• No results found

Utbyte av rullager i höghållfast stål en jämförande studie av metod och problematik

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Utbyte av rullager i höghållfast stål en jämförande studie av metod och problematik"

Copied!
72
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

Utbyte av rullager i höghållfast stål en jämförande studie av metod och problematik

Replacement of High Strength Steel Roller Bearings a comparative study of methods and problems

Författare: Salim Aly

Isak Selder

Uppdragsgivare: WSP Bro- & Vattenbyggnad

Handledare: Marco Andersson, WSP Bro- & Vattenbyggnad Johan L Silfwerbrand, KTH ABE

(2)
(3)

Sammanfattning

Olika broar kräver olika typer av upplagsanordningar. Trafikverket förvaltar i Sverige 53 stycken brokonstruktioner med upplagsanordningen höghållfasta rullager. Dessa lager har visat sig gå till brott p.g.a. materialutmattning och korrosion och måste därför som en säkerhetsåtgärd bytas ut.

Trafikverket arbetar med detta sedan 2011 och denna studie tar upp fyra broar ur Trafikverkets brobestånd där lagerutbyte är utfört eller ska utföras.

Broarna innehållande höghållfasta rullager är dimensionerande enligt äldre bronormer som inte krävde att broar skulle dimensioneras för lagerutbyte. Detta skapar problem då brons överbyggnad måste lyftas med domkrafter för att avlasta lagren vid byte. Problemen är återkommande och består bl.a. av brist på utrymme och att konstruktionsdelar inte är tillräckligt dimensionerade för de laster som uppkommer vid lyft av överbyggnad. Därför anordnas någon form av temporär konstruktion som har till uppgift att lösa detta.

Rapporten syftar till att jämföra metoder och kostnader för lagerutbyte, säkerhetspallning och användning av temporära lager på tre olika varianter av stöd. Studien har behandlat tre olika typer av stöd: landfästen, cirkulära pelare och skivstöd, där fyra olika metoder av lagerutbyte har jämförts. Via intervjuer, ritningsläsning och litteraturstudier har jämförelser gjorts mellan de olika metoderna.

De temporära konstruktionerna består av antingen stål eller betong. Resultatet i studien tyder på att en temporär konstruktion av stål är mer anpassningsbar men dyrare än en lösning där betong används. En temporär betongkonstruktion kommer att kräva ett större ingrepp på den befintliga konstruktionen än vad en stålkonstruktion gör.

Brokonstruktioner är komplexa byggnadsverk som skiljer sig mycket från fall till fall. Den enskilda brons unika läge, utformning och typ är faktorer som påverkar vilken metod som är bäst att tillämpa, vilket har lett till svårigheter att definiera den bästa metoden.

Stålkonstruktioner är dyra och bör, i den mån det går återanvändas för att hålla nere

entreprenadkostnaderna. Vid användning av betongkonstruktioner bör de dimensioneras för permanent användning för att kunna användas vid framtida utbytesarbeten.

(4)
(5)

Abstract

Different kinds of bridges require different kinds of bearings. The Swedish Traffic Agency

(Trafikverket) maintains 53 bridges in Sweden with high strength steel roller bearings. These kinds of bearings may cause failure due to fatigue and corrosion and therefore they need to be replaced as a safety reason. Swedish Traffic Agency has been working on the replacement since 2011 and this study is aimed at four different bridges maintained by the Swedish Traffic Agency where bearing

replacement is completed or planned.

Bridges with high strength steel roller bearings are dimensioned according to old norms which didn’t require dimensioning for bearing replacement. This creates problems when the superstructure needs to be lifted with hydraulic jacks to unload the bearings during the replacement. These problems are repetitive and consist for example of lack of space and construction parts that aren’t dimensioned to handle the loads that occur during the lift of the superstructure. Therefor some kind of temporary construction is arranged to solve the problems.

The purpose of the study is to compare methods and cost for bearing replacement, safety solutions and the use of temporary bearings for three types of supports. This study has dealt with three different kinds of supports: circular column, abutment and wall pier, where four different methods of bearing replacement have been compared. Through interviews, observation of blueprints and literature studies a comparison between methods has been made.

The temporary constructions are made of steel or concrete. Results of the study shows that a temporary construction made of steel is more adaptable but more expensive than a temporary construction made of concrete. A temporary construction made of concrete requires a greater encroachment of the structure.

Bridge structures are complex constructions whom may differ from each other. The individual bridge’s unique location, shape and type are factors that affect the choice of method. This had led to difficulties to define the best bridge bearing replacement method.

Constructions of steel are expensive and should, if possible, be reused. When using of the method of temporary concrete construction the structure should be dimensioned for permanent use.

(6)
(7)

Förord

Detta examensarbete om 15,0 hp har skrivits under våren 2018 hos WSP bro- & vattenbyggnad i Stockholm som ett avlutande arbete på högskoleingenjörsprogrammet i byggteknik och design på KTH. Arbetet har motsvarat 10 veckors heltidsarbete.

Idén till arbetet kom från Marco Andersson, gruppchef brounderhåll på WSP Bro & Vattenbyggnad, som även varit vår näringslivshandledare. Marco har varit behjälplig med information och expertis under arbetets gång och gett oss värdefull input. Akademisk handledare från KTH har varit professor Johan L Silfwerbrand, som gett oss betydelsefull feedback under arbetets gång.

Tack till Joachim Jacobsson, Trafikverket, som varit behjälplig med material och svarat på våra frågor under arbetets gång.

Tack till Orlando Ruiz, Specialist Civil Structures på konsultföretaget COWI, för hjälp med ritningsmaterial och input.

Stockholm maj 2018

Salim Aly Isak Selder

(8)
(9)

Innehåll

SAMMANFATTNING ... I ABSTRACT ... III FÖRORD ... V INNEHÅLL ... VII BEGREPP- & DEFINITIONSLISTA ... IX

1 INLEDNING ... 1

1.1 BAKGRUND ... 1

1.2 NULÄGESBESKRIVNING ... 2

1.3 MÅL ... 3

1.4 SYFTE OCH FRÅGESTÄLLNING ... 3

1.5 AVGRÄNSNINGAR ... 3

2 METOD ... 5

2.1 LITTERATURSTUDIE ... 5

2.2 BRIDGE AND TUNNEL MANAGEMENT-BATMAN ... 5

2.3 INTERVJUER ... 5

2.4 PLATSBESÖK ... 5

3 TEORETISK REFERENSRAM ... 7

3.1 RULLAGER I HÖGHÅLLFAST STÅL ... 7

3.2 BRONORMER ... 9

3.3 UTMATTNINGSBROTT ... 10

3.4 KORROSION ... 11

3.5 INSPEKTION ...12

4 GENOMFÖRANDE ... 15

4.1 EXEMPEL PÅ ARBETSGÅNG VID UTBYTE AV LAGER ... 15

4.2 PROBLEMATIK VID LAGERBYTE ...16

4.3 KONSEKVENSBESKRIVNING ...16

4.4 INVENTERING AV BROAR MED HÖGHÅLLFASTA RULLAGER I STÅL ... 17

5 RESULTAT... 37

5.1 LANDFÄSTEN ... 37

5.2 CIRKULÄRA STÖD ... 38

5.3 SKIVSTÖD ... 40

5.4 SÄKERHETSPALLNING ... 42

5.5 KOSTNADSJÄMFÖRELSE AV UNDERSÖKTA METODER ... 43

6 ANALYS ... 45

6.1 LAGERUTBYTE LANDFÄSTE ... 45

6.2 LAGERUTBYTE CIRKULÄRA STÖD ... 46

6.3 LAGERUTBYTE SKIVSTÖD ... 46

6.4 DROTTNINGHOLMSBRON ... 46

7 SLUTSATS ... 49

8 REKOMMENDATIONER OCH FÖRSLAG PÅ VIDARE STUDIER ... 51

(10)
(11)

Begrepp- & definitionslista

Domkraft Hydrauliskt verktyg som används för att lyfta tunga konstruktioner.

Glidyta Yta belagd med någon form av friktionssänkande material, ofta teflon.

HHW Högsta högvattenstånd.

LLW Lägsta lågvattenstånd.

Lyftkraft Erforderlig kraft som krävs för att lyfta överbyggnaden.

Lyftpunkt Punkt på brons lagerpall där man skall placera domkrafter vid lyft.

MP MegaPond, äldre enhet för kraft. 1MP= 9,81kN.

RF Relativ Fukthalt. Anger i % hur fuktigt ett ämne eller en miljö är vid en viss temperatur i förhållande till dess maximala fuktinnehåll vid samma temperatur.

Shims Distansplåt som används för att justera in läget mellan två olika höjder.

Fungerar på samma sätt som en kil.

Säkerhetspallning En säkerhetslösning som förhindrar överbyggnad att falla ned på stöd vid lagerbrott. Består ofta av stålplåtar och placeras om möjligt på lagerpall.

Underbyggnad Till underbyggnad räknas de konstruktioner som har till uppgift att föra ned laster från överbyggnaden till bärande jord eller fast berg. Ingående delar i underbyggnad är t.ex. landfästen, mellanstöd och bottenplatta (Sundquist, 2005, s.8).

Överbyggnad Den del av bron som tar upp trafiklaster. Ingående delar i en

överbyggnad är t.ex. brobaneplatta, primär- och sekundärkonstruktioner och lager (Sundquist, 2005, s.8).

