Komposittbruer. Presentert av Dr.ing Alf Egil Jensen, FiReCo AS, Fredrikstad. Brukonferansen, 8. nov., Griff kommunikasjon as

Transkript

1 Komposittbruer Griff kommunikasjon as Presentert av Dr.ing Alf Egil Jensen, FiReCo AS, Fredrikstad. Brukonferansen, 8. nov., /11/2011 Page no.: 1

2 Bevegelig og prefabrikkert klaffebru, 56m spenn Fredrikstad (2003) FiReCo AS: Designgrunnlag, FEM analyse & Styrkeberegninger, samt byggeoppfølging av komposittklaffene. Materialer: Karbon- og glassfiber. Balsa og PVC kjerne. Varmekabler Vekt av en klaff inkl. løftesylinder ca. 20tonn. Installert på 1 arbeidsdag. Pris to stk. klaffer ca. 5mill NOK (30 000kr/m 2 dekke (2003 priser)) Foto: Jon Hermansen, /11/2011 Page no.: 2

3 Komposittbrukonstruksjon Transparente sidevegger 17/11/2011 Page no.: 3

4 Andre komposittbruer UK UK USA (164m, 2011) Spania Tyskland USA Spania USA 17/11/2011 Page no.: 4

5 Fordeler med fiberarmerte polymer (FRP) komposittmaterialer Lav vekt Glassfiber (GRP) laminat, densitet = kg/m 3 Karbonfiber (CFRP)laminat. Densitet = kg/m 3 Høy styrke GRP laminat, Bruddstyrke UD-lag = MPa CFRP laminat. Bruddstyrke UD-lag = MPa God korrosjons og kjemikaliemotstand Motstandsdyktig mot saltvann, veisalt, olje, bensin, diesel, osv. (NB! Ren ubeskyttet glassfiber kan få problemer mot betong pga alkalisk miljø). Designfrihet og Prefabrikasjon Skreddersøm av egenskaper og geometri. Støpeprosessen tilsier høy grad av prefabrikasjon (prosessen krever romtemperatur, etterherding og lav fuktighet) Lang levetid og lave levetidskostnader Utmatting blir ikke dimensjonerende, og liten degenerering på grunn av miljøpåvirkning. God slagmotstand for større butte objekter. Lett å reparere. 17/11/2011 Page no.: 5

6 Ulemper med FRP komposittmaterialer Degraderes på grunn av UV stråling. Må overflatebehandles med f. eks. en polyuretan maling. Styrke på tvers av skallplanet: Brudd spenning = 25-50MPa. Kan ikke sveises, men må sammenføyes ved hjelp av liming (overlapps-skjøting). Slagmotstand fra spisse objekter. Elefanter, ingen problemer, mens Espen Benestad på stiletthæler, nøttærn te. Brennbare materialer Tilsvarende egenskaper som for behandlet trevirke. Viskoelastisk materialoppførsel. Siging og spenningsrelaksasjon ved langtidslaster. 17/11/2011 Page no.: 6

7 Hva har skjedd i Norge etter gangbrua i Fredrikstad? En mulighetsstudie: Gangbru over firefelts motorvei. (I samarbeid med Vegdirektoratet, FiReCo as og Plastinnovasjon Østfold) Tre hovedbærekonsepter ble analysert Materialvalg og konsepter Kostnadsoverslag Utarbeidet et utkast til retningslinjer som omhandler FRP komposittmaterialer anvendt i brukonstruksjoner. Designkrav Materialkrav Produksjons- og oppføringskrav B.Sc. Studentoppgave ved HIØ 2011 (I samarbeid med FiReCo AS, Borg Plast- Net og Statens Vegvesen, Region øst) - Påbygging av gangbane Kjøkøysund bru, Fv 108 Materialvalg og konsepter Kostnadsoverslag Ingen NYE bruer i FRP komposittmaterialer Når kommer neste? 17/11/2011 Page no.: 7

8 3 hovedbærekonsepter, 40m fritt spenn. Kassedrager 3.0m Buebru med gangbane Tverrskott 1.0m, alt m, alt 2. Lengdesnitt 1.25m 10 29m R=24m Rør med innvendig gangbane 6.0m 2.5m 2m 40m 6m 3.55m 30m 1.5m 0.95m 17/11/2011 Page no.: 8

