Brugopleggingen 10/11/2003 J.S.Leendertz Herzien 27/7/2004 J.H.v.d.Ven, J.S.Leendertz 1. Inleiding 2. Rubberopleggingen 3. Potopleggingen 4. Bolsegmentopleggingen 5. Taatsopleggingen 6. Rolopleggingen 7. Glijdelementen 8. Oplegsystemen 9. Belastingen 10. Eisen en Normen 11. Referenties 1 1. Inleiding Meestal rusten bruggen op opleggingen die de verticale krachten uit eigen gewicht, rustende belasting, verkeer, wind en temperatuur overdragen naar de onderbouw. Opleggingen zijn ook ontworpen om translaties en rotaties op te nemen. Door een optimale keuze van vaste, enkelzijdige en alzijdig beweegbare opleggingen kan een oplegsysteem de dwangkrachten in de brug en de onderbouw minimaliseren. Tevens kan slijtage in het oplegsysteem tot een minimum worden beperkt. Opleggingen bij grote stalen en betonnen bruggen hebben over het algemeen een levensduur die korter is dan de brug, het betekent dat er vijzelpunten moeten worden opgenomen in de brug. Deze moeten sterk genoeg zijn om de brug inclusief verkeersbelastingen en eventueel een gereduceerde windbelasting te dragen De keuze van de opleggingen wordt bepaald door de keuze van het horizontale en verticale oplegsysteem, drijvend of met vaste punten en geleidingen en de draagkracht van de verschillende typen. 2 2. Rubberopleggingen In figuur 2.1 wordt een gedeeltelijk opengewerkte rubberoplegging getoond. Fig. 2.1 Isometrisch aanzicht rubberoplegging Fig. 2.2 Rubberoplegging met afgesneden hoek 3 Fg. 2.3 Rubber oplegging met stofbalg, glijdelement en geleidingen Materiaal 1. 2. 3. 4. 5. Natuurubber (NR) Natuurubber (NR) met chloropreen (CR) omhulling Chloropreen (CR) Staalplaten Evt. aangevulcaniseerde stalen boven en onderplaten Elementen 1. 2. 3. 4. 5. Kernrubber Wapeningsplaten Omhulling Bovenplaat en onderplaat Aanslagen Evt: 6. Glijdelement 7. Geleiding Eigenschappen 1. 2. 3. 4. Optredende drukspanningen ongeveer max. 15 N/mm2 Veerconstanten: Verticaal, horizontaal, rotatie Stabiliteit Opgebrachte rotatie t.o.v. opgebrachte belasting (gedeeltelijke uplift) 4 Invloeden 1. Weersinvloeden 2. Aantal belastingwisselingen 3. Speciale aandacht voor uplift, separatie van contactvlakken Opmerking: Horizontale krachten kunnen worden afgedragen, maar gaan gepaard met vervorming van de opleggingen. Inspectie Onderdeel 1. Buitenoppervlak (vert.) Eigenschap Uiterlijk 2. Gevulcaniseerde vlakken 3. Plaats Scheefstand Aanhechting Plaatsvastheid 4. Boven- en ondervlak Voorgeschreven stand 5. Glijdelementen en geleidingen Zie par. 7 en 8 5 Criterium Geen barstvorming Geen scheuren Geen overmatige uitbolling Geen scheefstand bij ~100C Geen scheuren Geen verplaatsing t.o.v. van montageplaats Meestal horizontaal Afwijkingen < 0.005 rad. Bij rustende belasting en 100C - 3. Potopleggingen Figuur 3.1 toont een potlegging. Fig. 3.1 Isometrisch opengewerkt aanzicht van een potoplegging met glijdelement Piston Fig. 3.2 Doorsnede van een potoplegging met glijdelement 6 Fig.3.3 Enkelzijdig beweegbare potopegging met centrale geleiding, en overgangsplaten, boven en onder. 7 Fig.3.4 Onderzadel van een potoplegging 8 Onderdelen 1. 2. 3. 4. 5. Stalen onderzadel (pot) Stalen bovenzadel (zuiger of “piston”) Rubber kussen (pad) Anti-extrusieafdichting tussen pot en zuiger Stofafdichting Evt. 6. Glijdelement 7. Geleidingen (intern of extern) Eigenschappen 1. 2. 3. 4. 