Berekeningsnota vo KW 020

Transcriptie

1 AS Berekening Berekeningsnota vo KW 020 Revisie 1.0 Auteur M. van der Woude Controleur A. Gholizadeh Citeertitel abj : KW 020 Constructief ontwerp nvt BL-1C va VRIJGEGEVEN VOOR IMPLEMENTATIE P. VAN OS :00:00 Documentnummer A9GDW-DOC-01465

2 Revisiehistorie Revisie Datum Status Wijzigingen Definitief

3 INHOUDSOPGAVE 1 INLEIDING Doel van dit document Objectbeschrijving Gerelateerde documenten TOELICHTING OP HET CONSTRUCTIEVE ONTWERP Brugdekken Steunpunten Landhoofden GLOBALE TOETSING VAN DE DIMENSIONERING Toetsing brugdek dimensies Toetsing pijlerbalk dimensies Toetsing pijlerkolommen Toetsing paal/poer constructie t.p.v. pijlers en landhoofd... 7 BIJLAGE A: GEOTECHNIEK BIJLAGE B: CONSTRUCTIEVE CONTROLE PIJLER EN LANDHOOFD A9GDW-DOC VO-B-K20-ALG-001 rev. 1.0 i

4 1 INLEIDING 1.1 Doel van dit document Deze berekeningsnota heeft betrekking op het onderdeel SPO 113 Kunstwerken Holendrecht Object Kunstwerk 020 in fase voorontwerp (VO). Doel van dit document is inzage te geven in de constructieve aspecten van dit kunstwerk, één en ander als aanvulling op de meer algemene ontwerpinformatie in de Ontwerpnota van KW 020. Het constructieve ontwerp, beschreven in dit document, maakt deel uit van ontwerppakket WP-08 en draagt bij aan baseline BL-1C. 1.2 Objectbeschrijving In de navolgende hoofdstukken wordt het brugontwerp beschreven in de staat van ontwikkeling geldend aan het einde van de VO-fase; onderdelen van dit ontwerp kunnen in de navolgende DO-fase nog aan wijziging onderhevig zijn. KW 020 bevindt zich nabij de oostelijke deelprojectgrens van IXAS en betreft een lange gekromde fly-over die de toerit vanaf de Muntbergweg aansluit op de A9 in westelijke richting (zie Figuur 1-1). Deze Fly-over wordt uitgevoerd als kokerligger brug. Een geïntegreerde onderslagbalk / pijlerbalk, parallel aan de onderdoor kruisende wegen in het verlengde van de kolommen van KW12, waarbij voor stramien 9 en 10 in verband met uitvoeringstechnische redenen is gekozen voor onderslagbalken welke loodrecht op het dek zijn gesitueerd., zorgt voor de krachtsafdracht naar een enkele kolom. De dekrand verjongt en wordt voorzien van randelement en hekwerk. Het geheel wordt voor wat betreft vorm en materialisatie uitgevoerd conform het Integraal Plan Vormgeving (IPV). De poeren en een gedeelte van de kolom van de pijlers van de laatste vier westelijke assen/ tussensteunpunten staan in het water. De bovenkant van de poer bevindt zich ca. 1,5 m onder de waterlijn. De doorstroombreedte van de watergang is minimaal 5,0 m. KW20 Figuur 1-1: Situatie ter plaatse van KW 020 De fly-over bestaat uit twaalf velden, ieder opgebouwd uit prefab kokerliggers. De constructiehoogte bedraagt 1400 mm. De elf tussensteunpunten van de fly-over bestaan uit pijlerbalken (ca. 3,10 m x 2,15 m), gedragen door ovale draagkolommen (ca. 3,0 m x 1,5 m), gefundeerd op paalpoeren. Op as 4 en 6 bevinden zich geen steunpunten. Figuur 1-2: Assen en kolomstructuur ter plaatse van KW020 A9GDW-DOC VO-B-K20-ALG-001 rev /7

5 1.3 Gerelateerde documenten Verwezen wordt naar de VO-ontwerpnota KW 020 A9GDW-DOC voor een overzicht van de gehanteerde uitgangspunten, geldende eisen en randvoorwaarden en de lijst van bindende documenten. Tevens wordt verwezen naar de engineeringspecificatie Betonnen Kunstwerken (nieuwbouw) A9GDW-DOC voor een overzicht van de belangrijkste (constructieve) eisen uit bindende documenten, normen en richtlijnen. Figuur 1-3: Toekomstige situatie KW 020, gezien vanuit de zuid-oost zijde A9GDW-DOC VO-B-K20-ALG-001 rev /7

