Design Basis. Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger. Prosjektnr: Prosjektnavn: Skjøljavatnet bru

Transkript

1 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjektnr: Prosjektnavn: Skjøljavatnet bru Fag: Bru DOKUMENT: DATO: REVISJON:

2 Design Basis Dette er forutsetningene for prosjekteringen. Her er geometrien beskrevet, aktuelle regelverk, funksjonskrav, materialparametre og aktuelle lasttilfeller. Til sist finnes referansene for prosjekt. DOKUMENTNAVN Design Basis KUNDE Statens Vegvesen Region Vest DOKUMENTNUMMER PROJEKTNUMMER DATO PROSJEKTLEDER PNSM REV. DATO BESKRIVELSE UTFØRT KONTR. GODKJENT UTFØRT KONTROLLERT GODKJENT STI PNSM/TR PNSM P:\RE_TRD\prosjekt\13\2220_081_Skjoljavass_Bru\04 FAGRAPPORT\KAP 1 DESIGNBASIS

3 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr (30) INNHOLDSFORTEGNELSE 1 INTRODUKSJON Prosjektbeskrivelse Organisering K-tegninger Dataprogram Regelverk PROSJEKTFORUTSETNINGER FUNKSJONSKRAV Pålitelighets- og kontrollklasse Nøyaktighetsklasse Utførelsesklasse Dimensjonerende levetid Miljøbelastning og bestandighet Grunnforhold Eksisterende konstruksjoner MATERIALER Betongdata Armeringsdata Andre materialer BELASTNINGER Permanente laster Deformasjonslaster Variable laster Ulykkeslaster Lastfaktorer og Lastkombinasjoner REFERANSER REVISJONSPROTOKOLL VEDLEGG A: Adresseliste prosjekt... 30

4 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr INTRODUKSJON 1.1 Prosjektbeskrivelse Generelt 4(30) Det skal prosjekteres ny bru/kulvert ved utløpet fra Skjøljavatnet i Vikedal, Rogaland. Nåværende bru er fra 1947, og har til dels alvorlige skader. Konstruksjonen ligger på fylkesvei 46 på strekningen Ølmedal-Ropeid. Reinertsen AS har fått i oppdrag å prosjektere ny bru/kulvert. Kulverten skal føre vann og fisk. Et oversiktskart over beliggenheten er vist på Figur 1-1. Dette dokumentet er en gjennomgang av de forutsetninger som skal legges til grunn for konstruksjonen ved utarbeidelse av byggeplan. Figur 1-1: Oversiktskart Geometri Kulverten får en innvendig lysåpning på bxh = 8x 4 / 5,6m. Grunnforholdene tilsier en skjev kulvert. Det vil si at den får vegger med innvendige høyder på ca 5,6m og 4,0m. Kulverten er åpen i bunn, det vil si at den prosjekteres med stripefundmenter. Lengden av fundamentet og taket er henholdsvis ca 20 m og 18 m. Eleveløpet skal ikke endres i henhold til føring fra NVE. Kulverten prosjekteres med profilretning tilsvarende fylkesveg 46 fra nordvest til sørøst, og plasseres ca. mellom profillinje 280 og 290. Kulverten har ingen stigning. Det etterfylles oppå kulvert i ettertid som ivaretar veggeometri.

5 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr (30) Brukonstruksjon Kulverten plasstøpes. Kulverten utføres med ett spenn. Fundamenteringen skal skje på stripefundament. Det skal prosjekteres natursteinsmurer over kulverten for å holde på massene. Det skal konstrueres vingemurer i naturstein parallellt med veglinje på nordn. På sørn konstrueres vingemurer i betong. Det støpes krage på kulvert utenfor natursteinsmur på nordn og utenfor skråning på sørn. Murren prosjekteres med fall 3:1. Kulverten utføres som drenert løsning fundamentert på fjell i begge akser. Tilbakefylling mot kulvert skal skje med ikke-telefarlig og selvdrenerende sprengstein Fuger Konstruksjonen er under 25m og prosjekteres uten fuger i henhold til HB 185, punkt , ref. [1] Overgangsplater Overgangsplater utformes og prosjekteres i henhold til (HB185, 2011, ref.[1]), pkt og pkt Overgangsplater legges inn for å redusere ulempene ved eventuelle setninger i overgang til vegfylling. Dersom fyllingshøyden inntil bruenden er større enn 3,0m, skal det brukes overgangsplater for vegtyper planlagt for hastigheter over 50 km/t. Minimum lengde er 4,0m målt vinkelrett på oppleggsaksen. Overgangsplaten kan sløyfes når fyllingshøyden, fra ok konstruksjon til ok slitelag er minimum 2,5m ved tilatt fartsgrense over 50 km/t. Denne kulverten har stor fyllingshøyde inntil enden (5,6m) og stor overfyllingshøyde (over 5m). Det velges derfor å benytte en overgangsplate (selv om dette ikke er påkrevd), men dimensjonert kun ut ifra minimumsregler. Det vil si at den skal armeres med Ø12c250 i begge retninger. Tykkelsen på overgangsplata settes til minimum 250 mm, med helning 1:10. I henhold til (HB185, 2011, ref.[1]),), pkt legges ok overgangsplate i samme nivå som ok konstruksjon i platens oppleggsakse, da overfyllingshøyden D 0,3 m. Trekkerør legges etter behov, i samarbeid med elektro/byggherre. Dersom dette blir aktuelt legges disse typisk på n av konstruksjonen slik at de ikke kommer i konflikt med overgangsplata. På kulverter med liten overdekning av løse masser (<3mm) i grøft, kan det være aktuelt å enten støpe inn rørene oppå topplata, eller legge kabelkanal som føres tilstrekkelig ut i grøft på hver.

6 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr (30) Forskaling Det benyttes forskalingsreis fra bakken. På kulverter brukes stående bordforskaling på alle synlige vertikale flater Slitelag Kulverter prosjekteres med 60mm slitelag + membran. Slitelag er ikke aktuelt for selve kulverten, men følger i vegtrasseen i overkant fylling Membraner Det skal være prefabrikert membran på kulverttak. Kulvertene skal videre ha knotteplater på veggene. Det anvendes prefabrikerte membraner av polypropylen eller polyetylen på kulverter Kantbjelke Utforming av kantbjelke er vist i (Håndbok 185, 2011, ref. [1]), fig Rekkverk Det legges inn en kantbjelke eller et fundament for innfestning av rekkverk. I dette tilfellet prosjekteres det kantbjelke på søndre oppå mur og fundament i løsmasser på nordre. For vegbruer og støttemurer høyere enn 4 m benyttes rekkverk med styrkeklasse H2, i henhold til (HB231, 23, ref. [11]), fig Annet aktuelt rekkverk er HB 268 (Brurekkverk) [4].

7 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr Organisering 7(30) Det henvises til prosjektets adresseliste, se vedlegg A. 1.3 K-tegninger K-tegninger utarbeides i henhold til Håndbok 139, se dokumentleveranseplan. 1.4 Dataprogram Følgende program benyttes i prosjektet: Tabell 1-1:Programvare for beregninger og tegninger. Navn Programsystem Utgiver Versjon Word MS Office Microsoft 2010 Excel MS Office Microsoft 2010 NovaFrame/ NovaProg Aas-Jakobsen AS 5 AutoCad Civil 3D AutoCad Autodesk Inc Regelverk Konstruksjonene prosjekteres i henhold til håndbøker fra Statens vegvesen og standarder fra Standard Norge. Håndbøkene fra Statens vegvesen har prioritet ved uoverensstemmelse mellom dokumentene. Imidlertid benyttes Eurokode ved fastlegging av laster, mens (HB185, 2011) anvendes for krav til overdekning og eksponeringsklasser. Andre forskrifter, retningslinjer, standarder eller publikasjoner har prioritet etter dokumenter nevnt ovenfor. Konstruksjonene dimensjoneres i henhold til aktuelle håndbøker og standarder. Spesielle bestemmelser fastsettes i de tilfeller der regelverket ikke er dekkende, eller etter nærmere avtale med Statens vegvesen.

