C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbouw52 cement 2008 5De samenwerking tussen hetNederlandse Ministerie vanVerkeer en Waterstaat en hetPoolse Ministerie van Transportdateert van begin jaren negentig.Het betreft voornamelijk kennis-uitwisseling, maar op departe-mentale niveaus zijn er ookenkele gezamenlijke projecten uit-gevoerd. Eind 2006 is een verken-ningsonderzoek gestart naar deeffecten van de invoering van deEurocodes op bruggenbouw. Doelvan dit onderzoek was enerzijdsverschillen in de uitkomsten inbeeld brengen van de ontwerpenconform de nationale en Europesevoorschriften en anderzijds meerinzicht te verschaffen in de syste-matiek van de Eurocodes. Dezeverkenning levert niet alleen inte-ressante resultaten op, maar istevens een voorbeeld van de opko-mende Europese samenwerking.Duidelijk werd ook dat de over-gang naar de Eurocodes in veleopzichten ingrijpend zal zijn. Ditwordt echter ruimschoots gecom-penseerd door het feit dat hetwerken in Europees verband enhet benutten van elkaars kennis,ervaring en capaciteit veel eenvou-diger wordt.O n d e r z o e kVan drie Poolse bruggen zijn bere-keningen gemaakt conform deNederlandse en Europesenormen. Deze resultaten zijn ver-geleken met de resultaten bepaaldvolgens de Poolse normen. Hetgaat om drie recentelijk uitge-voerde bruggen:? een voorgespannen in het werkgestorte betonnen kokerligger-brug;? een samengestelde staal-beton-brug;? een brug in geprefabriceerdvoorgespannen beton.De eerste brug is ontworpen doorTransproject Gdansk, ??n van degrotere Poolse ingenieursbureaus.De engineering van de overigetwee bruggen is onder de verant-woordelijkheid van DHV Polskavoorbereid. Het onderzoek isverder uitgevoerd door Grontmijen begeleid door de BouwdienstRijkswaterstaat.De dekconstructies van de driebruggen zijn conform de Neder-landse voorschriften en de Euro-codes doorgerekend op niveau vandefinitief ontwerp (principe detailsinbegrepen). Daarbij zijn ondermeer de volgende uitgangspuntengehanteerd:? het pakket Eurocodes dat eind2006 geldig was, wordt aange-houden;? de in de Eurocode aanbevolenparameters zijn van toepassing;? voor de Nederlandse voorschrif-ten vormen de VBB en de VBCde basis;? zowel de ROBK (RichtlijnenRijkswaterstaat) als de NENPraktijkvoorbeelden PolenOntwerpen van bruggenconform Eurocode 2ir. H. Nosewicz, Rijkswaterstaat Bouwdienstir. W.H. Zwart en ing. J. Blitterswijk, Grontmij I&MHoe groot is de impact van de invoering van de nieuwe Europese voorschriftenop de ontwerppraktijk van betonnen bruggen? Zijn er grote verschillen tussende Eurocodes en de oude nationale voorschriften? Zal het materiaalgebruik bijbrugconstructies gaan toenemen? Dit soort vragen heeft de basis gevormdvan een verkenningsonderzoek dat recent werd opgedragen door Rijkswater-staat en GDDKiA, de Poolse Generale Directie van Nationale Wegen.1000 44200 54000 44200 100014440027000 270002100060006200200001900014000800011000 1100025000 223002500022300veld voorspanning 2 kabelsveld voorspanning 2 kabelsvoorspanning2x 6 kabels1steunpunts voorspanning 2x 2 kabelssteunpunts voorspanning 2x 2 kabels2 3 4doorgaande1 |LangsdoorsnedekokerliggerbrugC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbouwcement 2008 5 536706 (TGB 1990 ? Verkeersbe-lastingen op bruggen) wordtbuiten beschouwing gelaten.Naast het vergelijken van de bere-kingsreultaten van de driebruggen is een deel van hetrapport gewijd aan de algemenevergelijking van de Nederlandsebetonvoorschriften (de VBB enVBC) en Eurocode 2. Geprobeerdis voor de diverse basisgevallenzoals druk, trek, buiging, afschui-ving en scheurvorming de moge-lijke oorzaak van gevonden ver-schillen te verklaren. Enkelevoorbeeldberekeningen van basis-gevallen, conform Eurocode 2,verschaffen duidelijkheid over hethanteren van de nieuwe regels.De goede uitvoering