Bruer og konstruksjoner/Prosjektering og bygging/Stål- og samvirkekonstruksjoner

Fra Teknisk regelverk utgitt 1. februar 2017
Hopp til: navigasjon, søk

1 Hensikt og omfang

Dette kapitlet omhandler prosjektering av stålkonstruksjoner og samvirkekonstruksjoner i stål og betong for bruer.

Stålkonstruksjoner skal dimensjoneres i henhold til NS-EN 1993, med tillegg, endringer og presiseringer som gitt i denne delen.

Samvirkekonstruksjoner i stål og betong skal dimensjoneres i henhold til NS-EN 1994, med tillegg, endringer og presiseringer som gitt i denne delen.

I tilfelle anvisningene nedenfor fører til mildere krav enn tilsvarende i NS - EN 1993 , NS-EN 1992 og NS-EN 1994. gjelder kravene i standardene.

Beregning av lastvirkninger skal baseres på forutsetninger og beregningsmodeller som ivaretar konstruksjonsdelenes virkemåte i den aktuelle grensetilstanden.

I det følgende behandles samvirkekonstruksjoner i stål og betong. Reglene for stål i samvirkekonstruksjoner gjelder også for bruer utført som stålkonstruksjoner alene.

2 Dimensjonerende materialfasthet

2.1 Betongkonstruksjonsdelen

Dimensjonerende materialfasthet for betong og armering bestemmes i henhold til NS - EN 1992-1-1.

2.1.1 Konstruksjonsfasthet

I samvirkekonstruksjoner for jernbanebruer skal ikke lavere fasthetsklasse enn B45 etter NS-EN 1992-1-1.

2.2 Stålkonstruksjonsdelen

2.2.1 Valg av stålkvalitet

Stålkvalitet (stålsort) velges i henhold til NS - EN 1993.

Normalt benyttes stålkvalitet S355N etter NS-EN 10113. Se NS-EN 1993.

For traubruer i stål med stor ståltykkelse velges stålkvalitet S355 G10+N etter NS-EN 10225:2009.

2.2.2 Materialfasthet

Dimensjonerende materialfasthet for stålkonstruksjonene bestemmes i henhold til NS-EN 1993.

Ved kontroll i bruddgrensetilstanden settes materialkoeffisienten γM1= 1,10. For øvrig brukes faktorer som gitt i NS-EN 1993. For andre grensetilstander settes materialkoeffisienten γM = 1,0 der ikke annet er sagt.

Normverdier for materialfastheter for S355N etter NS-EN 10113. er gitt i NS - EN 1993.

3 Dimensjonering

3.1 Generelt

Karakteristiske laster er gitt i kapittel 5, avsnitt 4. Lastkoeffisienter for de forskjellige grensetilstandene er gitt i kapittel 5, avsnitt 3.2.

Avstivede platefelt og rørknutepunkt bør beregnes i henhold til Oljedirektoratet "Veiledning om utforming, beregning og dimensjonering av stålkonstruksjoner i petroleumsvirksomheten".

Normalt forlanges lastvirkninger beregnet etter elastisitetsteori. Skjærforbindelsene skal dimensjoneres for fullt samvirke og plasseres i samsvar med spenningsfordeling etter elastisitetsteorien.

3.1.1 Deformasjonslaster

Ved beregning av dimensjonerende lastvirkninger skal det tas hensyn til

  • kryp og svinn
  • setninger
  • byggemåte
  • tidsforløp

Den ferdige konstruksjon skal minimum kontrolleres for to tilstander

  • en like etter at brua er åpnet for toglast
  • en etter at all krypning, svinn og relaksasjon har funnet sted

Ved valg av parametere for kryp og svinn kan det normalt antas 70 % relativ fuktighet for bruas overbygning, og 80 % relativ fuktighet for søyler over vann.

