Hengebrukasse - Kapasitetskontroller av brubjelke i hengebru

Abstract

I denne masteroppgaven er det sett nærmere på bruken av det europeiske regelverket NS-EN 1993-1-5:2006 i forbindelse med dimensjonering av hengebrukasser i stål. Metoden med effektive tverrsnitt fra Eurokodens kapittel 4 til 7 er anvendt for å ta hensyn til knekking av plater som følge av normalspenninger og skjærspenninger i bruddgrensetilstand ved påvisning av kapasiteten til brukasser. Det er tatt utgangspunkt i brukassen på den planlagte hengebrua Chacao Bridge i Chile, der den allerede foretatte dimensjoneringen er utført iht. amerikansk regelverk for bruer, AASHTO.

For plater belastet med skjærspenninger baseres kapasiteten på metoden med roterte spenningsfelt der hovedstrekkspenningen kan fortsette å øke til den når flytespenningen etter knekking. I oppgaven er det utført en komplett kontroll av hengebrukassen med de maksimale/minimale snittkreftene som virker på brua. Kreftene er hentet fra resultatene av en globalanalyse av brua utført av Aas-Jakobsen i programmet RM Bridge

For påvisningen av kapasitet for normalspenninger er reduksjonsfaktorene for lokal og global knekking basert på en konservativ konstant spenning på den trykkbelastede delen av tverrsnittet. Kapasiteten til hvert enkelt panel som bygger opp kassetverrsnittet er beregnet for å danne et sammenligningsgrunnlag med kapasiteten til brukassens totale tverrsnitt. Det ble da observert at en kontroll basert på en spenningssjekk av hver platedel er fordelaktig for å unngå overdimensjonering ved toaksial bøyning der momentet om sterk akse er større en 13 \% av den dimensjonerende kapasiteten for bøyning om samme akse. Dette skyldes forutsetningen i Eurokoden om at reglene baserer seg på kassebærere med parallelle flenser. Ved momenter om sterk akse på brukassen vil de ikke-parallelle skråstilte sideplatene være tverrsnittets flenser og dermed underestimeres totaltverrsnittets kapasitet ved toaksial bøyning. Ved enakset bøyning viser resultatene at totaltverrsnittet maksimalt har 7 % høyere kapasitet enn det svakeste panelet, mens for aksialt trykk er forskjellen beregnet til 12 %.

Ved påvisning av kapasitet for skjærknekking baseres regelverket i hovedsak på skjærkraft fra én retning og det gis ingen konkret metode for inkludering av skjær fra torsjonsmomentet. I den lukkete hengebrukassen som kontrolleres i denne oppgaven ble skjærspenningene inkludert som en kontinuerlig strøm gjennom hele tverrsnittet og påvisning av kapasiteten baserte seg på den maksimale skjærspenningen i hver platedel. Skjærkapasiteten er funnet til å være mindre utnyttet enn kapasiteten for normalspenninger.

I regelverket for interaksjon mellom bøyning og skjær mangler Eurokoden en kontroll for påvisning av tverrsnitt utsatt for toaksial bøyning. Interaksjonsuttrykket mellom trykk og skjær kan benyttes og det er i denne oppgaven ingen lastsituasjoner der interaksjon viser seg å være kritisk, selv ved konservativ kombinasjon av utnyttelsesgradene for de ulike spenningene.