8 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr PROSJEKTFORUTSETNINGER 2.1 FUNKSJONSKRAV Nedbøyning Nedbøyning begrenses til L/350, jamfør HB185 punkt , ref. [1]. 8(30) 2.2 Pålitelighets- og kontrollklasse Bygningen er klassifisert i pålitelighetsklasse 3 i henhold til Tabell NA.A1 (901) i NS-EN 1990 [5]. Pålitelighetsklasse 3 gir følgende krav til kontroll: Kontrollklasse Pålitelighetsklasse Prosjektering Utførelse Pålitelighetsklasse 3 Utvidet Utvidet Fra pålitelighetsklasse 3 skal det benyttes 3.parts verifikasjon av beregningene. Det gjennomføres egenkontroll og mannskontroll (DIK) på beregningsdokumenter og tegninger i henhold til firmaets prosedyrer. Interndisiplinkontrol, IDK, skjer etter nærmere avtaler og etter firmaets prosedyrer. 2.3 Nøyaktighetsklasse Kfr. (HB026, 27), prosess 84, ref.[3]: Nøyaktighetsklasse A: Kantbjelker Nøyaktighetsklasse B: Øvrige konstruksjonsdeler 2.4 Utførelsesklasse Materialene, utførelsen og kontrollen skal være i samsvar med Statens vegvesens håndbok 026, Prosesskode 2, ref. [3] og tilhørende standarder for betongarbeider, det vil si NS-EN 1992 og norske standarder referert til i disse. 2.5 Dimensjonerende levetid I henhold til NS-EN 1990, 2010, ref. [5], Tabell 2.1, er veiledende dimensjonerende brukstid for monumentale bygningskonstruksjoner, bruer og andre anleggskonstruksjoner 1 år. Se også NA.A2.1.1 hvor det er angitt at dimensjonerende brukstid for bruer settes lik 1 år dersom annet ikke er angitt for det enkelte prosjekt.

9 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr (30) 2.6 Miljøbelastning og bestandighet Tiltak for å sikre konstruksjonens bestandighet velges på grunnlag av de miljøpåvirkninger den vil bli utsatt for Eksponeringsklasse Eksponeringsklasse velges i hvert enkelt tilfelle ut fra miljøpåvirkningens type, intensitet, frekvens og lokalitet. Eksponeringsklasse velges i henhold til: (NS-EN , 28), kap. 4 ref. [8]. (NS-EN , 2010), figur NA.4.2(901) ref. [9]. Klasser er angitt i Tabell 2-1, for de ulike konstruksjonsdeler Bestandighetsklasse Bestandighetsklasser velges på bakgrunn av valgte eksponeringsklasser i henhold til (NS-EN , 28), tabell NA.4.4N + NA.4.5N, ref. [8]. (NS-EN , 2010), figur NA.4.2 (901), ref. [9] (NS-EN 206-1, 27), pkt. NA.F, ref. [10]. (HB185, 2011), pkt , ref.[1]. (bestandighetsklasse M90 eller M60 skal ikke anvendes) Overdekning Overdekning mht. bestandighetsklasser er angitt i for 1 år brukstid, basert på: (NS-EN , 28), tabell NA.4.4N, ref. [8]. (HB185, 2011), pkt , ref.[1]. Minimumsoverdekning c min er angitt i ref. [1] tabell 5.4, for bestemmelse av nominell overdekning ved: c nom = c min + c dev c dev er angitt i: HB185, ver ref.[1]: 15mm NS-EN , 28 pkt. NA , ref.[8]: 10mm I Tabell 2-1 er c nom ± c dev angitt for slakkarmering. Valgt armering er i alle tilfeller som angitt i HB185, 2011, ref.[1], som er mest konservativ.

10 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr (30) Tabell 2-1: Krav til overdekning for slakkarmeringa c nom ± bestandighets-/eksponeringsklasser c dev for ulike konstruksjonsdeler og Konstruksjonsdel Eksponering [NS-EN 1992] Overdekning [NS-EN 1992] Overdekning [HB185] Overdekning valgt Inn vinge XD3, XF2, XF4 60 ±10 mm 75 ±15 mm 75 ±15 mm Fundament XC2 (iht. NS) 45 ±10 mm 75 ±15 mm 75 ±15 mm Fundament utsatt for salt (min 1m under terreng) iht. NS-EN1992-2, pkt. NA.4.2. Fundament underkant, mot betongavretting (HB185, pkt ) Fundament underkant, mot løsmasser/berg (HB185, pkt ) Øverste del av innvendig kulvert/ tak XD3, XF2, XF4 60 ±10 mm 75 ±15 mm 75 ±15 mm XD1a - 65 ±15 mm 65 ±15 mm XC2 45 ±10 mm 90 ±15 mm 90 ±15 mm XC3 45 ±10 mm 65 ±15 mm 65 ±15 mm Nederste del (2m) av innvendig kulvert (utsatt for saltsprut) XD3, (XD1 HB185) XF2 iht. 60 ±10 mm 75 ±15 mm 75 ±15 mm Nederste del (1m) av innvendig kulvert (utsatt for husdyrgjødsel) Utvendig kulvert (ikke utsatt for sprut, beskyttet av masser) Monteringsstenger XA4 60 ±10 mm 75 ±15 mm 75 ±15 mm XC2 45 ±10 mm 65 ±15 mm 65 ±15 mm Iht. HB185, pkt skal minimumsoverdekningen være som for konstruktiv armering, uten tillegg for toleransen. Forutsatt monteringsstenger ø12. a) XD1 og overdekning min. 20mm ved støp mot magerbetong, iht. (NS-EN , 2010), pkt. NA Rissviddekrav Av hensyn til konstruksjoners bestandighet begrenses den beregningsmessige rissvidden w k avhengig av konstruksjonens miljømessige eksponeringsklasser. Grenseverdien w max for den beregningsmessige verdien av w k er gitt i tabell NA.7.1N, ref.[8].

11 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr (30) Kulvert skal ikke ha større rissvidder enn 0,3 mm for slakkarmeringen. Størrelsen kan oppjusteres ved større overdekning enn kravet med faktoren: k c = c nom / c min,dur < 1,3, (NS-EN , 28), pkt.na hvor c nom er nominell overdekning i henhold til (NS-EN , 28), pkt. 4.4 og c min,dur er vist i tabell 4.4N og NA.4.4N, se ref.[8]. Grenseverdier for rissvidder justert for overdekning er beregnet i Tabell 2-2, som gir k c =1,3, og justert rissviddekrav 0,39 mm for slakkarmering. Tabell 2-2 Grenseverdier for rissvidder wmax for slakk- og spennarmering (mm) iht. (NS-EN , 28) Konstruksjonsdel Eksponeringsklasse c min,dur c nom (valgt) k c = c nom /c min,dur < 1,3 k c x w max SLAKK Inn vinge XD3, XF2, XF4 50 mm 75mm 1,3 Fundament XC2 (iht. NS) 35 mm 50mm 1,3 1,3 x 0,3 = 0,39 1,3 x 0,3 = 0,39 Fundament utsatt for salt (min. 1m under terreng iht. NS-EN1992-2, pkt. NA.4.2. Fundament underkant, mot betongavretting (HB185, pkt ) Fundament underkant, mot løsmasser/berg (HB185, pkt ) Øverste del av innvendig kulvert/tunnelvegg/ portal/tak XD3, XF2, XF4 50mm 75mm 1,3 ~XC2 35 mm 65mm 1,3 ~XC2 50 mm 75mm 1,3 XC3 35 mm 65mm 1,3 1,3 x 0,3 = 0,39 1,3 x 0,3 = 0,39 1,3 x 0,3 = 0,39 1,3 x 0,3 = 0,39 Nederste del (2m) av innvendig kulvert/ tunnelvegg/ portal (utsatt for saltsprut) XD3, XF2 (XD1 iht. HB185) 50 mm 75mm 1,3 1,3 x 0,3 = 0,39 Utvendig kulvert (ikke utsatt for sprut, beskyttet av masser) XC2 35 mm 65mm 1,3 1,3 x 0,3 = 0,39 a) Se (NS-EN , 28), tabell NA.7.1N

