Beregningsregler for eksisterende broers bæreevne Tillæg for klassificering af broer med store spændvidder Rapport 336 2007
Vejdirektoratet Niels Juels Gade 13 Postboks 9018 1022 København K Telefon 7244 3333 Telefax 3315 6335 Beregningsregler for eksisterende broers bæreevne Tillæg for klassificering af broer med store spændvidder Rapport 336 Dato Oktober 2007 Forfattere Dorthe Lund Ravn, COWI Hans Henrik Christensen, Rambøll Udgiver Vejdirektoratet ISBN 9788770600750 ISSN 16004396 2
Beregningsregler for eksisterende broers bæreevner Tillæg for klassificering af broer med store spændvidder Rapport 336 2007
Indholdsfortegnelse Indholdsfortegnelse...4 Forord...5 Tillægsbestemmelser, kapitel 09...6 Bilag...13 Bilag A Standardkøretøjer klasse 225 500...14 Bilag B Supplerende bestemmelser for administration af særtransporter på broer med store spændvidder...16 B.1 Baggrund...17 B.2 Beskrivelse af koncept...17 B.2.1 Resultatet af en broklassificering...17 B.2.2 Standardkøretøjer...19 B.2.3 Administrativ arbejdsgang...19 Køretøjsklassificering...19 Politiets rutiner...19 Brobestyrelsens sagsbehandling...19 4
Forord Nærværende tillæg anvendes ved klassificering af broer med store spændvidder. Med store spændvidder menes spændvidder større end 50 m. Tillægget indeholder supplerende bestemmelser til: Beregningsregler for eksisterende broers bæreevne, april 1996 [1] Revisionshæfte til Beregningsregler for eksisterende broers bæreevne, april 1996, november 2002 [2] Tillægget skal anvendes sammen med [1] og [2]. Der er således anvendt samme kapitelnummerering i hovedteksten som i [1] og [2], dog er der tilføjet et nyt kapitel 9, samt Bilag A og B. Hvor intet andet er angivet, er teksten i [1] og [2] gældende. Tillægget indeholder i det nye kapitel 9 bestemmelser for udførelse af en særskilt sikkerhedsmæssig eftervisning af bæreevnen af broer med store spændvidder for almindeligt forekommende trafik. Denne eftervisning bør altid udføres som en del af en klassificering. Tillægget er udarbejdet på foranledning af Vejdirektoratet af følgende personer: Civilingeniør Dorthe Lund Ravn, COWI Civilingeniør Hans Henrik Christensen, RAMBØLL En kort beskrivelse af baggrunden og de overordnede principper fremgår af Bilag B. 5
Tillægsbestemmelser, kapitel 09 1.1 Typer af bæreevnevurderinger 3. blok, sidste linie udgår og erstattes af: For broer med spændvidder større end 50 m udføres klassificering i henhold til reglerne beskrevet i dette tillæg. Efter sidste blok tilføjes: I forbindelse med klassificering af store broer med store spændvidder anbefales det, at der udføres en særskilt eftervisning af bæreevnen for almindeligt forekommende trafik indenfor færdselslovens rammer, se kapitel 9 i dette tillæg. En klassificering kan således ikke umiddelbart antages at kunne gøre det ud for en tilstrækkelig sikkerhedsmæssig eftervisning af bæreevnen, da der kan optræde farligere lastsituationer for almindelig trafik, end dem der indgår i en klassificering. 1.2 Køretøjsklasser Til 2. blok tilføjes: For broer med store spændvidder anvendes desuden de i Bilag A angivne standardkøretøjer repræsenterende standardklasserne 225, 250, 500. 3. blok sidste linie tilføjes: 60, 80, 100 og 200 m. 1.7 Beregninger Efter sidste afsnit tilføjes: For broer med spændvidder over 50 m anbefales der gennemført en særskilt eftervisning af broens bæreevne for almindeligt forekommende trafik indenfor færdselslovens rammer i forbindelse med en klassificering, se kapitel 9. Broer omfattet af dette tillæg skal altid beregnes ved en udvidet analyse. 1.9 Grundbegreber Til Standardkøretøj tilføjes: For broer med store spændvidder anvendes desuden klasserne 225, 250, 275, 300, 350, 400, 450 og 500, se Bilag A. 2.2. passage Efter sidste blok tilføjes: 3A. Som betinget klasse 3, men hvor broen kun er lukket for øvrig trafik i kørselsretningen. 3A er kun relevant i de tilfælde, hvor der er mindst to vognbaner i hver retning, typisk motorvejsbroer. 6