For krav til totalsetninger og differensialsetninger vises det til kapittel 6, avsnitt 4.3. For bruer som er særlig ømfindtlige for setninger, som kontinuerlige bruer, skal kravene revurderes i samråd med Bane NOR og geoteknisk rådgiver.

3.2 Bruddgrensetilstanden

Det henvises til NS - EN 1993 og NS-EN 1994.

3.3 Bruksgrensetilstanden

Dimensjoneringsforutsetninger

For beregning av snittkrefter for rissviddekontroll i bruksgrensetilstanden, skal elastisitetsmodulen settes til Eck for urisset tverrsnitt og 0,6Eck for opprisset tverrsnitt.

Oppsprukket tverrsnitt defineres ved at strekkspenninger i overkant av betongdekket for laster i bruksgrensetilstanden overskrider spenningen

1,4 . kw . ftn

hvor kw er en koeffisient som avhenger av tverrsnittets totalhøyde h iht. NS – EN 1992-1-1.

kw = 1,5 - h/h1

hvor h1 = 1,0 m.

For beregning av vridningsstivhet anvendes redusert E - modul for betong i brudekket. Følgende verdier bør benyttes: 0,04 Eck i bruddgrensetilstanden og 0,4 Eck i bruksgrensetilstanden.

Beregning av kapasitet av platefelt

k - faktor velges iht. NS-EN 1993. Ved valg av k - faktor skal platefelt forutsettes leddlagret langs kantene.

3.4 Utmattingsgrensetilstanden

3.4.1 Generelt beregningsgrunnlag

a) Utmattingsgrensetilstanden skal kontrolleres i henhold til NS-EN 1993 for stålkonstruksjoner, NS-EN 1992 for betongkonstruksjoner og NS-EN 1994 for samvirkekonstruksjoner. Alternative metoder for kontroll av utmattingsgrensetilstanden kan benyttes dersom disse dokumenteres.

b) For stålkonstruksjoner skal spenningsvidder som hovedregel baseres på hovedspenninger.

3.4.2 Lineær skadeteori

a) Tillatt utmattingsskade Dd i NS-EN 1993-1-9 Annex A skal settes lik 1,0.

b) Antall lastvekslinger skal multipliseres med faktor som er gitt i NS-EN 1990.

c) Utmattingsberegningene skal baseres på lastmodeller gitt i Lastmodeller for utmatting.

d) Toglaster skal inkludere dynamisk faktor i henhold til NS-EN 1991-2:2003+NA 2010 Annex D.1.

e) I spesielle tilfeller der vind og eventuelt bølger kan forventes å bidra til utmattingslastene skal disse laster også inkluderes.

3.4.3 Forenklet metode

For bruer der spenningsvekslingene domineres av toglaster kan utmatting kontrolleres etter forenklet metode:

Kravene i ligning 1 skal tilfredsstilles:

\gamma_{Ff}\cdot\lambda\cdot\Phi_2\cdot SCF\cdot\Delta\sigma_{LM71} \leq \Delta\sigma_C /\gamma_{Mf}   (1)

λ = faktor, se nedenfor

φ2 = dynamisk faktor, se Dynamiske faktorer

γFf= partiell sikkerhetsfaktor for utmattingsbelastning

ΔσLM71 = spenningsvidde som skyldes Lastmodell 71

ΔσC = spenningsvidde i henhold til relevant SN-kurve ved 2•106 spenningsvekslinger, se NS- EN 1993-1-9 .

γMf = partiell sikkerhetsfaktor for utmattings-fasthet.

SCF = spenningskonsentrasjonsfaktor.

SN-kurvene inkluderer en del lokale effekter i sveisen (inklusiv sveisens kjerveffekt), jf. NS-EN 1993-1-9 punkt 7. Spenningskonsentrasjonfaktoren (SCF) skal ta vare på effekter som ikke er inkludert i SN-kurvene, og som normalt ikke er inkludert i globale beregningsmodeller. Spenningskonsentrasjonsfaktorer skal dokumenteres enten med henvisninger til litteratur, eller ved hjelp av lokale beregninger.

