PAO cursus Bestaande Bouw Frank van Dooren. Rijkswaterstaat. Rijkswaterstaat

Transcriptie

1 PAO cursus Bestaande Constructies deel: Stalen Bruggen Frank van Dooren Dienst Infrastructuur Afdeling Staal-, werktuigbouw en installatietechniek Overzicht presentatie Belangrijkste aspecten 8700/8701 Rekenvoorbeeld statische belastingreducties brug Hagestein Vermoeiingsanalyse / versterking orthotrope rijvloer Muiderbrug (A1) Meten is weten! Galecopperbrug (A12) Versterking en tuivervanging brug Ewijk (A50) Versterking Gallecopperbrug (A12) Bebording 2 PAO-cursus Bestaande Bouw Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 1

2 8700; hfst 2: Eisen Zelfde tabel als in NB NEN-EN ; hfst 2: Eisen 4 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 2

3 8700; hfst 2: Eisen Aanvulling: - Voor verkeersbelasting zie ; hfst 3: Beginselen van verificatie en berekeningen op basis van grenstoestanden 6 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 3

4 8700; hfst 4: Basisvariabelen ; Bijlage A2 8 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 4

5 8700; Bijlage A2; belastingfactoren Achtergrond-document: Combinaties NB1990: ; Bijlage A2; belastingfactoren Voorbeeld CC3 afkeur 6.10a blijvende belasting dominant : 1.25*blijvend + 0.8*1.25*verkeer + 0.3*1.5*wind + 0.3*1.3*temp 6.10b Variabele belasting dominant: 1.10*blijvend *verkeer + 0.3*1.5*wind + 0.3*1.3*temp 1.10*blijvend + 0.8*1.25*verkeer + 1.5*wind + 0.3*1.3*temp 1.10*blijvend + 0.8*1.25*verkeer + 0.3*1.5*wind + 1.3*temp 10 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 5

6 8701; hfst 2: Belastingen algemeen ; hfst 4: Belastingen 12 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 6

7 8701; hfst 4: Belastingen 13 Voorbeeld meenemen buitengewone belasting Galecopperbrug A12 Bij renovatie: - Brandbescherming om de tuien - Verbeterde aanrijdbescherming middels H4-barriers 14 PAO-cursus Bestaande Bouw Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 7

8 8701; hfst 5: Verkeersbelastingen op bruggen voor wegverkeer; aanvullende bepalingen Aanvullingen op NEN-EN NB Reductie karakteristieke verkeersbelasting: 1. Reductie voor kortere referentieperiode (BM1 en BM2) 2. Reductie voor beperkte trend in kortere referentieperiode (BM1 en BM2) 3. Reductie voor grote invloedslijnlengten (BM1, α qi en α qr ) 4. a) Reductie voor werkelijk gebruik (BM1 en BM2) b) Reducties voor bebording 8701; ; ; ; bijl. B al opgenomen in NEN-EN NB 5. Reductie voor N obs < (BM1 deels, α Q1,α q1 en α qr ) 6. Reductie voor grote invloedslijnlengten (BM1, Q ik en q ik ) NB NB Let op: NB geeft ook belastingverhogingen voor doelgroepstroken en rijwegen met 3 of meer (theoretische) stroken ; hfst 5: Verkeersbelastingen op bruggen voor wegverkeer; aanvullende bepalingen Alleen voor onderhoud en calamiteit 16 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 8

9 8701; hfst 5: Verkeersbelastingen op bruggen voor wegverkeer; aanvullende bepalingen ; hfst 5: Verkeersbelastingen op bruggen voor wegverkeer; aanvullende bepalingen 18 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 9

10 8701; hfst 5: Verkeersbelastingen op bruggen voor wegverkeer; aanvullende bepalingen ; hfst 5: Verkeersbelastingen op bruggen voor wegverkeer; aanvullende bepalingen 20 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 10

11 8701; hfst 5: Verkeersbelastingen op bruggen voor wegverkeer; aanvullende bepalingen 21 Reductie belasting op basis van aantallen conform NB NEN-EN Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 11

12 Reductie belasting op basis van invloedslijnlengte conform NB NEN-EN Invloedslijnlengte reductie en 8701 A: Invloedslijnlengte afhankelijke reductie gelijkmatig verdeelde verkeersbelasting volgens NEN8701 B: Invloedslijnlengte afhankelijke reductie gelijkmatig verdeelde verkeersbelasting en tandemstellenbelasting volgens NEN-EN NB A*B: mag volgens de 8701, is ook waarschijnlijk realiteit, maar nog niet generiek aangetoond 24 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 12