5.2.5 passage, klassificering Nederst i 3. blok tilføjes: 3A. Øvrig trafik fjernes kun i kørselsretningen, og køretøjet placeres i gunstigste spor. 5.2.7 Lasternes placering Nederst på figur 5.3 Passager tilføjes: 3A. Eneste køretøj i kørselsretningen i specialspor (reduceret hastighed = 10 km/t) Placering i mindst farlige position Kørebane Kørebane A Vognbane B Vognbane C Efter 2. blok side 23 tilføjes: For betinget passage 3A skal køretøj A og B placeres i hver sin kørebane. Køretøj A placeres i det specificerede specialspor, der tilstræbes at svare til den mindst farlige position på tværs i den ene kørebane, mens køretøj B placeres i den farligste vognbane i den anden kørebane. Såfremt det virker til ugunst, skal der samtidigt regnes med jævnt fordelt trafiklast i lastspor/vogn baner i ugunstigste position i den anden kørebane inkl. vognbanen indeholdende køretøj B, se Figur 5.2 i [1]. Køretøj B udelades hvis det virker til gunst. 5.3 Trafiklast Til 3. blok tilføjes: For broer med store spændvidder større end 50 m skal bremsekraften forøges med et bidrag fra fladelasten på 0,10 3,0 2,5 Lb = 0,75 Lb [kn], hvor Lb [m] er belastede længde i kørselsretningen. Den samlede bremselast kan dog ikke overstige 900 kn. 5.3.1 Standardkøretøjer Til 1. blok tilføjes: For broer med store spændvidder større end 50 m anvendes desuden standardkøretøjerne anført i Bilag A. 5.3.5 Stødtillæg Efter 1. blok erstattes KS = 1,25 af: For spændvidder mindre end eller lig med 50 m regnes med en stødfaktor på KS = 1,25. For spændvidder større end 60 m regnes med en KS =. For mellemliggende influenslængder interpoleres der retlinet mellem de to værdier. 7
5.5. Kombinationer af laste med ilhørende partialkoefficienter Tabel 5.1 erstattes af nedenstående tabel: Anv. Brud 1 2.1 2.2 2.3 Permanent last Egenvægt Gk 0,25 Gk Tyngde af jord og grundvand Forspænding Svind og krybning 0,75 0,9 Variabel last Trafiklast (Klassificering) Standardkøretøj A Standardkøretøj B Fladelast Bremsekraft Temperatur Vind Islast Bølge og strømlast 1,3 Som 2.1 Som 2.1, dog skal partial_koefficienter > sættes lig. Tabel 5.1. Lastkombinationer og partialkoeffi cienter, klassifi cering. 8.1.2. Valg af analyseform Afsnittet udgår og erstattes af: Bæreevnevurderingen udføres som en udvidet analyse. 8.3 Udvidet analyse Afsnittet udgår og erstattes af: 8.3.1 Generelt En bro med spændvidde over 50 m skal betragtes som bestående af flere broer i broen. Hvert overordnet konstruktionselement betragtes som en bro, f.eks. hængere, tværskot, dæk osv. For hvert konstruktionselement i broen beregnes fem broklasser, som beskrevet i Bilag B, afsnit B2.1. Største og mindste spændvidde, som anvendes for broer med spændvidder under 50 m, erstattes af en influenslængde bestemt for hvert konstruktionselement. 8
Klassificeringen kan omfatte overbygningen alene eller hele konstruktionen. Omfanget afhænger bl.a. af brotype, konstruktionens tilstand og virkemåde. Omfanget aftales med brobestyrelsen i hvert enkelt tilfælde. 