Hvis en sveiseforbindelse får vekslende spenninger fra både en global og en lokal bærevirkning, for eksempel gurt i fagverk som også får lokal bøyning fra toglast mellom knutepunktene, skal denne kombinerte effekten tas hensyn til i henhold til NS-EN 1993-2:2006+NA2009 9.5.4.

3.4.3.1 Utmattingsfaktor λ

Faktoren beregnes etter ligning 2:

λ = λ1 • λ2 • λ3 • λ4 ≤ λmaks   (2)

λ1 = spennviddefaktor

λ2 = trafikkfaktor, avhengig av trafikkvolum

λ3 = levetidsfaktor, avhengig av bruas dimensjonerende brukstid

λ4 = sporfaktor, faktor avhengig av antall spor (lik 1,0 dersom ett spor)

λmaks= 1,4 (Største verdi av λ som kan anvendes)

3.4.3.2 Spennviddefaktor λ1

Spennviddefaktoren, λ1, som funksjon av spennvidde er gitt i figur 1. Normalt benyttes omslutningsdiagram for blandet trafikk.

Figur 1: λ1 som funksjon av spennvidde L

Spennvidden skal antas som følger:

  • For fritt opplagte bruer benyttes spennvidden
  • For kontinuerlige bruer benyttes ved kontroll over opplegg, innenfor områdene 0,15 li og 0,15 li+1, middellengden av li og li+1, se figur 2. Ved kontroll i felt, utenfor lengdene 0,15 li og 0,15 li+1 , benyttes den aktuelle spennvidde.
  • For tverrbærere benyttes summen av senteravstandene mellom den aktuelle tverrbærer og nabotverrbærerne
Figur 2: Spennvidde for kontinuerlige bruer

3.4.3.3 Trafikkfaktor λ2

Tabell 1: Trafikkfaktor λ2
Trafikkvolum 5 10 15 20 25 30 35 40 50
λ2
0,72 0,83 0,90 0,96 1,00 1,04 1,07 1,10 1,15

Trafikkvolum er gitt i 106 tonn/år.

Trafikkvolum 20•106 tonn/år skal forutsettes dersom ikke særskilt volum er spesifisert for den aktuelle brua, jf. kap. 5, avsnitt 11.

3.4.3.4 Levetidsfaktor λ3

Tabell 2: Levetidsfaktor λ3
Dimensjonerende brukstid (år) 50 60 70 80 90 100
λ3
0,87 0,90 0,93 0,96 0,98 1,00

100 års levetid skal forutsettes dersom ikke annet er oppgitt.

3.4.3.5 Sporfaktor λ4

For bruer med enkeltspor er λ4 lik 1,0. For dobbeltsporede bruer kan λ4 tas fra tabellen. Tabellen forutsetter at det i 12 % av tilfellene passerer tog på begge spor samtidig.

Tabell 3: Sporfaktor λ4
Δσ1 / Δσ1+2
1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50
λ4
1,00 0,91 0,84 0,77 0,72 0,71

Δσ1 = spenningsvidde på grunn av Lastmodell 71 i ugunstigste spor i forhold til den detaljen som kontrolleres

Δσ1+2 = spenningsvidde i den samme detaljen forutsatt Lastmodell 71 i begge spor

4 Armeringsregler

Armeringsreglene i NS – EN 1992-1-1 gjelder generelt.

5 Konstruksjonsregler

Konstruksjonsreglene i NS-EN 1993 og NS-EN 1992-1-1 gjelder generelt.

Bru som er klargjort for trafikk skal ha riktig vertikal- og horisontalkurvatur etter at all krypning, svinn og relaksasjon har funnet sted, men uten toglast.

