Beregning av fritt frambyggbruer: Analyse og dimensjonering av Hundvåkøybrua i henhold til Eurokode

Abstract

Masteroppgaven omhandler evaluering og dimensjonering av en fritt frambyggbru i brudd og bruksgrensetilstanden etter gjeldende europeiske standarder. Hundvåkøybrua i Austevoll kommune som sto ferdig i 2007 er gjenstand for oppgaven. Den er 460 meter lang med hovedspenn på 233 meter, og er modellert i rammeprogrammet NovaFrame. Det er lagt stor vekt på bruksgrensetilstanden og langtidsdeformasjoner. Dette fordrer en realistisk modell som følger utbyggingen slik den ble utført, inkludert modellering av støttesøyler,senkinger og horisontal jekking av kragarmer i midtfelt.

NovaFrame har ikke vært et utbredt analyseprogram for fritt frambyggbruer. Det viserseg at programmet har redusert funksjonalitet for å beregne effekter som denne brutypenmedfører. Dette kan være støttesenkinger, automatisk utvikling av tidsavhengige lastersom kryp og svinn, dynamisk tap i spennkraft og manglende funksjon for utskrift avdeformasjoner underveis i byggingen. Dette medfører en stor mengde manuell inndata ogmodiserte løsninger. Det er imidlertid mulig å benytte programmerte løkker i inndata-len, men dette har forholdsvis høy brukerterskel.

Analyse av Hundvåkøybrua med europeisk prosjekteringsgrunnlag (Eurokode) lagt til grunn medfører en overskridelse av momentkapasitet i midtfelt på 22; 1 %. Det mistenkes at prosjekteringsgrunnlaget medfører større dimensjonerende lastvirkning enn det som var beregnet i den aktuelle prosjekteringen av Hundvåkøybrua. Dette indikerer at prosjektering etter Eurokode ville medført større spennarmeringsmengde i bunnplaten, om ikke andre alternative tiltak blir gjennomført for å øke moment kapasiteten.Skjærkapasitetog støttemoment over hovedpilarene har tilstrekkelig kapasitet.

Momentdiagrammer og nedbøyninger fra NovaFrame-analysen er sammenlignet med resultater fra Koboss/Darc og kan vise til godt samsvar. Ulikheter kan forklares som endringer i modellen og endret prosjekteringsgrunnlag. Modellen i NovaFrame er basert på et mer teoretisk grunnlag, etter bestemmelsene i Eurokode 2. Dette medfører blant annet en E-modul som er over 7000 MPa høyere enn den som er benyttet ved aktuell prosjekteringi Koboss.

Momentomlagring over tid for permanente laster viser til en helt annen utvikling og tendens enn Koboss/Darc i denne avhandlingen. Koboss/Darc får begge økt feltmoment over tid, og variasjonen er i størrelsesorden 15000 - 20000 kNm fra 0 år til 100 år. NovaFrame kan vise til redusert feltmoment med størrelsesorden 2000 kNm fra 1 år til 100år, i praksis ingen endring i feltmoment over tid. En uavhengig krypanalyse bekrefter at momentomlagringen er liten.

Utviklingen i nedbøyninger etter kort tid samsvarer også godt med målte nedbøyninger for Norddalsfjordbrua og Støvset bru. Etter ett års levetid i ferdigtilstand er deformasjonene75 - 100 mm. Støvset bru er noe kortere enn Hundvåkøybrua, men har tilnærmetlik geometri og ekvivalente mengder lettbetong i midtfelt. Korttidsnedbøyningene er avsvært god overrenskomst for disse bruene. Dette kan tyde på at en teoretisk modell beregnet etter Eurokode gir en realistisk oppførsel ved nedbøyninger.

En elastisk betongspenningsanalyse for brua viser at rissviddekravet om trykkavlastning etter 100 år ved ofte forekommende lastkombinasjon er tilfredsstilt. Laveste trykkspenning opptrer ved endetverrbærer og har verdi -1; 53 MPa. En bestandig bru er viktig av økonomiske og sikkerhetsmessige årsaker. Trykkspenningene ved karakteristisk kombinasjon har en størrelse som overskrider anbefalt grenseverdi og lengderiss kan oppstå.