van ditproject was afhankelijk van desamenwerking met en de inzetvan onze Poolse collega's. De pret-tige contacten en openhartige ont-moetingen vormden een goedebasis voor de samenwerking enleverden interessante discussiesop.G e s e l e c t e e r d e b r u g g e nVan de bruggen zijn diverse bere-keningen gemaakt op basis van detekeningen van vorm en wape-ning en materiaalkwaliteiten.KokerliggerbrugDe in het werk voorgespannenkokerliggerbrug, die bestaat uit11250 700 11250 700200122502002300 1000 5650 1000 2300245287831223000160080026900700700200 12250 2002300100056501000230030002878as autosnelwegverstijvingsschot tpvoplegblokken dik 600mmas zuidelijkekokerliggerbrugasfalt dik 100mmas noordelijkekokerliggerbrugasfalt dik 100mmbetondoorsnede tpv veldvoorspanning niet getekendvoorspanning niet getekendbetondoorsnede tpv tussensteunpuntR=39810800210020038003800200700350 1550 3500 3500 1550 3505015001750175017501750150050132040040002600400132041142810800210020038003800200700400 35050155035001500150050132040040002600400132015002000700115012611275240795286603150010001000104201150 2000380380398700380380-0.415-0.415 -0.435-0.734-1.710-0.719-1.710-0.435+0.116-0.3550.000 = peil-0.435+0.131-0.395-0.855principe doorsnede dekdoorsnede t.p.v. as 1 en as 32 |Dwarsdoorsnede koker-liggerbrug bij oplegging(links) en in middenoverspanning (rechts)3 |Dwarsdoorsnede staal-betonbrug bij oplegging(boven) en in middenoverspanning (onder)C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbouw54 cement 2008 5twee gelijke brugdekken naastelkaar (een `tweelingbrug'), heeftdrie overspanningen: een midden-overspanning van 54,0 m en tweeeindvelden van 44,2 m. De uit-wendige afmetingen van de kokerzijn constant over de lengte vande brug. De dikte van de wandenen de onderplaat vari?ert (fig. 1).Staal-betonbrugDe staal-betonbrug heeft tweegelijke overspanningen van 32,0m. De totale lengte van het dek is65,0 m. De dekconstructie is opge-bouwd uit twee stalen hoofdlig-gers h.o.h. 7,0 m en elke 4,0 meen stalen dwarsdrager (fig. 3). Dehoogte van de hoofdliggers is overde gehele lengte 1275 mm; dehoogte van de dwarsdragers ismaximaal 440 mm. Het ter plaatsegestorte gewapend betonnen dek,dat met stalen deuvels aan dehoofdliggers en de dwarsdragersis verbonden, heeft een dikte van250 mm. Deze brug is gereali-seerd met een opgelegde zettingvan het middensteunpunt van 335mm, met het oog op de reductievan trekspanningen in de beton-flens boven het middensteunpunt.Prefab-betonbrugDe prefab-betonbrug, opgebouwduit drie overspanningen, heefteindvelden met een lengte van20,9 m en een middenveld van27,6 m. Het dek bestaat uit gepre-fabriceerde voorgespannen liggersmet een 240 mm dikke, in hetwerk gestorte druklaag (fig. 4). Terplaatse van de ondersteuningen iseen in het werk gestorte dwars-balk aangebracht, zodat sprake isvan een statisch onbepaalde con-structie in langsrichting (fig. 5).De liggers zijn ter plaatse van deeindoverspanningen 900 mmhoog (liggertype T21) en van demiddenoverspanning 1100 mm(liggertype T27).De uitkomsten van de diverseberekeningen zijn in tabelvorm inbeeld gebracht. Daarbij is gebruik-gemaakt van Unity Checks, zodatde berekeningsresultaten volgensde drie voorschriften goed te ver-gelijken zijn. Tabel 1 geeft eenvoorbeeld van de in het rapportgepresenteerde resultaten.B e l a n g r i j k s t e r e s u l t a t e ne n c o n c l u s i e sHet invoeren van de EC zal op eenaantal aspecten tot veranderingenleiden. Voor zover begrepen zijnde veranderingen in Polen watgroter dan in Nederland, hoeweldit niet direct tot meer materiaal-gebruik en zwaardere constructieszal leiden. Voor de Nederlandsepraktijk, die in de loop der jarensteeds meer is geharmoniseerdmet de in de EC gehanteerde prin-cipes van het Limit State Design,betekent dit wel een aanpassing opeen aantal