12 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr (30) Det er valgt å kontrollere om konstruksjonen risser for karakteristisk lastkombinasjon i henhold til NS-EN , punkt 7.2, ref. [8]. Dersom konstruksjonen risser skal rissvidden beregnes og kontrolleres mot grenseverdier for rissvidden etter tabell NA.7.1N ref. [8] Kornstørrelse i tilslag I henhold til (HB026, 27, ref. [3]), prosess 84.4, skal tilslagets største nominelle kornstørrelse D maks velges ut fra armeringstetthet og andre hindringer for utstøpingen, men bør ikke være mindre enn 16 mm eller større enn 32 mm. Det velges D maks = 22 mm ((NS-EN 206-1, 27, ref. [10] pkt ) Materialparametre Betongen skal være i samsvar med (NS-EN 206-1, 27, ref. [10]) og de spesifikasjoner som er gitt i (HB026, 27, ref.[3]), prosess Betongen skal også være i samsvar med bestandighetsklasse MF40. Tiltaket krever utvidet kontroll av betongarbeidene. Følgende betongspesifikasjon benyttes i henhold til (HB185, 2011, ref. [1]), tab. 5.1: Portalbygg og kulverter: B45 SV-40 Fasthetsverdier og elastisitetsmoduler er gitt i (NS-EN , 28, ref. [8]), tabell 3.1. Materialfaktorer for de ulike grensetilstander er i henhold til (NS-EN , 28), pkt. NA Dimensjonerende betongfastheter som benyttes i prosjekteringen er utregnet etter formler gitt i (NS-EN , 28), pkt : f cd = α cc x f ck /γ c f ctd = α ct x f ctk,0,05 /γ c hvor α cc = α ct = 0,85 i henhold til pkt. NA Utregnede verdier for betongen er angitt i Tabell 2-3 og Tabell 2-4. Tabell 2-3: Betongfastheter (MPa) Betongkvalitet f ck f ctk,0,05 f ctm Bruddgrense γ c =1,5 Bruksgrense γ c =1,0 Ulykkesgrense γ c =1,2 f cd f ctd f cd f ctd f cd f ctd B45 (C45/55) 45 2,70 3,80 25,5 1,53 38,3 2,3 31,9 1,9

13 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr Tabell 2-4: E-modul betong (MPa) 13(30) Fasthetsklasse f ck f cm E cm B45 45, hvor: E cm = 22(f cm /10) 0,3 For beregning av stivhetstall for konstruksjonsdeler benyttes E cm. 2.7 Grunnforhold Håndbok 185 gir krav ved direkte fundamentering, ref. [1]. I tillegg til etterfølgende kontroller skal ved direkte fundamentering også sikkerhet mot velting (stabilitet) kontrolleres i bruddgrensetilstanden som angitt i NS EN Det er satt begrensninger til andel av nødvendig kapasitet som kan opptas av forspente bergankre og bergbolter. Ved direkte fundamentering skal følgende betingelse være oppfylt i underkant fundament i bruksgrensetilstanden iht. NS EN 1990, tabell NA.A2.6, lastkombinasjon sjeldent forekommende: / + / 1 = /(+) lasteksentrisitet i bruas lengderetning (langs x-aksen) = /(+) lasteksentrisitet i bruas tverretning (langs y-aksen) b fundamentets dimensjon i bruas lengderetning l fundamentets dimensjon i bruas tverretning S kraft i oppspente, sentrisk plasserte bergankere For fundamenter med eksentrisk plasserte, oppspente bergankere innføres momentene M og M som summen av ytre momenter og momenter fra oppspenning regnet om fundamentsentrum. Ved direkte fundamentering beregnes fundamentets dimensjonerende grunntrykk i Bruddgrensetilstanden q v som: =! "( # $ % )( & $ % ) ' ' grunnens dimensjonerende bæreevne for bruddgrensetilstanden N + S dimensjonerende vertikallast Formelen for forutsetter konstant grunntrykksfordeling over en rektangulær flate med kanter lik (b 2e x0) og (l 2e y).

14 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr (30) For eksentrisk plasserte, oppspente bergankere kan samme formel benyttes, men momentene M x og My innføres i beregningen som spesifisert i pkt i HB185 ref. [1]. Alternativt kan kontrollen utføres etter de prinsipper som er gitt i NS EN 1992 for konstruksjoner med spennarmering uten kontinuerlig heftforbindelse. Ved beregning av kapasitet kan kraften i bergankerne beregnes på grunnlag av en antatt deformasjonstilstand av fundamentets under. Økning av ytre momenter som følge av konstruksjonens utbøyning skal tas hensyn til. Dimensjonerende bæreevne for berg kan bestemmes på grunnlag av representative fasthetsverdier gitt i håndbok 016 Geoteknikk i vegbygging, figur 10.19, ref. [2]. Det skal benyttes modellfaktor γ R;d (jf. NS EN 1997) som velges slik at modellfaktor x partialfaktor blir 2.0 eller større. Ved direkte fundamentering på berg utføres kontroll mot glidning av fundamentet i bruddgrensetilstanden etter følgende formel: ( + ( μ (+) V x - dimensjonerende skjærkraft i underkant fundament i bruas lengderetning (langs x-aksen) V y - dimensjonerende skjærkraft i underkant fundament i bruas tverretning (langs y aksen) μ friksjonskoeffisient fundament/berg Antatt friksjonskoeffisient skal dokumenteres i det enkelte tilfelle. Normalt regnes µ = 1, Geotekniske forhold Kulverten fundamenteres i begge akser direkte på fjell. Den henvises generelt til geoteknisk rapport, ref. [12] Frostfri dybde Med begrepet frostfri dybde er det her ment dybden en må fundamentere til uten at det fryser. Dette er ikke aktuelt for denne konstruksjonen n det fundamenteres direkte til berg. 2.8 Eksisterende konstruksjoner Eksisterende konstruksjon skal fjernes, men ønskes bevart av hensyn til trafikk fram til ny konstruksjon er ferdig. Det gjøres oppmerksom på undergraving av eksisterende fundament.

