M U L T I C O N S U L T

Transkript

1

2 M U L T I C O N S U L T Oppdrag: Nordhuglo ferjeleie Oppdrag nr.: Emne: Dykdalb på stålrørspeler Utarb. av: ads Innholdsfortegnelse 1. Innledning Prosjekteringsgrunnlag Grunnforhold Geometri og aksesystem Laster Overslagsberegninger Modell i GeoSuite PileGroup Resultater fra GeoSuite PileGroup Forankring av strekkpeler Ramming av stålrørspeler Pelespisser Utstøpning Tegninger Oversiktstegning med bunnkoter (Statens vegvesen) K01 Oversiktstegning (Statens vegvesen) G500 Nødvendig rammeenergi Vedlegg A Excel-rekneark karakteristiske og dimensjonerende laster geometri og lasttilfeller lastkombinasjoner stiv fordeling av pelekrefter, lasttilfelle 2 stålkjerne forankring av strekkpel rammepåkjenning og nødvendig energi pelespiss B Utskrifter fra GeoSuite PileGroup C Dykkerrapport nr (Statens vegvesen) /ads 6. februar 2012 Side 2 av 12 c:\docume~1\ads\otlocal\mia\workbin\8ac288.0\ rig-ber-001.docx

3 M U L T I C O N S U L T Oppdrag: Nordhuglo ferjeleie Oppdrag nr.: Emne: Dykdalb på stålrørspeler Utarb. av: ads 1. Innledning Statens vegvesen Region vest (Sv) planlegger en oppgradering av ferjekaien på Nordhuglo i Tysnes kommune. Som en del av oppgraderingen skal det bygges en dykdalb nordvest for ferjebrubåsen. Multiconsult AS er engasjert av Sv til å dimensjonere pelegruppen som dykdalben skal fundamentres på. Foreliggende prosjekteringsrapport presenterer grunnlag, forutsetninger, berekningsresultater, dimensjoner og anbefalt utførelse av pelegruppen. 2. Prosjekteringsgrunnlag /1/. Statens vegvesen Region vest: E-post kommunikasjon med Magnar Tysse. /2/. Peleveiledningen 2005 /3/. NS-EN 1990:2002+NA:2008 /4/. NS-EN :2004+NA:2008 /5/. NS-EN :2007+NA:2008 /6/. Novapoint GeoSuite Toolbox Pile Group v/ /7/. Statens vegvesen - Håndbok 016 /8/. Statens vegvesen Håndbok Grunnforhold Det er utført en dykkerbefaring i området som vist på vedlegg C. Det er stort sett bart, skrått berg i området men noen steder er det registrert litt sand. Bunnkotekartet på tegning nr viser at bunnen ligger på kote minus 7 til kote minus 9 under dykdalben. Vi har antatt følgende grunnforhold i våre beregninger: Bunn på kote minus 9,0 med et 0,5 m tykt sandlag på berg. 4. Geometri og aksesystem Vi har definert et aksesystem for beregningene der x-retning er parallelt med gangbrua mot høyre i papirplanet, y-akse normalt på denne oppover i papirplanet og z-aksen er positiv oppover normalt papirplanet for å samsvare med progamvaren vi benytter. Se vedlagte skisse i vedlegg A. Overkant dykdalb ligger på kote 2,9 og dykdalben er en massiv kvadratisk konstruksjon med sidekanter 8,0 m og høyde 2,6 m. Undersiden ligger da på kote 0,3. Høyeste angrepspunkt for kollisjonslast er på kote 2,7 og størst eksentrisitet er 3,8 m fra senter på grunn av noe avrundede hjørner. To pullerter skal monteres 3,0 m fra x-aksen i avtand bort fra ferja og 2,25 m til hver side av y- akse, se vedlegg A for mer detaljert forklaring /ads 6. februar 2012 Side 3 av 12 c:\docume~1\ads\otlocal\mia\workbin\8ac288.0\ rig-ber-001.docx