(12)
(13)

1 Inledning 1.1 Bakgrund

Olika typer av broar kräver olika slags upplagsanordningar. Långa brokonstruktioner medför stora rörelser p.g.a. temperaturförändringar, trafiklaster, krympning och krypning. För att brons

överbyggnad skall kunna röra på sig installerar man lager, vilka tar hand om rörelser i bron samt för ned laster till mark via underbyggnaden (Sundquist, 2005, s.133). Se figur 1.1 för skiss över bro innehållande konstruktionsdelar.

Figur 1.1 Skiss över bro med olika konstruktionsdelar.

Under en period på 1960–70-talet byggdes broar med rullager i höghållfast stål, vilka har visat sig kunna gå till brott. Brotten kan komma att ske utan någon större förvarning och kan få stora konsekvenser på trafikanters säkerhet. Dessa brott kan bero på utmattning av stålet i lagerrullen (Noury, 2017, s.45).

Broar uppförda på 1960–70-talet uppfördes enligt rådande bronormer, vilka inte tog hänsyn till dimensionering för utbyte av lager. Bronorm 76, som utgavs år 1976, var den första normen från Vägverket (nuvarande Trafikverket) som tog hänsyn till att broar måste konstrueras och dimensioneras för framtida lagerutbyte. Detta tog man hänsyn till eftersom en brokonstruktion och en

lagerkonstruktion har olika livslängder.

Det är välkänt att lagerkonstruktioner är kostsamma och kräver underhåll. Jacobsson1 menar att lagerkonstruktioner på broar som ej är dimensionerade för lyftning av överbyggnad i samband med lagerbyte tenderar att få höga projekterings- och arbetskostnader.

Golden Horn Bridge i Turkiet och Thelwall Viaduct i Storbritannien är exempel på broar där brott skett i dessa typer av lager (Noury, 2017, s.4). Forth Road Bridge i Skottland är ett exempel där man utfört lagerutbyte med metoder som påminner om de som används i Sverige (Colford et al. 2013). I Sverige har det enligt Jacobsson1 skett brott på flertalet broar, bl.a. Ölandsbron samt bro över Strandbergsgatan längs E4:an i Stockholm.

(14)

Efter att höghållfasta rullager gick till brott på bro över Strandbergsgatan år 2011 beslutade

Trafikverket att samtliga rullager av denna typ i deras brobestånd skall bytas ut. Essingeleden har varit högt prioriterad p.g.a. den trafikmängd som belastar broarna samt den samhällskostnad som

uppkommer vid störningar av trafik (Kampmann, 2014, s.4).

Enligt Trafikverkets databas BaTMan finns det 2018 53 st av Trafikverket förvaltade

brokonstruktioner i Sverige som har upplagstyp rörligt lager i höghållfast stål. 21 st av dessa broar finns i Stockholmsområdet, se bilaga 1-2.

1.2 Nulägesbeskrivning

1.2.1 Kort om WSP

Detta examensarbete har skrivits hos och handletts av WSP bro- & vattenbyggnad, broförvaltningsgruppen, på deras huvudkontor vid Globen i Stockholm.

WSP är ett internationellt konsultföretag i samhällsbyggarsektorn med 42 000 medarbetare, på 550 kontor i 40 länder. WSP Sverige har sin grund i konsultföretaget Jacobson & Widmark, vilka förvärvades av WSP år 2001. WSP Sverige har i dagsläget 4000 medarbetare på ett 50-tal kontor (WSP Sverige, 2018).

1.2.2 Kort om lager

Ett lager installeras på en brokonstruktion för att ge bron deformationsmöjligheter och undvika tvångskrafter. Ett lager för ned laster från överbyggnaden till underliggande mark via

underbyggnaden. Man delar upp lager i fasta eller rörliga typer, vilka klarar av att ta hand om olika sorters deformationer och laster (Sundquist, 2005, s.133).

Fasta lager ger endast möjlighet till vinkeländringar i överbyggnaden. Gummitopflager kan anpassas till att endast ta hand om vinkelförändringar.

Rörliga lager kan vinkelförändras och förskjutas i längd- och tvärled för att ta upp rörelser i en

brokonstruktion. Dessa rörelser kan bero på trafiklaster, temperaturförändringar, krympning, krypning, sättningar m.m. Exempel på rörliga lager som används idag är gummilager, potlager och

gummitopflager, se figur 1.1–3.

Figur 1.1 Gummilager Figur 1.2 Potlager. Figur 1.3 Gummitopflager.

(hämtad från www.mageba.ch).

Nackdelen med lager är att vid brott, kan följderna bli omfattande. Lager behöver därför underhållas

(15)

1.3 Mål

Målet med studien är att få en utökad förståelse kring problematiken vid utbyte av höghållfasta rullager på broar dimensionerade enligt äldre normer. Lagerutbyte är en komplex uppgift som kan skilja sig mycket från bro till bro p.g.a. deras olika förutsättningar, utformning, läge m.m.

Från WSP finns det ett intresse att jämföra metoder för lagerutbyte på ett antal broar byggda enligt gamla normer. Det långsiktiga målet är att ta fram typlösningar för lagerutbyte på olika stöd. En typlösning skulle kunna stå som grund och sedan anpassas individuellt vid varje bro vid framtida lagerutbyte. Vid tiden för utbyte av lager krävs det någon form av temporära lageranordningar på plats som gör att bron kan användas även under tiden utbytesarbeten sker.

1.4 Syfte och frågeställning

Ambitionen från Trafikverket är att byta ut alla höghållfasta rullager på broarna som de äger och förvaltar och frågan är högt prioriterad. Broarna denna studie behandlar är alla viktiga ur

trafiksynpunkt och att ta broarna ur drift vid lagerutbyte är inte möjligt. Rapporten syftar till att jämföra metoder för lagerutbyte, säkerhetspallning och användning av temporära lager på tre olika varianter av stöd: cirkulära pelare, skivstöd samt landfästen. Rapporten syftar även till att jämföra kostnader mellan de olika metoderna, då temporära konstruktioner av stål och betong tenderar att bli kostsamma.

Vilka för- och nackdelar finns för de olika redovisade lösningarna för respektive variant av stöd?

Vad är kostnaderna för de olika metoderna för lagerutbyte?

Vilka problem finns som är förknippade med de olika lösningarna?

1.5 Avgränsningar

Studien avgränsas till enbart broar med rullager i höghållfast stål belägna i Stockholmsområdet. Efter ett uttag från Trafikverkets databas BaTMan har följande fyra broar valts ut. Samtliga ligger i

Stockholm, vilket är inom den geografiska avgränsningen. Samtliga utvalda broar förvaltas av Trafikverket.

- 2–2045-(1–6), Bro över Franzéngatan, Hornsberg strand och Karlbergskanalen, i rapporten benämnd som Karlbergsbron.

- 2–453-(1–2), Bro över Kilsviken sv. Kil, i rapporten benämnd som bro över Kilsviken - 2–227–1, Bro över Mälaren vid Drottningholm, i rapporten benämnd som

Drottningholmsbron.

- 2–1337-(1–2), Bro över Pampaslänken, spårområde och Tomtebodavägen vid tpl Karlberg, i rapporten benämnd som Pampasbron.

Våren 2018 när denna studie genomfördes är bro över Kilsviken och Drottningholmsbron under projekterings- respektive planeringsskede. På Pampasbron och Karlbergsbron är utbytesarbetena färdiga respektive pågående. Dessa fyra broar skiljer sig gällande konstruktionstyp, storlek, utformning och trafiksituation. Genom att välja fyra stycken olika broar med olika förutsättningar jämfördes olika metoder för lagerutbyte inklusive temporär lagerlösning. De utvalda broarna är byggda enligt två olika bronormer, vilket gör att förutsättningar gällande utförande och konstruktion

(16)
(17)

2 Metod

2.1 Litteraturstudie

Inledningsvis gjordes en litteraturstudie om bro- och lagertyper, utmattningsbrott, äldre och gällande bronormer. Materialet bestod av kursböcker, publicerade vetenskapliga artiklar, uppsatser på

masternivå samt doktorsavhandlingar för att förstå problematiken bakom brott på höghållfasta rullager.

2.2 Bridge and Tunnel Management- BaTMan

BaTMan är ett bro- och tunnelförvaltningssystem som riktar sig till förvaltare, projektörer, inspektörer m.m. som arbetar inom förvaltning av bro- och tunnelkonstruktioner. BaTMan innehåller en sökbar databas där användare kan söka efter information och handlingar gällande inlagda konstruktioner.

BaTMan förvaltas och drivs av Trafikverket och används av både privata och statliga aktörer.

Sökningar gjordes i Trafikverkets databas BaTMan. I BaTMan finns information, ritningar och

rapporter angående drygt 30 000 broar och 10 000 andra konstruktioner (BaTMan, 2018). Trafikverket förvaltar cirka 20 600 broar i Sverige (Trafikverket, 2015).

Utökad behörighet till BaTMan har getts till författarna för att de närmare skall kunna granska ritningar och inspektionsprotokoll samt ta del av skadebilder. Utökad behörighet ges av ansvarig förvaltare efter ansökan.

2.3 Intervjuer

Intervju genomfördes med projektledare Joachim Jacobsson, Trafikverket. Jacobsson är ansvarig projektledare för lagerutbytesarbetena som skett på Karlbergsbron och Pampasbron. Efter intervjun gavs tillgång till bildmaterial, kostnadsinformation och övrig information från Trafikverket.