13 Rekenvoorbeeld brug Hagestein Brug A 2 rijstroken + vluchtstrook Brug B 2 rijstroken + spitsstrook Overspanningen: m h.o.h. geleiderails: 12,25 m Gebruiksduur tot 2050 N obs = Gevolgklasse 3 25 Rekenvoorbeeld brug Hagestein, brug B 26 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 13

14 Rekenvoorbeeld brug , werkelijk gebruik Hagestein, brug B 27 Rekenvoorbeeld brug Hagestein, brug B , werkelijk gebruik 8701, werkelijk gebruik + reducties referentieper., trend en oversp.lengte 28 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 14

15 Rekenvoorbeeld brug Hagestein, brug B Verkeer (q+q) Karakteristiek nieuwbouw KNm KNm Eigen gewicht en rustende belasting Karakteristiek bestaand KNm KNm (-26%) KNm KNm (-24%) KNm KNm (-28%) KNm KNm (-31%) CC3 6.10b nieuw: 1,25 (EG+RB) + 1,5 V CC3 6.10b afkeur: 1,10 (EG+RB) + 1,25 V 29 Vermoeiing Orthotrope rijvloeren PRB Project Renovatie Bruggen 30 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 15

16 PRB : MC contract vaste bruggen ARUP Project Renovatie Bruggen Managing contractor voor engineering en bouwbegeleiding 8 bruggen Instituten voor externe toetsing en verspreiding kennis Raamovereenkomst met 3 aannemers voor uitvoering 31 Project Renovatie Bruggen Scheurtype 1 passtuk in trog 32 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 16

17 Scheurtype 2 aansluiting trog dwarsdrager scheur 33 Scheurtype 3 trog-dekplaat las 34 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 17

18 Scheurtype 4 dekplaatscheur bijlage A model vermoeiingsbelasting staal Aanpassing wielconfiguratie voor de assen A, B en C (meer overeenkomstig praktijk) 36 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 18

19 8701 bijlage A model vermoeiingsbelasting staal Voor 1990 T11O3-3 tijdvakken (ontwikkeling astypen en vrachtwagens) - Vermenigvuldigen met stootfactor 1,1 - Vermenigvuldigen met ontwikkelfactor 20% in 100 jaar (tov jaar 2000) dus reductie voor historie, verzwaring voor toekomst - Aantallen locatie-afhankelijk zelf bepalen T11O3 Meting moerdijk (2008) Totaalgewicht vrachtwagen Gewicht middelste achteras vrachtwagen Meting Moerdijk incl. factoren Nobs=2 E +06 Vrachtwagentype T11O3 komt op de Moerdijk ca keer voor op gemeten vrachtwagens in 1 maand tijd op rechter rijstrook 38 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 19

20 Vermoeiingsanalyse Muiden 39 FEM-model brugdek Muiden 40 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 20

21 Staal + HSB warm asfalt Load axle C 105 KN Asfalt E = 0.5 GPa (30 graden celsius) 2 layers asfalt solids (50mm) Max Hotspot stress : N/mm2 (cold asfalt N/mm2) 41 Staal + HSB gescheurd Load axle C 105 KN Concrete E = 22.5 GPa 2 layers concrete solids (60 mm) Epoxy E = 5 GPa Max Hotspot stress : N/mm2 42 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 21

22 Staal + HSB ongescheurd Load axle C 105 KN Concrete E = 45 GPa 2 layers concrete solids (60 mm) Epoxy E = 5 GPa Max Hotspot stress : N/mm2 (-45 N/mm2 bij HSB 75mm) Wordt nu gebruikt (gescheurd) 43 Invloedslijn 1 wiel as A -45 N/mm2-330 N/mm2 Invloedslijn dekplaatscheur as A 100 KN midden boven trog op warm asfalt, koud asfalt, gescheurd HSB en ongescheurd HSB (HSB 75mm); Herhalen voor 24 andere dwarsposities 44 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 22

23 Effect van passage vrw-type 6 future op spanningen in het dek -56 N/mm2 45 Idem voor trogpasstuk as A en volledige vrw +46 N/mm2 +26 N/mm2 +22 N/mm2 46 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 23