15 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr MATERIALER 15(30) 3.1 Betongdata Betongen skal være i samsvar med (NS-EN 206-1, 27) og de spesifikasjoner som er gitt i (HB026, 27), prosess Betongen skal også være i samsvar med bestandighetsklasse MF40, eksponeringsklasse XC2 for fundamenter, XC4 for vegger og XC3 for tak. Tiltaket krever utvidet kontroll av betongarbeidene. Følgende betongspesifikasjon benyttes iht. (HB185, 2011), tab. 5.1: Søyler og bruoverbygning: Landkar og fundamenter: Portalbygg og kulverter: Øvrige betongkonstruksjoner: B45 SV-40 B35 SV-40 B45 SV-40 B35 SV-40 Fasthetsverdier og elastisitetsmoduler er gitt i (NS-EN , 28), tabell 3.1. Materialfaktorer for de ulike grensetilstander er iht. (NS-EN , 28), pkt. NA Dimensjonerende betongfastheter som benyttes i prosjekteringen er utregnet etter formler gitt i (NS-EN , 28), pkt : f cd = α cc x f ck /γ c f ctd = α ct x f ctk,0,05 /γ c hvor α cc = α ct = 0,85 iht. pkt. NA Utregnede verdier er gitt i Tabell 3-1. Tabell 3-1: Dimensjonerende betongfastheter (MPa) i henhold til NS-EN , ref. [[8]. Fasthetsklasse f ck f ctk,0,05 E cm Bruddgr. γ c = 1,50 Bruksgr. γ c = 1, Ulykkesgr. γ c = 1,20 f cd f ctd f cd f ctd f cd f ctd B , ,8 1,25 29,8 1, ,56 B , ,5 1,53 38,3 2,30 31,9 1,91

16 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr Armeringsdata All armering er i kvalitet B5NC. Materialfaktor for armering γ s er i henhold til ref [5], pkt Dimensjonerende fastheter og E-moduler (MPa) er gitt i Tabell (30) Tabell 3-2: Dimensjonerende fastheter og E-moduler (MPa) for armering. Armeringskvalitet f sk E sk Bruddgr. γ s = 1,25 Bruksgr. γ s = 1, Ulykkesgr. γ s = 1,10 f sd E sd f sd E sd f sd E sd B5NC Se Tabell 2-1 for overdekning. 3.3 Andre materialer Tørrmur Det vurderes å være meget alvorlig skadekonsekvens og lav vanskelighetsgrad forbundet med tørrmurene, og tørrmurene plasseres derfor i geoteknisk kategori 2, i henhold til NS-EN , ref. [13] Grunnlagsmateriale Som grunnlagsmateriale gjelder følgende dokumenter: 1. Håndbok 185 Prosjektering av bruer. Versjon 2011, ref. [1]. 2. Håndbok 016 Geoteknikk i vegbygging. Versjon 29, ref. [2]. 3. Håndbok 268 Brurekkverk. Versjon 29, ref. [4]. 4. Håndbok 231 Rekkverk. Versjon 23, ref. [11] Geometri Murene vil følge vegens geometri med kjøreveg bak topp mur Grunnforhold og fundamentering Tørrmurene bygges med tiltransportert egnet stein og fundamenteres på utlagt sprengstein ved n av kulvert samt på kulverttak. For bæreevneberegning er det antatt komprimert sprengstein under mur ved n av kulvert, med friksjonsvinkel φ = 42, og attraksjon a = 10 kpa. Bak mur er det antatt komprimert sprengstein, med friksjonsvinkel φ = 42, og attraksjon a = 0 kpa.

17 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr Drenering i bakkant mur er vist på tegning K (30) Statisk system Murene er dimensjonert i henhold til Statens vegvesen håndbok 016 av mai 29, kap 9, ref. [2]. Det forutsettes at tørrmurene bygges med forband, er uten buler og svanker, og i henhold til tegning K Laster For flatt terreng bak mur: Der det er tilnærmet flatt terreng bak mur er det benyttet en trafikklast på 20 kpa. Det legges til grunn en dimensjonering etter håndbok 016 som følger håndbok 185, versjon 29, på lastintensitet. Lastfaktor for trafikk velges etter NS-EN 1990 og settes lik 1,30. Tørrmurene har belastning fra jordtrykk og trafikklast, se delkapittel og Jordtrykk Jordtrykk beregnes i henhold til Statens vegvesens håndbok kap. 9.3 Tørrmurer. For jordtrykksberegninger der det er veg rett bak mur er det antatt bakfyll av komprimert sprengsteing, med friksjonsvinkel φ = 42, og attraksjon a = 0 kpa. Jordtrykkskoeffisientene er korrigert for eventuelt hellende terreng og for hellende vegg. Bak mur må det komprimeres med forsiktighet, for å unngå å dytte muren ut av stilling. Materialfaktor, γ m, vurderes i henhold til Statens vegvesens håndbok 016 kap : Seigt brudd og meget alvorlig skadekonsekvens gir materialfaktor 1.4. Følgende verdier antas: Tyngdetetthet jord: γ j = 19kN/m 3 Friksjonsvinkel: φ = 42 ; tan φ = 0.90 Materialkoeffisient: γ m = 1.4 Terrenghelning: tan β = 0 Ruhet: r = (vurdert verdi)

18 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr tan φ d = tan φ/ γ m = (30) Trafikklast Trafikklast beregnes i henhold til Håndbok 185, kap. 3.6, Trafikklast på vegfylling. Vertikal trafikklast bak topp tørrmur: p = 20 kn/m 2. Trafikklast avgrenses ned til 5 m under terrengnivå.

19 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr BELASTNINGER 19(30) 4.1 Permanente laster Egenlaster Egenlaster er gitt av formtegninger. Konstruksjonene dimensjoneres i bruddgrense- og bruksgrensetilstanden med lastfaktorer i hht HB185 og Eurokode , ref. [1] og [6]. Følgende tyngdetettheter benyttes: Armert betong 25,0 kn/m 3 Slitelag 25,0 kn/m 3 Tørrsteinsmur 28,0 kn/m 3 Fyllingsmasser 19,0 kn/m 3 Tørrmurslasten er hentet fra HB016, figur 10.19, fyllingsmassetettheten fra figur Jordtrykk/Jordlast Det forutsettes at det fylles med sprengstein inntil kulvertveggene, videre forutsettes det drenerte omfyllingsmasser. Det forutsettes jevn oppfylling på begge r av kulvert med nivåforskjell ikke større enn 1 m. Laster fra jordfyllingen rundt konstruksjonene kan deles inn i vertikal jordlast og horisontalt jordtrykk. Vertikal jordlast fra fylling: Vertikal jordlast virker på kulverttaket. Den vertikale jordlasten beregnes ut fra prosjektert nivå for jordfyllingen som vist på aktuelle tegninger. Følgende tyngdetetthet brukes i henhold til HB016, 2010, ref.[2]: Fyllingsmasser γ = 19 kn/m 3 Vertikalt jordtrykk bestemmes ved σ v = γ z hvor z er høyden av overliggende jord Horisontalt jordtrykk: Horisontalt jordtrykk virker på natursteinsmurer og kulvertvegger. Jordtrykkskoeffisienter for beregning av jordtrykk fra fylling og trafikklast på terreng beregnes i henhold til (HB016, 2010, ref.[2]). Valg av friksjonsvinkel (φ), ruhet (r) og attraksjon (a) gjøres i samarbeid med disiplin geoteknikk.