Intervjufrågor finns bifogade i bilaga 3.

Intervju genomfördes med konstruktör Orlando Ruiz, COWI. COWI är projektör för

lagerutbytesarbeten på bro över Kilsviken 2–453. Efter intervjun gavs tillgång till ritningsmaterial.

Intervjufrågor finns bifogade i bilaga 4.

Telefonintervju genomfördes med Tommy Kanerva, E-Schakt. E-schakt är entreprenör för det pågående lagerutbytet på Karlbergsbron.

Intervju genomfördes med Marco Andersson, WSP. Andersson har bidragit med expertis inom brounderhåll samt information gällande Drottningholmsbron.

2.4 Platsbesök

Platsbesök gjordes vid Karlbergsbron, Pampasbron samt bro över Kilsviken. Detta har bidragit till en ökad förståelse kring broarnas läge och utformning.

(18)
(19)

3 Teoretisk Referensram 3.1 Rullager i höghållfast stål

Historiskt har metalliska rullager använts på broar sedan 1850-talet. Föregångaren till metalliska rullager var enkla trälager utgjorda av stockar (Noury, 2017, s.1).

Broarna som ingår i denna studie är byggda under 1960-70talet. Två olika typer av rullager har använts vid alla dessa, Corroweld-lager och Kreutz-Edelstahllager, med en stålkvalitét benämnd X40Cr13 respektive C45/C15. X40Cr13 och C45/C15 är höghållfasta rostfria ståltyper. Corroweld- lagren tillverkades av det tyska företaget Gutehoffnungshütte. Användningen av höghållfast stål möjliggjorde en rullängd som var upp till 12 gånger diametern. Valet att använda sig av höghållfast stål grundade sig i möjligheten att reducera diametern på lagerrullen (ibid, s.3).

Höghållfast stål har högre brottgräns än traditionellt konstruktionsstål och antogs därför passa bra att använda i lagerkonstruktioner p.g.a. de höga lasterna som verkar på en brokonstruktion. För

stålkvalitét X40Cr13 kan man ange en brottgräns om ca 1500–1800 MPa (ibid, s.66), till skillnad från traditionellt konstruktionsstål som har en brottgräns omkring 300 MPa.

Redan några år efter att broar med dessa lager togs i trafik kunde det konstateras att sprickbildning och i vissa fall brott skett. Ett exempel är Ölandsbron som 1972 öppnades för trafik och lagerbrott

konstaterades vid inspektion 1976 (Noury, 2017, s.5).

När materialet i brons överbyggnad expanderar p.g.a. temperaturdifferenser eller förskjuts p.g.a.

trafiklaster, så kommer lagren att ta hand om dessa påfrestningar, då de har möjlighet att röra sig i brons längdriktning. Höghållfasta lager är uppbyggda av en lagerrulle som är placerad mellan två stålplattor. Lagerrullarna har i denna studie haft en diameter mellan ∅90mm-∅130mm. Stålplattorna över och under lager är förankrade och fastgjutna i överbyggnaden respektive lagerpallen. Lagerrullen är styrd att röra sig i en riktning via ändkrans eller styrlinjal i ändarna på rullen, se figur 3.1–2.

Figur 3.1 Exempel på höghållfast rullager med kuggformad ändkrans, Karlbergsbron.

(20)

Figur 3.2 principskiss av rullager.

Innan man började installera höghållfasta rullager på broar använde man sig av rullager av

konstruktionsstål eller förkromat stål. Denna lagertyp visade sig gå till brott p.g.a. korrosionsangrepp på kontaktytan (Noury, 2017, s.3). Höghållfasta rullager av stål installerades därför på broar under 1960–1970-talet.

Efter att det uppdagats att rullager i höghållfast stål riskerar att gå till brott började man använda sig av glidlager i gummi, s.k. gummitopflager eller potlager. Gummitopflager är uppbyggt av ett gummiskikt placerat mellan två glidytor i stål. Gummiskiktet kan vara armerat eller oarmerat och kan röra sig i flera riktningar. Potlager, som tillåter vinkelförändringar och rörelser i alla riktningar, har också ett glidlager i gummi. Båda lagertyperna kan anpassas för att endast tillåta rörelser i en riktning i horisontalplanet.

Potlagrets utformning skiljer sig från gummitopflagrets utformning, genom att potlagrets gummikärna är fullständigt omgiven av stål. Potlagret är utformat av en pot med en pistong och mellan dessa ligger ett skikt av gummi. Gummit är det medium som tar hand om rörelser och laster och som tillåts att deformeras (Spennteknikk, 2018). Se figur 3.3.

Figur 3.3 Exempel på TOBE potlager (Bild från Spennteknikk.no, 2018).

(21)

3.2 Bronormer

Denna studie grundar sig i ett antal broar byggda under 1960–70-talet enligt dåvarande normer, Kungliga Väg- och Vattenbyggnadsstyrelsen (KVVS) Bronormer 1965 samt Vägverkets (VV) Bronormer 1969. Inga av dessa normer angav något krav för dimensionering för lagerutbyte.

KVVS Bronormer 1965 fastslår att överbyggnaden skall dimensioneras så att den kan lyftas vid lagerbyte, men tar inte hänsyn till att lagerpall bör utformas så att lyftanordningar ryms.

Överbyggnaden skall dimensioneras för lyft via tvärbalkar placerade ca 0,5 m från lagrets inre kant, se figur 3.4. Det nämns inte att underbyggnaden bör dimensioneras för att klara av de laster som

uppkommer vid lyftning med domkraft.

Figur 3.4 Utdrag ur KVVS Bronorm 1965 kap 14 Konstruktionsnormer överbyggnad (Kungliga väg- och vattenbyggnadsstyrelsen, 1965).

VV Bronormer 1969 säger likt KVVS Bronormer 1965 att dimensioner för lyft av överbyggnad skall utföras med tvärbalkar placerade ca 0,5 m från lagrets inre kant, se figur 3.5 för utdrag ur norm.

Figur 3.5 Utdrag ur VV Bronorm 69 Kap 14 Konstruktionsnormer överbyggnad (Vägverket 1969).

Sedan 1976 och fastställandet av Bronorm 76 har det funnits krav på att samtliga broar med

lagerkonstruktioner skall dimensioneras för utbyte av lager. Bronorm 76 är den första normen inom brobyggande som tar hänsyn till att under- och överbyggnad skall dimensioneras och utformas på så sätt att lagerbyte kan ske, se figur 3.6–7.

(22)

Figur 3.6 Del ur Bronorm 76 (Bronorm 76, Vägverket 1976).

Figur 3.7 Utdrag ur Bronorm 76, Kap. 04.5 utformning lagerpall (Bronorm 76, vägverket 1976).

Ritningar med tillhörande beskrivningar på lyftpunkter skall finnas med i projekteringen av en bro, se figur 3.8.

Figur 3.8 kap 7 Betongöverbyggnad, del 316 ur Bronorm 76 (Bronorm 76, Vägverket 1976).

Dagens gällande norm Krav Brobyggande TDOK 2016:0204 från Trafikverket anger följande angående lagerutbyte:

”En bro med lager ska dimensioneras så att lagren kan avlastas och bytas. För detta ska en tillfällig dimensioneringssituation enligt SS-EN 1991-1-6 tillämpas.” (Trafikverket, 2016, s.98).

3.3 Utmattningsbrott

(23)

spänning i materialet. Materialet som utmattas kan belastas i ett visst antal cykler under en viss spänning. Utmattning delas upp i två olika delar, lågcykelutmattning och högcykelutmattning.

Lågcykelutmattning innebär få cykler, under 10 000 st, med en hög spänning vilket leder till brott.

Högcykelutmattning innebär mindre spänningar men stort antal cykler, 104–105 och uppåt (Sundström, 1998, s. 283).

Figur 3.9 Utmattningskurva.

Ett utmattningsbrott sker i tre faser (Boyer, 1986, s.1):

1. När materialet blivit belastat med en viss spänning ett visst antal gånger kan en spricka initieras. Denna spricka brukar uppstå vid materialets svagare område, t.ex. korroderad yta eller vid avsmalnad form.

2. Den fortsatta repetitiva lasten leder till att dragspänningen inuti materialet ökar sprickans storlek. Storleken på sprickan kommer att växa efter varje cykel.

3. När sprickan uppgått till en tillräckligt stor vidd eller längd, kan materialet gå till brott. Denna fas kan gå fort, speciellt i stålmaterial och brottet kan i stort sett ske utan förvarning.

För att kartlägga hur mycket utmattning ett material klarar av kan man utföra försök (Boyer, 1986, s.1). Försöken delas upp i två kategorier:

- Sprickinitieringsförsök (Crack initiation testing).

Med en konstant spänning belastas ett material i det antal cykler som krävs för att en spricka skall uppstå. Via denna metod kan det antal cykler bestämmas, som krävs under en viss spänning, innan sprickor bildas i materialet. Utmattningen i materialet är beroende av spänning/antalet cykler.

- Spricktillväxtförsök (Crack propagation testing).

Även kallad försök av utmattningsspricktillväxt (Fatigue Crack Growth Testing) som används för att analysera hur en redan uppkommen spricka växer under fortsatt belastning.

(24)

vägsalt om t.ex. fogen i överbyggnaden är otät vilket medför att saltvatten läcker ned på lagret (Sundqvist 2005, s.144).

