-heidseis die wordt gesteld aan debijkomende doorbuiging van debrug door de mobiele spoorbelas-ting (< 1/800van de hoofdover-spanning). De zwaarst belastekabel neemt rekenkundig eenmaximale reactie op van 4500 kN,resulterend in een 2,3-voudigeveiligheid op de gegarandeerdewaarde van de breukkracht van dekabel.De kabels zijn voorzien van eenneopreenomhulling.Verderecor-rosiebescherming wordt verkre-gen door de ruimte tussen kabelsen omhulling te injecteren metgrout. Om scheuren in de grout-omhulling te voorkomen, zijn dekabels pas ge?njecteerd nadat hetballastbed in de trog is aange-bracht en de hangkabels ten ge-volge van de permanente belas-ting hun maximale rek hebbenondergaan. Zowel het blinde an-kerinhethangportaalalshetspan-anker in de inkassing onder in detrogbalk, zijn voorzien van eenthermisch verzinkte, met vet ge-vulde omhulling, die over de ver-ankering wordt gemonteerd. Deinkassingen in de trogbalken zijnafgeslotenmeteenthermischver-zinkt deksel.Trillingsanalyse hangtrogbrugIn de statische berekeningen isde, in de destijds vigerende NS-Richtlijn nr. 1008 (1997) voorge-schreven stootco?ffici?nt voor dehoofdkrachtswerking in langs-richting van het spoor in rekeninggebracht (in dit geval gelijk aan1,1). Nagegaan is of hiermee inafdoendematerekeningisgehou-den met de dynamische invloe-den veroorzaakt door een passe-rende goederentrein. Met behulpvan het eindige-elementenpro-gramma ANSYS is voor de hang-trogbrug een rekenmodel opge-steld, waarmee de eerste drieeigentrillingsvormenvoorbuigingzijn bepaald. De bijbehorendeeigenfrequenties bedragen: 1,8Hz, 2,9 Hz en 3,2 Hz. De dynamicload factor DLF(t) voor een op- enafgaandetreinvolgtdanuitdever-10ankerplaat16hart hangkabels2 3784591:502250R600125385ankerplaatp.e.-buisankermofstaalplaatBBRV vasthoudclipafdekplaatpakkingdraadbundelHiAm compoundvolgplaat(cement grout)paralleldraden afstandhouderp.e.-buiscompoundcorrosieverhinderendestrengen12 | Doorsnede trogbalk terplaatse van hangkabels13 | BBR-HIAM-tuikabelC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2002 3 67houding tussen de passageduur tdvan de hoofdoverspanning, gelijkaan 5 s bij een snelheid van 40km/h, en de eigentrillingstijd vande constructie. Uit het bereke-ningsresultaat (fig. 14) volgde dat,met het in rekening brengen vaneen stootco?ffici?nt van 1,1, hetdynamisch effect als gevolg vaneenpasserendegoederentreinvol-doende is verdisconteerd.Devoornaamsteveroorzakersvanbrugbewegingen door wind zijnde zogenoemde Von Karmanwindwervels. Beweging treedt ge-woonlijk op in de eerste eigentril-lingsvorm voor verticale buiging,bij gematigde windsnelheden totcirca 50 km/h. In het algemeenligt het grootste trillingsprobleembij hang- en tuibruggen met watgrotere overspanningen echter inhetverschijnselflutter.Onderbrug-dekflutter wordt het verschijnselverstaan dat bij windsnelhedendie over het algemeen hogerliggendandiewaarbijalleenbuig-trillingen optreden, torsietrillin-gen (fig. 15) ontstaan die ge-koppeld en in-fase zijn met deverticale buigtrillingen. In Euro-code 1 [3] wordt gesteld dat voorhang- en tuibruggen de kritiekewindsnelheid voor divergentie enflutter door middel van bereke-ning of windtunnelonderzoekmoet worden bepaald. De kritiekewindsnelheid is de snelheid waar-bij de brug a?rodynamisch insta-biel wordt (resonantie en dem-pingsafhankelijke opslingering).Dooreenzekerematevanstroom-lijning van de brugdoorsnede eneen juiste keuze van de buig- entorsiestijfheid van de brug, kan dekritischewindsnelheidvoldoendever boven de heersende wind-snelheden worden uitgetild. Dewaarde van deze kritische wind-snelheid is afhankelijk