5. Optredende spanningen in rubber maximaal ongeveer 35N/mm2 Horizontale belastingen worden opgenomen tussen zuiger en pot Weerstand tegen rotatie afhankelijk van rotatiesnelheid Kans op gedeeltelijke uplift a.g.v. snelle rotaties bij lage oplegkrachten Slijtage van anti-extrusieafdichting Invloeden 1. Rotaties t.g.v. verkeer 2. Dwangkrachten 3. Afstelling oplegsysteem Opmerking: De opleggingen zijn gevoelig voor minimale oplegkrachten in combinatie met horizontale oplegkrachten en rotaties t.g.v. mobiele belasting Inspectie Onderdeel 1. Stofafdichting Eigenschap Aanwezigheid Rubber 2. Anti-extrusieafdichting Aanwezigheid en intact (Niet direct te toetsen) 3. Stand van boven en onderzadel 4. Glijdelement en geleidingen Horizontaal bij 100C onder e.g. belasting van de brug Zie par. 7 en 8 9 Criterium Moet aanwezig zijn indien deel uitmakend van het ontwerp Niet beschadigd Niet bros Geen lekkage van rubber, geringe hoeveelheden rubberstof toegestaan Afwijking max. 0.005 rad. 4. Bolsegmentopleggingen Figuur 4.1 toont een bolsegmentoplegging. Fig. 4.1 Opengewerkt Isometrisch aanzicht van een bolsegmentoplegging met glijdelement Fig. 4.2 Doorsnede van een bolsegmentoplegging met glijdelement 10 Fig.4.3 Enkelzijdig beweegbare potoplegging met externe geleidingen Typen A Horizontale krachtsafdracht d.mv. bolsegment B. Horizontale krachtsafdracht uitsluitend d.m.v. externe geleidingen Onderdelen 1. 2. 3. 4. 5. Stalen of aluminium Bovenzadel (meestal bolvorm, “convex”) Stalen of aluminium Onderzadel (meestal holvorm, “concaaf”) PTFE glijlaag met smeerkuiltjes Smering siliconenvet Stofafdichting Evt. 6. Glijdelement 7. Geleidingen (intern of extern) 11 Eigenschappen 1. Optredende spanningen in PTFE glijdvlak maximaal ongeveer 45 N/mm2 2. Horizontale belastingen in glijdvlak (Type A) of uitsluitend d.m.v. (externe) geleidingen (Type B). Type A heeft over het algemeen een diepere kom dan Type B. 3. Weerstand tegen rotatie afhankelijk van bovenbelasting en wrijvingscoëfficient (Mw = V * f, theoretisch voor twee vlakken) 4. Kans op gedeeltelijke uplift door geometrie en afdracht in geleidingen van de opleggingen. Ook de externe geleiding kan een verticale reactiekracht geven bij rotaties in combinatie met een horizontale kracht. 5. Slijtage t.g.v. rotaties Invloeden 1. 2. 3. 4. Rotaties t.g.v. verkeer Dwangkrachten Afstelling oplegsysteem Separatie van glijdvlakken Opmerking: De opleggingen kunnen relatief grotere hoekverdraaiingen aan dan potopleggingen. Inspecteren Onderdeel 1. Glijdelementen en geleiding 2. Stand van boven en onderzadel 3. Stofafdichting Eigenschap Zie par. 7 en 8 Criterium Horizontaal Afwijking max. 0.005 rad. Aanwezigheid Materiaal Moet aanwezig zijn Niet bros 12 5. Taatsopleggingen Fig. 5.1 toont een punttaatsoplegging Fig. 5.1 Opengewerkt isometrisch aanzicht van een punttaatsoplegging Fig. 5.2 toont een lijntaatsoplegging. Fig. 5.2 Opengewerkt isometrisch aanzicht van een lijntaatsoplegging 13 Fig.5.3 Enkelzijdig beweegbare punttaatsoplegging met glijdelement, geleidingen en ankerplaat boven. Fig.5.4 onderzadel van een punttaatsoplegging 14 Typen A. Punttaatsopleggingen B. Lijntaatsopleggingen Onderdelen 1. Stalen bovenzadel 2. Stalen onderzadel Evt. 3. Glijdelement 4. Geleidingen Eigenschappen 1. Contactpanningen en belasting afhankelijk van geometrie en opneembare spanningen vlgs. Hertz. 2. Afstelling 3. Lijntaatsopleggingen (Type B) kunnen dwangkrachten ontwikkelen Invloeden 1. Zettingen 2. Dwangkrachten Opmerking: De opleggingen zijn zeer stijf in verticale richting. Glijden van de taats bedreigt de contactvlakken. Inspecties Onderdeel 1. Contactvlakken van boven en onderzadel Eigenschap Glad Criterium Moet aanliggen Niet beschadigd Niet meer dan licht gecorrodeerd 2. Stand boven en onderzadel 3. Glijdelementen en geleidingen Horizontaal Afwijking kleiner dan 0.005 rad. Zie par. 7 en 8 15 6. Rolopleggingen Fig.6.1 toont een roloplegging. Fig. 6.1 Perpectief van een roloplegging met rolgeleiding en gelijkloop Fig.6.2 oplegging als 6.1 16 Typen A. Enkele rollen B. Meerdere rollen Onderdelen 1. 2. 3. 4. 5. 