6 2 TOELICHTING OP HET CONSTRUCTIEVE ONTWERP Navolgend komen de belangrijkste constructieve aspecten aan de orde: 2.1 Brugdekken De lange gekromde fly-over (KW020) bestaat uit 12 overspanningen. De twaalf overspanningen van ieder brugdek worden vrij opgelegd op de pijlerbalken en landhoofdsloven, waarbij de voegovergangen worden uitgevoerd als buigslappe voegen in combinatie met vingervoegen. De lengten van de overspanningen verschillen onderling sterk, hetgeen met name wordt veroorzaakt door de onderdoor kruisende uitvoeger van de A9 naar de A2 en de onderdoor kruisende A2. De grootste overspanningen (ca. 40,0 m) bevinden zich aan de oostelijke zijde van het kunstwerk. Figuur 2-1: Plattegrond Kw 020: Toekomstige situatie; steunpunten genummerd 1 t/m 15 In de liggers wordt dwarsvoorspanning aangebracht t.b.v. de samenhang van de constructie. De brugdekdelen worden in principe opgebouwd uit prefab voorgespannen kokerliggers met een constructiehoogte van 1400 mm (HGKP1400). De liggerbreedte bedraagt ca mm, met uitzondering van de buitenste kokers die de brugranden vormen; deze hebben een aangepaste vorm van de dwarsdoorsnede: het naar buiten gerichte zijvlak is om esthetische redenen afgeschuind onder een hoek van 40 met de horizontaal. Alle randliggers worden op locatie voorzien van een randelement (Figuur 2-2 waarvan de vormgeving is vastgelegd in het programma van vormgevingseisen. Figuur 2-2:Randelement brugdek KW20 Op de dekken tussen as 12 t/m as 14 wordt een uitvullaag met een variabele dikte toegepast. Dit is nodig om de tordering uit het GWW-model (wegontwerp) op te kunnen vangen. Alle prefab brugdekliggers krijgen een betonkwaliteit van maximaal C90/105 en worden voorgespannen met strengen 150 mm 2 FeP1860; toe te passen uitvullagen hebben minimaal een kwaliteit C30/37. De definitieve betonkwaliteit wordt in DO-fase vastgelegd. A9GDW-DOC VO-B-K20-ALG-001 rev /7

7 De bovenbouw heeft een totale breedte van 11,570 m (excl. randelementen). Zowel de breedte van de liggers als het aantal liggers wordt bepaald door de totale breedte van de bovenbouw. Op het dek is aan zowel de noordzijde als aan de zuidzijde een schampkant aanwezig. Aan de zuidzijde is ruimte gereserveerd voor geleiderail met inspectiepad. Aan de noordzijde is ruimte gereserveerd voor geleiderail, inspectiepad en lichtmast. Tussen de geleiderails is 8,970 m ruimte beschikbaar. Dit betekend dat conform NEN-EN maximaal twee theoretische rijstroken met een breedte van 3,0 m aanwezig kunnen zijn op het dek. De overige ruimte is reststrook. Hierdoor wordt het brugdek belast door maximaal twee laststelsels. Figuur 2-3:Doorsnede brugdek KW20: Indeling brugdek 2.2 Steunpunten De pijlers ter plaatse van de steunpunten 2 t/m 14 bestaan ieder uit een pijlerbalk (omgekeerde T-balk) met afmetingen L x H x B = ca (mm) x 2150 (mm) x 3100 (mm) (ca. 50 m ton, zie 3.2). Deze balken worden gedragen door ovale kolommen met afmetingen van ca. 3,0 m x 1,5 m en een maximale lengte van ca. 14,60 m. De inbouwhoogte t.b.v. de rubber oplegging is 200 mm conform ROK artikel 6.4(6). De pijlerbalken, kolommen en poeren worden monoliet aan elkaar verbonden. Op ca. -6,0 m N.A.P. bevindt zich een waterafsluitende kleilaag, welke voorkomt dat kwelwater in contact kan komen met het polderwater. Voor het realiseren van de fundatie van de laatste vier westelijke assen wordt uitgegaan van een tijdelijke bouwkuip, welke voorlopig wordt voorzien van onderwaterbeton. Alle nieuwe fundaties van de pijlers worden gedragen door prefab voorgespannen palen ca. 400x400 mm 2. Zoals beschreven in hoofdstuk 1.2 staat de voet van de laatste vier assen in het water. Dit geeft voor deze pijlers een grote lengte van de kolommen. In samenhang met de stijging van het verticale alignement van het wegontwerp op de Fly-over (Oostzijde in de richting van Westzijde) en de maatgevende overspanningen van ca. 40,0 m aan beide zijden van de pijler is de pijler op as 11 als maatgevend beschouwd. Daarnaast worden de fundaties van de pijlers op as 9 en 10 gedraaid ten opzichte van de as van de pijlerbalk als gevolg van de onderdoor kruisende weg. De maximale hoek is ca. 90. Hierdoor wordt de fundatie op deze assen ongunstig belast, waardoor ook deze fundaties als maatgevend zijn beschouwd. In Figuur 2-4 is de fundering voor de pijlers weergegeven. A9GDW-DOC VO-B-K20-ALG-001 rev /7