specifieke aspecten,maar niet of nauwelijks op dehoofdzaken ervan.Opvallende veranderingen zijn teconstateren bij de volgende onder-werpen:Veranderlijke belastingenVooral voor vermoeiing, en devoorgeschreven belastingfactorenmet de reductiefactoren.De methode voor de bepaling van dedwarskracht- en ponscapaciteitIndien de belasting groter is dan23006600900350175020033003300200700470102010201020102010201020102010204709100750980011002401054 %isolatielaag dik 5asfalt dik 1002 %3 %as rijbaan-1.517+0.107-0.105+0.080-0.060+0.066+0.000+0.26821900950 950134024011009001140240+96.8184 |Dwarsdoorsnede prefab-betonbrug5 |Oplegdetail ter plaatsegestorte dwarsbalkC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbouwcement 2008 5 55het aandeel dat door de beton-doorsnede kan worden geleverd,vervalt het betonaandeel en moetalle dwarskracht door wapeningworden opgenomen. Als compen-satie geldt daarbij de groteredraagcapaciteit van de beugels.Door een flauwere helling van dedrukdiagonaal aan te nemenkunnen meer beugels wordenmeegerekend. Bij controle van descheurwijdte en vermoeiing kandaardoor de staalspanning respec-tievelijk de wisseling in de staal-spanningen groter zijn.Het controleren van de scheurwijdteVoor de controle van de scheur-wijdte kan de quasi-permanenteof frequente belastingcombinatieworden aangehouden en hoeftniet te worden gerekend met demaximale karakteristieke belas-tingcombinatie.Controleberekening op vermoeiingVerschillende belastingmodellenzijn omschreven, daarbij ook declassificatie van wegen endaarmee samenhangend de tehanteren aantallen en laststelsel-typen. Kortom, een ruim aanbodvan mogelijkheden. Echterformeel gezien moeten voorbetonnen bruggen nog enkeleaanvullingen worden gegeven.Nadere bepalingen en parametersmoeten nog worden vastgesteld.Noodzaak om met vermoeiiing terekenenIn Polen wordt het in geval vanbetonnen verkeersbruggen tot opheden nog niet nodig geacht metvermoeiing te rekenen.De resultaten van de nog in uit-voering zijnde kalibratiebereke-ningen worden verwerkt in de perland vast te stellen NAD's enzullen nu gevonden verschillenkunnen nivelleren of althans be?n-vloeden.O p v a l l e n d e r e k e n -t e c h n i s c h e a s p e c t e nKokerliggerbrugBij de toetsing van de dwarskrachtin het eindveld blijkt de dwars-krachtcapaciteit niet voldoende(Unity Check maximaal 1,07). Hetgrotere aandeel in de dwarskracht-capaciteit van de beugels, door defb(o/oo)(N/mm?)1,75 3,50fcd455y(N/mm?)22,5 25 32,5NEN (VBC)fyd=fyk/s=435k.fyk/s=1.05x435=4572,175y(0/00)Tabel 1 | Vergelijking EC2, VBB/VBC en Poolse NormEurocode VBB / VBC PN-85/S-10030eenheid toegepast toegestaan UC toegepast toegestaan UC toegepast toegestaan UClangsrichting dekveldmoment, eindveld Md [kNm] 86853 108611 0,80 86248 110052 0,78 90404 *151458 0,60veldmoment, middenveld Md [kNm] 72339 149248 0,49 65149 149248 0,44 87781 *207206 0,42steunpuntsmoment Md [kNm] -117328 -182703 0,64 -126149 -182703 0,69 -114262 *228836 0,50dwarskrachtwapening dekbij landhoofd Vd [kN] 8233 8423 0,98 7430 21500 0,35 10031 11270 0,89eindveld (dunne doorsnede) Vd [kN] 9204 8605 1,07 8274 14605 0,57 7861 8832 0,89middenveld (dunne doorsnede) Vd [kN] 9029 9027 1,00 7627 14605 0,52 9518 10570 0,90bij steunpunt Vd [kN] 18067 16907 1,07 18003 22110 0,81 14507 16110 0,90wringwapening dekeindveld Td [kNm ] 7058 8504 0,83 5369 8013 0,67 6739 6739 1,00middenveld Td [kNm ] 6217 6217 1,00 4719 7373 0,64 6791 6791 1,00bij steunpunt Td [kNm ] 8211 10264 0,80 6075 9067 0,67 3852 3852 1,00dwarsrichting dekveldmoment in dek (bovenflens) Md [kNm/m] 165 258 0,64 133 260 0,51 212 223 0,95steunpuntsmoment in dek (bovenflens) Md [kNm/m] 215 224 0,96 192 223 0,86 264 455 0,58dwarskracht in dek (bovenflens) Vd [kN/m] 290 1813 0,16 --- --- --- --- --- ---pons in dek (bovenflens) Vd [kN/m] 1620 2382 