20 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr (30) Inputdata til beregninger: Figur 2.39 i Håndbok 016 ref. [2] gir følgende data for lagvis komprimert sprengstein på ut kulvert og bak tørrmur: φ = 42, tan φ = 0,90 a = 0-10 kn/m 2 Partialfaktoren skal sikre et tilstrekkelig lavt spenningsnivå til å gi en sikkerhet mot brudd. Det velges γ M = 1,5 fra figur 0.3 i Håndbok 016 ref. [2], som tilsvarer konsekvensklasse: Meget alvorlig og bruddmekanisme: Nøytralt brudd. Det antas normal konstruksjonsstivhet og fast undergrunn/berg. Fig 0.6 i Håndbok 016 ref. [2] gir da mobiliseringsgrad: f = 0,65 Undergrunn: Fast/Berg, Konstruksjonsstivhet: Normal. Øvre estimat: Som et øvre estimat for jordtykk mot kulvertveggene regnes det med horisontaltrykk fra komprimering, p k, ned til en dybde hvor hviletrykket, σ H, er like stort som komprimeringstrykket. Under dette nivået blir hviletrykket dimensjonerende. Kfr Figur Figur : Jordtrykk brudd øvre estimat

21 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr Bruddgrensetilstand: (30) K 0 = 1-sin φ d φ d = arctan((tanφ)/γ M ) = arctan((tan42 )/1,5) = 31,0 K 0 = 1-sin 31 = 0,49 Velger å regne med K 0 = 0,5. Trykk langs nedre del av veggen: σ H = K 0 σ v = 0,5 19kN/m 3 z, hvor z betegner dybde under fremtidig terreng. For en 4 kg vibroplate, kan det antas et maksimalt horisontalt jordtrykk p k = 16 kn/m 2 (Forssblad 1987). Dette trykket bygger seg opp over en høyde på ca 0,5 m. Dybde hvor man går over fra p k til σ H : z k = p k /(K 0 γ) = 16kN/m 2 /(0,5 19kN/m 3 ) = 1,7m Bruksgrensetilstand: tan φ d = f tanφ = 0,65 0,9 = 0,59 K 0 = 1-sinφ d φ d = arctan((tanφ d )/γ M ) = arctan(0,59)/1,0) = 30,5 K 0 = 1-sin30.5 = 0,49 Velger å regne med K 0 = 0,5. Trykk langs nedre del av veggen: σ H = K 0 σ v = 0,5 19kN/m 3 z, hvor z betegner dybde under fremtidig terreng. For en 4 kg vibroplate, kan det antas et maksimalt horisontalt jordtrykk p k = 16 kn/m 2 (Forssblad 1987). Dette trykket bygger seg opp over en høyde på ca 0,5 m. Dybde hvor man går over fra p k til σ H : z k = p k / (K 0 γ) = 16kN/m 2 /(0,5 19kN/m 3 ) = 1,7m

22 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr Nedre estimat: (30) Som nedre verdi for jordtrykk regnes det med aktivt jordtrykk og ruhet (r) lik 0. Det er valgt materialparametere som over og forutsatt horisontalt terreng. Bruddgrensetilstand: r = 0 tan φ d = (tanφ)/ γ M = 0,9/1,5 = 0,6 Figur 5.4 i Håndbok 016 ref. [2] gir da K A = 0,32 Bruksgrensetilstand: r = 0 tan φ d = (tanφ)/ γ M = 0,9/1,0 = 0,9 Figur 5.4 i Håndbok 016 ref. [2] gir da K A = 0, Deformasjonslaster Setninger Setninger er ikke en relevant last i dette tilfellet. 4.3 Variable laster Trafikklast Vertikale trafikklaster på kjørebane Trafikklast regnes i henhold til HB185, ref.[1]. Kjørebane veg deles inn i lastfelt med 3m bredde. Lastmodell 1 (LM1) Består av konsentrerte laster med dobbelt aksling, samt jevnt fordelt last, kfr.[7], fig. 4.2a og b. Korreksjonsfaktorer α Qi og α qi i henhold til pkt. NA Lastfelt 1: Aksellast: α Q1 x Q 1k = 1,0 x 3 = 3 kn Jevnt fordelt last: α q1 x q 1k = 0,6 x 9,0 = 5,4 kn/m 2

23 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr (30) Lastfelt 2: Aksellast: α Q2 x Q 2k = 1,0 x 2 = 2 kn Jevnt fordelt last: α q2 x q 2k = 1,0 x 2,5 = 2,5 kn/m 2 Lastfelt 3: Aksellast: α Q3 x Q 3k = 1,0 x 1 = 1 kn Jevnt fordelt last: α q3 x q 3k = 1,0 x 2,5 = 2,5 kn/m 2 Gjenværende areal: Aksellast: 0 kn Jevnt fordelt last: α qr x q rk = 1,0 x 2,5 = 2,5 kn/m 2 Lastmodell 2 (LM2) Består av en konsentrert last (aksellast) lik 4 kn som kan plasseres vilkårlig på kjørebanen, kfr. (NS-EN , 2010), fig Hvis det er relevant kan étt hjultrykk på 2 kn betraktes. I henhold til (HB185, 2011), pkt skal lastmodell 2 (LM2) benyttes ved globale og lokale beregninger i tillegg til lastmodell 1 (LM1). Lastmodell 3 (LM3) Spesielle belastninger som ikke er dekket av øvrige lastmodeller (f.eks. ekstra tunge kjøretøyer i anleggstiden). Dette er ikke relevant for den aktuelle konstruksjonen. Lastmodell 4 (LM4) Består av jevnt fordelt last lik 5 kn/m 2 og er ment å representere en folkemengde. Horisontale trafikklaster Bremse- og akselerasjonskraft Ikke relevant i dette tilfellet. Nyttelast på terreng Trafikklast på vegfylling regnes i henhold til ref. [1] pkt Trafikklast i kjørebane Den jevnt fordelte lasten fra lastmodell 1 (LM1) erstattes av q k =5 kn/m 2 for alle lastfelt, inkl. evt. restareal. Areal som er satt av til kantrekkverk, rekkverk mellom gangbane og kjørebane og fysisk skille mellom kjøreretningene, belastes med samme last. De to største boggilastene i lastmodell 1 (LM1) erstattes med en jevnt fordelt trafikklast (boggiekvivalentlast) over lastfeltets bredde, og 6 m i lengderetningen. Boggiekvivalentlastens intensitet q 0k = 25 kn/m 2. Den minste boggilasten regnes å inngå i q k.

24 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr (30) Boggiekvivalentlasten skal alltid opptre samtidig med den jevnt fordelte trafikklasten q k. En konstruksjon kan belastes med én, maksimalt to boggiekvivalentlaster. Virkningen av bremselast, last og. evt. sentrifugallast på fyllingen, samt den komprimerende effekt trafikklasten har, er inkludert i lastene omtalt ovenfor. Den jevnt fordelte trafikklasten plasseres i ugunstigste stilling på konstruksjonens tilløpsfylling, i én bruende eller begge. Disse lastene kan, dersom det er ugunstig for lastvirkningen som undersøkes, kombineres med den jevnt fordelte trafikklasten q ik i ugunstigste stilling på brua. Boggiekvivalentlastene plasseres innenfor tilløpsfyllingene i ugunstigste posisjon i bruas lengderetning og i ugunstigste lastfelt i tverretningen. Det plasseres kun én boggilastekvivalent eller én boggilast på selve brua pr. lastfelt. Jordtrykksfordeling Forenklet kan det regnes en spenningsblokk med maksimal verdi øverst lik: p = K x q 0k hvor p = jordtrykksintensiteten (kn/m 2 ) K = jordtrykkskoeffisent q 0k = boggiekvivalentlast Bredden på jordtrykksblokken er lik boggiekvivalentlastens bredde og konstant i dybden. Jordtrykket fra den boggieekvivalente lasten reduseres lineært til null ved en dybde på 5 m. Se Figur 4-2. Siden fyllingshøyden er over 5m utgår denne i dette tilfellet. I tilllegg opptrer det et konstant jordtrykk på grunn av den jevnt fordelte trafikklasten: p = K x q k hvor p = jordtrykksintensiteten (kn/m 2 ) K = jordtrykkskoeffisent q k = jevnt fordelt trafikklast

25 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr (30) Figur 4-2: Trafikklast på vegfylling, ref. [1] Vindlast Det regnes ikke med vindlast på denne konstruksjonen Temperaturlast Det regnes ikke med temperaturlast på denne konstruksjonen Snølast Snølast vil ikke opptre samtidig med trafikklast i henhold til Statens vegvesens håndbok , ref [1]. Det regnes dermed ikke med snølast Islast Det regnes ikke med islast på denne konstruksjonen. 4.4 Ulykkeslaster Jordskjelvlast Uaktuelt Påkjøringslast Uaktuelt Utmattingslast Uaktuelt.