8 Figuur 2-4: Fundering pijlers KW20: Paalconfiguratie Als gevolg van de grote normaalkracht in de kolom is ervoor gekozen de palen P8 t/m P11 in de nabijheid van de kolom te plaatsen. De palen P1 t/m P7 en P12 t/m P18 verzorgen met name de afdracht van de trek- en drukkrachten van de door de horizontale krachten veroorzakende momenten op de fundering. Op basis hiervan zijn de afmetingen van de poer bepaald op ca. 14,5 (m) x 5,0 (m). De hoogte van de poer is bepaald op ca. 2,0 m, zodat voldoende stijfheid ontstaat voor een gelijkmatige verdeling van de belasting over de palen en voor het opnemen van de interne krachten. 2.3 Landhoofden Op as 1 en as 15 bevinden zich de landhoofden van het nieuwe kunstwerk. Deze bestaan uit betonnen sloofbalken op palen en dragen behalve de brugdekken ook de stootplaten. Vanuit economisch oogpunt is gekozen voor in situ beton met minimale betonkwaliteit C30/37 volgens AL-S-KWA-ALG-001. Per landhoofd is voorlopig gekozen voor ca. 18 palen (prefab, voorgespannen, beton C55/65). In het DO vindt mogelijk optimalisatie plaats van de paalconfiguratie. De uitwendige afmetingen van de betonnen sloof zijn ca. 10,5 (m) x 2.5 (m) x 1.5 (m). Voor het verkrijgen van voldoende stijfheid en dientengevolge een gelijkmatige krachtsverdeling over de palen is gekozen voor een poer met een hoogte van ca. 1,5 m en de minimaal vereiste betonkwaliteit C30/37 volgens AL-S-KWA-ALG-001. De frontmuur heeft een hoogte van ca. 1,6 m, vanwege de liggerhoogte van de kokers van 1400 mm en een inbouwhoogte van het rubber oplegblok van 200 mm. De breedte van de frontmuur is bepaald op ca. 900 mm, zodat voldoende ruimte aanwezig is voor het vingervoegprofiel en de oplegging voor de stootplaten. Conform ROK artikel 6.4(6) dient de vrije hoogte tussen onder- en bovenbouw tenminste 200 mm te zijn in verband met de toegankelijkheid voor inspectie. De diepte van deze vrije ruimte tot hart oplegging mag niet groter zijn dan 750 mm. Figuur 2-5:Drsn landhoofd KW20 A9GDW-DOC VO-B-K20-ALG-001 rev /7