4 M U L T I C O N S U L T Oppdrag: Nordhuglo ferjeleie Oppdrag nr.: Emne: Dykdalb på stålrørspeler Utarb. av: ads 5. Laster Lastsituasjonene med tilhørende retninger og partialfaktorer for lastpåvirkninger oppgitt av Sv /1/ og er vist på skisse i vedlegg A. Detaljer av planlagt ombygging er vist i plan på tegning nr K01 fra Statens vegvesen. Lastkomponenter i x-retning skal tas opp aksielt langs gangbru mellom kai og dykdalb, slik at dimensjonerende laster for pelegruppen er kollisjonslaster normalt dette, altså i y-retning, samt komponenter av pullertlaster som går langs y-akse og z-akse. Største retningsavvik for pullertlast er maksimum θ=70º fra y-akse og minimum ψ=70º fra z-akse. Referansepunkt for pelelaster er underkant dykdalb på kote 0,3, slik at alle laster gir moment om dette punktet. Pullertlastene er i tillegg antatt å angripe 0,3 m over dykdalbdekke på grunn av festepunktet på selve pullerten. Selv om alle laskomponenter i x-retning skal tas opp av gangbrua har vi vurdert konstruksjonen slik at momenter om y-akse må tas opp av pelene, altså at brua bare kan ta aksielle laster. Dykdalben er 2,6 m høy og sammen med arealet på 8,0x8,0 m gir det et volum på 166,4 m 3. Da det blir betydelig armering i betongen har vi beregnet en tyngdetetthet på γ = 25 kn/m 3. Dette gir en vekt på W=4160 kn. Vi har dimensjonert pelene for normalvannstand ut fra følgende prinsipp: Aksielt trykk/strekk i kombinasjon med moment er dimensjonerende for pelene, mens strekk er dimensjonerende for forankringen av skråpelene. Vi har ikke redusert strekklaster fra topp pel til spiss for nettopp å ta høyde for en mulig ekstra oppdrift ved høyvann. Neddykket vekt av pelene balanserer oppdriften ved vannstand opp til kote 1,4. Karakteristisk kollisjonslast er oppgitt til 1000 kn, og karakteristisk pullerlast til 500 kn. Lastfaktorer i bruddgrensetilstanden er oppgitt av Sv/1/: γ f =1,0 for egenvekt og γ f =1,2 for støtlast og pullerlast. Lastsituasjonene som er tatt med i beregningene er beregnet i vedlegg A og resultatene er presentert i tabell 1 (bruddgrensetilstand) og tabell 2 (bruksgrensetilstand) med referanse til senter av dykdalb og beskrevet aksesystem. Kollisjonslastene er beregnet for støt fra samme side som ferjebrubåsen, men uforutsette kollisjoner fra motsatt side er også tatt med i dimensjonering av pelegruppen /ads 6. februar 2012 Side 4 av 12 c:\docume~1\ads\otlocal\mia\workbin\8ac288.0\ rig-ber-001.docx

5 M U L T I C O N S U L T Oppdrag: Nordhuglo ferjeleie Oppdrag nr.: Emne: Dykdalb på stålrørspeler Utarb. av: ads Tabell 1: Lastsituasjoner i bruddgrensetilstand Tabell 2: Lastsituasjoner i bruksgrensetilstand 6. Overslagsberegninger Overslagsberegninger er først utført med et Excel-ark basert på kap i Peleveiledningen /2/ for å finne optimal plassering og helning på pelene, se vedlegg A. Denne metoden beregner enten pelegruppe uten jord, eller så beregnes pelegruppen for helt stiv jord til topp pel. Metoden tar heller ikke hensyn til fleksibilitet i pelegruppen. Torsjon er ikke behandlet i kapittel 11.6 i Peleveiledningen, men er inkludert i reknearket, der torsjonsmomentet er antatt tatt opp som et kraftpar med følgende tillegg i aksialkraft i skråpelene: ± β Der n er antall skråpeler, B er avstanden mellom kraftparet og β er vinkel på skråpeler. Ramming av skrå stålrørspeler med tungt utstyr fra lekter gir følgende retningsgivende begrensninger på helning: /ads 6. februar 2012 Side 5 av 12 c:\docume~1\ads\otlocal\mia\workbin\8ac288.0\ rig-ber-001.docx