26 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr Lastfaktorer og Lastkombinasjoner Lastkombinasjoner regnes i henhold til ref. [5] (30) Bruddgrensetilstand Dimensjonerende kombinasjon for påvising av statisk likevekt er gitt i tab. NA.A2.4 (A) ref.[7]: Tabell 4-1: Dimensjonerende verdier for laster (EQU) (Sett A) Vedvarende og forbigående dimensjonerende situasjoner Permanente laster Ugunstig Gunstig Forspenning Dominerende variabel last Variable laster Øvrige variable laster (Ligning 6.10) γ G,j,sup G k,j,sup γ G,j,inf G k,j,inf γ p,sup P γ p,inf P γ Q,1 Q k,1 γ Q,i ψ 0,i Q k,i γ G,sup = 1, γ G,inf = 0,90 γ p,sup = 1,10 γ p,inf = 0,90 γ Q = 1,35/0 ψ 0 = 0,7 for trafikklaster på vegbru Dimensjonerende kombinasjon for dimensjonering av konstruksjonsdeler som ikke omfatter geotekniske laster, samt dimensjonering av peler, er gitt i tab. NA.A2.4 (B) ref.[7]:

27 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr (30) Tabell 4-2: Dimensjonerende verdier for laster (STR/GEO) (Sett B) Vedvarende og forbigående dimensjonerende situasjoner Permanente laster Ugunstig Gunstig Forspenning Dominerende variabel last Variable laster Øvrige variable laster (Ligning 6.10 a) γ G,j,sup G k,j,sup γ G,j,inf G k,j,inf γ p P γ Q,1 ψ 0,1 Q k,1 γ Q,i ψ 0,i Q k,i (Ligning 6.10 b) ξ γ G,j,sup G k,j,sup γ G,j,inf G k,j,inf γ p P γ Q,1 Q k,1 γ Q,i ψ 0,i Q k,i γ G,sup = 1,35, ξ= 0,89 for egenvekt γ G,inf = 1, for egenvekt γ G,sup = 1, for setning, svinn og kryp γ G,inf = 0, for setning, svinn og kryp γ p,sup = 1,10 γ p,inf = 0,90 γ Q = 1,35/0, ψ 0 = 0,7 for trafikklaster på vegbru Dimensjonerende kombinasjon ved dimensjonering av konstruksjonsdeler (fundamenter, vegger i underbygning etc.) som omfatter geotekniske laster og grunnens kapasitet, er gitt i tab. NA.A2.4 (C) ref.[7]: Tabell 4-3: Dimensjonerende verdier for laster (STR/GEO) (Sett C) Vedvarende og forbigående dimensjonerende situasjoner Permanente laster Ugunstig Gunstig Forspenning Dominerende variabel last Variable laster Øvrige variable laster (Ligning 6.10) γ G,j,sup G k,j,sup γ G,j,inf G k,j,inf γ p P γ Q,1 Q k,1 γ Q,i ψ 0,i Q k,i Geotekniske laster beregnes med følgende lastfaktorer: γ G,sup = 1, for egenvekt γ G,inf = 1, for egenvekt γ G = 1, for setning γ Q = 1,15/0, ψ 0 = 0,7 for trafikklaster for vegbru γ Q = 1,30/0 ψ 0 = 0,7 for øvrige laster på vegbru

28 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr (30) Bruksgrensetilstand Dimensjonerende verdier for laster i bruksgrensetilstanden er gitt i tabell NA.A2.6 ref.[5]: Tabell 4-4: Dimensjonerende verdier for laster Permanente laster Variable laster Kombinasjon Ugunstig Gunstig Forspenning Dominerende variabel last Øvrige variable laster Karakteristisk G k,j,sup G k,j,inf P Q k,1 ψ 0,i Q k,i Sjeldent forekommende Ofte forekommende Tilnærmet permanent G k,j,sup G k,j,inf P ψ 1,infr Q k,1 ψ 1,i Q k,i G k,j,sup G k,j,inf P ψ 1,1 Q k,1 ψ 2,i Q k,i G k,j,sup G k,j,inf P ψ 2,1 Q k,1 ψ 2,i Q k,i ψ 0 = 0,7 ψ 1 = 0,7 ψ 2 = 0,2/0,5 ψ infr = 0,8, for trafikklaster på vegbru

29 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr (30) 5 REFERANSER Følgende dokumenter skal benyttes som basis for de statiske beregningene: [1] Statens vegvesen: Håndbok 185, Prosjekteringsregler for bruer (2011) [2] Statens vegvesen: Håndbok 016, Geoteknikk i vegbygging (2010) [3] Statens vegvesen: Håndbok 026, Prosesskode 2: Standard beskrivelsestekster for bruer og kaier - hovedprosess 8(2012) [4] Statens vegvesen: Håndbok 268, Brurekkverk (29) [5] NS-EN 1990: Grunnlag for prosjektering av konstruksjoner. 22+NA28. [6] NS-EN : Laster på konstruksjoner. Del 1-1: Allmenne laster Tetthet, egenvekt, nyttelaster i bygninger. 22+NA28 [7] NS-EN : Laster på konstruksjoner. Del 2: Trafikklast på bruer. 23+NA:2010 [8] NS-EN : Prosjektering av betongkonstruksjoner. Del 1-1: Allmenne regler og regler for bygninger. 24+NA28 [9] NS-EN :25+NA:2010, Prosjektering av betongkonstruksjoner Del 2: Bruer [10] NS-EN 206-1: 20+NA:27, Betong Del 1: Spesifikasjon, egenskaper, fremstilling og samsvar. [11] Statens vegvesen, Håndbok 231, Rekkverk [12] Geoteknisk rapport. Laboratoriet ved vegkontoret i Rogaland, Jens O. Anderaa. Oppdrag LD 851A. Rapport nr. 1. Stavanger 20. november [13] NS-EN : Geoteknisk prosjektering Del 1: Allmenne regler 24+NA28

30 Design Basis Beskrivelse av prosjekteringsforutsetninger Prosjekt nr REVISJONSPROTOKOLL (30) 7 VEDLEGG A: Adresseliste prosjekt 2.2.A-1 Inputverdier Novaframe 2.9.A-1 Resultater Novaframe situasjon uten tørrmur 2.10.A-1 Resultater Novaframe situasjon med tørrmur 3.2.A-1 Tverrsnittskapasitet topplate kulvert uten tørrmur 3.2.A-2 Tverrsnittskapasitet topplate kulvert med tørrmur 3.2.A-3 Tverrsnittskapasitet Vegg uten tørrmur topp 3.2.A-4 Tverrsnittskapasitet Vegg med tørrmur topp 3.2.A-5 Tverrsnittskapasitet Vegg uten tørrmur bunn vest 3.2.A-6 Tverrsnittskapasitet Vegg med tørrmur bunn vest 3.2.A-7 Tverrsnittskapasitet Vegg uten tørrmur bunn øst 3.3.A-1 Tverrsnittskapasitet fundament uten tørrmur vest 3.3.A-2 Tverrsnittskapasitet fundament med tørrmur vest 3.3.A-3 Tverrsnittskapasitet fundament uten tørrmur øst 3.3.A-4 Tverrsnittskapasitet fundament med tørrmur øst 3.4.A-1 Tverrsnittskapasitet vegg vingemur 3.4.A-2 Tverrsnittskapasitet fundament vingemur 3.5.A-1 Minimumsarmering kulvertkrage 3.6.A-1 Minimumsarmering overgangsplate 3.7.A-1 Tverrsnittskapasitet rekkverksfundament