9 3 GLOBALE TOETSING VAN DE DIMENSIONERING Vooruitlopend op de meer definitieve constructieve controles in de DO-fase wordt hier het voorliggende VO-ontwerp globaal getoetst op constructieve haalbaarheid. 3.1 Toetsing brugdek dimensies Voor de globale toetsing op constructieve haalbaarheid worden de dimensies van de brugdekliggers ontleend aan de leveranciers-informatie van Haitsma beton; voor overspanningen tot maximaal 40 meter voldoet een liggerhoogte van 1400 mm (10,35 + (150 x (20,0 1,20 / 2) / 8 x 40 2 ) / 1,6) = 20 kn/m 2. De boogstraal van de elementen varieert over de lengte van de Fly-over. In onderstaande Tabel 3-1 zijn de boogstralen per overspanning weergegeven met in nevenstaande Figuur 3-1 de minimale breedte van de HGKP volgens Haitsma beton: Tabel 3-1: Boogstralen dek Veld Boogstraal dek Velden tussen steunpunt 1 t/m 242,9 m 12 Veld tussen steunpunt ,8 m Veld tussen steunpunt Veld tussen steunpunt ,6 m Figuur 3-1:Minimale breedte HGKP bij verschillende boogstralen De minimale straal van het dek is ca. 250 m. Uit de informatie van Haitsma beton volgt bij een overspanning van 40 m en een boogstraal van 250 m een minimale breedte van ca. 1,60 m voor de HGKP-ligger. Figuur 3-2:Minimaal benodigde liggerhoogte in relatie tot aanvangssterkte beton, overspanning en belasting A9GDW-DOC VO-B-K20-ALG-001 rev /7

10 3.2 Toetsing pijlerbalk dimensies Voor de dimensionering van de pijlerbalken is een EEM model gehanteerd van de maatgevende pijler; hieruit zijn de maatgevende doorsnedekrachten in de pijlerbalk en kolommen bepaald en de reacties op de palen. Daarin zijn bovendien de inwendig optredende krachten in de poer inzichtelijk gemaakt. Verwezen wordt naar bijlage A voor meer inhoudelijke info over dit EEM model. Op basis van de interne snedekrachten uit dit model zijn verkennende berekeningen gemaakt om de dimensies van onderstaande doorsnede van de pijlerbalk (prefab) vast te stellen. In de doorsnede wordt voorspanning toegepast. Er is besloten om de pijlerbalk als voorgespannen balk te dimensioneren. De voorspanning wordt dusdanig ontworpen dat tijdens het leggen van de brugliggers 50% van de voorspanning aanwezig is in de pijlerbalk. Vervolgens wordt voor het aanbrengen van de rustende belasting 100% voorspanning aangebracht. In het DO zal dit verder gedetailleerd uit worden gewerkt. Voor de dimensies van de oplegnok is uitgegaan van 750 (mm) x 800 (mm). Op basis van het rapport DO-B-K22-ALG-005 voldoet de doorsnede. Figuur 3-3:Pijlerbalk KW Toetsing pijlerkolommen Uit hetzelfde 3D-model zijn de interne snedekrachten in de kolom bepaald. Op basis van verkennende berekeningen met behulp van het programma IDEA Concrete zijn de dimensies van de kolom vastgesteld op ca. 3,0 x 1,5 m. Figuur 3-4:kolom KW20 1 laag van ca. Ø is benodigd om de interne snedekrachten op te kunnen nemen. Een kolom met afmetingen 3,0 x 1,5 m voldoet. 3.4 Toetsing paal/poer constructie t.p.v. pijlers en landhoofd Uit het 3D model volgen ook de reacties op de palen. De palen worden gefundeerd in de eerste zandlaag vanaf ca. -10,0 m N.A.P. De voorgespannen palen met afmetingen van ca. 400x400 mm 2 voldoen. A9GDW-DOC VO-B-K20-ALG-001 rev /7

11 BIJLAGE A: GEOTECHNIEK BIJLAGE A: Geotechniek 1

12 BIJLAGE A: Geotechniek 2

30 BIJLAGE B: CONSTRUCTIEVE CONTROLE PIJLER EN LANDHOOFD Pijler Algemeen De pijler op as 11 is maatgevend t.a.v. de bepaling van de interne snedekrachten in de kolom. De fundaties van de pijlers op as 9 en 10 zijn gedraaid ten opzichte van de as van de pijlerbalk als gevolg van de onderdoorkruisende weg. De maximale hoek is ca. 72. Hierdoor wordt de fundatie op deze assen ongunstig belast, waardoor deze maatgevend is voor de paalreacties. Op het dek van as 12 t/m 14 is een uitvullaag aanwezig in verband met de verkanting van de weg. De pijler op as 13 is daarom maatgevend voor de interne snedekrachten in de pijlerbalk. Voor het bepalen van bovenstaande maatgevende krachten is één model gemaakt, waarin de maatgevende items zijn opgenomen. Deze bijlage toont enige detailinformatie aangaande dit 3D model, uitgevoerd in Scia Engineer van Nemetschek. Pijler Model De pijlers op de assen 2 t/m 14 zijn gemodelleerd in een 3D raamwerkprogramma, zodat interne snedekrachten in drie richtingen berekend worden. De schematisering volgens onderstaande figuur is aangehouden BIJLAGE B: Constructieve controle pijler en landhoofd 20