6 M U L T I C O N S U L T Oppdrag: Nordhuglo ferjeleie Oppdrag nr.: Emne: Dykdalb på stålrørspeler Utarb. av: ads Fra lekter: maksimalt 4:1 Inn under lekter: maksimalt 8:1 Parallelt med lekterside: maksimalt 6:1 Vi har valgt en pelegruppe med fire vertikale peler og fire skråpeler. Skråpelene er symmetriske med helning 6:1 med topp trukket inn 1,0 m i forhold til de vertikale pelene. Dette for å unngå konflikt med dyptgående fartøy, se figur 1. Resultatene fra lasttilfelle 2 er vist på vedlegg A. Disse lastene vet vi er for store da de ikke tar hensyn til fleksible peler, og det ble besluttet å bruke stålrørspeler av typen ø813 i den videre analysen med GeoSuite PileGroup. Godstykkelsen er valgt ut fra stålspenninger under ramming samt krav til maksimal elastisk stukning på mindre enn 20 mm /2/. 7. Modell i GeoSuite PileGroup Pelegruppen som ble modellert i GeoSuite PileGroup /6/ var med stålrør av typen ø813x12,5 mm. Korrosjonshastighet i skvalpesonen er anslått til å ligge mellom 0,2 og 0,3 mm pr. år. I løpet av pelegruppens levetid vil derfor stålrøret korrodere og miste sin konstruktive virkning i skvalpesonen. Beregningene er derfor konservativt utført for en armert betongkjerne med diameter ø800 mm for å ta hensyn til noe virkning av stålrørene. Vi har brukt gjennomsnittlig lengde L=9,8 m for vertikale peler og tilsvarende L=9,9 m for skråpeler. Det er antatt betongkvalitet B45 og E-modul på 3, kn/m 2. Vi har også prøvd ulike modeller for pelespiss. Når det er hovedsakelig bart berg der spissen skal innmeisles må pelespiss regnes som leddet og med toppen innspent i et uendelig stivt fundament. Parameterstudier viser at resultatene fra GeoSuite Pile Group gir størst aksialbelastning med innspent spiss, mens leddet spiss gir størst innspenningsmonment i toppen, se sammenligning av disse to analysene sammen med absolutt stiv lastfordeling fra rekneark på figur 2. Dybder til berg og lagdeling er lik for alle peler da det i programmet ennå ikke er mulig å modellere ulike grunnforhold for de enkelte pelene. Figur 1: Benevning og geometri av pelegruppe /ads 6. februar 2012 Side 6 av 12 c:\docume~1\ads\otlocal\mia\workbin\8ac288.0\ rig-ber-001.docx

7 M U L T I C O N S U L T Oppdrag: Emne: Nordhuglo ferjeleiee Oppdrag nr.: Dykdalb på stålrørspeler Utarb. av: ads 8. Resultater fra GeoSuite PileGroup Resultatene fra analysene er vist på vedlegg B. Merk at z-aksen i dette programmet er oppover slik at trykk i peler er negative og strekk tilsvarende positive. Benevning av pelene er vist på figur GeoSuite leddet GeoSuite innspent Gruppe uten jord A B C D E F G H Figur 2: Sammenligning av resultater fra GeoSuite og reknearket Gruppe. Aksiallaster i pel for lasttilfelle 2. Ved å bruke fire ekstra skråpeler til ville det være mulig å redusere kreftene vesentlig, men kostnadene for fire ekstra skråpeler av denne typen vil ligge i området 0,,5-1,0 mill. kr. Alle vertikale peler (B, C, F og G) vil bare få trykk og trenger ingen forankring utover innmeisling i berg. Ved å snu torsjonsmomentet vil pel A og H bytte verdier og det samme vil skje med D og E. De vertikale pelene B, C, F og G vil alltid få trykkrefter. Typiske resultater fra beregningene er vist på figurene 3, 4, 5 og 6 for alle lastsituasjoner og alle peler. Legg merke til at momenter blir plottet med bare positive verdier. Deformasjonene i peletopp for bruksgrensetilstanden ligger i området δ = 0 39 mm som vist på figur /ads 6. februar 2012 c:\docume~1\ads\otlocal\mia\workbin\8ac c288.0\ rig-ber-001.docx Side 7 av 12

