För brobanan finns det ett antal grundförutsättningar. Tvärsnittshöjden på brobanan har bestämts till 300 millimeter med tanke på konstruktionshöjden dessutom undersöks en breddmeter av brobanan. Därefter har betong- och stålkvalitet valts till C30/37 respektive S355. Armeringen i brobanan har valts till B500B med en diameter på 20 millimeter dessutom har en bygeldiameter på 10 millimeter valts.
10.3.1 Beräkningsmodell och dimensionerande laster
Brobanan modelleras som en fritt upplagd balk, där tvärbalkarna ses som stöd, med den avvikelsen att endast tre fack kommer undersökas för att kunna ta fram det värsta fallet för brobana och varje fack är 5 meter. Sedan kommer endast en meterstrimla av brons bredd att undersökas och vinkeländringsmetoden är den metod som har valts som grund för att modellera brobanan.
Det finns fyra olika lastfall som är intressanta att studera för att kunna ta fram tvärkraft, maximalt fältmoment och maximalt
stödmoment. Dock kommer nedböjning inte att undersökas då detta sker i den globala modellen och nedböjningen på ett 5 meters fack är vid en preliminär dimensionering irrelevant. Lastfallen innefattar brobanas egentyngd, en trafiklast och en punklast vilket representerar en boggilast. De olika lastfallen skiljer sig genom att trafiklasten och punklasten kan placeras olika i de fyra facken, se figur 28. Dessutom blir modellen mer representativ då punklasten kan positioneras längs med det tillhörande facket för att ta fram det värsta fallet. Denna modell kommer att användas för att ta fram de dimensionerande krafterna vid brottgränstillstånd och bruksgränstillstånd för både kort- och långtid.
När moment- och tvärkrafterna är framtagna kan kontroller utföras på tvärsnittet för att kontrollera om det håller i både bruks- och brottgränstillstånd. Kontrollerna kommer utföras utifrån Eurokod, SS-EN 1992-1-1, med visst undantag då det kan finnas särskilda avvikelser för en brokonstruktion och särskilda föreskrifter i den nationella bilagan.
I brottgränstillstånd undersöks tvärsnittet om det håller för tvärkraften och de dimensionerande momenten. Där tvärkraften kontrolleras med avseende på livtryck- och skjuvglidbrott. I bilaga 10 finns utförliga beräkningar och resultatet är att skjuvglidbrott är dimensionerande därmed beräknas den minsta tvärkraftsarmeringen. Därefter kontrolleras tvärsnittet i bruksgränstillståndet där effekter av både korttids- och långtidseffekter undersöks. Vid korttidseffekter kommer lastfallen att ha
Figur 28: Lastfall vid dimensionering av brobana
CHALMERS, Bygg- och miljöteknik 38
annorlunda partialkoefficienterna jämfört med brottgränstillstånd samma sak gäller för beräkningar av långtidseffekter. Det första som behöver kontrolleras är om tvärsnittet spricker, armeringens inverkan kommer att försummas, annars krävs analys i Stadium II.
I detta fall spricker tvärsnittet. Vid korttidseffekterna påverkar korttidsmomenten tvärsnittet och stålspänningarna och betongspänningen i den tryckta delen behöver kontrolleras. För långtidseffekterna påverkar krypning, krympning och långtidsmomenteten. Sedan måste spänningarna i betong och armering kontrolleras dessutom finns det en ytterligare kontroll, vilket är sprickbredden som ska vara mindre än 0, 3 millimeter.
Dragkraftsbehovet är framtaget med ovanstående lastfall, beräkningarna har utförts i Matlab och är bifogade i bilaga 8. Vid beräkning av vidhäftningshållfasthet sattes alpha värdena till 1.0 för att beräkningarna skulle vara på den säkra sidan. För lastfallen kan dragkraftsbehovet i ytterfacken se ut både som i figur 29 och 30, vilket betyder att dragkraftskapaciteten i ytterfacken måste vara större än dragkraftsbehovet i både figur 29 och 30. För tänkta mittfack ser dragkraftsbehovet ut enligt figur 31, då lastfallet kan vara spegelvänt så kan även dragkraftsbehovet vara spegelvänt likt för ytterfacken. Detta medför att dragkraftskapaciteten måste dimensioneras för att vara högre än behovet i båda fallen.
Figur 31: Dragkraftsdiagram för mittfack, där svart är dragkraftskapaciteten och övriga färger representerar dragkraftsbehovet för olika lastfall.
Figur 30: Dragkraftsdiagram för ytterfack, där svart är dragkraftskapaciteten och övriga färger representerar dragkraftsbehovet för olika lastfall.
Figur 29: Dragkraftsdiagram för ytterfack, där svart är dragkraftskapaciteten och övriga färger representerar dragkraftsbehovet för olika lastfall.
CHALMERS Bygg- och miljöteknik 39
10.3.2 Resultat
Från modelleringen med vinkeländringsmetoden kunde maximalt fältmoment, stödmoment och tvärkraft bestämmas.
Det största fältmomentet blev 324,02 kNm och detta sker för det lastfall när trafiklasten är placerad i både ytterfacken och punklasten befinner sig i ett av de två ytterfacken, se figur 32. Utnyttjandegraden för brobanans momentkapacitet vid maximaltfältmoment blev 78,4 %. Det största stödmomentet inträffar vid ett lastfall då trafiklasten är placerad i mittenfacket och ett yttrefack och punklasten befinner sig i mitten facket, detta ger ett stödmoment på 195,32 kNm och utnyttjandegraden för brobanans momentkapacitet vid maximalt stödmoment blev 80,7 %. I figur 32 finns momentdiagrammet, som innehåller både maximalt fält- och stödmoment som kan uppnås för de tre olika lastfallen.
Tvärkraften blir som störst när trafiklasten är placerad över hela brobanan och punklasten är placerad i mittenfacket. Detta ger en maximal tvärkraft på 333,612 kN. Dessutom visade det sig att tvärkraften blir dimensionerande med hänsyn till skjuvglidbrott, som ger ett S-avstånd på 70 millimeter.
I både korttids- och långtidseffekter för bruksgränstillstånd klara tvärsnittet spänningarna och sprickbreddskravet på 0,3 millimeter.
CHALMERS, Bygg- och miljöteknik 40
Erforderlig förankringslängd beräknades till 0,12 meter över ett tänkt upplag i form av en tvärbalk med bredden 0,4 meter där mitten på balken sätts till startpunkt i längsriktning. Den maximala förankringslängden beräknades till 0,58 meter. För genomförlig redovisning av armeringsinläggningen se tabell 23-26 och för ritningar se bilaga 11.
Armeringsinläggning från ytterkant i ytterfack:
Tabell 23: Underkantsarmering
Antal stänger [st] 6 12 6 4
Placering [m] -0,12 till 0,46 0,46 till 4,08 4,08 till 4,66 4,66 till 5
Tabell 24: Överkantsarmering
Antal stänger [st] 2 4 8
Placering [m] -0,12 till 2,5 2,5 till 4 4 till 5 Armeringsinläggning i mittfack:
Tabell 25: Underkantsarmering
Antal stänger [st] 4 12 4
Placering [m] 0 till 0,5 0,5 till 4,5 4,5 till 5
Tabell 26: Överkantsarmering
Antal stänger [st] 8 4 8
Placering [m] 0 till 1,58 1,58 till 3,42 3,42 till 5