0,68 --- --- --- --- --- ---* volgens Poolse norm moet het vloeimoment 2 x zo groot zijn als het moment veroorzaakt door karakteristieke belastingcombinatie6 |Vergelijking spanning-rekdiagramC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbouw56 cement 2008 5flauwere helling van de drukdia-gonaal, blijkt het wegvallen van debetoncontributie, inclusief de ver-hoging ervan door de voorspan-ning niet geheel te compenseren.Een bijkomend nadeel is dat ookbij de toetsing van de scheur-wijdte van de beugels het beton-aandeel niet kan worden meege-nomen, waardoor moet wordengerekend met hogere staalspan-ningen en de scheurwijdtetoetsvan beugels eerder kritisch wordt.Een ander probleem vormt descheurwijdte-eis voor doorsnedenmet voorspanning, ingeval dat devoorspanelementen in de druk-zone moeten zijn gepositioneerd.De afstand moet minstens 100mm vanaf de rand bedragen.Prefab-betonbrugIn het algemeen wordt gevondendat de constructie ruimschootsvoldoet aan de eisen van Eurocode2 (Unity Checks tussen 0,38 en0,98). Een punt is wel dat bij toe-passing van voorspanning metaanhechting en voorgerekt staal(langebanksystemen), de vereisteverankeringslengte volgens deEurocode veel groter is. Dit houdtin dat de bijdrage van de voor-spanning in het betonaandeel bijdwarskracht ook gereduceerd is.De krachtsverdeling in deze con-structie wordt overheerst door hetgedrag van de voorgespannenprefab liggers, die onder invloedvan de kruip na het momentvastverbinden onderhevig zijn aanopbuiging. Er ontstaat een tijdsaf-Fd Fdqd qdECNEN160014001200100080060040020000 200 400 600 800 1000 1200buigend moment Mdor Med(kNm)ponskrachtFdorVed(kN)Tabel 2 | Vergelijking belastingen en belastingfactorenalgemeen symbool brugbreedte 3 mbrugbreedte 3 [m]enkele overspanning 10 20 30 40constructiehoogte (i.e. dek) 0,5 0,8 1,05 1,4VBB/VBCM blijvende belastingen 469 3000 8859 21000M uniform verkeersbelasting q 12 150 600 1350 2400M verkeersassen P 600 990 2610 4275 6000M verkeer totaal 1140 3210 5625 8400M verkeer kritiek 1140 3210 5625 8400dynamische factor S 1,15 1,17 1,18 1,16overspanningslengte factor B 0,96 0,93 0,91 0,89dynamische overspanningslengte factor C 1,10 1,09 1,07 1,03M verkeer x C 1258 3495 6003 8655* belastingsfactor 1,5 1888 5243 9005 12982EurocodeM uniform belastingen q 27 338 1350 3038 5400M aslasten P 600 1350 3000 4500 6000M verkeer 1688 4350 7538 11400* belastingsfactor 1,35 2278 5873 10176 15390Poolse norm PNM uniform belastingen q 12 150 600 1350 2400M aslasten P 800 1500 4000 6000 8000M verkeer 1650 4600 7350 10400dynamische factor 1,35 1,30 1,25 1,20 1,15M verkeer x 2100 5600 8550 11600* belastingsfactor 1,5 3150 8400 12825 174007 |Vereiste beugelwapeningvolgens VBC (a) en vol-gens Eurocode (b)8 | Vergelijking Eurocode-VBC op ponsC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbouwcement 2008 5 57hankelijke krachtsverdeling, waar-door de gevonden resultaten nieteenvoudig te vergelijken en tewaarderen zijn.Staal-betonbrugDeze brug bleek te zijn ontworpenvoor een lagere belastingklasse B,terwijl in Polen klasse A voor dezwaarste categorie is voorgeschre-ven. Toetsing conform Eurocode 2en Eurocode 4 leverde het vol-gende resultaat op:? De langs- en dwarswapeningvan het betondek blijkt in deUGT niet te voldoen (UnityChecks berekend voor klasse Avan 1,10 ? 