8 M U L T I C O N S U L T Oppdrag: Nordhuglo ferjeleie Oppdrag nr.: Emne: Dykdalb på stålrørspeler Utarb. av: ads Figur 3: Deformasjoner av peletopp i bruksgrensetilstand, lasttilfelle 2 Figur 4: Spenninger i pelene for bruddgrensetilstanden /ads 6. februar 2012 Side 8 av 12 c:\docume~1\ads\otlocal\mia\workbin\8ac288.0\ rig-ber-001.docx

9 M U L T I C O N S U L T Oppdrag: Nordhuglo ferjeleie Oppdrag nr.: Emne: Dykdalb på stålrørspeler Utarb. av: ads Figur 5: Momenter i pelene Figur 6: Deformasjoner i bruksgrensetilstanden /ads 6. februar 2012 Side 9 av 12 c:\docume~1\ads\otlocal\mia\workbin\8ac288.0\ rig-ber-001.docx

10 M U L T I C O N S U L T Oppdrag: Nordhuglo ferjeleie Oppdrag nr.: Emne: Dykdalb på stålrørspeler Utarb. av: ads Figur 7: Aksiallaster i bruddgrensetilstanden For å dimensjonere betong og armering har vi plukket ut sammenfallende verdier av aksiallast, moment og skjærkraft for maksimalverdiene som vist i tabell 3. Tabell 3: Dimensjonerende sammenfallende belastninger for lasttilfelle 2. Nivå N(kN) M (knm) V(kN) Pel I topp pel H Ved pelespiss I topp pel A Ved pelespiss Figur 8 viser en sammenstilling resultater fra reknearket Gruppe og GeoSuite Pile Group. Resultatene er relativt sammenfallende, men det er naturlig at reknearket gir litt høyere verdier på grunn av mangel på effekt av fleksibilitet og jordstivhet, og samtidig svært mye lavere belastninger for modellen med stiv jord helt til peletopp. Vi legger merke til den store lastkonsentrasjonen i pelene D og E når lasten angriper i denne kanten av dykdalben. Tilsvarende laster ville blitt fordelt på pel A og H ved angrep i andre enden. Maksimal dimensjonerende trykklast som skal tas av en pel er F d =2211 kn. Som vist i vedlegg A skal det da dokumenteres en målt rammemotstand på minst R c;m =3612 kn. Dette er basert på føgende faktorer (NS-EN :2004+NA:2008): Tabell NA.A.6, Partialfaktor for totalbæreevne: γ t =1,1 Tabell NA.A.11, Korrelasjonskoeffisient,ξ 6 =1,35 1,1=1, /ads 6. februar 2012 Side 10 av 12 c:\docume~1\ads\otlocal\mia\workbin\8ac288.0\ rig-ber-001.docx