För att skydda lagerkonstruktioner målar man dessa med rostskyddsfärg.

Det finns ett utrett samband mellan korrosion och utmattningsbrott i rullager i höghållfast stål. Om ett lager korroderar så kan det i korrosionsytan bildas små sprickor som p.g.a. utmattning kommer att växa och eventuellt göra så lagret går till brott (Noury, 2017, s. 44). BaTMan inspektörshandbok anger att man skall vara uppmärksam på korrosion på höghållfasta rullager (BaTMan, 2015a). Eftersatt underhåll på höghållfasta rullager kan öka risken för korrosion.

3.5 Inspektion

Ett byggnadsverk skall inspekteras regelbundet och systematiskt för att upprätthålla säkerhet och framkomlighet för trafikanter. Inspektionerna, som delas upp i huvudinspektion, översiktsinspektion och allmän inspektion, skall dokumentera byggnadsverkets fysiska och funktionella tillstånd samt hur detta utvecklas över tid (Trafikverket, 2014).

Trafikverkets PM ”Krav på inspektion av byggnadsverk” anger tillvägagångssätt för inspektion av ett byggnadsverk. Som byggnadsverk räknar Trafikverket att följande täcks in:

- Bro.

- Tunnel.

- Stödmur.

- Påldäck.

- Snögalleri.

- Färjeläge.

- Tråg.

- Kaj.

Objekt som är anslutna till BaTMan skall dokumenteras så att uppföljning kan göras. I

dokumentationen skall det ingå skadebilder samt beskrivning av skadetyp, omfattning och läge (BaTMan, 2015b).

Vid inspektion av broar där funktionellt tillstånd bestäms skall varje skada tilldelas en tillståndsklass benämnd TK. Skalan går från 0–3.

TK0- Bristfällig funktion bortom 10 år.

TK1- Bristfällig funktion inom 10 år.

TK2- Bristfällig funktion inom 3 år.

TK3- Bristfällig funktion vid inspektionstillfället.

(25)

baserat på funktionskrav från projektering, aktuella och tidigare uppmätta värden samt förväntad framtida nedbrytning (BaTMan, 2015c).

3.5.1 Översiktlig inspektion

En översiktlig inspektion skall utföras av en av broförvaltaren utsedd inspektör varje år och skall säkerhetsställa att underhållsplanen av bron följs (Trafikverket, 2014, s.3).

3.5.2 Allmän inspektion

Allmän inspektion utförs för att upptäcka nya skador på bron som bör åtgärdas innan nästa huvudinspektion. Detta för att undvika ökade förvaltningskostnader jämfört med om skadan inte upptäckts förrän vid nästa huvudinspektion. En allmän inspektion skall också kontrollera skador som är noterade vid tidigare tillfälle. Alla konstruktionsdelar i bron samt omkringliggande delar t.ex.

slänter, koner fyllningar m.m. skall vid allmän inspektion okulärbesiktigas (Trafikverket, 2014, s.4).

3.5.3 Huvudinspektion

En huvudinspektion skall utföras innan en ny konstruktion tas i drift och därefter minst var sjätte år.

Inspektionen syftar till att upptäcka skador som kan påverka konstruktionens funktion eller bärighet inom tio år. Syftet är även att upptäcka brister, som om de inte åtgärdas före nästa huvudbesiktning, kan höja förvaltningskostnaderna. Alla delar som granskas skall göras handnära och alla delar skall inspekteras, även närliggande anslutningar. Mätningar och iakttagelser såsom sprickor i betong/stål, armeringskorrosion, tätskiktets funktion m.m. skall vid behov utföras vid huvudinspektion

(Trafikverket, 2014, s.4–5).

Vid beslut kan förvaltare välja att huvudinspektioner skall utföras mer frekvent än var sjätte år.

(26)
(27)

4 Genomförande

4.1 Exempel på arbetsgång vid utbyte av lager

Vid utbyte av en lagerkonstruktion krävs det att överbyggnaden lyfts så att lagret avlastas.

Överbyggnaden behöver bara lyftas några enstaka millimeter för att lagret skall kunna demonteras. För att kunna lyfta en överbyggnad måste kontroller och beräkningar göras på både under- och

överbyggnad så att man kan säkerhetsställa att bron klarar av de spänningar som uppkommer vid lyftet. Om brons överbyggnad inte är dimensionerad för lyft kan förstärkningar göras genom t.ex.

avväxlingar med stålbalksanordning. Själva lyftet behöver inte vara ett tidskrävande moment. Lyftet av överbyggnaden på t.ex. Karlbergsbron var avklarat på ca 20 minuter, enligt Jacobsson2.

När bron lyfts och lagren avlastas finns det några alternativ på hur man gör för att låta trafik gå på bron:

1. Bron lyfts med domkrafter utrustade med låsring. Denna låsring omöjliggör att

överbyggnaden kan falla ned på underbyggnad om domkraften skulle haverera. Vid denna metod bör man använda sig av ett temporärt lager mellan domkraft och underkant

överbyggnad för att tillåta rörelser.

2. Bron lyfts med domkrafter och sänks sedan ned på ett temporärt lager beläget några millimeter högre än det ursprungliga lagret. Lagret har då frigjorts från last och kan demonteras. Även i denna metod bör man möjliggöra rörelser genom t.ex. teflonbeklädda plåtar.

När det gamla lagret blivit avlastat så tas rullen bort och den övre och undre lagerplattan skärs bort.

Betongen vid lagrets position vattenbilas bort och en ny över- och undergjutning görs till det nya lagret, se figur 4.1. Leverantörer av moderna lager har monteringsanvisningar som anger hur de nya lagren skall förankras. När det nya lagret är på plats lyfts bron från sitt temporära läge och sänks ned på det nya lagret.

Sammanfattat skall följande moment utföras:

1. Eventuell temporör konstruktion installeras.

2. Trafiken stängs av och överbyggnad lyfts.

3. Lösning av temporärt lager. Trafiken släpps på.

4. Demontering av befintligt lager och borttagning av skadad betong.

5. Ny betong gjuts och nytt lager monteras enligt anvisningar från tillverkare.

6. Temporärt lager tas bort i samband med att bron sänks ned på nytt lager. Trafiken stängs av vid lyftmomentet.

7. Rivning av eventuella temporära konstruktioner.

Det finns dokumenterade fall där de temporära konstruktionerna dimensioneras för permanent bruk och behålls efter avklarat lagerutbye, t.ex. vid Forth Road Bridge i Skottland (Colford et al. 2013).

(28)

Figur 4.1 Nytt lager på plats vid landfäste på Pampasbron. Vattenbilning utförd (DIPART, 2016).

4.2 Problematik vid lagerbyte

Som nämnt i kap 3.2 är broarna i denna studie byggda enligt äldre normer. Detta kan innebära svårigheter med:

- Utrymme på lagerpall är för litet för att domkrafter, säkerhetspallning m.m. skall rymmas.

- Över-/underbyggnad inte klarar av lasterna som uppkommer vid lyft.

Kombinationen med äldre normer och konstruktionens läge/utformning kan skapa problematik vid lagerutbyte. Till exempel en bro över vatten som byggdes enligt äldre normer kan ge problem med åtkomst, utrymme att utföra arbeten och problem med att konstruera temporära konstruktioner.

4.3 Konsekvensbeskrivning

När lagerutbyten skall utföras på en brokonstruktion eftersträvas det att påverka trafiken så lite som möjligt. Trafikverket vill att det under ett lagerutbyte på broar under deras förvaltning inte skall behöva stängas av trafik under arbetena. Avstängningar av filer eller omledning av trafik drabbar samhället med kostnader, oavsett storlek eller trafikmängd på brokonstruktionen.

Vid järnvägsbroar och broar som löper över vatten med sjöfart under måste utbytet av lagren planeras så dessa trafikslag kan fortsätta trafikera bron som normalt. Vid dessa typer av broar är inte omledning av rutt ett alternativ, beroende på dessa trafikslags begränsningar.

4.3.1 Kostnadsmässiga konsekvenser

(29)

nämner i sin rapport från 2014 att upp till en timmes totalavstängning av Essingeleden kostar samhället mellan 0,8–8 Mkr (Kampmann, 2014, s.4). För att undvika störning av trafik kan lyft av bron genomföras nattetid då trafikbelastningen är förhållandevis låg. Att utföra ett lagerutbyte kostar betydligt mindre än de kostnader som uppstår vid stor påverkan av trafikens möjlighet att flöda normalt.

Vid mindre trafikerade broar på landsbygden där det finns möjlighet till omledning av trafik kan det vara ekonomiskt försvarbart att genomföra en avstängning under pågående utbytesarbeten.

4.3.2 Miljömässiga konsekvenser

Ett lagerutbyte belastar miljön med tanke på de material som används samt de maskiner som krävs för att utföra arbetena. Tillverkning av betong och stål bidrar till utsläpp av koldioxid. Vid gjutning av provisoriska betongfundament kan det krävas att schaktning av jord och borttagning av berg utförs vilket innebär en påverkan på omgivningen.

Köbildning på bron vid avstängning av filer och omledning av trafik kommer båda att bidra till ett ökat koldioxidutsläpp.