van:? de verhouding tussen delaagste eigenfrequenties voortorsie en voor verticalebuiging;? de verhouding van de traag-heidsstraal van de brugdoor-snede tot de halve breedte vande brugdoorsnede;? de verhouding tussen de volu-mieke massa van de construc-tie en die van lucht;? een vormfactor.Na berekening van bovenstaandeparameterskandekritischewind-snelheid worden afgelezen uit degrafieken die zijn opgesteld doorKloppel en Thiele [4]. Voor dehangtrogbrug Terneuzen ligtdeze ruim boven 200 km/h. A?ro-dynamische instabiliteit doorflutter zal dus niet optreden.Stabiliteit totale constructie(hangportalen + trogligger)Hetontwerpvandehangtrogbrugis zodanig, dat remkrachten wor-den opgenomen door de gewa-pend-rubberoplegblokken op delandhoofden. Lengteveranderin-gen van de hangtrogbrug doorkrimp,kruipentemperatuurkun-nen aan de brugeinden, gepaardgaand met relatief geringe hori-zontale afschuifkrachten, nage-noeg vrij optreden door afschuif-vervorming van deze oplegblok-ken. Horizontale verplaatsingenvan de brugeinden, groter dan diedoor krimp, kruip, temperatuuren remkrachten, zijn geblokkeerd.Aan de stalen hangportalen is re-kenkundig geen aandeel aan dehorizontale stabiliteit van debrugconstructie als geheel ont-leend: de verbinding van de ko-lomvoeten aan de poeren van defundering is in het rekenmodelals een plaatsvast rotatiescharnieringevoerd. Op de mogelijkheidvan het ontstaan van toevallige in-klemmingsmomenten is bij dedimensionering van hangportaalenpoerenuiteraardwelgerekend.Door de detaillering van de blok-keringen op de landhoofden geldtdat bij virtueel grote horizontaleverplaatsingen van de trogligger,op het ene landhoofd sprake zalzijnvaneenblokkering(eenplaats-vast scharnier) en op het anderelandhoofd van een roloplegging(fig. 16).15 | Torsie-eigentrillings-vorm hangtrogbrug16 | Rekenschema over-allstabiliteit van hang-portalen plus trogligger21.510.50-0.5-10 2 4 6 8 10?DLF(t)? tijd t (s)1.114 | Grafischevoorstellingdynamic loadfactor (DLF)C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2002 368In figuur 17 is schematisch detheoretische uitgangspositie vande systeemlijn ST0van het hang-portaal en de daaraan opgehan-gen trogligger getekend. Punt A0is schematisch het bevestigings-punt van de hangkabels aan detrogbalk. Als gevolg van rem-krachten, gemiddelde tempera-tuurdaling, krimp en kruip, zalhet punt A0horizontaal verplaat-sen. De nieuwe positie van puntA0ligt in A1. De horizontale ver-plaatsing is gelijk aan A.Door deze horizontale verplaat-sing krijgen de hangkabelkrach-ten een ontbondene die loodrechtwerkt op het verticale vlak doorhet betreffende hangportaal. Zo-lang in de hangkabels een trek-kracht aanwezig is, en blijft, zaleen nieuwe stabiele evenwichts-situatie worden ingenomen,waarbij de werklijn van de hang-kabeltrekkrachten door de schar-nierendevoetvanhethangportaalgaat. Deze nieuwe evenwichtssi-tuatie van het hangportaal is doormiddel van de systeemlijn ST1getekend in figuur 17. Door hettweede-ordeeffecttengevolgevanhet eigen gewicht van het hang-portaal,zaldewerkelijkesysteem-lijn theoretisch gelijk zijn aan delijn ST2in figuur 17. Bij het toe-gepaste stalen hangportaal blijktdit tweede-orde effect overigensverwaarloosbaar te zijn.Het hangportaal met voetschar-nieren is dus rotatiestabiel zolangvoorelkemogelijkewaardevandehorizontale verplaatsing Avanhetverankeringspuntvandehang-kabels aan de trogligger, in denieuwe geometrische evenwichts-positie waarbij de werklijn van dekabelkrachten samenvalt met desysteemlijn van het hangportaal,de hangkabels nog steeds ondertrek verkeren. De berekening isals