INNLEGG PÅ BRUDAGEN 2010

INNLEGG PÅ BRUDAGEN 2010 Godtfolk! Per Tveit, Agder Universitet per.tveit@uia.no For 5 dagar sidan var eg tilstades på opninga av Brandanger Bru. Det er den slankaste bogebrua i verda. Tillat meg å visa nokre bilete: Fig. 1. Øvst til.venstre: Hovudspennet vart bygd i Sløvåg. Øvst til høgre: To hollandske flytekraner løftar spennet. Nede til venstre: Hovudspennet vart transportert 4 km til brustaden. Det tok 5 timar. Nede til høgre: Hovudspennet er på plass. Berre rekkverk manglar. Hovudspennet er ein nettverkboge som vart bygd på ei steinfylling om lag 5 km frå brustaden. Spennvidda er 220m. Skaanska gjorde ein svært god jobb med bygging av brua. Aril Hanekamhaug stod for framdrift i arbeidet og fekk alle partar til å arbeida saman. Nettverkbogen er ein brutype som eg fann på då eg var student for 55 år sidan. Det er ei bogebru der nokre av hengestenger kryssar kvarandre minst to gonger. Til no er det bygd over førti nettverkbogar. Brandanger Bru er den tredje norske nettverkbogen. Det nyttigaste i dette innlegget er at det vert vist korleis ein kan finna materialbehovet for nettverkbogar med to køyrebaner og fortau for syklar og fotgjengarar. Desse nettverkbogane er truleg mest konkurransedyktige for spennvidder mellom 60 og 180m. Fyrst vil eg forklara kvifor nettverkbogen brukar så lite materialar. Deretter kjem ei samanlikning med andre bruer. Så litt om korleis ein lagar eit overslag over materialmengder i ein nettverkboge med to køyrebaner og gangbaner. Så om montasje av nettverkbogar. Til slutt vil eg laga ei samanlikning mellom ein nettverkboge og eit anna alternativ til bru i Sogndal på nordsida på av Sognefjorden. 1

Fig. 2. Framlegg til bru over Åkviksundet. (Teich & Wendelin 2001). Eg vil illustrera det eg seier med eit bilete av ein nettverkboge som to tyske studentar konstruerte då dei skreiv diplomarbeid hjå meg i Grimstad. Sjå fig. 2. Det var eit arbeid på 300 sider som dei fekk 1.0 for. Det ligg på internett på mi heimeside: home.uia.no/pert Nettverkbogen er som ein fritt opplagra bjelke. Bogen er trykksonen. Bogen er understøtta av hengestengene slik at stålet i bogen kan ta høg knekkspenning. Hengestengene er eit tynt steg. Det verkar best når alle stenger har strekk i alle fall i bruksgrensetilstanden. Undergurten er ei betongplate med to kantdragarar med plass for dei spennkablane som tek strekk-krafta i undergurten. Det er lett å visa at det største momentet i undergurten er i plata midt mellom bogane. Influensliner viser at langsgåande moment i undergurten er mykje mindre. Difor treng ein ikkje langsgåande bjelkar i undergurten. Vedlikhaldskostnadane vert mindre når det ikkje er stålbjelkar i undergurten. Mellom kantdragarane kunne ei ha klart seg med ei plate som var 27 cm tjukk. På fig. 2 er platetjukna 30 cm, men det er fordi studentane ville sikra at plata ikkje fekk for store nedbøyingar. Skulle ei bruplate få for store nedbøyingar, kan det motverkast til dømes med å spenna plasttrådar med ekstremt høg styrke under plata. I fig. 3 er ei samanlikning mellom studentane sin nettverkboge og tyske bogebruer med vertikale hengestenger. S tyder at bogane hallar mot kvarandre. N tyder at det ikkje er noko vindfagverk. Ein ser at ein kan spara mykje stål ved å bruka nettverkbogar. Det prikka området på fig. 3 indikerar vekta av ein mellombels undergurt for nettverkbogen. Fig. 3. Stålvekt for nettverkboge og tyske bogebruer med vertikale stenger. 2

Dei øvste linene i fig. 4 er laga av Max. Herzog ut frå bruer bygde før 1975. Lina for nettverkbogar har eg teikna sjølv. Det ser ut som om nettverkbogen oftast sparer meir enn halvdelen av stålvekta. Dersom det er nokon som veit om ein brutype som brukar mindre materialar enn nettverkbogen for brustader der hovudspennet er mykje lenger enn sidespenna, så vil eg gjerne vita det. Fig. 4 viser stålforbruk ved ulike brutypar. Fig. 5. Naudsynt platetjukn når ein berre tek omsyn til bæreevna. (Teich og Wendelin 2001). Fig. 5 viser naudsynt platetjukn mellom kantbjelkane i en nettverkboge. Overdekninga har auka litt sidan den tid, men auka betongstyrke kan heilt eller delvis kompensera for det. Skulle ein få store nedbøyingar i bruplata så kan det motverkast på mange måtar. Det er ikkje berre stålvekta som bestemmer brutypen. Fig. 6 viser andre grunnar til å velja nettverkbogar. Fig. 6. Samanlikning mellom nettverkbogar og andre stålbruer. 3

