Beregning av bru med alkalireaksjoner - Tilstandsvurdering og kapasitetskontroll av Elgeseter bru

Abstract

Det er i denne oppgaven gjort en etterberegning av Elgeseter bru med spesiell oppmerksomhet knyttet til lastvirkninger fra alkalireaksjoner i betongen i overbygningen på brua. Elgeseter bru er en slakkarmert betongbru som ble innviet i 1951. Brua er 200 m lang og består av 9 spenn.

Betongen på brua har vist seg å inneholde tilslag som er alkalireaktivt og det har blitt observert flere skader som kan knyttes til alkalireaksjoner. Blant annet er det målt en lengdeutvidelse av overbygningen, som også har ført til en skjevstilling av søylene. På grunn av dette kan brua være utsatt for betydelige tilleggskrefter. Alkalireaksjoner er en nedbrytingsmekanime som skyldes kjemiske reaksjoner mellom alkalireaktive bergarter i tilslaget og alkalier i sementpastaen. Reaksjonsproduktet er en alkaligel som sveller under vannabsorpsjon. Dette fører til ekspansjon av betongen og etterhvert opprissing.

Det er utført en kapasitetskontroll i både bruoverbygningen og søylene i bruddgrensetilstand både for bruas opprinnelige laster og med tilleggslaster fra alkalireaksjoner. De opprinnelige lastene og lastfaktorene er i henold til håndbok R412 Bruklassifisering. Lastvirkningene fra alkalireaksjoner er basert på Statens vegvesen sine retningslinjer "Alkalireaksjoner - Veiledning for konstruktiv analyse". Kapasitetsberegnigene er utført etter NS 3473: Prosjektering av betongkonstruksjoner.

Det er benyttet to regneprogrammer i oppgaven, Abaqus CAE og Robot. Robot er benyttet til å finne de dimensjonerende lastvirkningene fra de opprinnelige lastene på brua, samt de ytre lastvirkningene fra alkalireaksjoner. Abaqus er benyttet for å modellere ekspansjonen fra alkalierekasjoner ved å etablere en elementmodell.

Elgeseter bru har tilstrekkelig kapasitet i forhold til ordinær last i alle snitt. Utnyttelsen for moment midt i feltene er imidlertid relativt høy med en utnyttelse på 0,93 i feltene 2-8. Den ytre lastvirkningen fra alkalireaksjoner er en permanent lastvirkning som kommer i tillegg til de andre ytre lastvirkningene. For Elgeseter bru begrenses den ytre lastvirkningen av flytemomentet i momentnullpunktene til overbygningen. Alkalireaksjonen øker likevel utnyttelsen for moment i feltene 2-8 fra 0,93 til 1,22. Utnyttelsesgraden til støttene reduseres på grunn av alkalireaksjoner.