Finita Element Metoden som verktyg för systemberäkning av Alnöbron
Möjligheter och begränsningar i modelleringen av spännarmerade konstruktioner
AlnöbronBRIGADE/PlusFinita elementmetodenFreivorbau broarFörskjutningsmetodenSystemberäkningSpännkraftsförlusterSpännstålTidsberoende effekter
Med tiden förändras människans sätt att leva och därmed användandet av befintliga konstruktioner. Det finns ett stort värde av att fortsätta använda konstruktionerna och anpassa dem till dagens behov. De senaste decennierna har cykeln fått en mer betydande roll i vardagen, vilket kräver en säker och lättillgänglig infrastruktur. Sundsvalls Kommun har uttryckt en önskan om att undersöka möjligheten att flytta körfälten på Alnöbron för att ge plats åt en bredare gång- och cykelväg på brons ena sida. Trafikverket har i och med detta beställt en bärighetsutredning av Alnöbron för att utvärdera om det är möjligt att anpassa den befintliga bron till dagens behov samt för att kontrollera dess funktion i sitt nuvarande utförande.Alnöbron uppfördes under 1960-talet och förbinder Alnön med fastlandet strax norr om Sundsvall. Den utgör en konsolutbyggd lådbalkbro av spännarmerad betong. En systemberäkning kommer att utföras för att utvärdera snittkrafterna som uppstår i bron. Denna kommer att utföras enligt finita elementmetoden, där fokus ligger på hur den spännarmerade betongen behandlas i en FE-modell. Den senaste tiden har användandet av finita elementmetoden ökat vid analyser av konstruktioner eftersom de ger en mer detaljerad bild av verkligheten. Av den anledningen finns möjligheten att öka bärförmågan hos en konstruktion, vilket undersöks i detta examensarbete genom att utföra en jämförelse av snittkrafterna beräknade med förskjutningsmetoden. De erhållna resultaten påvisar lägre snittkrafter i samtliga FE-modeller i jämförelse med modellen som utförts enligt förskjutningsmetoden. Detta indikerar på att en högre lastförmåga kan uppnås genom att använda finita elementmetoden. Resultaten uppvisar uppemot 17 % lägre resultat gällande böjande moment, 13 % för tvärkrafter samt 23 % beträffande vridmoment. Vid analysen har spänningskoncentrationer identifierats vid anslutningen mellan brons lådväggar och farbanan, där längsgående, tvärgående och vertikala spännstål möts. Resultaten visar att lokala spänningskoncentrationer uppstår i betongen med dragspänningar uppemot 5,517 MPa, vilket är högre än draghållfasthet hos de flesta betongklasser. Utvärderingen av dessa har dock begränsats men det finns önskemål att klargöra om dimensionering av spännarmerade konstruktioner skulle kunna ske utifrån dessa spänningskoncentrationer. Förhoppningen när examensarbetet påbörjades var att på ett detaljerat sätt kunna beakta den stora mängden spännstål som finns i bron på ett effektivt sätt. Till följd av att FEprogrammet inte var uppbyggt för att hantera de tidsberoende spännkraftsförlusterna som uppstår i spännstålet krävdes tidskrävande manuella beräkningar. Detta medförde att effekterna av att utföra en detaljerad FE-modellering blev mindre betydelsefull. Sammanfattningsvis kan sägas att finita elementmetoden är en bra analysmetod vad gäller spännarmerade betongkonstruktioner men genomförandet är svårare och mer tidskrävande än vad som förutsetts. Den kräver en noggrann arbetsgång för att modellen ska överensstämma med verkligheten och det krävs god kännedom om de förutsättningar som gäller.