Brandangersundbrua utfordrende design og montering

Transkript

1 Brandangersundbrua utfordrende design og montering av dr. ing. Rolf Magne Larssen fra Dr. Ing. A. Aas-Jakobsen AS Presentasjon på Norsk Ståldag oktober 2010

2 Hva? Brukryssing med nettverksbue Hovedspenn 220 m Totalt 285 m brulengde

3 Hvor?

4 Hvor?

5 Hvor? Brosted Byggeplass hovedspenn

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 Brandangersundet

11 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

12 Utforming

13 Utforming Dimensjoner Lengder: Hovedspenn 220 m, Sidespenn 30 og 35 m, Bredder: Kjørebanebredde hovedspenn 5.0 m Materialer Totalbredde brudekke i hovedspenn 7.6 m Senteravstand mellom buer 7.2 m Buer: Rørprofil med dimensjon OD 700 mm tykkelse 40 mm, lokalt øket til 50 og 60 mm Hengestenger: Spiralslåtte lukkede kabler med diam. 42 mm Bruplate: Forspent betong Mengder, hovedspenn Stål 383 tonn Hengestenger inkl kabelhoder: 24 tonn Kjørebane, betong 1455 ton Total vekt hovedspenn 1862 ton (ved løft) Sidespenn Kjørebane, søyler landkar og fundamenter i betong

14 Utforming Utforming av bue Spennvidde 220 m, pilhøyde 33 m Avstand mellom buer er 7.2 m Tverrsnitt er rør Ø 711 mm, tykkelse 40 til 60 mm Stål S420N/NL Vindfagverk Tverrsnitt er rør Ø 250 mm, tykkelse 5 mm Stål S355N Vindportal Tverrsnitt er rør Ø 611 mm, tykkelse 40 mm Stål S355N Hengestenger Spiralslåtte lukkede kabler Diameter Ø 42 mm Benytter 44 stenger i hvert bueplan Kjørebane hovedspenn Forspent betong mm tykk 5.0 m bred kjørebane, ett spor

15 Prosjektoversikt Aktører: Byggherre: Statens vegvesen, Region vest Rådgivende ingeniør, byggeteknikk: Dr. ing. A. Aas-Jakobsen AS Kontroll stålarbeider for byggherre: Inspecta (ØstTech) Entreprenør: Skanska Underentreprenør stål: HSM Steel Structures, Nederland Underentreprenør løfting: Smit Heavy Lift, Nederland Prosjektfaser Oppstart prosjektering 2006 Anbud ut mars 2009 Byggestart august 2009 Bruåpning 4. november 2010

16 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

17 Dimensjonering for knekking Slank bærekonstruksjon gjør knekksikkerheten viktig Knekkanalyse må baseres på systemknekking og ikke stavknekking Knekkdimensjonering basert på en 2.ordens lastvirkningsberegning som inkluderer effekt av geometriske avvik effekt av egenspenninger Beregning fordrer angivelse av kritisk formfeil, dvs. form størrelse Formene bestemmes fra elastisk knekkanalyse, egenverdianalyse Størrelse ut fra forhold mellom buelengde S og en parameter D avhengig av tverrsnitt- klasse, med øvre og nedre begrensning: S emin e0 emax D (benyttet klasse b,e max =335, e min =100, D=125)

18 Dimensjonering for knekking Knekkberegning gjennomført for to lastregimer Last vesentlig i vertikalplanet (trafikklast) Last vesentlig i horisontalplanet (vindlast) Elastiske knekkformer beregnet og mellom 30 og 40 former benyttet som utgangspunkt for formfeil (for hvert lastregime) Formfeilamplitude beregnet som beskrevet foran Lastvirkningsanalyser gjennomført for alle formfeil Utnyttelse beregnet ut fra ren spenningskontroll

19 UR UR Knekking av bue Resultater Last vesentlig i vertikalplanet (trafikklast) Uten formfeil UR max = 0.65 Med formfeil UR max = Element nr Last vesentlig i horisontalplanet (vindlast) Uten formfeil UR max = 0.75 Med formfeil UR max = Element nr

20 Horr. forskyvning buetopp [m] Vertikal forskyvning buetopp [m] Knekking av bue Ikke-lineær kontroll Beregning forutsetter lineær-elastisk oppførsel av konstruksjon Gjennomført en ikke-lineær analyse for et sett av lastsituasjoner som gir stor utnyttelse i de lineære analysene Skrittvis tidsplan analyse der både 2. ordens effekt og eliminasjon av eventuelle slakke hengestenger inkluderes Begge typer analyse viser at buen selv om den er meget slank har en tilfredsstillende knekksikkerhet Den ikke-lineære analysen viser at bue konstruksjonen tåler mer enn 2.5 ganger normert belastning (der normert last er last som definert av prosjekteringsregler inklusiv lastfaktorer) Begrensende element er følgelig bruplaten som på vanlig måte er armert til å bære normert belastning Sikkerhetsfaktor SF Uten formfeil Med formfeil Min kraft Uten formfeil Med formfeil Sikkerhetsfaktor SF

21 Montasje Meget rask oppstart med forskaling og produksjon av buefot Buefot i verksted i start september 2009 Buefot på plass i Sløvågen tidlig i oktober Brubane støpt uke 43-48

22 Montasje Rørproduksjon i Tyskland Sammensveising til elementer i Nederland

23 Montasje Oppspenning av bruplate i hovedspenn i uke 51, 2009 Kryp Svinn Transport av bue til Sløvågen Oppstart montasje i slutten av april Bue oppmontert i midt av mai Montasje av hengestenger i juni Oppspenning i juli, fase 1

24 Montasje

25 Montasje

26 Montasje

27 Montasje

28 Transport

29 Transport

30 Transport

31 Transport

32 Transport

33 Transport

34 Transport

35 Transport

36 Konklusjon Brandangersundet har fått en lett og lekker nettverksbuebru! Ekstrem slank brukonstruksjonen, 220 m hovedspenn med kun 7.2 m mellom stagplanene og kun 711 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 og byggearbeidet som er vellykket gjennomført i et godt samarbeid mellom byggherre, konsulent og entreprenør

37 Takk for oppmerksomheten!