Då me underviste i brubygging ved Ålborg Universitetscenter, kravde me at studentane skulle sjå på tre alternativ før dei valde det alternativet som dei konstruerte. Eg vil no visa korleis ein lagar eit raskt og ikkje heilt nøyaktig overslag over eit nettverkbogealternativ med to køyrebaner og fortog for syklar og fotgjengarar. Fig. 7 gjev stålvekter for nettverkbogar med to køyrebaner og to gangbaner. Dei store punkta er tekne frå dei to tyske studentane sitt arbeid. Sjå fig. 2. Diagrammet er mest påliteleg nær desse punkta. Diagrammet gjeld for nettverkbogar der pilhøgda er 15% av spennvidda. Denne pilhøgda vert mykje brukt i Europa. I USA brukar dei ofte pilhøgder som er 20 % av spennvidda. Det gjev mykje mindre stålvekt. Mellom norske fjell kan ein bruka ein mellomting. Den raude streken på fig. 7 viser materialbehov for nettverkboge med spennvidde 100m og to fortog: Konstruksjonsstål i boge etc. 140t Spennkablar 15t Mellombels undergurt 70t Fig.7. Stålvekter i vegbru er med to køyrebaner. 3 Betong 0.3 15 100 m 3 450m Fig. 8. Bolstadstraumen Bru vart bygd i 1963. Spennvidde 84 m. I Bolstadstraumen Bru i fig. 8 er pilhøgda 18% av spennvidda. Mellom høge fjell ser det bra ut. Sidan skal eg visa overslag for Loftesnes bru i Sogndal på nordsida av Sognefjorden. Mellom dei høge fjella som er der vil eg rekna med ei pilhøgde som er 17% av spennvidda. 4

MONTASJE AV NETTVERKBOGAR Før eg går over til å snakka om Loftesnes bru vil eg snakka om montasje av nettverkbogar. I Bolstadstraumen var det sand i elvebotnen. Stillaset på fig. 9 vart bygd på pelar i sanden. Det sperra for all trafikk i straumen. Når undergurten var støypt, var den ei god plattform for montasje av bogen. Når hengestengene var monterte, vart dei stramma til dei bar undergurten. Då kunne stillaset rivast. Mellombels stillas kan koma på tale mange stader. Til dømes der ein nettverkboge skal byggast over eit fleirspora gatekryss der ein ikkje vil ha søyler som vert i vegen for framtidig omlegging av krysset og som gjev dårlegare sikt. Fig. 9. Stillas for Bolstadstraumen Bru. Når ei kombinerar den mellombels undergurten på fig. 10 med bogar og hengestenger, får ein eit stivt stålskjelett som kan løftast dersom løftekreftene går i nærleiken av enden av stillaset. Sjå fig.17. Stålskjelettet kan bæra støyping av undergurten. Fyrst støyper ein rundt endane av bogen der spennkablane ikkje er rette. Så støyper ein kantdragarane. Kanskje helst frå begge sider for å hindra store nedbøyingar fordi stenger vert slappe under støypinga. Så støyper ein brubanen. I utlandet er det bygd over 40 nettverkbogar. Så vidt eg veit har dei alle stålbjelkar i undergurten Eg meiner at det ikkje bør vera stålbjelkar i undergurten. På side 30a i The Network Arch http://home.uia.no/pert argumenterar eg i 17 punkt mot stål i undergurten. På neste side tek eg med 9 av desse punkta. Fig. 10. Mellombels undergurt for montasje av ein nettverkboge. 5

Argument mot stålbjelkar i undergurtar i nettverkbogar finn ein på side 30a på mi heimeside http://home.uia.no/pert Eg tek med ni av argumenta her: 1. Permanente stålbjelkar i undergurten gjev større tverrsnittshøgd. Det ser mindre godt ut og fører ofte til lengre ramper. 2. Ein treng ikkje langsgåande bjelkar i undergurten fordi momenta i slike bjelkar vert små. 3. Langsgåande bjelkar som tek strekk gjev riss i betongen oppå bjelkane. Dette aukar vedlikehaldet. 4. Mellombels undergurtar er bolta saman på brustaden. Dei treng lite åtgjerder mot korrosjon. Prisen per ton vert ikkje høg. 5. Ein mellombels undergurt kan brukast mange gonger i netverkbogar med ulike lengder og breidder. 6. Ved ombruk av ein mellombels undergurt må ein kanskje laga nokre nye hol og kutta eller sveisa nokre stålprofilar. Trematerialane kan brukas om att eller brukast til andre formål. 7. Ein permanent undergurt av stål må lagast i verkstad og må vernast mot korrosjon i all framtid. 8. Forspenningskablar tek strekket i undergurten på en økonomisk måte. 9. Ei betongplate som er delvis forspent i lengderetningen treng lite vedlikehald. Eg held fram med å argumentera mot stålbjelkar i undergurten i nettverkbogar. Eg veit ikkje betre. Har eg rett så er det bra. Dersom eg tek feil, så er det liten fare for at nokon tek omsyn til mi meining. Fig. 11 viser eit tidleg stadium i bygginga av ein nettverkboge som kryssar ein kanal. Vinkelen mellom bru og kanal er 45 grader. Kanalen er knapt 70m brei. Brua er 100 m lang. Brua har 3 bogar for å gjera bruplata tynnare. Bogar, stenger og mellombels undergurt vert montert på eine sida av kanalen. Berre halvparten av stålskjelettet er vist. Dersom lengdene i stengene er rette, skulle det ikkje vera naudsynt med seinare stongjustering. Når bjelkane oppå pongtongen er festa til pilaren, kan stålskjelettet flyttast over til pongtongen. Så vert pongtongen dregen over kanalen og stålskjelettet vert flytta til lagera. Til slutt vert undergurten støypt. Eg meiner at vegvesenet bør overta den fyrste mellombels undergurten som vert brukt i Norge og leiga han ut for seinare bruk. Fig. 11 viser montasje av som skal kryssa ein kanal. ein skeiv nettverkboge 6