11 M U L T I C O N S U L T Oppdrag: Nordhuglo ferjeleie Oppdrag nr.: Emne: Dykdalb på stålrørspeler Utarb. av: ads 9. Forankring av strekkpeler Strekkreftene må tas opp ved å installere en stålkjernepel gjennom spissen av stålrørspelene og bore den inn i berg til tilstrekkelig dybde. Stålkjernepelen er dimensjonert i vedlegg A. Det er benyttet en reduksjonsfaktor på f a = 0,9, og følgende materialkoeffisienter i hht. Eurokode 3-5 /4/: Trykk, γ M1 =1,05 Strekk, γ M2 =1,25 Dette gir en stålkjerne med stålkvalitet S355 og diameter ø90 mm. Dersom stålkjernen må skjøtes må dimensjonen økes til ø120 mm. Dette må bestemmes på forhånd slik at den hule pelespissen kan tilpasses. Forankringslengder er også beregnet i vedlegg A basert på minmum av tre bruddmodeller: Brudd mellom stålkjerne og mørtel Brudd mellom mørtel og berg Brudd ved opptrekk av bergkjegle For å gjøre installasjonen enkel skiller vi bare mellom skråpeler og vertikalpeler, og har beregnet følgende forankringslengder i godt berg: Skråpeler: 5 m Vertikalpeler: 0 m Stålkjernen må gå like langt opp i stålrørspelen som i berg. Det er antatt mørtel med kvalitet B45 og at det legges på sveiselarver for hver 250 mm på stålkjernen for å øke heft. 10. Ramming av stålrørspeler Nødvendig bæreevne for trykk skal dokumenters under stoppslagning ved å måle bæreevnen fra synk og deformasjonsmålinger, R c:m, ref. Eurokode 7 /3/. Vi anbefaler at alle peler blir rammet til stopp etter det samme kriteriet. Dimensjonerende last F c:d = 2211 kn Dimensjonerende bæreevne R c:d 2211 kn, velger 2215 kn Karakteristisk bæreevne R c:k = R c:d γ t = ,1 = 2400 kn Målt bæreevne for åtte peler R c:m = R c:k ξ 6 =2400 1,35 1,1 = 3612 kn ~ 3620 kn Vedlegg A viser at det blir tilfredsstillende spenninger i stålpelen under ramming. Rammeutstyret må kunne gi pelen en netto rammeenergi på minst ηwh= 20 knm, og nødvendig rammeenergi som funksjon av pelelengde, se vedlagte rammediagram på tegning G Pelespisser Pelespissen skal være hule, utstøpte bergspisser med diameter ø210 mm og hulldiameter ø100 mm for boring av stålkjernepel med diameter ø90 mm. Stålkvalitet skal være minst S355. Figur 8 viser dimensjoner i henhold til anbefalte verdier i Peleveiledningen /2/ /ads 6. februar 2012 Side 11 av 12 c:\docume~1\ads\otlocal\mia\workbin\8ac288.0\ rig-ber-001.docx

12 M U L T I C O N S U L T Oppdrag: Nordhuglo ferjeleie Oppdrag nr.: Emne: Dykdalb på stålrørspeler Utarb. av: ads Figur Peldiam. (mm) R c:m (kn) T R S L P D d Figur 8: Hul bergspiss 12. Utstøpning Pelene har ingen sidestøtte før dykdalben støpes, så det må konstrueres et flytende, forankret rammeverk som støtter pelene innbyrdes i en midlertidig fase. Pelene rammes vannfylte, og får netto oppdrift når de tømmes. Utstøpning må derfor foregå som undervannstøp /ads 6. februar 2012 Side 12 av 12 c:\docume~1\ads\otlocal\mia\workbin\8ac288.0\ rig-ber-001.docx

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24 Nordhuglo ferjekai Pelegruppe for dykdalb VEDLEGG B M U L T I C O N S U L T Beregningshefte for pelegruppe beregnet med GeoSuite Pile Group : /ads 31. januar 2012 Side 1 av 12 c:\docume~1\ads\otlocal\mia\workbin\8ac5f9.0\geosuite-resultater.docx

25 Nordhuglo ferjekai Pelegruppe for dykdalb VEDLEGG B M U L T I C O N S U L T HOVEDRESULTATER Foreløpige resultater med utstøpt stålrør ø813x12,5 mm. Betongkvalitet B45 og stålrør korrodert bort. Skråpelene A, D, E og H har helning 6:1. Sammenfallende verdier av aksialkraft, moment og skjær for dimensjonering av betongtverrsnitt og armering. Nivå N(kN) M (knm) V(kN) Pel I topp pel H Ved pelespiss I topp pel A Ved pelespiss /ads 31. januar 2012 Side 2 av 12 c:\docume~1\ads\otlocal\mia\workbin\8ac5f9.0\geosuite-resultater.docx

26 Nordhuglo ferjekai Pelegruppe for dykdalb VEDLEGG B M U L T I C O N S U L T /ads 31. januar 2012 Side 3 av 12 c:\docume~1\ads\otlocal\mia\workbin\8ac5f9.0\geosuite-resultater.docx

36