6. Stalen bovenzadel Stalen onderzadel Rol(len) Interne of externe rolgeleiding Gelijkloopinrichting Eindstop Evt. 5. Smeerbad 6. Glijdelement 7. Geleidingen Eigenschappen 1. Contactpanningen en belasting afhankelijk van geometrie en opneembare spanningen vlgs. Hertz. 2. Afstelling 3. Kan dwangkrachten afgeven naar de constructie 4. Opleggingen (Type B) kunnen ongelijkmatig dragen ontwikkelen Opmerking: Opleggingen met meerdere rollen kunnen een slecht draagbeeld vertonen in de contactvlakken. In het vlak loodrecht op de translatiebeweging kan een groot inklemmoment worden gegenereerd. Invloeden 1. 2. 3. 4. Zettingen Vervuiling Dwangkrachten Slijtage 17 Inspectie Onderdeel 1. Contactvlakken Eigenschap Glad 2. Rol 3. Stand boven en onderzadel Draagbeeld Translatiecapaciteit Horizontaal Parallel 4. Rolgeleidingen 5. Gelijkloop 6. Oliebad indien aanwezig 7. Glijdelementen en geleidingen Spelingen Materiaaldikte Aanwezig Vulling Zie par. 7 en 8 18 Criterium Geen beschadigingen Geringe corrosie toegestaan Moeten aanliggen Voldoende voor ontwerploopweg Afwijking < 0.005 rad. Zie ontwerp. Dit is kritisch voor opleggingen met meerdere rollen Geen verklemming Geen abnormale slijtage Geen beschadigingen Geheel gevuld met schone olie 7. Glijdelementen Onderdelen 1. Glijdplaat van Polytetrafluorethyleen (PTFE) plaat met smeerkuiltjes ingelaten in een stalen basisplaat 2. Tegenloopvlak van roestvast staal of aluminium 3. Smering van siliconenvet 4. Stofafdichting Eigenschappen 1. Wrijvingscoëfficient Tegenloopvlak Staal 3% - 8% Aluminium 5% - 12% 2. Optredende contactspanningen maximaal 45N/mm2 3. Loopweg i.v.m. slijtage 4. Gevoelig voor (gedeeltelijke) uplift Invloeden 1. 2. 3. 4. 5. 6. Slijtage Uitwalsen Vervuiling Zettingen Overbelasting Separatie van contactvlakken Opmerking: Overbelasting, uplift en ongelijkmatig dragen kunnen de levensduur aanzienlijk bekorten. Inspecteren Onderdeel 1. Afdichting 2. PTFE-plaat 3. Tegenloopvlak 4. Samenstelling Eigenschap Aanwezigheid Beschadiging Verbrossing Glijdspleet Uitwalsen Lipvorming Smering Gladheid Vlakheid Loopweg 19 Criterium Aanwezig Intact Flexibel > 1.0mm Geen uitwalsing Geen of geringe tongvorming Aanwezig, mag enigszins verouderd zijn Geen krassen Geen rimpelingen (“Crippling”) Moet voldoende zijn voor ontwerpbewegingen 8. Geleidingen Onderdelen 1. Loopvlakken uit staal of roestvast staal 2. Tegenloopvlak uit initieel gesmeerde PTFE zonder smeerkuiltjes of matrixmateriaal (DU-A, DU-B). Eigenschappen 1. Speling 2. Materiaaldikte 3. Oppervlaktegesteldheid Invloeden 1. Slijtage 2. Uitwalsen (bij ingekamerde PTFE) Inspectie Onderdeel 1. - Eigenschap Speling 2. Contactoppervlak glijdmateriaal 3. Contactoppervlak (roestvast) staal 4. Dikte geleiding Glad Glad Voldoende draagkracht 20 Criterium Mag de ontwerpwaarden niet overschrijden. Mag niet verklemmen Voldoende dikte, geen abnormale slijtage Geen groeven of vreetverschijnselen Voldoende materiaal, geen abnormale slijtage 9. Oplegsystemen Het oplegsysteem van de brug heeft een grote invloed op de horizontale, maar ook de verticale belastingafdracht via de opleggingen In Figuur 9.1 wordt een overzicht getoond van een oplegssyteem van een tweelingbrug. In dit geval de Brug in de autosnelweg bij Hagestein. Het verdient aanbeveling om de brug in het horizontale vlak zoveel mogelijk statisch bepaald op te leggen. Wel dient er rekening gehouden te worden met de bewegingsmogelijkheden van de voegovergangen. Wanneer de zijoverspanningen niet in dwarsrichting zouden worden ondersteund kunnen grote dwarsverplaatsingen aan het eind van de zijoverspanningen als gevolg van temperatuur Fig. 9.1 Voorbeeld van een oplegsysteem ontstaan. Deze zijn niet toelaatbaar voor de van een tweelingbrug voegovergang en kunnen tot gevaarlijke situaties leiden voor het verkeer. Daarom is er gekozen voor een “ligger op vier steunpunten”. Bij iedere pijler echter wordt de brug