8.3.2. Statiske modeller Broerne repræsenteres normalt ved rumlige statiske modeller, hvor lastvirkningerne i alle retninger behandles under ét. Lastvirkningerne skal bestemmes ved anvendelse af anerkendte metoder, som tager hensyn til lasternes variation i tid og rum, konstruktionens respons, de aktuelle natur og jordbundsforhold, samt den grænsetilstand som skal kontrolleres. Forenklede metoder kan anvendes, såfremt det er dokumenteret, at der herved fås resultater på den sikre side. Understøtningsforholdene defineres i modellen i bedst mulig overensstemmelse med konstruktionens virkemåde. Såfremt ikkelineære effekter kan have betydning for lastvirkningerne, skal disse effekter vurderes og medtages i nødvendigt omfang. Der skal om nødvendigt tages hensyn til virkningen af konstruktionens bevægelser/deforma tioner ved beregning af kræfter og momenter i konstruktionen (2. orden virkning). For konstruktioner med store flytninger skal den geometriske stivhed om nødvendigt tages i regning. Ved kontrol af modstandsevnen for et konstruktionselement skal der i nødvendigt omfang tages hensyn til mulig samvirkning mellem lokale og globale effekter. 8.3.4. Modstandsmodeller Der henvises til [1] og [2] inkl. referencer vedrørende beregning af konstruktionselementers modstandsevne. Det er, som angivet i konstruktionsnormerne, tilladt at afvige fra normens krav og forskrifter, hvis det kan dokumenteres, at afvigelsen er forsvarlig. Efter kapitel 8 tilføjes nyt kapitel 9: 9. Bæreevneeftervisning for almindeligt forekommende trafik 9.1. Generelt I forbindelse med en klassificering anbefales det, at der udføres en sikkerhedsmæssig eftervisning af bæreevnen for lasttilfældene med almindeligt forekommende trafiklast, som i visse situationer kan være mere kritiske end lasttilfældene, som anvendes ved klassificeringen. 9
9.2. Funktionskrav Funktionskravene angivet i afsnit 2 skal opfyldes. 9.3. Brudgrænsetilstande Bæreevneeftervisningen udføres i henhold til brudgrænsetilstanden og anvendelsesgrænsetilstanden. 9.4 Sikkerhed Kravene til sikkerhed angivet i afsnit 4 skal være opfyldte. 9.5 Belastninger Som eneste trafiklast anvendes fladelasten som angivet i efterfølgende tabel. Fladelastens størrelse afhænger alene af influenslængden og placeres i hele broens bredde. Fladelastens størrelse er inklusiv stødtillæg. 50 m < L 100 m 100 m < L 1000 m L > 1000 m Fladelast [kn/m2] 4,0 2,89 + 111/L 3,0 Tabel 9.1. Fladelast som funktion af influenslængden for broer med spændvidde større end 50 m. Sikkerhedsmæssig bæreevneeftervisning for almindeligt forekommende trafik indenfor færdselslovens rammer. Som bremselast anvendes 360 + 0,1 3,0 q Lb = 360 + 0,3 q Lb [kn], hvor q er fladelasten anført i Tabel 9.1 og Lb [m] er den belastede længde i kørselsretningen. Den samlede bremselast kan dog ikke overstige 900 kn. Bæreevneeftervisningen gennemføres for følgende lastkombinationer: 10
Anv. Brud 1 2.1 2.2 2.3 3.1 a b c d e f Permanent last Egenvægt Gk 0,25 Gk Tyngde af jord og grundvand Forspænding Svind og krybning 0,75 0,9 Variabel last Trafiklast (Bæreevneeftervisning) Fladelast Bremsekraft Temperatur Vind Islast Bølge og strømlast 1,3 1,3 1,5 1.0 1,5 1,5 1,3 Som 2.1 Som 2.1, dog skal partialkoefficienter > sættes lig. Ulykkeslast Tabel 9.2. Lastkombinationer og partialkoeffi cienter, sikkerhedsmæssig bæreevneeftervisning for almindeligt forekommende trafi k indenfor færdselslovens rammer. 9.6 Geometri Se kapitel 6. 9.7 Materialer Se kapitel 7. 9.8 Beregninger 9.8.1 Omfang Broens bæreevne undersøges i alle kritiske snit for lastkombinationerne angivet i tabel 9.2. 11
9.8.2 Statiske modeller Se kapitel 8 afsnit 3.2. 9.8.3. Modstandsmodeller Se afsnit 8 afsnit 3.4 12
Bilag Bilag A. Standardkøretøjer klasse 225 500 Bilag B. Supplerende bestemmelser for administration af særtransporter på broer med store spændvidder 13
14 Bilag A Standardkøretøjer klasse 225 500
15
Bilag B Supplerende bestemmelser for administration af særtransporter på broer med store spændvidder 16