Ved utforming av bruer skal det legges vekt på

  • vedlikeholdsvennlige konstruksjoner
  • god vannavrenning
  • unngå vannlommer (horisontale flater bør unngås)
  • god tilgjengelighet for inspeksjon og vedlikehold av eksponerte flater og lagre
  • hulrom, som rør, hulprofiler, trapesstivere og lignende, skal lukkes og utføres som lufttette konstruksjoner
  • lukkede stivere inne i avfuktede kasser behøver ikke å utføres lufttett. Det skal imidlertid sørges for avrenning.

I beregningene skal det tas hensyn til egenlast, kryp og svinn, relaksasjon og byggemetode slik at brudekket beregningsmessig ligger på teoretisk linje etter langtidsdeformasjoner. Ved spesifikasjon av overhøyder på tegninger skal toleranser for bygging reflekteres.

Overgang mellom flens og stegplater med forskjellig tykkelse skal utføres med helning maksimalt 1:5. Breddeendring av flenser skal utføres med helning maksimalt 1:10.

Rottehull (små hulrom) bør unngås, og skal om nødvendig lukkes.

Stivere på stegplater plasseres så langt mulig på innsiden, slik at de ikke er synlige fra bruas utside.

Kraftoverførende kilsveis skal utføres med minimum a-mål lik 4 mm for platetykkelser opp til 25 mm, 5 mm for tykkere plater.

6 Utførelse

6.1 Generelt

Den prosjekterende skal sørge for at all nødvendig informasjon om materialer, utførelse og kontroll overbringes til den utførende via tegninger og beskrivelser. Som generell beskrivelse benyttes Statens vegvesens håndbok R761, Prosesskode 1 og Statens vegvesens håndbok R762, Prosesskode 2.

6.1.1 Betongkonstruksjonsdelen

Det henvises til kapittel 7.

6.1.2 Stålkonstruksjonsdelen

Det henvises til Statens vegvesens håndbok R762, Prosesskode 2.

6.2 Materialer

6.2.1 Konstruksjonsstål

Konstruksjonsstål skal leveres i henhold til Statens vegvesens håndbok R762, Prosesskode 2.

I konstruksjonsdeler med strekk på tvers av valseretningen skal det benyttes stål som er sertifisert for slik belastning (Z-kvalitet). Ref. NS-EN 1993-1-10 og NS-EN 10164.

Forholdet mellom strekkfasthet og flytegrense skal være større eller lik 1,2 uansett stålkvalitet.

6.2.2 Skruer og muttere

Materialer i skruer og muttere i bærende forbindelser skal leveres i henhold til Statens vegvesens håndbok R762, Prosesskode 2.

Høyere fasthetsklasse enn 8,8 skal ikke benyttes.

6.2.3 Dybler

Dybler skal leveres i henhold til Statens vegvesens håndbok R762, Prosesskode 2.

6.3 Stålarbeider

6.3.1 Toleranser

Toleranser for fabrikasjon og montering av bruer skal være i henhold til Statens vegvesens håndbok R762, Prosesskode 2.

6.3.2 Kontrollklasser

Kontrollen deles i 3 klasser, 1, 2 og 3, avhengig av konstruksjonstype og arbeidsprosess, jf. Statens vegvesens håndbok R762, Prosesskode 2 og NS-EN 1990.

  • Kontrollklasse 1: Begrenset kontroll
  • Kontrollklasse 2: Normal kontroll
  • Kontrollklasse 3: Utvidet kontroll

Kontrollklasse skal velges i samsvar med Statens vegvesens håndbok R762, Prosesskode 2 og NS-EN 1990.

For sveiseforbindelser hvor utmatting er dimensjonerende skal kontrollklasse 2 erstattes med kontrollklasse 3. Dette skal angis i den spesielle beskrivelsen.

Kontrollklasse for sveiser skal påføres tegninger sammen med sveisesymbolene.

6.3.3 Overflatebehandling

For overflatebehandling vises til Bruer/Prosjektering og bygging/Overflatebehandling av stålkonstruksjoner.