maar door één oplegging ondersteund, omdat bij twee opleggingen de kracht niet gelijkmatig over twee opleggingen wordt verdeeld. Er zijn omstandigheden, zoals bij de Scharbergbrug over de Maas en het Julianakanaal waar iedere oplegging is ondersteund door één kolom (in dwarsrichting flexibel) waar wel twee opleggingen samen de reactiekracht in dwarsrichting opnemen. Figuur 9.2 laat zien hoe de brug doorbuigt onder verkeersbelasting. Het is duidelijk dat de opleggingen verdraaien bij het passeren van een vrachtauto. Deze hoekverdraaiingen kunnen zeker bij meer flexibele bruggen aanzienlijk zijn. Fig. 9.2 Vervorming van de brug onder verkeersbelasting 21 Omdat in veel gevallen de opleggingen zelf het rotatiecentrum zijn met een afstand tot aan de neutrale lijn zal als gevolg van de hoekverdraaiingen de brug een Fig. 9.3 Langsverplaatsing .tg.v. de afstand tussen neutrale langsverplaatsing t.o.v. het vaste lijn van de brug en het draaipunt van de oplegging steunpunt vertonen. De beweegbare opleggingen zullen als gevolg daarvan een nog grotere translatie laten zien. Bij ongelijke belasting van de hoofdliggers verdraait de brug om het dwarskrachtencentrum Fig. 9.4 Verdraaiing van de brug om het dwarskrachtentcentrum bij open kokerconstructies Daarbij oefent de brug dwangkrachten uit op de geleidingen, zoals afgeleid kan worden uit de horizontale vervorming van de brug in Fig. 9.5. Fig. 9.5 Horizontale vervorming van de brug t.g.v. ongelijke belasting van de hoofdliggers 22 10. Belastingen De bronnen voor belastingen op opleggingen zijn: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Eigen gewicht Rustende belastingen Voorspaneffecten Zettingen Krimp (bij betonnen bruggen) Kruip (bij betonnen bruggen) Temperatuur Verkeersbelasting Wind De verplaatsingen en rotaties bij de opleggingen kunnen worden beinvloed door: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Zettingen Krimp (bij betonnen bruggen) Kruip (bij betonnen bruggen) Temperatuur Verkeersbelasting Wind Bij diverse typen opleggingen is het belangrijk om minimaal de volgende twee belastingcombinaties te onderzoeken: 1. Maximale verticale en horizontale belastingen met maximale hoekverdraaiingen en maximale translaties 2. Minimale verticale en maximale horizontale belastingen met maximale hoekverdraaiingen en maximale translaties 23 11. Eisen en Normen In Nederland waren geen normen voor opleggingen. Vanaf 1988 is de Europese norm EN 1337 “Structural bearings” in ontwikkeling Het volgende overzicht geeft de huidige status van de normdelen: Deel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Onderwerp Algemeen Glijdelementen Rubberopleggingen Rolopleggingen Potpleggingen Taatsopleggingen Bolvormige (bolsegment) en cylindrische opleggingen Geleidingsopleggingen en vasthoudopleggingen Bescherming Inspectie Transport, opslag en montage Status Van kracht Van kracht Goedgekeurd Goedgekeurd Goedgekeurd Goedgekeurd Van kracht In (Europese) stemming Van kracht Goedgekeurd Van kracht Bij Rijkswaterstaat worden zowel de actieve als de conceptnormdelen gebruikt met als aanvulling: NBD 00702A, waarin de afnameëisen en toetsingen nader zijn geregeld. Voor rubberopleggingen bestaat voor de keuring, niet het ontwerp, de MRB 1996, een update van de MRB 1988 in de richting van de EN 1337-3. Wanneer de gehele Europese norm van kracht is, is de MRB overbodig. Wel kan het noodzakelijk zijn om een Nationale Annex te schrijven als verbinding van de EN 1991 etc. met de annexen voor opleggingen, om aan te sluiten bij de Nederlandse situatie. 11. Referenties www.maurer-soehne.de www.mageba.ch www.freyssinet.com www.sollingerhuette.de www.rw-engineering.co.at www.proceq.com www.pretread.com www.fip-group.it www.alga.it www.trelleborgbakker.com 24
© Copyright 2024 ExpyDoc
