3D FE Analys av korttidsmätningar hos samverkansbro med integrerade landfästen över Leduån
Integrerade samverkansbroarPålarKorttidsverkande lasterBronormerByggkonstruktionSamhällsbyggnadFEA-analysAbaqusIntab
Broar med integrerade landfästen är i Sverige i dagsläget en relativt ovanlig brotyp, som endast finns av ett fåtal slag. Främsta fördelarna med integrerade landfästen är att rullager inte behövs mellan överbyggnad och landfästen. I nuläget finns inte tillräckligt med underlag för normer med tydliga riktlinjer och regler för projektering av sådana broar. Därför har projektet INTAB startats som har till huvudsyfte att studera integrerade broar och anpassa bronormer till dessa. Som en del i projektet INTAB (Economic and Durable Design of Composite Bridges with Integral Abutments, RFCS, 2005-2008), gjordes 2006 en pilotstudie där en samverkansbro med integrerade landfästen byggdes över ån Leduån som är belägen ca 50 kilometer söder om Umeå. Studien innefattade uppförandet av bron som är 40 meter lång och 5 meter bred uppbyggd på två stålbalkar med en samverkande farbana av betong. Landfästena vilar på en rad av sex stålpålar vardera. Främsta problem som kan uppstå för broar med integrerade landfästen är risken för utmatning i pålarna p.g.a. inverkan från temperaturberoende långtidsverkande laster, vilka orsakar expansion under varmare delar av året och kontraktion under kallare delar av året. Därför utfördes olika mätningar på bron över Leduån som innefattade korttids- och långtidsverkande laster. En utförlig utvärdering av långtidslasterna har gjorts i licentiatuppsatsen ?Evaluation of In-situ Measurements of Composite Bridge with Integral Abutments? [1] av Martin Nilsson 2008. Där bland annat en FE ? modell i 2-D gjordes av bron vars resultat jämfördes med handberäkningar och uppmätta värden. Däremot har väldigt få utvärderingar gjorts vad gäller korttidslaster. Rapporten kommer därför att komplettera detta genom en utförlig utvärdering av korttidsverkande laster. Korttidsmätningarna utfördes med hjälp av en lastbil som passerade över bron med olika riktningar och placeringar. Flera mätpunkter på bron registrerade nedböjningar och töjningar. I första hand utvärderas mätningar av töjning i pålar och balkmitt, samt nedböjningar. Utvärderingarna innefattar mätningar från tre olika mätförsök spridda under en period av cirka ett år, detta för att erhålla mätresultat med olika markförhållanden under samtliga årstider. Främst utvärderas mätningar från försök i oktober månad 2007 som hade mest säkerställd testutrustning och gynnsammast markförhållanden. Resultaten visar att största deformationerna fås från oktoberförsöket, dock visar de även en viss osymmetri som tyder på excentriciteter. Därför körs ett kompletterande mätförsök där lastbilen även vägs in i tvärled. Resultatet visar att lastbilens egenvikt är excentrisk, där vänstra sidan väger något mer. Resultaten av utvärderingarna och då i första hand nedböjning används som underlag för analyser av en FE ? modell i tre dimensioner som byggs upp med FEA ? programmet Abaqus. Där vissa förenklade antaganden görs beträffande brons geometri och randvillkor. Omgivande jordtryck mot pålar och landfästen simuleras med hjälp av elastiska fjädrar. Dess fjäderstyvheter beräknas enligt Bro2004 där endast karakteristiska konstanter används i modellen. Vid inledande skede av modelluppbyggnaden kontrolleras FE- analyser med centriska laster mot uppmätta värden från maj och oktober 2007 samt januari 2008. Samtliga FE-analyser gav större deformationer jämfört med uppmätta och bäst överensstämmande är oktoberförsöket. Med resultat från kompletterande utvärderingar kontrollerades även excentriska laster i FEA. Resultaten visade att excentriska laster har en mindre påverkan i FEA jämfört med mätningar. Med en parametrisk analys av fjäderstyvheter då främst mot ändskärmar kan en bättre överensstämmelse med verkliga värden förväntas att uppnås.