B.1 Baggrund I forbindelse med administration af særtransporter på de store broer med store spændvidder i Danmark, har Vejdirektoratet fremsat ønske om, at disse broer klassificeres i lighed med de øvrige broer på hovedlandevejsnettet, således at der opnås en ensartet, effektiv og hurtig administration. Hertil skal der etableres et supplerende regelsæt, der i grundopbygning er i overensstemmelse med de principper, der allerede er gældende for broer med spændvidder mindre end 50 m beskrevet i Beregningsregler for eksisterende broers bæreevne. (Store broer er i denne sammenhæng broer med spændvidder større end 50 m). Inden færdiggørelsen af regelsættet blev der gennemført klassificering af 3 store broer, Sallingsundbroen, Ny Lillebæltsbro og Vejlefjordbroen. Klassificeringerne havde til formål at afprøve anvendeligheden af det foreslåede koncept. Konceptet er beskrevet efterfølgende. Klassificeringerne viste, at konceptet er gennemførligt samt at der opnås klasser, som i forhold til administrationen af særtransporter giver mulighed for at større transporter kan passere end tidligere. B.2 Beskrivelse af koncept For broer med spændvidder mindre end 50 m fastlægges ved klassificeringen et sæt af fire broklasser for hver bro. Ved administrationen af særtransporter anvendes disse broklasser sammen med broens hhv. største og mindste spændvidde. For store broer vil dette ikke være tilstrækkeligt. En stor bro kan betragtes som en bro med flere broer i broen og med forskellige tilhørende spændvidder/influenslængder. For hvert konstruktionselement skal angives en influenslængde, således at broklasserne kan sammenlignes med køretøjsklasser, der er bestemt på basis af simpelt understøttede bjælker. Influenslængden som angives bør som udgangspunkt være influenslængden for den dominerende snitkraftkomponent, der benyttes af køretøj A i den kritiske lastopstilling for pågældende element. Særlige overvejelser bør gøres ved fastlæggelse af influenslængder for statisk ubestemte konstruktionselementer. For negative momenter og reaktionskræfter ved mellemunderstøtninger i kontinuerte elementer bør influenslængden for eksempel angives som summen af de to tilstødende spændvidder i tilfælde med små spændvidder, hvor længden af den dominerende del af referencekøretøjet strækker sig over begge tilstødende spænd. For forskydningskraft og positive momenter angives influenslængden som spændvidden for det pågældende fag. B.2.1 Resultatet af en broklassificering Resultatet af en broklassificering af en bro med spændvidde over 50 m vil være et sæt af broklasser for hver bro i broen der undersøges (konstruktionselement) der undersøges samt en tilhørende spændvidde/influenslængde. I tabel B1, 2 og 3 er vist resultaterne fra klassificeringen af de tre broer. Der er angivet følgende fem broklasser: 1 Normal klasse: Ingen restriktioner 2 klasse 1: Der køres på kørebanearealet 17
3 klasse 2: Der køres på kørebanearealet og med reduceret hastighed på max. 10 km/t 4 klasse 3: Transporten er alene på broen og der køres i specielt spor og med reduceret hastighed på max. 10 km/t. 5 klasse 3A: Som betinget klasse 3, men broen er kun lukket for anden trafik i kørselsretningen. Broklasse 3A er kun relevant for broer med mere end en vognbane i hver retning, typisk motorvejsbroer. Det skal bemærkes, at broklasse 3A kun er beregnet for Vejlefjordbroen. Der udregnes broklasser for alle betydende konstruktionselementer. klasse 1 klasse 2 klasse 3 klasse 3A Hængere 250 250 300 >300 Dilatationsfuger 500 500 500 500 Tværskot 150 150 400 400 3,0 m Overside dæk 100 100 150 200 3,0 m Hovedragere 100 100 125 175 3 m Viaduktfag Plade 100 100 125 125 3,0 m viaduktfag Broens klasse 100 100 125 125 Tabel B1. Broklasser beregnet for Ny Lillebæltsbro. klasse 1 klasse 2 klasse 3 klasse 3A Kørebaneplade 100 100 125 175 4,0 m Tværribber 100 100 125 175 4,0 m Kassedrager 100 100 125 175 90,0 m Tilslutningsfag 125 125 125 