4.3.3 Estetiska konsekvenser

Vid lagerutbyte kommer arbetsplatsen att förfula omgivningen p.g.a. arbetsställningar,

stålkonstruktioner och intrycken som en byggarbetsplats ger den förbipasserande. Det är därför

önskvärt att ett lagerutbyte sker under så kort genomförandetid som det är möjligt. Detta kräver en god planering och logistik.

4.4 Inventering av broar med höghållfasta rullager i stål

Via ett uttag från Trafikverkets databas BaTMan tillhandahölls en lista över broar i

Stockholmsområdet som hade upplagsanordning ”rörligt höghållfast lager”. Trafikverket stod som förvaltare över alla broar i detta uttag. Uttaget visade att det i dagsläget (våren 2018) i

Stockholmsområdet finns 21 st. broar med denna upplagsanordning. Information om broar som tidigare haft rullager i höghållfast stål erhölls via listor utlämnade av Trafikverket. I studien behandlas fyra st. broar, varav tre st. våren 2018 är utrustade med höghållfasta rullager och en bro där utbytet är slutfört.

4.4.1 Karlbergsbron, 2–2045-(1-6)

Karlbergsbron ligger på Essingeleden längs E4 genom centrala Stockholm och går söderifrån från Kungsholmen över Karlbergskanalen vidare norrut. Bron har totalt åtta stöd med totalt 21 st.

höghållfasta rullager, se figur 4.2. Konsultföretaget ATKINS har projekterat lagerutbytet av denna bro till en kostnad av 1,15 Mkr och utbytesentreprenaden gjordes av E-Schakt och anbudssumman var 13,3 Mkr.

Bron är uppdelad i sex konstruktioner, fyra broar och två stödmurar, varav följande fyra broar har studerats:

1. 2-2045-1, Bro över Franzéngatan, Hornsbergs strand och Karlbergskanalen. Östra delen.

(östra bron) På figur 4.1 benämnd som B.

(30)

Brolängd [m]: 456

Brobredd [m]: 17. (4 filer)

Antal stöd [st.]: 21

Stöd med rörliga lager [st.]: 3 (1,11,20) Totalt antal rörliga lager [st.]: 9

Lagertyp: X40Cr13

2. 2-2045-2, Bro över Franzéngatan, Hornsbergs strand och Karlbergskanalen. Västra delen.

(västra bron). På figur 4.1 benämnd som C.

Nybyggnadsår: 1970

Gällande norm: KVVS Bronormer 1965

Konstruktionstyp: Kontinuerlig lådbalkbro av spännarmerad betong

Brolängd [m]: 470

Brobredd [m]: 15,2. (4 filer)

Antal stöd [st.]: 18

Stöd med rörliga lager [st.]: 3 (4,11,20) Totalt antal rörliga lager [st.]: 8

Lagertyp: X40Cr13

3. 2-2045-3, Bro över Franzéngatan, Hornsbergs strand och Karlbergskanalen. Sydgående Påfartsramp. På figur 4.1 benämnd som D.

Nybyggnadsår: 1970

Gällande norm: KVVS Bronormer 1965

Konstruktionstyp: Kontinuerlig lådbalkbro av spännarmerad betong

Brolängd [m]: 124

Brobredd [m]: 10. (1 fil + 1 arbetsfil)

Antal stöd [st.]: 4

Stöd med rörliga lager [st.]: 1, stöd 4

Totalt antal rörliga lager [st.]: 2, brott i det ena skedde 2012.

Lagertyp: X40Cr13

4. 2-2045-4, Bro över Franzéngatan, Hornsbergs strand och Karlbergskanalen. Avfartsramp mot Huvudsta. På figur 4.1 benämnd som A.

Nybyggnadsår: 1970

Gällande norm: KVVS Bronormer 1965

Konstruktionstyp: Kontinuerlig lådbalkbro av spännarmerad betong

Brolängd [m]: 95

Brobredd [m]: 10. (1 fil + 1 arbetsfil)

(31)

Lagertyp: X40Cr13

Figur 4.2 Elevation/Plan Karlbergsbron. Stöd med höghållfasta rullager markerade (Joachim Jacobsson, Trafikverket 2017).

År 2011 skedde det lagerhaveri på bro över Strandbergsgatan just intill Karlbergsbron och skadan upptäcktes vid brottillfället då överbyggnaden sänktes ca 40 mm. Lagerrullen delades längsgående och överbyggnaden vilade ovanpå det trasiga lagret, se figur 4.3. Ingen säkerhetspallning hade genomförts vid tiden för brott men en sådan ordnades så snabbt brottet uppdagats. Säkerhetspallningen bestod av rektangulära plåtar staplade ovanpå varandra och sammanfogade med svetsar. Efter det hastiga brottet så beslutades att det ett nytt rullager skulle installeras.

Figur 4.3 Lagerhaveri på bro över Strandbergsgatan. (Joachim Jacobsson, Trafikverket 2011)

(32)

År 2012 upptäcktes nästa lagerbrott, då på Karlbergsbron, då en lagerrulle vid stöd D4 hade spruckit längsgående så att ändkransen fallit av, se figur 4.4. I detta fall rörde inte överbyggnaden på sig utan den vilade ovanpå det spruckna lagret och upptäcktes därför först vid inspektionstillfället. Det spruckna lagret tilldelades en TK3 och en säkerhetspallning genomfördes omgående. Det havererade lagret byttes ut till ett nytt rullager.

Figur 4.4. Lagerbrott Karlbergsbron stöd D4 (Joachim Jacobsson, Trafikverket 2012).

Samtliga stöd på Karlbergsbron har utrustats med säkerhetspallningar som har möjlighet att ta upp rörelser i längdled, se figur 4.5 för exempel. De översta plåtarna i säkerhetspallningen prepareras med glidytor av teflon som minskar friktion och ökar möjligheterna för rörelser. Lyften utförs med

domkraft och sänks sedan ned på säkerhetspallningen som fungerar som temporärt lager tack vare möjligheten att ta upp rörelser i längdled.

(33)

2012 beslutade Trafikverket att säkerhetspalla samtliga åtta stöd som hade höghållfasta rullager. Totalt antal rörliga höghållfasta lager på Karlbergsbron uppgick till 21 st. inräknat det lager som redan gått till brott.

Stöden som har höghållfasta rullager på Karlbergsbron har olika utformningar. Stöd A5, B1, C4, D4 är landfästen där man har kunnat lyfta från befintlig lagerpall. Stöd B11 och D11 är mellanstöd och saknade utrymme att kunna genomföra lyft från befintlig lagerpall, där göts en klack på vilken man kunde placera domkrafter och säkerhetspallningar. Vid stöd B20 och D20 rymdes domkrafter på pelartopp men säkerhetspallning var tvunget att monteras som ett ok på pelarna. Sammanfattningsvis kan sägas att det på Karlbergsbron har anordnats tre olika typlösningar för att lösa lagerbytet.

Landfästena A5, B1, C4 och D4, i brons norra ände hade gott om plats på lagerpallen för att

genomföra ett lyft med domkrafter. Landfästenas lagerpall och ändtvärbalk var inte dimensionerade att klara av lasten under hela tiden som lagerutbytesarbetet pågick, vilket krävde en temporär lösning. Via en stålkonstruktion placerad på fundament precis framför lagerpallen, kunde problemet med tillfällig lageranordning under utbytet lösas. De provisoriska fundamenten fick göras om då inmätning visade att stålkonstruktion ej skulle rymmas. Överbyggnaden lyftes och under utbytesarbetet vilade

överbyggnaden på den tillfälliga konstruktionen, se figur 4.6-7. Den gamla lagerrullen togs bort och resterande delar demonterades. Gammal betong vid lagerplacering vattenbilades bort och ny under- och övergjutning gjordes. Efter genomfört lagerutbyte revs hela den temporära konstruktionen.

Figur 4.6 Landfäste D4. Temporära stålkonstruktioner anordnades för att säkerhetspalla överbyggnaden (Joachim Jacobsson, Trafikverket 2017).

(34)

Figur 4.7 Landfäste A5. Temporär stålkonstruktion monterad framför lagerpallen för avlastning under lagerutbyte (Joachim Jacobsson, Trafikverket 2017).

Mellanstöden B11 och D11 har en pelarform på vilken domkrafter och säkerhetspallning inte skulle rymmas. På dessa stöd har det gjutits på provisoriska klackar för att öka pelararean, för att därmed kunna genomföra lyften från pelartopp, se figur 4.8–9. Efter pågjutning av klack ryms allt på lagerpallen och lyft kunde genomföras. En säkerhetspallning bestående av stålplåtar och en stående VKR-profil hade utförts sen tidigare, se figur 4.10. Överbyggnaden lyftes för att sedan shimsas fast på provisoriska lager utgjorda av stående u-formade järn placerade under stålplåtar preparerade med glidytor, se figur 4.11. Mellan de övre plåtarna placeras ett teflonskikt för att möjliggöra rörelser på bron. Det provisoriska lagrets höjd är någon millimeter högre än det ursprungliga lagret, vilket gjorde att det lager som skulle bytas ut kunde avlastas och demonteras. Kostnaden för lagerutbyte på stöd B11/D11(betongklack) uppgick till ca 400tkr/lager3, se bilaga 5 för beräkningsexempel.

(35)

Figur 4.8 Plan stöd B11/D11. Rött visar pågjuten betong för att öka lagerpallens area. Blått visar domkraftsplacering vid lyft (Joachim Jacobsson, Trafikverket 2017).

