Gjennomgang 16-1354 Lerkendal G/S bru

Abstract

Hensikten med oppgaven er å sikre at 16-1354 Lerkendal G/S bru har nok kapasitet i bruddgrensetilstand, og da spesielt ved tanke på snømåking, feiing eller annen trafikklast. Siden hensikten med oppgaven er å vurdere om brua har tilstrekkelig kapasitet mot brudd, blir det ikke beregnet på bruksgrensetilstanden til brua. På grunn av dette blir tidligere beregninger av brua av Siving, Nils Olav Vennevik(1) tatt med i vurderingen siden disse beregningene passer godt overens med observert nedbøying.

Det er gjort målinger av nedbøying med nivelleringskikkert oppå bjelken og totalstasjon under bjelkene. I tolkningen av disse dataene er det gjort noen forenklinger. Figurer fra dette viser at nedbøyningen for den mest kritiske bjelken er på 7 cm oppå og 14 cm under. Det kan virke som om det er foretatt konstruksjonsmessige grep under byggingen av brua for å kompensere for nedbøyingen. Ett av grepene som sannsynligvis ble gjort av denne grunnen var å legge klosser mellom bjelkene og plata. Klossene er tykkere jo nærmere midten de er. Et annet grep, som det virker som ble gjort, er at det ble påstøpt ekstra betong på toppen av bjelkene, men dette er mer usikkert.

Det er også gjort målinger med Schmidthammer for å teste betongkvaliteten i bjelkene. Fra disse målingene ble det estimert en normalfordeling. Denne ga en forventet kubetrykkfasthetsverdi på cirka 35 MPa. Dette er litt lavere enn B30 betong, så det er regnet på både B20 og B30. På tegningene av brua er det oppgitt betongklasse C65, som tilsvarer cirka B50. Normalfordelingen til målingene viser at det er tilnærmet 0% sjans for at betongkvaliteten er B50.

I tillegg til usikkerheten om betongkvaliteten er det og usikkert hvor mange dager betongen fikk herde før last ble påført. Dette blir tatt hensyn til ved å sjekke flere verdier av samme faktor. Det er også usikkerhet som kommer av manglende detaljer i tilgjengelig dokumentasjon av brua, som blir diskutert.

Beregningene i oppgaven er hovedsakelig gjort for hånd med en del av beregningene er utført i programmeringsspråket Python. Det er brukt standard håndregninger ikke FEM-beregninger. Formlene som ble brukt er hentet fra NS-EN 1992-1-1 (4) og NS.3473. (9)

Det ble funnet ut at torsjon- og skjærkapasiteten til bjelkene er gode nok i bruddgrense tilstand selv med usikkerhetene tatt med i utregningene. Den største utnyttingsprosenten for skjærutnyttelse er på 85%. Momentet derimot er avhengig av en betongkvalitet høyere enn B30 for å ha momentkapasitet høyere enn lasten.

Når det kommer til platene som asfalten ligger på er lastene med ikke konservative antagelser om armeringens forankringslengde, fortsatt langt over skjærkapasiteten. Lasten er helt opp til 247% av kapasiteten, altså nesten 2,5 ganger større enn det beregningene sier den tåler.

Konklusjonen er at det er usikkert om bruas bruddkapasitet er tilstrekkelig til å tåle den belastningen den utsettes for ved for eksempel snømåking eller feiing. Av hensyn til sikkerheten til de som ferdes i området, anbefales det derfor å unngå kjøretøy på brua før trykkapasiteten er målt med en mer nøyaktig målemetode, og det er gjort grundigere utregninger for å regne ut platas kapasitet.

The purpose of the thesis is to ensure that the 16-1354 Lerkendal G/S bridge has sufficient capacity in the ultimate limit state, particularly concerning snow removal, sweeping or other traffic loads. Since the purpose of the thesis is to assess whether the bridge has adequate capacity against failure, the serviceability limit state of the bridge is not considered closely. Therefore, previous calculations of the bridge by Nils Olav Vennevik(1) have been included in the assessment since these calculations align well with observed deflections.

Measurements of deflection have been taken using an optical leveling device on top of the beams and a total station underneath the beams. In the interpretation of these dat some simplifications have been made. Figures from this show that the deflection for the most critical beam is 7 cm on top and 14 cm underneath. This indicates that measures were taken to conceal the significant deflection. One measure taken was placing blocks between the beams and the plate, where the blocks are thicker the closer they are to the center. Another measure that seems to have been taken is the adding of additional concrete on top of the beams.

Measurements were also taken with a Schmidthammer to test the concrete quality in the beams. From these measurements, a normal distribution was estimated. This yielded an expected cube compressive strength value of approximately 35 MPa. This is slightly lower than B30 concrete, so calculations were performed for both B20 and B30. On the bridge drawings, concrete class C65 is specified, which is equivalent to approximately B50. The normal distribution of the measurements indicates that there is approximately 0% chance that the concrete quality is B50.

There is considerable uncertainty regarding several factors contributing to the ultimate limit state capacity of the bridge. This is accounted for by checking multiple values of the same factor. There is also uncertainty arising from missing details in the available documentation of the bridge, which is discussed.

The calculations in the assignment are primarily done manually, with some calculations performed using the Python programming language. Standard manual calculations were used, meaning not finite element method (FEM) calculations. The formulas used are derived from NS-EN 1992-1-1(4) and NS.3473. (9)

It was found that the torsional and shear capacities of the beams are sufficient in the ultimate limit state even with the uncertainties considered in the calculations. The highest utilization percentage for shear utilization is 85%. However, the moment is dependent on a concrete quality higher than B30 to have a moment capacity higher than the load.

When it comes to the plates forming the roadway. The loads with non-conservative assumptions, regarding the anchoring of the reinforcement, still exceed the shear capacity by far. The load is up to 247% of the capacity, nearly 2.5 times larger than what the calculations indicate it can withstand.

The conclusion of the thesis is that it is not certain enough that the bridge’s failure capacity is high enough to ensure public safety during snow removal or sweeping. Therefore, it is recommended not to allow vehicles on the bridge until the plate has been analyzed more thoroughly with more advanced methods, and the compression capacity of the beams has been measured.