volgt.Eerst wordt de maximaal moge-lijke horizontale verplaatsing Avan het verankeringspunt A uit-gerekend ten gevolge van elasti-sche verkorting, krimp, kruip entemperatuurdaling van de trog-ligger, alsmede ten gevolge vanremkrachteneneentoevalligeini-ti?le bouwfout (scheefstand) vanhet hangportaal (fig. 17). Uit degeometrische verhoudingen volgtdan de horizontale verplaatsingTvan het bevestigingspunt T0van de kabels in het hangportaal.Gegeven het aangenomen laag-gelegen draaipunt van het hang-portaal (punt S in fig. 17), kunnenvervolgens de verticale zakking Vvan het bevestigingspunt T0en deafgenomen lengte van de hang-kabels Lk1worden uitgerekend(tweede-orde theorie). De span-ningsafname in de hangka-bels is dan gelijk aan [(Lk0? Lk1) /Lk0] Ekabels, waarin Lk0gelijk is aande lengte van de hangkabels in deneutrale toestand. Voor de hierbeschreven hangtrogbrug blijktde spanningsafname van de ka-belkrachten bij de maximale hori-zontale verplaatsing, niet meerdan 4% te bedragen. Het hang-portaal is dus rotatiestabiel.Berekening stalen hangportalenDestalenhangportalenzijnkoker-vormige constructies opgebouwduit staalplaat, in de vorm van eenopengebogen haarspeld. De rech-tebenenvandehaarspeldzijnaande onderzijde ingesneden enhaaks op het vlak van het portaaluitgebogen, zodanig dat een A-vormige ondersteuning ontstaat.Elk portaal heeft hierdoor viersteunpunten, waardoor inklem-mingindefunderingspoerennietnoodzakelijk is (zie fig. 4).De hangportalen hebben globaalde volgende afmetingen: lengte20 m, breedte 3 m (maximaal) enhoogte 16,5 m. De doorsnede vande koker varieert over de lengte: 3mbreeden0,6mhoogaandevoeten 1,8 m breed en 1,5 m hoog aande top. De vorm van de construc-tie is zodanig geoptimaliseerd datten gevolge van de belasting eenzo gelijkmatig mogelijk span-ningspatroon optreedt (fig. 18).De inwendig verstijfde kokerszijn opgebouwd uit staalplatenmet een dikte van 30 mm. Alleenter plaatse van de aansluiting vande hangkabels zijn plaatselijk dik-kere platen en dikwandige buizentoegepast.De vaste verankeringen van dehangkabels aan de hangportalenzijn uit het zicht weggewerkt.Voorhetaanbrengenvandehang-kabels zijn afneembare luikenopgenomen, die ook dienen om17 | Over-all rotatiestabili-teit hangportalen bijhorizontale virtueleverplaatsing Avanbevestigingspunt hang-kabel aan trogligger18 | Spanningspatroon instalen portaalC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2002 3 69periodieke inspectie mogelijk temaken.U i t v o e r i n g s a s p e c t e nDe bouwtijd van de trogbrug be-droeg circa 17 maanden. De startvan het werk was in november2000, de oplevering had plaats op1 april 2002. De bouw van de trog-brug bestond voornamelijk uit deonderbouw (twee landhoofden entwee koppelbalken), twee stalenportalen op de koppelbalken ende trogligger. In het navolgendewordtingegaanopondersteuning,bekisting en storten van de trog-ligger.Bekistings- en stortondersteuning(eerste tijdelijke ondersteuning)Voor de bekistings- en storton-dersteuning is gekozen voor pre-fab betonnen heipalen die 5 mboven het maaiveld uitsteken. Opeen stel van twee schoorstaandeheipalen is ??n poer gestort; depoeren zijn geschoord in langs- ofdwarsrichting (foto 19). Er zijn intotaal veertig poeren gemaakt optachtigheipalen450x450mm2en500 x 500 mm2. Op de poeren zijnin langsrichting stalen moerbal-ken HE800A aangebracht, waar-overheen stalen onderslagbalkenHE280Bh.o.h.1,35mzijngelegd.De stortbelasting van de brug be-draagt qrep= 360 kN/m. Om debekisting na het aanbrengen vande voorspanning te kunnen af-latenenverwijderen,iselkemoer-balk opgelegd op zandpotten.De trogbrug