Fig. 11 viser eit framlegg til ein nettverkboge over Storestraumen i Skodje på Møre. Her kunne røyra i bogen under køyrebanen ha vore fløytte til brustaden og svinga opp til rett stilling. Så kunne stålskjelettet ha vorte montert på eit sidespenn og løfta på plass ved hjelp av ein stor pongtong og tidevatn. Stålskjelettet for hovudspennet kunne også løftast opp frå pongtongar på vassflata. Dersom bogen var røyr, kunne røyra fyllast med betong før brubanen under bogen vart støypt. I Kina er denne teknologien mykje brukt ved bygging av bogebruer. Fig. 11. Framlegg til nettverkboge i Skodje. Spenn 181m. Fig. 12. Montasje av Mangamahu Bridge i New Zealand. Spenn 85m. Fig. 12 viser korleis ein nettverkboge vart montert i New Zealand. Fyrst vart undergurten montert på to stålstøtter. Så vart dei to bogedelane montert ved hjelp av dei raude kranene. Den gule krana lyfte dei to mennene som skrudde bogedelane saman. Nettverkbogane er populære i New Zealand fordi Maoriane ikkje vil at åndene i elva skal forstyrrast. 7

Fig. 13. Montasje av Blennerhassett Bru i Ohio. Spenn 268 m. Så vidt eg veit er Blennerhassett Bru den lengste nettverkbogen i verda. Sjå fig. 13. Montasjemetoden vart påverka av at elva måtte haldast open under heile byggeperioden. Brua vart bygd i Ohio i USA fordi ho var billegare enn eit tidlegare framlegg. I høve til ei bru med vertikale stenger vart nedbøyinga grunna nyttelast redusert med ein faktor 11. Momenta i bogen vart redusert med ein faktor 4. Momenta i undergurten vart redusert med ein faktor 5. Fig. 14 viser eit framlegg til Loftesnes Bru. På fig.15 er ein nettverkboge antyda med raudt og blått. Dette alternativet burde kanskje flyttast litt nærare Sogndal slik at pilarane kan setjast på fastare grunn. Dersom bogane kjem rett bak kvarandre, så ville dei verka tynnare. Det gjer dei nesten aldri. 8

Fig. 16. Teich og Wendelin sin nettverkboge plassert i Loftesnes bru. For fort å få eit overslag over kostnadane for ein nettverkboge i Loftesnes Bru, kan ein plassera studentane sin nettverkboge der. Spennvidda er som de hugsar 135m. Sjå fig. 16. Samanlikninga haltar nesten ikkje fordi vassgjennomstrøyminga i sundet er om lag den same for dei to alternativa. Materialmengdene for tidlegare alternativ er: Materialmengdene frå Teich og Wendelin er: Konstruksjonsstål:230 t Boge: 313 t. konstruksjonsstål. Spennstål: 24.8 t Platbærar: 309 t. konstruksjonsstål. Armering:126 t Samla vekt: 1740 t Mellombels undergurt: 90 t Når ein korrigerar for auka pilhøgd, sparer nettverkbogen over 50% av konstruksjonsstålet og kanskje mykje av betongen. Truleg vil underbygningen kosta under det halve. Eg meiner at saka bør granskast nøye, men det er ved lange spenn at nettverkbogen er mest konkurransedyktig. Fig. 17 indikerar korleis stålskjelettet for ein 135m lang nettverkboge for Loftesnes Bru kan løftast av Uglen. Det er Norges største flytekran. Fig. 17 viser korleis ein nettverkboge kan lyftast av Uglen. Treforma for undergurten, spennkablane og litt armering kan også monterast i Sløvågen der hovudspennet for Brandanger Bru vart laga. Så har eg ikkje meir tid dersom det skal verta plass til spørsmål. Takk for at de høyrde på. 9