Brandangersundbrua lett og lekker nettverksbuebru

Transkript

1 Brandangersundbrua lett og lekker nettverksbuebru av dr. ing. Rolf Magne Larssen fra Dr. Ing. A. Aas-Jakobsen AS Presentasjon på Norsk Ståldag oktober 2006

2 Hvor?

3 Hvor?

4 Hvor?

5 Hva? Brukryssing med nettverksbue Hovedspenn 220 m Totalt om lag 300 m brolengde

6 Nettverksbue, hva er det? Enkel bue Bue med vertikale stag Bue med skrå stag Nettverksbue

7 Tre utforminger av samme bru

8 Effekt av nettverksutforming knekkform Knekking av bue Kritisk knekkform endres drastisk For 1.0 egenvekt blir knekkfaktor for de tre nettverkene som følger: Elastisk knekklast er altså 4 ganger større for nettverksbuen enn for de andre utformingene Systemknekking Vil variere ut fra randbetingelser, både i plan og ut av plan For de to øvre utformingene er knekking i planet dominerende, nettverksbuen har mer likhet mellom knekkfaktorene

9 Effekt av nettverksutforming Belastning Egenvekt Aksialkraft i bue omtrent lik Momenter i bue hhv. 14 og 9 ganger større for vertikale og skrå stag enn for nettverk Momenter i brubane hhv. 7 og 6 ganger større for vertikale og skrå stag enn for nettverk Punktlast midt i spenn Aksialkraft i bue omtrent lik Momenter i bue 12 ganger større for vertikale stag enn for nettverk, skrå stag av samme størrelsesorden Momenter i brubane 4 ganger større for vertikale stag enn for nettverk, skrå stag gir noe mindre momenter

10 Historie 1963: Bolstadstraumen og Steinkjer i Norge, Fehmarnsund i Tyskland 1972: Ounoura i Japan

11 Historie : mer enn11 broer i Japan 1995-nå: broer bygget i Japan, Tyskland, Polen, Tsjekkia broer planlagt i USA, Norge

12 Brandangersundet

13 Prosjektoversikt Oppdragsgiver Statens vegvesen Region vest Oppgaver Utarbeidelse av byggeplan for nettverksbuebru over Brandangersundet Videreutvikle de tekniske løsningene fra forprosjektet fram til ferdig byggeplan Hovedkonseptene skal ansees som gitte (nettverksbuer med to dekkeløsninger) Prosjektfaser Ideutvikling Konstruksjonsanalyser Detaljering og utarbeidelse av plandokumenter Tidsforløp Oppstart etter påske 2006 Komplett byggeplan ferdig i løpet av ett år

14 Prosjekteringsforutsetninger Vegstandard Trafikkgrunnlag er begrenset, ÅDT (årsdøgntrafikk) i dag 128, om 20 år estimert til 270 Gir krav til vegbredde på kun 4 m, inkl 2 x 0.5m skulder, møtesikt 138m, stoppsikt 64m Belastning Vindlast er kanalisert langs fjorden Muligheter for lavturbulent vind virvelavløsning Begrenset skipstrafikk i sundet, seilåpnning på 18x50 m Fundamentering Fast fjell ved alle akser Kraftig fall på fjellet under vannlinjen

15 Alternativer Forprosjekt utviklet to grunnleggende alternativer: 1. Nettverksbue med bjelkerist i stål og dekke i betong 2. Nettverksbue med oppspent smalt betongdekke I et utvidet forprosjekt ble det utviklet noen varianter av disse bl.a.: Nettverksbue med oppspent bredt betongdekke Nettverksbue med skrått bueplan, bjelkerist i stål og dekke i betong Nå er alternativet Nettverksbue med oppspent smalt betongdekke valgt som foretrukket løsning!

16 Utforming av brua

17 Utforming av brua Utforming av bue Spennvidde 220 m, pilhøyde 33 m Avstand mellom buer er 6.8 m Tverrsnitt er rør Ø 600 mm, tykkelse 25 til 45 mm Vindfagverk Tverrsnitt er rør Ø 250 mm, tykkelse 5 mm Vindportal Tverrsnitt er rør Ø 600 mm, tykkelse 40 mm Hengestenger Tverrsnitt er wire Ø mm Benytter 48 stenger i hvert bueplan Kjørebane Forspent betong mm tykk 5.0 m bred kjørebane, ett spor

18 Utforming av brua Innfesting av stag i brubane

19 Utforming av brua Mengder Stål i bue hovedspenn S460N, 173 tonn, Stål i vindfagverk S355N, 12 tonn Stag, om lag 2400 lm Betong i hovedspenn, 470 m 3, LC45, forspent Betong i sidespenn 600 m 3, C45 forspent Betong i underbygning Fundamentert på fjell Vekt av buebru ved installasjon Stålvekt 196 tonn Betongdekke 984 tonn Total løftevekt 1180 tonn

20 Utfordringer ved konstruksjon av en nettverksbuebru Utforming av hovedspenn Utforming av bue Utforming av vindfagverk Utforming av nettverk Bestemmelse av lastvirkninger Knekking Vindlast og vindrespons Effekt av slakke hengestenger Montasje av hovedspenn Montasje av bue Etablering av riktig form Transport og montasje på brusted

21 Bestemmelse av lastvirkninger Analysekrav i tilbudsspesifikasjon: Geometrisk ikke-linearitet Beregning av lineariserte knekklaster og knekkformer Formfeil Trinnvis utbygging Utnulling av stag med trykk Etterspenning av stag Stålbue, ikke-lineær materialmodell Betong, ikke-lineær materialmodell Armering, ikke-lineær materialmodell Spennkraft Trafikklast Sammenbruddsanalyse Dynamisk analyse Stokastisk vindanalyse Jordskjelvanalyse

22 Bestemmelse av lastvirkninger Analyseprogrammer som brukes er en kombinasjon av: NovaFrame ANSYS

23 Bestemmelse av lastvirkninger Knekkingsanalyse

24 Bestemmelse av lastvirkninger Deformasjoner Egenvekt: 303 mm Vindlast: 609 mm (gust)

25 Bestemmelse av lastvirkninger Effekt av slakke hengestenger (dvs. ingen trykk-kapasitet i stag):

26 Montasje av hovedspenn Produksjon av hovedspenn Brubane forskales og støpes Stillas etableres for montasje av bue Bue settes sammen ut fra passende prefabrikkerte stykker Stag monteres inn

27 Montasje av hovedspenn Transport og installasjon: Alternativ 1 Hovedspenn settes sammen på veifyllingen på østsiden av brusted Hovedspenn lanseres på plass over sundet ved hjelp av lekter/kranfartøy Alternativ 2 Hovedspenn settes sammen industriområde i Slørvågen (sør for brusted) Hovedspenn løftes ut og transporteres til brusted ved hjelp av to kranfartøy Hovedspenn løftes på plass av de to kranfartøyene

28 Oppsummering Brandangersundet vil få en lett og lekker nettverksbuebru! Konstruksjonen blir meget slank, 220 m hovedspenn med kun 6.8 m mellom stagplanene og kun 600 mm diameter på buegurt, verdens slankeste? Nettverksbuebruen gir en effektiv kombinasjon av stål og betong som byggematerialer Konseptet gir en optimal løsning basert på kombinasjon av tradisjonelle elementer i en ny sammensetning Et spennende brukonsept med store utfordringer i prosjekteringsarbeidet, som setter høye krav til bruingeniøren

29