PAO cursus Bestaande Constructies deel: Stalen Bruggen Frank van Dooren Dienst Infrastructuur Afdeling Staal-, werktuigbouw en installatietechniek 06-53960703 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 04-12-2012 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 1
8700; hfst 2: Eisen Zelfde tabel als in NB NEN-EN1990 3 8700; hfst 2: Eisen 4 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 2
8700; hfst 2: Eisen Aanvulling: - Voor verkeersbelasting zie 8701 5 8700; hfst 3: Beginselen van verificatie en berekeningen op basis van grenstoestanden 6 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 3
8700; hfst 4: Basisvariabelen 7 8700; Bijlage A2 8 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 4
8700; Bijlage A2; belastingfactoren Achtergrond-document: Combinaties NB1990: 9 8700; 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 + 1.25*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
8701; hfst 2: Belastingen algemeen 11 8701; hfst 4: Belastingen 12 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 6
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 04-12-2012 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 7
8701; hfst 5: Verkeersbelastingen op bruggen voor wegverkeer; aanvullende bepalingen Aanvullingen op NEN-EN1991-2+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;5.1.2 8701;5.1.3 8701;5.1.4 8701;5.1.5 8701 bijl. B al opgenomen in NEN-EN1991-2+NB 5. Reductie voor N obs < 2.000.000 (BM1 deels, α Q1,α q1 en α qr ) 6. Reductie voor grote invloedslijnlengten (BM1, Q ik en q ik ) NB1991-2 NB1991-2 Let op: 1991-2+NB geeft ook belastingverhogingen voor doelgroepstroken en rijwegen met 3 of meer (theoretische) stroken 15 8701; hfst 5: Verkeersbelastingen op bruggen voor wegverkeer; aanvullende bepalingen Alleen voor onderhoud en calamiteit 16 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 8
8701; hfst 5: Verkeersbelastingen op bruggen voor wegverkeer; aanvullende bepalingen 17 8701; hfst 5: Verkeersbelastingen op bruggen voor wegverkeer; aanvullende bepalingen 18 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 9
8701; hfst 5: Verkeersbelastingen op bruggen voor wegverkeer; aanvullende bepalingen 19 8701; hfst 5: Verkeersbelastingen op bruggen voor wegverkeer; aanvullende bepalingen 20 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 10
8701; hfst 5: Verkeersbelastingen op bruggen voor wegverkeer; aanvullende bepalingen 21 Reductie belasting op basis van aantallen conform NB NEN-EN1991-2 22 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 11
Reductie belasting op basis van invloedslijnlengte conform NB NEN-EN1991-2 23 Invloedslijnlengte reductie 1991-2 en 8701 A: Invloedslijnlengte afhankelijke reductie gelijkmatig verdeelde verkeersbelasting volgens NEN8701 B: Invloedslijnlengte afhankelijke reductie gelijkmatig verdeelde verkeersbelasting en tandemstellenbelasting volgens NEN-EN1991-2 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
Rekenvoorbeeld brug Hagestein Brug A 2 rijstroken + vluchtstrook Brug B 2 rijstroken + spitsstrook Overspanningen: 93-162-93 m h.o.h. geleiderails: 12,25 m Gebruiksduur tot 2050 N obs =2.000.000 Gevolgklasse 3 25 Rekenvoorbeeld brug 1991-2 Hagestein, brug B 26 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 13
Rekenvoorbeeld brug 1991-2 8701, werkelijk gebruik Hagestein, brug B 27 Rekenvoorbeeld brug Hagestein, brug B 1991-2 8701, werkelijk gebruik 8701, werkelijk gebruik + reducties referentieper., trend en oversp.lengte 28 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 14
Rekenvoorbeeld brug Hagestein, brug B Verkeer (q+q) Karakteristiek nieuwbouw -83750 KNm +27750 KNm Eigen gewicht en rustende belasting Karakteristiek bestaand -108925 KNm -80740 KNm (-26%) +74380 KNm +56220 KNm (-24%) -268075 KNm -193050 KNm (-28%) +146250 KNm +100800 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
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 30-11-2012 Scheurtype 1 passtuk in trog 32 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 16
Scheurtype 2 aansluiting trog dwarsdrager scheur 33 Scheurtype 3 trog-dekplaat las 34 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 17
Scheurtype 4 dekplaatscheur 35 8701 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