Figur 4.9 Stöd D11. Gjuten klack skymtar bakom byggställning.

(36)

Figur 4.10 Befintligt lager samt säkerhetspallning, Stöd D11.

Figur 4.11 Stöd B11 vid lyfttillfället. På bilden skymtar säkerhetspallningar längst till höger,

(37)

På stöd B20 och D20 i brons södra ände gjordes en lösning med säkerhetsok som säkerhetspallning år 2013, se figur 4.12. Denna metod användes även vid utbytesarbetet, då det äldre säkerhetsoket demonterades och ett nytt tillverkades, se figur 4.13 för elevation. Säkerhetsoken hänger, via genomgående stag, på stödet och avlastar lagerpallen under utbytesarbetet. Domkrafter rymdes på pelartopp och lyfte överbyggnaden för att placera den ovan säkerhetsoket som fungerade som temporärt lager. Överbyggnaden vilade på säkerhetsoket medan de äldre lagren demonterades och de nya monterades. Efter avslutad entreprenad demonteras säkerhetsoket, se figur 4.14. Snittkostnaden för lagerutbyte på stöd A5, B1, C4, D4, B20 och D20 (stålkonstruktion) uppgick till ca 800tkr/lager4, se bilaga 5 för beräkning.

Figur 4.12 Säkerhetsok på stöd B20 (Joachim Jacobsson, Trafikverket 2017).

(38)

Figur 4.13 Elevation säkerhetsok stöd B20/D20 (Joachim Jacobsson, Trafikverket 2017).

Figur 4.14 Stöd B20 efter färdigställt lagerutbyte och borttagning av säkerhetsok.

På Karlbergsbron skall lagerbyten på de kvarvarande stöden som fortfarande har höghållfasta rullager slutföras under 2018. När denna entreprenad är genomförd har inte E4:an genom Stockholms centrala delar kvar några rörliga lager i höghållfast stål. Anbudssumman för lagerutbytet på Karlbergsbron uppgår till 13,3 Mkr varav temporära stål- och betongkonstruktioner uppgick till 6,0 Mkr5.

(39)

4.4.2 Pampasbron, 2–1337-(1-2)

Figur 4.15 Plan Pampasbron. Stöd med höghållfasta lager märkta med rött (Ritning från WSP, 2015. Hämtad från BaTMan).

Pampasbron är en 718 m lång motorvägsbro som färdigställdes år 1970 som en del av E4:an genom centrala Stockholm. Bron har 5 stöd som innehöll totalt 14 st höghållfasta rullager av Kreutz-

Edelstahl-typ som byttes ut år 2016, se figur 4.15 för plan. Alla befintliga höghållfasta rullager byttes ut till moderna gummitopflager. Projektör för lagerutbytet var WSP och entreprenör var DIPART entreprenad AB. Projekteringskostnaden för lagerutbytet på Pampasbron var ca 200 tkr. Snittkostnad per utbytt lager var ca 300 tkr6.

Åtkomsten till bron betraktades som god, då åtkomst från undersidan inte störde trafik i större utsträckning. Avfartsrampen mot Tomteboda är ej trafikerad utan slutar tvärt i en skogsdunge. Trots det så byttes det höghållfasta rullagret ut även på detta landfäste.

Pampasbron är uppdelad i två konstruktioner:

1. 2-1337-1, Bro över Pampaslänken, spårområde och Tomtebodavägen vid tpl Karlberg (Huvudbron)

Nybyggnadsår: 1970

Gällande norm: VV Bronorm 69

Konstruktionstyp: Kontinuerlig lådbalkbro av spännarmerad betong

Brolängd [m]: 718

Brobredd [m]: 16. (3 filer)

Antal stöd [st.]: 20

Stöd med rörliga lager [st.]: 4 (1,7,13,20) Totalt antal rörliga lager [st.]: 12

Lagertyp: Kreutz-Edelstahl

2. 2-1337-2, Bro längs terminalvägen ”Bussbron” vid tpl Karlberg

Nybyggnadsår: 1970

Gällande norm: VV Bronorm 69

Konstruktionstyp: Kontinuerlig lådbalkbro av spännarmerad betong

Brolängd [m]: 211

(40)

Antal stöd [st.]: 7 Stöd med rörliga lager [st.]: 1 Totalt antal rörliga lager [st.]: 2

Lagertyp: Kreutz-Edelstahl

Inga av de höghållfasta rullagren hade gått till brott när Trafikverket som förvaltar bron beslutade att utbyte skulle ske. Stöd 1 och 20 på huvudbron och stöd 1 på ”Bussbron” är landfästen där man kunnat genomföra lyft från lagerpall. Stöd 7 och 13 är mellanstöd av skivpelare där man via temporära stålkonstruktioner genomfört lyft av överbyggnad.

Säkerhetspallning enligt tidigare omnämnd variant utfördes på stöd 1, 1 (Bussbron), 7, 13 och 20, se figur 4.16.

Figur 4.16 Säkerhetspallning vid skivstöd på Pampasbron (Joachim Jacobsson, Trafikverket, 2016).

WSP som projekterade lagerutbytet har använt sig av två olika metoder för lagerutbytet. Vid samtliga landfästen använde man sig av samma principlösning där lyft genomfördes från lagerpall med domkrafter utrustade med låsring, se figur 4.17. Låsringen är en säkerhetsåtgärd som gör att

domkraften kommer att stå kvar i sitt läge även när man släpper på det hydrauliska trycket. Låsringen gör att domkraften fungerar som ett temporärt lager tillsammans med plåtarna som är preparerade med glidytor. Domkrafterna shimsas fast mot underkant överbyggnad. På Pampasbron behövde inga temporära stålkonstruktioner utföras vid landfästena utan ändtvärbalk och lagerpall klarade av de laster som skulle uppkomma vid lyft av överbyggnaden.

En breddning av bron genomfördes år 2014 och vid samtliga landfästen har både den äldre bron samt breddningen lyfts i samband med lagerutbytet, se figur 4.18.

(41)

Figur 4.17 Skiss över domkraft med låsring shimsad mot överbyggnad.

Figur 4.18 Placering av domkrafter på stöd 1 på bro 2-1337-1 (Ritning från BaTMan 2015).

Tack vare användningen av domkrafter med låsring har behovet av utrymme vid utbytesarbetet besparats. Vid användning av domkraft med låsring kan det ur samma punkt fås in funktion för både lyft och temporärt lager.

På mellanstöd 7 och 13, som är rundade skivstöd, har det använts en provisorisk stålkonstruktion för att lösa placeringen av ytterligare domkrafter. På stöd 7 och 13 är lagerplaceringen vid en ändtvärbalk då två brobaneplattor möts. På befintlig lagerpall rymdes två domkrafter, vilket inte var tillräckligt för att kunna genomföra lyft av överbyggnaden. En temporär stålkonstruktion bestående av fyra lutande pelare som infästes mot stödets fundament placerades vid stödet. Ovanpå pelarna lades stålbalkar som via stag drogs ihop för att uppnå samverkan mellan pelaren av betong och stålet i den temporära konstruktionen. Fyra st domkrafter placerades på den horisontella stålbalken och två st domkrafter placerades på lagerpall. Totalt vilade överbyggnaden på sex st domkrafter vid utbytet av lagren, se figur 4.19. Även på mellanstöd 7 och 13 var domkrafterna utrustade med en låsring och domkraften användes som temporärt lager tack vare glidytor av teflon mellan plåtar som låg an mot överbyggnad, se figur 4.20.

(42)

Figur 4.19 Plan över Stöd 7. Temporär stålkonstruktion och domkraftsplacering (Ritning från WSP, 2015. Hämtad från BaTMan).

(43)

4.4.3 Drottningholmsbron, 2–227–1

Figur 4.21 Elevation Drottningholmsbron. Stöd med höghållfasta rullager markerade med rött (Ritning från Kjessler & Mannerstråle AB, 1973. Hämtad från BaTMan).

Drottningholmsbron är tillsammans med Nockebybron den enda fasta förbindelsen mellan Mälaröarna och Bromma. Bron, som är en kontinuerlig balkbro i sju fack färdigställdes 1973 och har en

konstruktionslängd om 198 m. Bron delas inte in i två parallella broar vilket gör att trafik i östlig och västlig riktning färdas på samma brofarbana. Drottningholmsbron har låg fri höjd över vatten och höghållfasta rullager finns på alla stöd förutom de två mittersta, se figur 4.21. Enligt ritning är avståndet vid HHW mellan lagerpallarna och vatten ca 0,38 m, jämfört med LLW då avståndet är ca 1,28 m.

Drottningholmsbron har dimensionerade lyftpunkter vid alla stöd med rörliga lager. Vid varje lager är två lyftpunkter placerade med ett centrumavstånd på 1100 mm enligt ritning. Vid lyftpunkterna finns beräknade lyftkrafter för alla lager. Lyft skall, enligt ritning på figur 4.22–23, genomföras samtidigt i samtliga punkter.

När studien görs våren 2018 projekteras Drottningholmsbron för breddning och planeras för lagerutbyte.

Figur 4.22 Plan stöd 1 (landfäste), röda markeringar visar lyftpunkter (Ritning från Kjessler &

Mannerstråle 1973. Hämtad från BaTMan).

(44)

Figur 4.23 plan stöd 8 (landfäste). Lyftkrafter, P, angivna i MegaPond är markerade med rött (Ritning från Kjessler & Mannerstråle 1973. Hämtad från BaTMan).