31 De pijlerbalk is geschematiseerd als een staaf, waarbij is gerekend met ongescheurd beton (voorgespannen balk). De kolom is geschematiseerd als een staaf, waardoor een punt oplegging ontstaat t.p.v. de pijlerbalk en de poer. Door het aanbrengen van rigid rigid verbindingen wordt t.p.v. de verbinding van de kolom met de pijlerbalk een oplegging met de breedte van de kolom gesimuleerd. Ter plaatse van de verbinding van de kolom met de poer zijn eveneens rigid rigid verbindingen aangebracht, zodat voor het overbrengen van de krachten op de poer de breedte van de kolom is gesimuleerd. Voor de kolom is gerekend met gescheurd beton (E N/mm 2 ). De poer is geschematiseerd als een plaat. Conform NEN-EN artikel is een plaat een element waarvan de kleinste waarde van de breedte of de lengte niet kleiner is dan vijfmaal de totale plaatdikte. De dikte van de plaat is 1500 mm. De breedte van de plaat is ca mm. 5 x 1500 = 7500 mm en is in de orde van grootte van 5000 mm. De keuze voor een plaat is hiermee gerechtvaardigd. Voor de poer is gerekend met gescheurd beton (E N/mm 2 ) Voor de palen is voorlopig uitgegaan van een schoorstand van 10:1. Aan de paalvoeten zijn veren met een waarde kv 150 MN/m1 aangebracht. Tegen de palen is een bedding met een variabele waarde over de hoogte toegepast. Onderstaande belastingen zijn in rekening gebracht: BG. Nr. BG. Naam BG1 EG Pijler BG2 EG Dek BG3 EG Prefab randelementen, schampkanten, geleiderails en lichtmasten BG4 Asfalt BG4a EG Uitvullaag As 12 t/m 14 BG5 Verticale waterdruk op poer BG 6 t/m BG 9 Verkeersbelasting op dek- Belastingsmodel BM1 BG10 en BG 11 Rem- en versnellingskrachten op dek BG 12 t/m BG 15 Centrifugaal- en dwarsbelasting BG16 Temperatuur en hinderkrachten BG17 en BG18 Windbelasting Landhoofd model De landhoofden op de assen 1 en 15 worden gemodelleerd in een 3D raamwerkprogramma, zodat interne snedekrachten in drie richtingen berekend worden. De schematisering volgens onderstaande figuur is aangehouden Het landhoofd is geschematiseerd als een staaf, waarbij is gerekend met gescheurd beton (E N/mm 2 ). Het landhoofd is door middel van dummy staven verbonden met de palen. Ook het bovenste deel van de paal (in de poer) is een dummy staaf. De dummy staven zijn oneindig stijf. Voor de bovenste meter van de paal onder de poer is gerekend met gescheurd beton (E N/mm 2 ), omdat de voorspanning in dit deel van de paal nog niet volledig aanwezig is. Op deze bovenste meter van de paal is tevens geen bedding aangebracht i.v.m. het aanwezige talud dat zich in de directe nabijheid van de voorste palenrij bevindt. Voor de palen is voorlopig een schoorstand van 10:1 aangehouden. Aan de paalvoeten zijn veren met een waarde kv 150 MN/m1 aangebracht. Tegen de palen is een bedding met een variabele waarde over de hoogte aangebracht. BIJLAGE B: Constructieve controle pijler en landhoofd 21

32 Onderstaande belastingen zijn in rekening gebracht: BG BG1 BG2 BG3 BG4 BG5 BG6 BG7 en BG8 BG9 BG10 BG11 en BG12 BG 13 BG14 BG15 Naam EG Landhoofd EG Dek EG Stootplaten EG Prefab randelementen, schampkanten, geleiderails en lichtmasten Asfalt Horizontale grond- en waterdruk Verkeersbelasting op dek- Belastingsmodel BM1 Rem- en versnellingskrachten op dek Temperatuur en hinderkrachten Windbelasting Verkeersbelasting op landhoofden (t.b.v. frontmuur) Verkeersbelasting op stootplaten Rem- en aanzetkrachten op stootplaten BIJLAGE B: Constructieve controle pijler en landhoofd 22