175 20,0 m Broens klasse 100 100 125 175 Tabel B2. Broklasser beregnet for Sallingsundbroen. klasse 1 klasse 2 klasse 3 klasse 3A Konstruktionselement Normalklasse Influenslængde Konstruktionselement Normalklasse Influenslængde Konstruktionselement Normalklasse Influenslængde Brodrager 150 200 200 450 250 110,0 m Tværbjælker 200 500 500 500 500 6,5 m Pladefelter 100 125 175 500 500 16,5 m Fuger 195 195 500 500 500 2,0 m Rigler 450 450 450 500 500 110,0 m Broens klasse 100 125 175 450 250 Tabel B3. Broklasser beregnet for Vejlefjordbroen. Broklasserne, der står i den nederste række, er mindste klasse der er fundet for hver af de fire klasser. 18
B.2.2 Standardkøretøjer For broer med spændvidder op til 50 m anvendes der i henhold til Beregningsregler for eksisterende broers bæreevne standardkøretøjer op til klasse 200. Disse standardkøretøjer er normalt tilstrækkelig til at kunne beregne broernes klasser. I forbindelse med etablering af regler for klassificering af store broer med store spændvidder øges antallet af standardkøretøjer op til klasse 500. Herved er der mulighed for, at der kan udregnes større betingede broklasser i de tilfælde hvor bæreevnen er til stede. Standardkøretøjer klasse 10 200 fremgår af Beregningsregler for eksisterende broers bæreevne, mens standardkøretøjer fra klasse 225 500 er vist i Bilag A. B.2.3 Administrativ arbejdsgang Efterfølgende gives en kort beskrivelse af den administrative arbejdsgang, set i forhold til indførelse af supplerende bestemmelser for klassificering af broer med store spændvidder. Køretøjsklassificering Køretøjsklasser udregnes som hidtil for spændvidder fra 2 m 200 m. Den maksimale spændviddeklasse fastsættes som køretøjets klasse og er den, som anvendes af politiet i deres administrative arbejde. Klasser over 100 kræver høring hos vej og brobestyrelser. For klasser under 100, hvor køretøjets klasse overstiger broernes klasse, skal bro og vejbestyrelser ligeledes høres. Politiets rutiner Politiets rutiner er uændrede. For generelle tilladelser undersøger politiet om transportens klasse er mindre end 100. Hvis disse forhold er opfyldt kan politiet umiddelbart give tilladelsen uden at bro og vejmyndigheder skal høres. For engangstilladelser undersøges det om klassen er mindre end eller lig med 100 og om den strækning som skal benyttes har tilstrækkelig bæreevne. Hvis disse forhold er opfyldt kan politiet udstede transporttilladelse uden at høre bro og vejbestyrelser. Hvis ovennævnte forhold ikke kan opfyldes, skal anmodningen om transporttilladelse sendes videre til vej og brobestyrelser til videre behandling. Brobestyrelsens sagsbehandling Brobestyrelsen skal i princippet gennemgå de samme procedurer som for almindelige broer. Blot skal der for broer med store spændvidder udføres sammenligninger med ikke blot ét sæt af broklasser, men med flere sæt af broklasser og med forskellige spændviddeklasser/influenslængder. Men selve arbejdsgangen/proceduren er uændret. Først undersøges, om transporten kan passere ved en normal passage. Hvis 19
dette ikke er tilfældet vurderes transporten i forhold til de betingede passager. I tilfælde af, at et af broelementerne ikke har tilstrækkelig bæreevne, hvor de betingede klasser anvendes, skal transporten enten afvises eller, der skal udføres en direkte bæreevneberegning. Dette er i lighed med de procedurer, som også er gældende for almindelige broer. 20
21
Vejdirektoratet Niels Juels Gade 13 Postboks 9018 1022 København K Telefon 7244 3333 Telefax 3315 6335 Vejdirektoratet Guldalderen 12 2640 Hedehusene Telefon 7244 7000 Telefax 7244 7105 Vejdirektoratet Thomas Helsteds Vej 11 Postboks 529 8660 Skanderborg Telefon 7244 2200 Telefax 8652 2013 vd@vd.dk Vejdirektoratet.dk