Nybyggnadsår: 1973

Gällande norm: VV Bronorm 1969

Konstruktionstyp: Kontinuerlig balkbro av spännarmerad betong

Brolängd [m]: 198

Brobredd [m]: 16,3 (4 filer)

Antal stöd [st.]: 8

Stöd med rörliga lager [st.]: 6 (1,2,3,6,7,8) Totalt antal rörliga lager [st.]: 24

Lagertyp: X40Cr13, ø90 & ø130

4.4.4 Bro över Kilsviken, 2–453-(1-2)

Bro över Kilsviken är en 264 m lång kontinuerlig balkbro i betong som går över vatten. Bron

färdigställdes 1978 och är byggd enligt VV Bronorm 1969. Broarna har tre körfält i vardera riktningen varav ett körfält per bro är avsett för enbart kollektivtrafik. Västergående trafik går på den norra brodelen och östergående på den södra brodelen. Bron är högt trafikbelastad av pendlare från Värmdö in och ut från Stockholm. Se figur 4.24 för elevation.

(45)

Figur 4.24 Elevation över 2-453-1/2. Stöd med höghållfasta rullager markerade med rött (Ritning Eric Lysedahl AB, 1978. Hämtad från BaTMan).

Broarna har totalt fyra stöd med höghållfasta rullager, belägna på stöd 2 och 8 för respektive bro.

Lagren har fått en speciell anordning i galon som skydd mot fukt, se figur 4.25. Stöden står på mark vilket underlättar tillgängligheten för lagerutbyte och minimerar behovet av att utföra arbeten från vägbanan. Stöden är cirkulära betongpelare med ø 1250 mm och har likadan utformning förutom pelarhöjden som varierar mellan 6 och 11m. Enligt ritningar från BaTMan finns inga lyftpunkter för bron.

Figur 4.25 Kappa i galon skyddar lagret från fukt (Bild från BaTMan, 2018).

Bron är uppdelad i två konstruktioner:

1. 2-453-1, södra bron

Nybyggnadsår: 1978

Gällande norm: VV Bronorm 1969

(46)

Stöd med rörliga lager [st]: 2 (2,8) Totalt antal rörliga lager [st]: 4

Lagertyp: X40Cr13

2. 2-453-2, norra bron

Nybyggnadsår: 1978

Gällande norm: VV Bronorm 1969

Konstruktionstyp: Kontinuerlig balkbro av spännarmerad betong

Brolängd [m]: 264

Brobredd [m]: 11,4 (3 filer)

Antal stöd [st]: 9

Stöd med rörliga lager [st]: 2 (2,8) Totalt antal rörliga lager [st]: 4

Lagertyp: X40Cr13

Inga lagerbrott har till dags datum (våren 2018) skett på bro över Kilsviken. Trafikverket verkställer sin ambition med att byta ut alla rörliga höghållfasta lager i sitt brobestånd. Våren 2018 skall projektering vara klar för att entreprenör under 2019 skall utföra arbetet. COWI projekterar lagerutbyte på ett paket innehållandes fyra broar varav bro över Kilsviken är en av dessa.

Projekteringen sker till ett fast pris på ca 1,3 Mkr.

Likt Karlbergsbron och Pampasbron kommer det även för bro över Kilsviken att användas temporära stålkonstruktioner för att kunna lyfta brons överbyggnad. Höjden av stöden varierar mellan 6 och 11 m och därför har COWI försökt att hitta en lösning där material kan återanvändas givet att Trafikverket godkänner att man utför arbeten på ett stöd i taget. Ruíz7 menar att genom att använda sig av delar som sammanfogas till rätt höjd kommer inte knäcklängden på pelaren att nå kritiskt tillstånd.

Stålkonstruktionen infästs i befintligt fundament och består utav VKR-profiler 400x400x12,5 mm med en grundlängd på 3000 mm, se figur 4.26. VKR-profilerna sammanfogas för att nå rätt höjd, där den sista delens längd är den som varierar mellan stöden. Stålkonstruktionen skall omringa den cirkulära pelaren och högst upp placeras stålbalkar på vilka domkrafter placeras. Stag och tvärbalkar förankrar stålpelarna i varandra. En provisorisk lagerlösning i form av ett U-format järn kommer att placeras runt domkrafterna när lyftet är genomfört och befintligt lager avlastats, se figur 4.27. Det provisoriska lagret kommer att prepareras med glidytor för att kunna ta hand om rörelser på bron.

(47)

Figur 4.26 Elevation stöd 2 södra bron (Ritning COWI, 2018).

(48)
(49)

5 Resultat

I studien har tre olika stöd och fyra olika lösningar undersökts. De tre olika stöden som undersökts är:

- Landfäste med utrymme på lagerpall.

- Skivstöd.

- Cirkulära pelare.

De fyra olika lösningarna som undersökts är:

- Stålkonstruktion framför landfäste. Placerad på provisoriskt fundament.

- Lyft direkt från landfäste.

- Stålkonstruktion från fundament som omgärdar cirkulär pelare eller skivstöd.

- Pågjutning av klack på skivstöd.

Förutom typ av stöd så beror även val av metod på vilken brotyp som berörda lager verkar på. I denna studie har balkbroar betraktats, både i traditionellt betongbalkutförande och som lådbalkar i betong.

Vid lådbalkbroar måste bärighet av lådans underkant kontrolleras innan placering av domkrafter utförs.

I studien har två olika metoder för säkerhetspallning undersökts:

- Enkel stålkonstruktion placerad på lagerpall.

- Säkerhetsok som spänns upp med genomgående stag.

Lösningen med temporära konstruktioner i stål och/eller betong för lyft och säkerhetspallning är effektiva men ger ofta dyra lösningar. Vid arbetena på Karlbergsbron har kostnaderna för temporära konstruktioner uppgått till 50 % av den totala anbudssumman på 13,3 Mkr. Alla temporära

konstruktioner rivs efter lagerutbytet. Motivet till rivningen är bl.a. underhållskostnader fram till nästa lagerbyte och att de temporära konstruktionerna är dimensionerade att verka under kort tid. Jacobsson8 menar att Trafikverket räknar med att spara pengar på att riva de temporära konstruktionerna jämfört med att underhålla dessa fram till nästa lagerbyte.

5.1 Landfästen

Landfästen har ofta gott om utrymme för placering av domkraft och säkerhetspallning. I studien har två olika metoder betraktats: lyft och avlastning från landfäste samt lyft från landfäste där avlastning sker på temporär konstruktion. Ändtvärbalkens kapacitet är avgörande för val av metod. Är

ändtvärbalken tillräckligt dimensionerad för att hantera förskjutna krafter kan lyft genomföras direkt från lagerpall. Om ändtvärbalk inte är tillräckligt dimensionerad kan man antingen förstärka den eller placera lyftpunkt framför landfäste vid längsgående balk.

På Karlbergsbron valde man att anordna den temporära stålkonstruktionen strax framför landfästet p.g.a. lagerpallen och brons ändtvärbalkar inte klarade av de laster som skulle uppkomma vid

(50)

temporära stålkonstruktionerna framför lagerpallen. Stålkonstruktionerna angör mot den längsgående balken och för ned last till berg via provisoriskt gjutna fundament, se figur 5.1 för skiss.

Figur 5.1 Skiss av temporär stålkonstruktion vid landfäste Karlbergsbron.

På Pampasbron var landfästenas lagerpall och ändtvärbalk tillräckligt dimensionerade för att kunna hantera förskjutna laster. Lyften genomförs då direkt från lagerpall via domkrafter utrustade med låsring. Då Pampasbron har breddats var man tvungen att även lyfta breddningen från dess landfäste trots att dess lager inte skulle bytas ut. Domkrafterna angjorde mot en tvärbalk placerad vid brons ände vid landfästet, se figur 5.2. Denna tvärbalk kontrollberäknades av WSP för att säkerhetsställa att den klarade av de laster som uppkommer vid lyft.

Figur 5.2 Skiss av lyft direkt från lagerpall.

5.2 Cirkulära stöd

Cirkulära stöd har mindre dimensioner än skivstöd och innehåller oftast ett lager per stöd. På denna typ av stöds pelartopp är det ont om utrymme utöver lagret. I denna studie har endast en metod för lagerutbyte på cirkulära stöd betraktats: temporär stålkonstruktion.

(51)

På bro över Kilsviken har de cirkulära pelarna en diameter på 1250 mm och lagrets mått är 660x620 mm. Utan temporär konstruktion finns det ingen möjlighet att genomföra ett lyft av överbyggnaden för att avlasta lagret.

En temporär konstruktion i stål används för att kunna genomföra lyft med domkrafter ansatta mot längsgående huvudbalkar på bron, se figur 5.3–4, för principskisser. Kring varje stöd placeras fyra st stående stålprofiler av VKR 400x400x12,5 mm. VKR-profilerna är delade i mindre delar för att möjliggöra återanvändning av material. Tvärbalkar och dragstag förankrar stålbalkarna i varandra. Bro över Kilsviken är byggd enligt VV Bronorm 69 vilken anger att tvärbalk intill stöd skall vara

dimensionerad för att kunna lyfta överbyggnaden, se figur 3.5 i kapitel 3.2. COWI har dock valt att inte lyfta via denna tvärbalk.

Figur 5.3 Principskiss, vy cirkulärt stöd med temporär stålkonstruktion enligt förslag från COWI.