24 Stappenplan vermoeiingsanalyse dek - 3 astypen (A, B en C) met eenheidslasten - 4 modellen (asfalt koud, medium en warm en HSB) - invloedslijnen voor ca. 8 potentiele scheurlocaties in rijrichting voor 25 dwarsposities - Aantallen vrw s per jaar (verleden o.b.v. tellingen; toekomst via extrapolatie) per type vrw verdelen over dwarsposities en (i.g.v. verleden) temperatuurperioden; waar mogelijk/bekend rekening houden met rijspoorverleggingen - Per type vrw (15 verleden, 15 heden, 18 toekomst), as-invloedslijnen samenstellen tot vrw-invloedslijnen rekening houdend met ondergrond, dwarspositie, stoot en trend - Resulterende vrw-invloedslijnen random achter elkaar samenstellen tot jaarspectrum - Rainflow-analyse op het resulterende spectrum + jaarschade-berekening 47 Vermoeiingsclassificaties orthotrope rijvloeren (staan in NB , moet uiteindelijk naar 8703) nieuwbouw 48 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 24

25 Vermoeiingsclassificaties orthotrope rijvloeren (staan in NB , moet uiteindelijk naar 8703) bestaand nieuwbouw hechtlas 49 Vermoeiingsclassificaties orthotrope rijvloeren Verdere informatie: 50 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 25

26 Resultaat bruggen Ewijk, Gallecopper, Beek, Muiden, Kreekrak, Elsloo Na sommatie van historische schade (met asfalt) en toekomstige schade (met HSB, orde lager): 1. Scheuren in dekplaat vanaf 3 mm hoog repareren, daarna met HSB levensduur >=30 jaar 2. Trogpasstukken in historisch en toekomstig zwaar belaste rijstroken vervangen, daarna met HSB levensduur >=30 jaar 3. Scheurvorming in las tussen trog en dekplaat: alle visueel zichtbare schade herstellen, daarna levensduur >=30 jaar (met inspectie) uitgaande van eindscheurlengte <1 m (scheurgroeianalyse) 51 Reparatie dekplaat Gescheurde dekplaat wordt lokaal vervangen door dikkere nieuwe dekplaat (bij grote scheuren) Bij kleine scheuren: gutsen en lassen 52 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 26

27 Vervangen passtuk 1. Verwijderen conservering 2. Aanbrengen kram 3. Verwijderen passtuk 4. Verwijderen afdichtingsschotten 5. Voorbewerken laskanten 6. Aanbrengen backing strips 7. Inlassen passtuk 53 HSB Oorspronkelijk: Epoxy hechtlaag met bauxiet op het stalen dek 3 lagen wapening Ø8-50 (bouwstaalnet) Betonlaag dik 60 mm - Nu: - Epoxy hechtlaag met bauxiet op het stalen dek - Dikte >= 75 mm; 2 lagen Ø (rolwapening) Eisen: -Sterkte -Hechtsterkte -Wapening -Dekking -Duurzaamheid -Scheurvorming -Samenstelling -Verwerkbaarheid -Vlakheid -Stroefheid φ12-75 φ12-75 φ Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 27

28 Meten is weten! Gallecopperbrug Overzicht brug 55 Meetresultaten tuien σ dag σ week σ 3 weken σ min 3 weken σ max 3 weken 56 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 28

29 Meetresultaten hoofdliggers σ dag σ week σ 3 weken G91 G55 G29 σ min 3 weken σ max 3 weken 57 Meetresultaten troggen (onderzijde) σ dag σ week σ 3 weken σ min 3 weken σ max 3 weken 58 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 29

30 Vergelijk gemeten / berekend FLM4 Spanningen bij passage FLM4 wagen N/mm2 NEN-EN NEN8701 bijlage B 59 Schade-afschatting (historisch) huidige trogpasstuk met asfalt Stel alle wisselingen (20000) gedurende de 3 weken >36 N/mm2 gelijk aan 36 N/mm2 (30 jaar lang) n = 52/3 * 30 * 2 E +04 = 10,4 E +06 N = 2 E +6 D = n/n = 5 (grove inschatting) 60 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 30

31 Levensduurafschatting (toekomst) vervangen trogpasstuk (HSB geeft 50% spanningsreductie + vermoeiingsclassificatie van 36 naar 100) Stel alle wisselingen (12) gedurende de 3 weken >35 N/mm2 gelijk aan 40 N/mm2 (30 jaar lang) n = 52/3 * 30 * 10 = 5200 N = ca. 80 E +06 D = n/n = 0 (levensduur > 30 jaar) 61 Meetresultaten troggen binnenzijde trogwand σ dag g147 (trogwand) buitenzijde trogwand g132 σ 3 weken σ min 3 weken σ max 3 weken σ min 3 weken σ max 3 weken 62 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 31