9 Alternative dekkeløsninger 1. RENT SANDWICH DEKKE 2. KORRUGERT DEKKE 50mm Balsa GLASSFIBER LAMINATER 3. SANDWICH DEKKE MED POLYMERBETONG SLITELAG Lettbetong armert med basaltfiber 50mm 100mm Balsa 5mm DBL E-glass 17/11/2011 Page no.: 9

10 Material- og produksjonskostnader Kostnadsoverslag (Utarbeidet i samarbeid med Biobe AS) Vektgrunnlag = 115% av nettovekt fra FEM modell Antatt budsjettpris på en ferdig brukonstruksjon er 125NOK/kg for ferdig produsert GRP komposittmaterialer og 30NOK/kg for ferdig sveist stål. (2007 priser) Inkluderer ikke kostnader knyttet til rekkverk, slitebelegg, drenering og belysning Kostnader til konstruksjonsdetaljer i forbindelse med opplagring er meget usikre Konsepter (40m spenn) GRP vekt ]tonn] Material- og Produksjonskostnad Pris pr. m 2 dekke Kassedrager (K2) mill NOK* NOK* Rørtverrsnitt mill NOK* NOK* Buebru mill NOK* NOK* Resultat: kr/m kr/m 2 dekke 17/11/2011 Page no.: 10

11 Utkraget Gangbru til Kjøkøysund bru (Fv108, Hvaler) B.Sc. oppgave ved HIØ

12 Bakgrunn Politisk ønske om å videreføre gang- og sykkelveinettet fra Kråkerøy til Hvaler. Finnes ikke fortau i dag og fartsgrensen 80km/t. Statens vegvesen vurderer å utbedre den eksisterende brua. B.Sc. oppgave ved Høgskolen i Østfold 3 maskin og 3 bygg studenter Utkraget gang og sykkelbane Mulig hovedbæresystem Stål og/eller GRP komposittmaterialer

13 Kompositt alternativ Stål alternativ Moduler på 10meters lengde

14 Oppsummering vekt Kompositt dekke 36,5 tonn Stål dekker: Alt. A. 79,6 tonn Alt. B. 106,9 tonn Alt. A Optimalisert med hensyn på vekt Alt. B Optimalisert med hensyn på pris

15 Priser på tre alternativer Stål Alt. A [kr] Stål Alt. B [kr] Kompositt [kr] Materialkostnader knekter Tilvirkningskostnader knekter Materialkostnader seksjoner Tilvirkningskostnader seksjoner Montasje Totalpris Pris pr. m 2 dekke (2011) Ca Ca Priser er innhentet fra : Selcotek as, Jotne mekaniske verksteder as og Kynningsrud as Ca Material- og tilvirkningskostnadene reduseres med % ved å bruke komposittdekke sammenlignet med stålalternativene.

16 Oppsummering Gang- og sykkelveibruer bygget i FRP komposittmaterialer er realiserbart, da det finnes kunnskap i Norge på design, konstruksjon, og produksjon av FRP komposittkonstruksjoner. Komposittbruer er konkurransedyktige på pris sammenlignet med bruer bygget i stål, betong og tre. Potensial til å redusere levetidskostnadene. Potensial for levetider utover 100år. Gir muligheter for andre estetiske uttrykk gjennom stor frihet til geometrisk utforming.

17 Videre arbeid Vi ønsker og få bygget en komposittbru beregnet for biltrafikk med et spenn på ca. 40m. FOU samarbeid: - Fremskaffe et slitasjebelegg for komposittdekker beregnet for biltrafikk. (Må tåle bl.a. salting, piggdekk, kjetting og brøyteutstyr, mm.) - Må kunne vedlikeholdes tilsvarende asfalt eller lignende. Ønsker å komme i inngrep med et egnet bruprosjekt for å kunne gjennomføre et pilotprosjekt. Ved å realisere en komposittbru for biltrafikk vil man kunne avmystifisere og ufarliggjøre FRP komposittmaterialene som byggemateriale. 17/11/2011 Page no.: 17