(52)

Figur 5.4 Principskiss, plan cirkulärt stöd med temporär stålkonstruktion enligt förslag från COWI.

5.3 Skivstöd

Skivstöd har ofta fler än ett lager och är ett vanligt förekommande stöd vid brofogar där flera lager skall rymmas bredvid varandra. På Karlbergs- och Pampasbron har man utfört två olika metoder för att öka arean på stödet för att rätt antal domkrafter skall rymmas.

På Karlbergsbrons stöd B11 och D11 har en lösning med pågjutning av betong använts. En klack har formsatts, armerats, infästs och gjutits på befintlig pelare. Skivstödet har en befintlig bredd på 4,5 m och pågjutningen är ca 800 mm på var sida om stödet. Överbyggnadens låda är ca 8,0 m bred i underkant. Lyftet krävde plats för två domkrafter per lager och efter breddningen ryms allt på pelartoppen, se figur 5.5-6, för principskisser. Stöd B11 och D11 ligger vid en brofog och hade totalt fyra höghållfasta rullager per stöd. Enligt ritningar från ATKINS skall domkrafter omges av U-järn i konstruktionsstål som shimsas fast. Efter avklarat utbyte skall klacken rivas och skivstödet återställas till ursprungligt utseende.

(53)

Figur 5.5 Principskiss skivstöd med pågjuten klack.

Figur 5.6 principskiss plan, skivstöd med pågjutning.

På Pampasbron har man använt sig av en stålkonstruktion för att genomföra lyft av överbyggnaden.

Befintlig bredd på stöd 7 och 13 är 5,0 m och höjden är ca 9,0 m för stöd 7 och 11,0 m för stöd 13.

Stöd 7 och 13 hade totalt fyra höghållfasta rullager per stöd och för att lyfta överbyggnaden användes sex st. domkrafter per stöd. Överbyggnadens låda är ca 11,7 m bred i underkant. De längsgående bärande balkarna i lådan var placerade längre från stödet på denna bro, vid jämförelse med Karlbergsbron. Stålkonstruktionen som bar överbyggnaden vid lyftet var placerad på stödets fundament med en lutning utåt på ca 4° för stöd 13 och 6° för stöd 7, se figur 5.7–8. Lutningen av stålpelarna möjliggjorde placering av domkrafterna närmare de längsgående huvudbalkarna i överbyggnaden. Tack vare att WSP valde att placera pelarna med lutning så slapp man bredda befintligt fundament.

(54)

Figur 5.7 Plan över skivstöd med temporära stålkonstruktioner.

Figur 5.8 Vy över skivstöd Pampasbron.

5.4 Säkerhetspallning

I studien har två olika sätt för säkerhetspallning betraktats:

1. Säkerhetsok.

(55)

Nackdel: hög kostnad gällande material och arbete, stort ingrepp på konstruktionen, större projekteringskostnad.

2. Enkel stålkonstruktion på lagerpall.

Fördel: Billig, enkel att montera, lämnar inte spår efter sig, enkel att dimensionera.

Nackdel: Tar upp yta från befintlig lagerpall.

När broarna i denna studie betraktats kan det visas att samtliga stöd med höghållfasta rullager säkerhetspallades på Karlbergsbron och Pampasbron. På Drottningholmsbron finns det vid tiden för denna studie (våren 2018) säkerhetspallningar på stöd 1 och 8 som är landfästen och på bro över Kilsviken saknas det säkerhetspallningar, vilket kan bero på stödens besvärliga läge och utformning.

5.5 Kostnadsjämförelse av undersökta metoder

Då studien berör två broar (bro över Kilsviken och Drottningholmsbron) där entreprenaden inte är upphandlad ännu finns inga siffror därifrån att jämföra med.

På Karlbergsbron och Pampasbron kan följande snittkostnader presenteras:

Pampasbron: ca 300 tkr/lager.

Karlbergsbron: ca 400 tkr/lager för temporär betongkonstruktion och ca 800 tkr/lager för temporär stålkonstruktion.

Snittkostnaderna inkluderar material- och arbetskostnad.

Pampasbron har förhållandevis låg snittkostnad per utbytt lager, vid jämförelse med kostnaderna på Karlbergsbron. En förklaring bakom detta är att strax över 40 % av de utbytta lagren på Pampasbron var placerade på landfästen där inga temporära konstruktioner behövde anordnas. Resterande höghållfasta rullager på Pampasbron var placerade på mellanstöd där temporära stålkonstruktioner anordnades. Att DIPART kunde anordna stålkonstruktionerna på befintliga fundament innebar en kostnadsbesparing.

På Karlbergsbron visar det sig att metoden med temporära stålkonstruktioner är nära dubbelt så dyr om man jämför med metoden där betong användes. Några orsaker till denna skillnad i kostnad är att:

- Inget stål har återanvänts utan arbeten på samtliga landfästen och på stöd B20/D20 har utförts samtidigt.

- Temporära stålkonstruktioner användes på sex av åtta stöd.

- För att bygga stålkonstruktionerna vid landfästena var entreprenören E-schakt tvunget att schakta bort jordmassor och spräcka berg.

(56)
(57)

6 Analys

Alla rullager i stål är känsliga för korrosion och kan gå till brott. Det är viktigt att vid inspektion av broar kontrollera att fogarna mellan överbyggnad är täta och fyller sin funktion. Förvaltare av broar bör också ta denna typ av underhåll på stort allvar och hög prioritet. Om lagret exponeras för vatten och klorider från vägbanan ökar risken för korrosion.

Som tidigare nämnt i kapitel 3.2 tog äldre bronormer inte hänsyn till skillnad i livslängd mellan en lagerkonstruktion och en brokonstruktion. Att lager började gå till brott kan ha varit en anledning till att man från och med utgivningen av Bronorm 76 år 1976 började ställa krav på dimensionering för utbyte av lager.

Användning av domkraft med låsring gör att entreprenör inte har lika stort behov av utrymme.

Domkraft med låsring kan fylla funktion både som lyftande element och temporärt lager. Domkrafter med låsring har ett högt inköpspris vilket gör att de ibland inte används av entreprenörer. Denna typ av domkraft bör användas på broar med liten yta vid lagerpall. På landfästen som har generöst med yta har man ofta större möjlighet att rymma provisoriskt lager av stål och det är en betydligt billigare lösning.

Denna studie har endast behandlat Trafikverkets brobestånd. Kommuner och andra broägare (t.ex. SL) står som ägare till många broar vilket gör att det säkerligen kan finnas ett stort mörkertal om hur många höghållfasta rullager som existerar i Sverige i dagsläget. Tidigare gjordes inte samma dokumentation över ritningar och handlingar som görs idag, varför det är troligt att broar innehållandes höghållfasta rullager kan ha missats.

Beställare bör sätta som regel att projekterande företag besöker bro, inspekterar och tar reda på förutsättningar för en så smärtfri entreprenad som möjligt.

6.1 Lagerutbyte landfäste

6.1.1 Stålkonstruktion

En temporär stålkonstruktion vid landfäste tenderar att bli en dyr metod sett till kostnad per utbytt lager. Siffror från entreprenaden på Karlbergsbron pekar på en kostnad på ca 800 tkr per lager. På Karlbergsbron återanvänds inget stål utan samtliga landfästen hade temporära stålkonstruktioner samtidigt, detta har bidragit till den höga snittkostnaden per utbytt lager.

På Karlbergsbron gjordes en inmätning efter gjutning av provisoriska fundament. Plintar ner till berg var tvungna att göras om på samtliga landfästen då det uppdagades att stålkonstruktionerna ej skulle rymmas. Plintar fick rivas och ytterligare berg fick tas bort för att få tillräcklig höjd. Detta hade kunnat förhindras om inmätningen hade gjorts i rätt skede, d.v.s. före gjutning av provisorisk plint.

En stålkonstruktion strax framför lagerpallen gör minimalt ingrepp på befintlig konstruktion vilket ses som positivt.

6.1.2 Lyft från befintlig lagerpall

Lyft från befintlig lagerpall är den överlägset billigaste metoden för lagerutbyte och även den metod som påminner mest om metoden för lagerutbyte på moderna broar. Vid lagerutbytet på Pampasbrons

References

Related documents

Stockholmsregionen växer snabbt. Inflyttningen till länet går snabbare än tidigare prognoser indikerat, och regionen står inför en stor utmaning att klara av att

Sveriges mål om netto-noll utsläpp är satta utifrån de utsläpp som produceras inom landets gränser och utifrån möjligheten att genomföra negativa utsläpp genom till

Vattenförsörjningsplanen är avgränsad till att säkra behovet av dricksvatten i Stockholms län, men vid prioriteringar av vattenresurser tas även hänsyn till om en resurs

Med det menas att du har blivit utfryst, hotad, slagen eller illa behandlad på annat sätt.

Då antalet svar från denna enhet är färre än 80 redovisas här samband som gäller för Stockholms stad på totalnivå för Samtliga program

Lärare samarbetar kring lärandet Variation på arbetssätt under lektioner Får extra. hjälp om jag

Ragn-Sells Avfallsbehandling AB Deponering av avfall AB FORTUM VÄRME samägt med Stockholms stad. TELGE

På denna axel placeras frågorna in beroende på om de har fått ett högre eller lägre resultat av rapportens svarsgrupp, jämfört med medelvärdet för samtliga frågor, också