heeft een toog van530 mm, waarop de hoogte van depoeren zodanig is aangepast datdehorizontalemoerbalkendetoogzo goed mogelijk volgen (fig. 20).Door elke stalen onderslagbalkeen eigen uitvullingshoogte tegeven, met azob? hout en stalenstrippen, komen deze balken inde gewenste toog te liggen. Hier-op kunnen direct de prefab bekis-tingschotten worden aangebracht.BekistingDe bekisting van de trogbrug isvolledig in prefab schotten aan-geleverd. De vloerbekisting is op-gebouwd uit twee identieke zij-vloerschotten en ??n midden-vloerschot (fig. 21). De zijvloer-schotten bevinden zich onder debalken van de trogbrug. Door hetgrote stortgewicht van de balk isde bekisting opgebouwd uit hogeprefab houten dragers (Peri-liggers). De ronding van de balkis met schenkels gemaakt, die opde houten dragers zijn gemon-teerd.Omdathetstortgewichtvandevloerlagerisdanvandebalken,zijn onder het middenvloerschotlagere prefab houten dragers toe-gepast. De ronding van de vloer iseveneensmetschenkelsgemaakt.Na het stellen van de vloerschot-ten is de prefab buitenwandbe-kisting geplaatst (foto 22). Delengtevandevloerschottenenvande schotten voor de wandbekis-ting is 5,4 m. Hierdoor kondenalle schotten in ??n stramienworden gelegd. De buitenwand-bekisting rust via de prefab hou-ten dragers ook op de stalenonderslagbalken. De ronding vande wand is met schenkels entriplex gemaakt. Het schuine deelvan de wand is uitgevuld met eendriehoek van baddingen, zodattegen de horizontale Peri-liggerseen rechte stalen staander konworden aangebracht. Per schotzijn aan twee staanders schorenbevestigd om de horizontale sta-biliteit van de binnen- en buiten-wandbekisting te waarborgen.Om de horizontale spatkracht opdoorsnede A - A1 21240006*490343092 397150RSS1HB24100/120HB24100/120HB24100/120HB24100/120HB24100/120HB24100/120HB24100/120HB24100/120hartlijnbrug67811801720124040012452319 | Opbouw ondersteuningfoto's : J. Oortwijk, NVWesterscheldetunnel20 | Zijaanzicht opbouwondersteuning21 | Dwarsdoorsnedebekisting22| Vloerschotten enbuitenwandbekistingC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2002 370te nemen is op de stalen onder-slagbalk tegen de staander van debuitenwandbekisting een hoek-lijn gelast. Om te voorkomen datde binnen- en buitenwandbekis-ting tijdens het storten gaan op-drijven, zijn deze door de vloer-bekisting heen aan de stalen on-derslagbalken gekoppeld.Na het plaatsen en stellen van debuitenwandbekisting zijn wape-ningsstaal, voorspanning en koe-lingsbuizen aangebracht. Daarnais de bekisting gesloten door hetplaatsen en stellen van de bin-nenwandbekisting (foto 23). Dezeis met twee centerpennen perstalen staander gekoppeld aan debuitenwandbekisting.StortenDe trogbrug is zonder dilataties ofstortnaden in ??n keer gestort.Het stort bestond uit ongeveer1750 m3beton B 45 en heeft 26uurgeduurd.Wegensdebeperktecapaciteit van de Zeeuws-Vlaam-sche betoncentrales was vooral delogistiek en dus de hoeveelheidbeton per uur de bepalende factorin het stortplan. Vooraf is in over-leg met de betoncentrales gere-kend met een gemiddelde aan-voer van 80 m3/uur. Twee beton-pompen (M44) zijn zo geplaatstdat elk de helft van de trogbrugkon bereiken. Zo is er vanaf beidelandhoofdennaarhetmiddenvande trogbrug gewerkt. De trogbrugis in zestien secties van ongeveer8 m verdeeld. Elke sectie is in tienlagen volledig afgestort alvorens9= 2 m10= 2 m6= 4 m3= 26 m7= 32 m8= 32 m4= 30 m5= 30 m2= 30 m 1= 30 m333333333323 | Binnenwandbekistingfoto: J. Oortwijk, NVWesterscheldetunnel24 | Laagopbouw tijdensstorten25 | Continu stortengedurende 26 uurfoto: Cees van der