31 BEREGNINGSRAPPORT Kap. 2 Statisk analyse Prosjektnr: Prosjektnavn: Skjøljavatnet bru Fag: Bru DOKUMENT: DATO: REVISJON:

32 Beregningsrapport Kap. 2 Statisk analyse Her betraktes statisk system og Novaframe modell, aktuelle laster, lasttilfeller og lastkombinasjoner. Resultatet fra analysen med lastvirkninger er gitt i tabellform og som diagrammer. Det er foretatt kontroll for situasjon med og uten tørrmurslast. Konstruksjonens stabilitet er undersøkt. DOKUMENTNAVN Kap. 2 Statisk analyse KUNDE Statens Vegvesen Region Vest DOKUMENTNUMMER PROSJEKTNUMMER DATO PROSJEKTLEDER PNSM REV. DATO BESKRIVELSE UTFØRT KONTR. GODKJENT UTFØRT KONTROLLERT GODKJENT STI TR/PNSM PNSM P:\RE_TRD\prosjekt\13\2220_081_Skjoljavass_Bru\04 FAGRAPPORT\KAP 2 STATISK ANALYSE\Kap.2 Statisk analyse.docx

33 Prosjekt nr INNHOLDSFORTEGNELSE 2 STATISK ANALYSE INNLEDNING METODE/STATISK SYSTEM Forutsetninger for analysen Beregningsprogram Elementmodell Tverrsnittsdata Randbetingelser BELASTNINGER Permanente laster (p) Variable laster (Q) LASTTILFELLER FOR OMRÅDE UTEN TØRRMUR LASTKOMBINASJONER LASTTILFELLER FOR OMRÅDE MED TØRRMUR LASTKOMBINASJONER RESULTATER Momentdiagram i bruddgrenstilstand, situasjon uten tørrmur Momentdiagram i bruddgrenstilstand, situasjon med tørrmur Skjærkraftdiagram i bruddgrenstilstand, situasjon uten tørrmur Skjærkraftdiagram i bruddgrenstilstand, situasjon med tørrmur Aksialkraftdiagram i bruddgrensetilstand, situasjon uten tørrmur Aksialkraftdiagram i bruddgrensetilstand, situasjon med tørrmur Momentdiagram i bruksgrensetilstand, situasjon uten tørrmur Momentdiagram i bruksgrensetilstand, situasjon med tørrmur OPPSUMMERING, SITUASJON UTEN TØRRMUR Dimensjonerende lastvirkninger i konstruksjonen i bruddgrensetilstand Dimensjonerende lastvirkninger i konstruksjonen i bruksgrensetilstand OPPSUMMERING, SITUASJON MED TØRRMUR Dimensjonerende lastvirkninger i konstruksjonen i bruddgrensetilstand Dimensjonerende lastvirkninger i konstruksjonen i bruksgrensetilstand FUNDAMENTER STABILITET Velting Glidning VINGEMURER REFERANSER

34 Prosjekt nr STATISK ANALYSE 2.1 Innledning Det etableres en plan analysemodell av kulverttverrsnittet. Programmet NovaFrame er brukt for å kjøre de statiske analysene. Det kjøres to ulike analyser. En gjelder situasjon uten tørrmur (gjelder det meste av kulverten) og en situasjon med tørrmur (gjelder ytterste delen av kulvert mot nord). Dimensjonen av kulverten og lastplassering er vist på Figur 2-1. I modellen er alle deler av kulverttverrsnittet definert med serier av tre siffer (3-5), venstre vegg (3xx), høyre vegg (4xx) og tak (5xx). (1xx) og (2xx) er avsatt til en eventuell spesiell beregning av fundamentene. I utgangspunktet modelleres det uten fundamenter, men med full innspenning i bunn. Konstruksjonen fundamenteres på stripefundamenter. Disse dimensjoneres under kapittel 3. Figur 2-1: Kulverttverrsnitt, geometri og laster

35 Prosjekt nr Metode/statisk system Forutsetninger for analysen Generelt: - Betong: B45. - Den statiske analysen benytter urissede stivheter Beregningsprogram Analysene utføres med NovaFrame. Dimensjoneringen gjøres ved hjelp av Mathcad-ark. Se kapittel Elementmodell Konstruksjonen er en skjev ramme. Den har et horisontalt spenn på 8,6m, 8m lysåpning. Vertikalt består den av venstre og høyre ben på henholdsvis 5,6m og 4,0m (inklusive fundamenter). Konstruksjonen er delt inn i 10 elementer langs venstre akse, 10 elementer langs horisontal del og 10 elementer langs høyre akse. Figur 2-2: Noder

36 Prosjekt nr Figur 2-3: Elementer Det globale aksesystemet etableres som et høyrehåndssystem hvor Z-aksen peker vertikalt, og har sitt nullpunkt ved underkant fundamentsåle. Se Figur 2-1. Det er benyttet 2-noders bjelkeelementer for alle tverrsnittsdeler. Bjelkeelementene er modellert i tyngdepunktet på tverrsnittet. Lokale akser er som følger: Topplate: o L Horisontalt, inn i planet o M Horisontalt langs platen o N - Vertikalt Vegger: o L Horisontalt, inn i planet o M Vertikalt langs platen o N Horisontalt, tvers platen

37 Prosjekt nr Tverrsnittsdata Modellen deles inn i elementer som beskrevet under punkt Elementene gis bredde B lik 10 tilsvarende 1m inn i planet (stripedimensjonering). Høyde H tilsvarer tykkelsen på plate/vegg. Lengde L er elementets utstrekning langs plate/vegg. Tabell 2-1: Elementnummer og geometri. Element BxHxL [mm] x6x x6x , x6x x6x Randbetingelser Følgende noder har fastlåste frihetsgrader: 301, 401 Full innspenning 501, 511 Forskyvning i x-retning (ut av planet) Hjørnene modelleres ved hjelp av mester/slave -teknikk. Den sørger for at hjørnene får stivt legeme egenskaper. Figur 2-4: Lokale akser for rammehjørne ved hjelp av mester/slave -teknikk Materialdata Konstruksjonen består av slakkarmert betong. Eksponeringsklasser, bestandighetsklasse, overdekning og andre materialdata velges i henhold til Design Basis.

38 Prosjekt nr Belastninger Aktuelle laster for denne konstruksjonen er egenlast av kulvert, rekkverksfundamenter, tørrmur, overliggende oppfylling, jordtrykk, slitelag og trafikk. Se for øvrig kapittel 4 i Design Basis. Det skilles mellom tilfelle med og uten tørrmur. Tørrmur er kun aktuelt i sørlige ytterkant av muren. Det regnes derfor med en situasjon med tørrmur og en uten Permanente laster (p) Egenlast (G) Armert betong: 25 kn/m 3 Slitelag: 25 kn/m 3 Overgangsplate (t = 3 mm, L = 4m): Antar at lasten fordeles som for en fritt opplagt bjelke: o Q egenlast = 25 kn/m 3 0,30m 1m 4m/2 = 15,0 kn o M egenlast = Q egenlast e = 15,0 kn 0,10 m = 1,50 knm Tørrsteinsmur: = 28 kn/m 3 Tørrmurlasten er hentet fra HB016, figur Egenlast av kulvert blir generert fra beregningsprogrammet NovaFrame når tverrsnittet er lagt inn. Figuren under viser tverrsnitt på kulverten i NovaFrame: Figur 2-5: Novaframe modell med tverrsnitt

39 Prosjekt nr Jordtrykk/-laster (J) Jordlast 19 kn/m 3 Jordtrykk beregnes med en estimert øvre og nedre verdi for jordtrykkskoeffisient, etter kap i Design basis. Det forutsettes jevn oppfylling på begge r av kulvert med nivåforskjell ikke større enn 1 m. Det kontrolleres for oppfyllingstilstand med omtrent halv oppfylling i vest med null oppfylling i øst, oppfylling til tak kulvert i vest og øst samt ferdig oppfyllt til veg. Det blir kontrollert for komprimering ved halvveis oppfylling i vest (konstruksjonen er da følsom med tanke på stabilitetet veis). Utover dette synes ferdigtilstanden som mest ekstrem. Tykkelse av overfyll på takplaten varierer mellom 5,955m og 5,450m i senter av veg. Det justeres for tverrfall på vegen, slik at det regnes med henholdsvis overfyllingstykkelse på 6,3m og 5,8m. Disse høydene legges til grunn ved dimensjoneringen. På overgangsplaten i vest blir dette noe for lite på grunn av tiltakende jordhøyde vestover, men dette er så minimalt at det neglisjeres. I tillegg er overgangsplaten understøttet av lokale masser, samt at momentet fra denne virker til dels gunstig. Figur 2-6 er en enkel framstilling av jordoverdekningen i senter veg. Figur 2-6: Illustrasjon av kulvert med jordoverdekning.