1,15 zijn wel verge-lijkbaar met die van de Euro-code). In de BGT blijkt de wape-ning van het dek wel te voldoenaan de scheurwijdte eisen.? Tevens voldoet het betondekniet op dwarskracht (UnityChecks tussen 1,73 en 2,14),wat voor het ontwerp conformde Eurocodes niet zonder gevol-gen zou blijven (dwarskrachtwa-pening of een grotere dikte dekmet alle consequenties vandien).? Bij toetsing van de vermoeiingblijkt de brug op een aantalpunten niet te voldoen. Ditgeldt voor de staalspanningenin de onderwapening van hetdek, zowel in dwars- als inlangsrichting, en de betondruk-spanningen in langsrichting terplaatse van het maximale veld-moment.? Het effect van de opgelegdezetting ter plaatse van het mid-densteunpunt wordt volgens dePoolse normen voor een aan-zienlijk geringer deel in reke-ning gebracht dan volgens deEurocode is toegestaan.V e r g e l i j k i n g b e l a s t i n g e ne n b e l a s t i n g f a c t o r e nTabel 2 toont enkele resultatenvoor een brugbreedte van circa 3m. Het vergelijken van de somvan de langsmomenten geeft ingeval van bredere brugdekken diein dwarsrichting slap zijn, geeninzicht in de dwarsverdeling vande langsmomenten. Lokaalkunnen de momenten aanzienlijkgroter zijn dan het gemiddelde,vooral in geval van in dwarsrich-ting excentrische standen vanzware laststelsels. De Poolse normkent een zwaar tandem laststelselvan vier assen van 200 kN metasafstanden van 1,2 m h.o.h.A l g e m e n e v e r g e l i j k i n gE C ? V B B / V B CSterkteberekeningen van brugdoor-sneden belast op normaalkracht enof buigingVergelijking van de berekeningenvoor de krachtsgevallen normaal-kracht en buiging, i.e. de span-ning-rekdiagrammen, levertslechts marginale kwantitatieveverschillen op (fig. 6). In het gevaldat in de uiterste grenstoestandhet wapeningsstaal in de door-snede maatgevend is, ontstaat bijde EC een voordeel omdat debelastingfactor lager is (1,35 i.p.v.1,5). Echter dit voordeel wordtteniet gedaan door de zwaardereveranderlijke belasting. Ingeval debetondruksterkte maatgevend is,geldt bij de EC het nadeel van delagere cilindersterkte en de factorvoor de langeduursterkte en dehogere veranderlijke belasting; inhet voordeel werken de lageremateriaalfactor en de lagere belas-tingfactoren.Berekening doorsneden op dwars-krachtHet wegvallen van de bijdrage vande betondoorsnede en de flauwerehelling van de drukdiagonaal zijnreeds genoemd en betekenen voorde VBC-gebruiker een aanpassingin het ontwerpen om rekeningmee te houden.Daarnaast wordt de berekeningvan directe belastingafdracht vanbelastingen in de nabijheid vanopleggingen op een consistenterewijze uitgevoerd volgens de EC. Inde VBC kan in zo'n situatie wor-den gerekend met een verhoogdebijdrage van het betonaandeel vande dwarskrachtcapaciteit, terwijlin de EC gerekend mag wordenmet een reductie van de betref-fende belasting (fig. 7).PonsHoewel de maximale rekenwaardevoor ponsspanningen kleiner is invergelijkbare gevallen, kan de inde berekening te brengen perife-rie groter worden aangehouden endit resulteert in een grotereponscapaciteit bij excentrischebelasting (fig. 8).ScheurwijdteHier zijn op detail niveauverschil-len te constateren tussen EC enVBC. Voor de constructeur, diezich realiseert dat de spreiding vanwerkelijke scheurwijdten grootkan zijn, is het een voordeel datweer aan scheurwijdten kan wor-den gerekend. Volgens de Euro-code 2 kan worden getoetst op defrequente of quasi-permanentebelastingcombinatie in plaats vanop de karakteristieke belasting-combinatie. Bij gelijkblijvendescheurwijdte-eisen betekent diteen aanzienlijk minder zware eis.VermoeiingAan de belastingzijde van de bere-keningen is een ruime keus temaken in verkeerscategorie?nvoor wegen, belastingmodellen,laststelseltypen en aan te houdenfrequenties van voorkomen vanbelastingen. Formeel is toetsingvan de betonspanningen nog nietmogelijk of althans niet eenduidigvastgelegd. De toetsing van destaalspanningen is met een ver-eenvoudigde methode wel vastge-legd. Echter kunnen de daarbijaangegeven factoren, in geval vankleine overspanningen, waar deinvloed van het eigengewichtgering is, ertoe leiden dat debelastingcombinatie vermoeiingsterk maatgevend wordt.Aan de materiaalzijde zijn duide-lijke grenzen aangegeven voor degrootte van de spanningsvariaties(ook voor staal met onbelastelassen c.q. puntlassen). n