Kruit, HoekC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2002 3 71met de volgende sectie te begin-nen (fig. 24). Op deze manier isvoorkomen dat het beton langerdan twee uur onaangeroerd bleef.Foto 25 toont het continu storten.KoelingNa het storten zou door te grotetemperatuurverschillen en -ver-anderingen tijdens het verhar-dingsproces scheurvorming kun-nen ontstaan tussen de balken ende vloer van de trogbrug en in debalken zelf. Daarom zijn per balkacht koelingsbuizen (PE ?32)ingestort. Tijdens het storten endrie dagen erna is de trogbruggekoeld met een gesloten water-systeem met een koelunit van 136kW. Hierdoor is de temperatuur-gradi?nt tijdens het verhardings-proces beperkt gehouden en zijnde trekspanningen in het betonlager dan de helft van de aan-wezige treksterkte gehouden. Detemperatuur van het verhardendebeton is gemeten met een aantalingestorte thermokoppels en kongereguleerd worden door middelvan het vergroten van het debietof het verlagen van de ingangs-temperatuur van het koelwater.Om de sterkte van het beton tekunnenberekenenwarendether-mokoppels gekoppeld aan rijp-heidscomputers.Trogondersteuning (tweedetijdelijke ondersteuning)Nadat de trogbrug was gestort isde voorspanning aangebracht.Tijdens voorspannen op eigengewicht is de krachtsverdeling inde lengte van de trogbrug veran-derd van een gelijkmatige q-lastnaar de definitieve situatie, name-lijk vier oplegpunten (landhoof-den en twee ophangpunten). Bijdeze twee ophangpunten moestde trogbrug dus op een tijdelijkeondersteuning komen te rusten,als fase tussen het aanbrengenvan de voorspanning en het op-hangen van de trogbrug aan dehangkabels. Voor deze tweede tij-delijke ondersteuning zijn pertussensteunpunt vier stalen vak-werkliggers op de reeds gemaak-te, en voor dit doel iets aangepas-te, betonnen koppelbalk geplaatst(fig.26).Dezevierstalenvakwerk-liggers moesten een kracht van18700 kN van de trogbrug over-dragen aan de koppelbalk. Op destalen vakwerkliggers zijn vijzelstegen de trogbrug geplaatst. Metdeze vijzels konden gedurendealle fases van het aanbrengen vande voorspanning tot en met hetaanbrengen van de hangkabels,de oplegreacties worden gecon-troleerd en eventuele hoogtecor-recties worden uitgevoerd.T e n s l o t t eInmiddels hangt de trogbrug inde hangkabels en rijdt de trein eroverheen. De tijdens de uitvoe-ring ontstane achterstand op deplanning is door inzet van extramensen en materieel geheel weg-gewerkt, waardoor op 1 april konworden opgeleverd (foto 27). L i t e r a t u u r1 Van Iersel, H.P.J.M., Mast-broek, J.J.E., Wemeijer, G.J.,Hangspoorbrug in Woerden.Cement 1995, nr. 10.2. NS-richtlijn 1015, Uitgangs-punten voor het ontwerp vantrogbruggen.3. Eurocode 1, part 2-4, Actionson structures ? wind actions.4. Kloppel, K., Thiele, F., Modell-versuche im Windkanal zurBemessung von Br?ckengegen die Gefahr windereg-ter Schwingungen. StahlbauHeft 12; dezember 1967.Projectgegevensopdrachtgever:NV Westerscheldetunnel, GoesRailinfrabeheer Regio Zuid, Eindhovenarchitectonisch ontwerp:ARCADIS Architecten, Amersfoortconstructief ontwerp:ARCADIS Infra, Amersfoorthoofdaannemer:Aannemerscombinatie KombinatieMiddelplaat Westerschelde(K.M.W. v.o.f.)onderaannemer:TBI Beton- en Waterbouw HaverkortB.V., Apeldoornleverancier bekisting:Peri B.V., Schijndelleverancier betonspecie:De Hoop Terneuzen B.V., Terneuzenstaaf ?20HE 320BHE 900Bbuis?273*10HE700Bt.p.v. vijzelschotje t=254970+N.A.P.1500-staaf ?20buis?273*10var.44244212249715076076052052070 202705025020397 397 122357162 357 16226 | Zijaanzicht stalenvakwerkligger27 | Hangtrogbrugopgeleverdfoto : Mark Joziasse,NV Westerscheldetunnel
Reacties