32 Veiligheidsbeoordeling op basis van de metingen 1 Hart hoofdoverspanning Buitenste hoofdligger Berekende spanning agv verkeer volgens NEN-EN1991-2: ca. 300 N/mm 2 63 Veiligheidsbeoordeling op basis van de metingen 2 Hart hoofdoverspanning Buitenste hoofdligger Berekende spanning agv verkeer volgens NEN-EN1991-2: ca. 300 N/mm 2 64 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 32

33 Veiligheidsbeoordeling op basis van de metingen 3 Hart hoofdoverspanning Buitenste hoofdligger Berekende spanning agv verkeer volgens NEN-EN1991-2: ca. 300 N/mm 2 65 Veiligheidsbeoordeling op basis van de metingen 4 Hart hoofdoverspanning Buitenste hoofdligger Berekende spanning agv verkeer volgens NEN-EN1991-2: ca. 300 N/mm 2 Voorspelde spanning agv verkeer volgens meting bij B=3.3 voor een restlevensduur van 15 jaar: ca. 100 N/mm 2 66 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 33

34 Veiligheidsbeoordeling op basis van de metingen 5 Verklaringen verschil: Verkorte referentieperiode (0,96) Trendreductie (0,83) Reserve t.o.v. Nederlandse maatgevende situatie bij Moerdijk (0,80) Opsplitsing verkeer in hoofd- en parallelbaan (hier ca. 0.7) gaat uit van belasting op positieve deel invloedslijn; in maatgevende verkeerssituaties (bij grote bruggen veelal file) zijn positieve en negatieve delen belast (hier ca. 0,95) Werkelijke rijstrookindeling (0,80); resterende delen onbelast Dynamische invloed bij grote invloedslijnen is beperkt, maar zit onafhankelijk daarvan in (<1) 0,96*0,83*0,8*0,7*0,8=0,36 * 300 = 107 N/mm2 67 Dynamische effecten 1 Buitenhoofdligger midden hoofdoverspanning spanning in de onderflens: stootfactor ca. 1,05 68 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 34

35 Dynamische effecten 2!! Opletten met metingen!! Stootfactor ca. 1,5?? Stootfactor ca. 1,3?? 69 Dynamische effecten 2!! Opletten met metingen!! slow truck fast truck 70 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 35

36 Voorbeeld bebording C21 C20 Niet behandeld in 8701: C06 71 Tabel bord C21 voertuiggewichtsbeperking 72 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 36

37 Tabel bord C20 aslastbeperking 73 Voorbeeld Bebording Brug uit 1933, houten dek in 1955 vervangen door gelast stalen dek met bulbs (verschillende typen, verschillende materiaalkwaliteiten) Overspanning bulbs 3080 mm, h.o.h. 340 mm Hoofdliggers en dwarsdragers OK voor CC3 afkeur Bulbs OK? 74 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 37

38 Voorbeeld Bebording 2* 300 KN 9 KN/m2 Resulterende rekenwaarde spanning bulb: 450 N/mm2 Materiaalkwaliteit volgens tekening St 37 uc = Voorbeeld Bebording, terugschalen belasting 4* 171 KN 2* 114 KN, in 2 e veld, voor Mmax steunpunt en of in 3 e veld voor Mmax veld 9 KN/m2 en 0,569*60ton=34 ton 76 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 38

39 Versterking brug Ewijk 77 Samenstelling brug 78 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 39

40 Verbetering dwarskrachtcapaciteit Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 40

41 Vervanging tuien 81 En verder o.a. Vervanging alle opleggingen Vervanging voegovergangen Vijzelen van de brug ter verbetering doorvaarthoogte Bescherming tuien tegen brand H4 keringen ter bescherming tuien en pyloon tegen aanrijding Versterking tuiaansluitingen in de koker Verhogen plooistabiliteit hoofddwarsdragers 82 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 41

42 Versterkingen Galecopperbruggen Versterkingen Galecopperbruggen Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 42

43 Versterkingen Galecopperbruggen Voorspanliggers Project Renovatie Bruggen Versterkingen Galecopperbruggen Voorspanliggers Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 43

44 Versterkingen Galecopperbruggen Koppelliggers tussen bestaande brug en voorspanliggers Momentenlijn in best. brug door voorspanning Voorspan schema Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 44

45 Momentenlijn in best. brug door vijzelen Vijzel schema En verder o.a. Aanpassing van het oplegsysteem + nieuwe opleggingen Vervanging van de trekverankeringen Vervanging voegovergangen Bescherming tuien tegen brand H4 keringen ter bescherming tuien en pyloon tegen aanrijding Verhogen plooistabiliteit hoofddwarsdragers Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 45

46 Einde presentatie Vragen? Artikelen als bijlage: 91 PAO-cursus Bestaande Bouw Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 46