8701 bijlage A model vermoeiingsbelasting staal 1990-2010 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 37 50000 83000 35000 T11O3 Meting moerdijk (2008) 15000 Totaalgewicht vrachtwagen 50000 35000 83000 Gewicht middelste achteras vrachtwagen 15000 - Meting Moerdijk 2008-8701 incl. factoren - 1991-2 Nobs=2 E +06 Vrachtwagentype T11O3 komt op de Moerdijk ca. 100.000 keer voor op 200.000 gemeten vrachtwagens in 1 maand tijd op rechter rijstrook 38 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 19
Vermoeiingsanalyse Muiden 39 FEM-model brugdek Muiden 40 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 20
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 : -330.1 N/mm2 (cold asfalt -121.5 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 : -70.5 N/mm2 42 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 21
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 : -58.2 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
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
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 1993-2, moet uiteindelijk naar 8703) nieuwbouw 48 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 24
Vermoeiingsclassificaties orthotrope rijvloeren (staan in NB 1993-2, moet uiteindelijk naar 8703) bestaand nieuwbouw hechtlas 49 Vermoeiingsclassificaties orthotrope rijvloeren Verdere informatie: 50 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 25
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
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 12 75 (rolwapening) 20 24 16 60 Eisen: -Sterkte -Hechtsterkte -Wapening -Dekking -Duurzaamheid -Scheurvorming -Samenstelling -Verwerkbaarheid -Vlakheid -Stroefheid φ12-75 φ12-75 φ8-500 20 60 10 75 54 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 27
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
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
Vergelijk gemeten / berekend FLM4 Spanningen bij passage FLM4 wagen 3 102 N/mm2 NEN-EN1991-2 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
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
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
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
Veiligheidsbeoordeling op basis van de metingen 5 Verklaringen verschil: Verkorte referentieperiode (0,96) Trendreductie (0,83) Reserve 1991-2 t.o.v. Nederlandse maatgevende situatie bij Moerdijk (0,80) Opsplitsing verkeer in hoofd- en parallelbaan (hier ca. 0.7) 1991-2 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 1991-2 (<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
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
Voorbeeld bebording C21 C20 Niet behandeld in 8701: C06 71 Tabel bord C21 voertuiggewichtsbeperking 72 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 36
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
Voorbeeld Bebording 2* 300 KN 9 KN/m2 Resulterende rekenwaarde spanning bulb: 450 N/mm2 Materiaalkwaliteit volgens tekening St 37 uc = 1.91 75 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
Versterking brug Ewijk 77 Samenstelling brug 78 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 39
Verbetering dwarskrachtcapaciteit 79 80 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 40
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
Versterkingen Galecopperbruggen 83 04-12-2012 Versterkingen Galecopperbruggen 84 04-12-2012 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 42
Versterkingen Galecopperbruggen Voorspanliggers 85 85 Project Renovatie Bruggen 30-11-2012 Versterkingen Galecopperbruggen Voorspanliggers 86 04-12-2012 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 43
Versterkingen Galecopperbruggen Koppelliggers tussen bestaande brug en voorspanliggers 87 04-12-2012 Momentenlijn in best. brug door voorspanning Voorspan schema 88 04-12-2012 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 44
Momentenlijn in best. brug door vijzelen Vijzel schema 89 04-12-2012 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 90 04-12-2012 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 45
Einde presentatie Vragen? Artikelen als bijlage: 91 PAO-cursus Bestaande Bouw 04-12-2012 Stalen Bruggen, Frank van Dooren, RWS DI 46