40 Prosjekt nr Vertikal last oppe på kulvert (trapeslast): q jordlast, vestre = 6,3 m 1m 19 kn/m 3 = 119,7 kn/m. q jordlast, østre = 5,8 m 1m 19 kn/m 3 = 110,2 kn/m Vertikal last på overgangsplate (L = 4m): Antar at lasten fordeles som for en fritt opplagt bjelke: Q jordlast,vestre = 19 kn/m 3 6,3m 1m 4m/2 = 239,4 kn M jordlast,vestre = Q jordlast,vestre e = 239,4 kn 0,10 m = 23,94 knm Q jordlast,østre = 19 kn/m 3 5,8m 1m 4m/2 = 220,4 kn M jordlast,østre = Q jordlast,vestre e = 220,4 kn 0,10 m = 22,04 knm Horisontaltrykk: Vest (VS): K 0 z 19 kn/m 2 = K 0 6,3 19 kn/m 2 = K 0 119,7 kn/m. (nivå ok kulvert) K 0 z 19 kn/m 2 = K 0 (6,3+5,7) 19 kn/m 2 = K 0 228,0 kn/m. (nivå uk kulvert) Øst (HS): K 0 z 19 kn/m 2 = K 0 5,8 19 kn/m 2 = K 0 110,2 kn/m. (nivå ok kulvert) K 0 z 19 kn/m 2 = K 0 (5,8+4,1) 19 kn/m 2 = K 0 188,1 kn/m. (nivå uk kulvert) Jordtrykkskoeffisenten, K 0, ganges inn med en verdi for øvre og nedre estimat i lastkombineringen i NovaFrame. Last fra rekkverksfundament: I sør regnes det konservativt med tørrmurslast helt opp til slitelaget på vegen. Det er da beregningsmessig «ikke plass» til rekkverksfundamentet. Jamfør beregninger for tilleggslast for tørrsteinsmur på de neste to ne. Ekvivalent oppfylling- og tørrmurstetthet er funnet til å være 25,4 kn/m 3. Det vil si at dette veier opp for rekkverksfundamentlasten (som er 25 kn/m 3 ).

41 Prosjekt nr I nord er oppfyllingen en del lavere enn i sør på grunn av tverrfall på vegen. Likevel er det regnet med en oppjustert fyllingshøyde over hele kulverten. Derfor kan rekkverksfundamentlasten i nord neglisjeres. Tilleggslast for tørrsteinsmur I området over kulverten med tørrsteinsmur vil man få økt belastning. Se Figur 2-7. På grunn av spredning av last nedover i fyllingen vil det også virke trafikkallaster her. Se Figur Det antas en spredning på minst 1:1 for trafikklast gjennom sprengstein. Ettersom spredningen har vært beregnet som 1:2 for løsmassene, er dette til sikker. Figur 2-7: Illustrasjon av tørrsteinsmur og oppfylling. Tørrmurlast er kun aktuelt på ytterste del av konstruksjonen i sør. En stablet tørrmur vil gi et ubetydelig eller intet horisontaltrykk på kulverten. Den vil i midlertidig belaste kulverten med sin egen vekt, men kun på den ytterste delen av kulvertåpningen. Vekten vil imidlertid bæres av en større del av kulverten. I tillegg vil murens helning øve et trykk på bakenforliggende masser. Det regnes derfor med en gjennomsnittsvekt for tørrmuren som et veiet middel av tørrmur og oppfyllingsmasser. Kulverten sjekkes så for denne gjennomsnittslasten som vertikallast på kulverttaket uten samtidig virkende (og stabiliserende) horisontallast. Det betyr at det må gjennomføres to sett med beregninger, ett for området uten tørrmur og ett for området med. Det kan diskuteres om overgangsplatene skal tas med, ettersom disse ikke er aktuelle for området hvor man har tørrmur, men er aktuelle i området hvor man har oppfylling (og ekvivalent oppfyllings- og tørrmurslast). Det velges uansett å ta disse bort, ettersom disse har en stabiliserende effekt.

42 Prosjekt nr Det velges en gjennomsnittlig murtykkelse på 2,0m for lastberegning Totallast: G tot = G Mur + G Fyll = 9,1m ((5,955m + 5,450m) / 2) 2m 28 kn/m 3 + (9,1m ((5,955m + 5,450m) / 2) 1,6 / 2) 19 kn/m 3 = 3694,8 kn Denne lasten fordeles på arealet: A Mur+Fyll = 9,1 (2,0 + 1,6) = 32,76 m 2 Det gir følgende fordelte last per meter: q Mur + Fyll = 1m 3694,8 kn / 32,76 m 2 = 112,8 kn/m Det gir følgende ekvivalente tyngdetetthet: γ Ekvivalent mur, fyll = G tot / V Mur, fyll = 3694,8 kn / [9,1m ((5,955m + 5,450m)/2) 2m + (9,1m ((5,955m + 5,450m)/2) 1,6 / 2)] = 25,4 kn/m 3

43 Prosjekt nr Variable laster (Q) Trafikklast (T) i område uten tørrsteinsmur Det regnes med en jevnt fordelt trafikklast q k og boggiekvivalent q Qk som plasseres i ugunstigste stilling på konstruksjons tilløpsfylling. Trafikklast og annen nyttelast på vegfylling, HB 185 (3.6): Jevnt fordelt trafikklast: q k 5 kn/m 2 Boggilast: q Qk 25 kn/m 2 z Langs kulverten Figur 2-8: Trafikklast på vegfylling, HB 185 (3.6). På tvers av kulverten Ettersom oppfyllingshøyden i dette tilfellet er over 5 meter, utgår jordtrykket fra Boggiekvivalentlasten qqk (blir 0 ved dybde på 5m), ihht HB Vertikal last på overgangsplate (L=4m): Det antas at lasten fordeles som for en fritt opplagt bjelke: Q trafikklast,qk = 5 kn/m 2 1m 4m/2 = 10 kn M trafikklast,qk = Q trafikklast,qk e = 10 kn 0,10 m = 1,0 knm Q trafikklast,qk = 25 kn/m 2 1m 4m/2 = 50 kn M trafikklast,qk = Q trafikklast,qk e = 50 kn 0,10 m = 5,0 knm Horisontaltrykk fra trafikk: Last fra trafikk qk på veggen: [K 0 *5] kn/m 2 for 5 > z > 0 Boggiekvivalentlasten Qk opptrer kun ned til 5m under terrengnivå. Ettersom fyllingen er over 5m er denne ikke aktuell. Jordtrykkskoeffisenten, K 0, ganges inn med verste av øvre og nedre estimat i lastkombineringen i NovaFrame.