2. TYPEN BRUGGEN

2.1 Inleiding

Voor elk brugontwerp gelden specifieke randvoorwaarden. Daarom is het afgezien van de typenordening zoals bijv. liggerbrug, boogbrug, tuibrug of hangbrug, niet mogelijk een algemene conclusie te geven over: de beste oplossing is een betonnen brug, een stalen brug, een staalbeton brug, etc.

Algemeen geldt echter wel dat:

Onder staalbeton bruggen worden niet alleen de stalen bruggen met een betonnen rijvloer verstaan, maar ook bijv. de stalen bruggen waar uit stabiliteitoverweging van op druk belaste stalen onderdelen aldaar beton is toegepast.

Figuur 2.1

Toepassing van beton op onderflens stalen kokerligger bij tussensteunpunt.

Argumenten die in het verleden veelvuldig zijn gebruikt bij de afweging van stalen brug of betonnen brug zoals:

zijn met de huidige stand der techniek volledig achterhaald.
Zo zijn m.b.t. geluidproductie tijdens treinpassage constructievormen praktisch uitvoerbaar waarmee het rolgeluid en het bruggeluid tot een acceptabel niveau worden gereduceerd.

Klik op dit plaatje en je ziet en hoort een voorbeeld van geluidsemissie bij een staalbrug

Film: geluidsemissie bij een staalbrug (Zeeburgerdijkbrug)


Bij rolgeluid valt te denken aan zgn. "embedded rail systems" en bij bruggeluid valt te denken aan het toepassen van een doorgaand ballastbed. Een voorbeeld hiervan is de Dintelhaven spoorbrug; zie hiervoor figuur 2.2.

Brugconstructie

Rolgeluid

Bruggeluid

Aërodynamisch geluid

Geluidssterkte op 50 m afstand

[dB(A)]

Enkel aardebaan

84

-

74

85

Aardebaan met geluidsscherm

70

-

74

76

Stalen brug

74

94

74

94

Composiet brug

 

 

 

 

dek 0,3 m beton

71

88

74

88

Composiet brug

 

 

 

 

dek 0,5 m beton

71

83

74

84

Composiet brug

 

 

 

 

dek 0,8 m beton

71

81

74

82

Betonnen brug

71

74

74

78

Tabel 2.1

Klassiek vergelijk geluidemissie voor verschillende brugconstructies: passage TGV- Atlantigue met 300 km/h.

 




Figuur 2.2

Voorzieningen waarmee de geluidemissie
nagenoeg gelijk wordt aan die van een betonnen brug.Ingegoten spoorstaaf links gegeven en doorgaand ballastbed rechts gegeven.


Film: de Dintelhavenspoorbrug


De keuze van soort brug wordt sterk bepaald door de volgende randvoorwaarden:

Diverse onderzoeken laten zien dat ook voor Nederland staalbeton bruggen concurrerend kunnen zijn met stalen bruggen en betonnen bruggen. Algemeen leeft de opvatting dat wanneer om de scheurvorming in de betonnen rijvloer onder controle te houden veel voorspanwapening nodig is, de staalbetonbrug minder geschikt wordt geacht.
Met name voor de middelgrote overspanningen 30 100 m, is een scala aan staalbeton bruggen reeds in het buitenland uitgevoerd. In Nederland zijn ca. 20 staalbeton (aan)bruggen gebouwd met een overspanning groter dan 20 m. De slankheid hiervan varieert van 1/14 (Baanhoek spoorbrug overspanning 58 m) 1/35 (Purmerend verkeersbrug overspanning 35 m).

2.2 Typen staalbeton bruggen

Een overzicht wordt gegeven van enkele veelvuldig in het buitenland gebouwde staalbeton bruggen. De bruggen zijn gerangschikt onder liggerbruggen, vakwerkbruggen en kokerbruggen.

Liggerbrug




Ingebetonneerde gewalste stalen liggers.
Deze brug kenmerkt zich door geringe constructiehoogte en oneconomisch materiaalverbruik. Daarom wordt dit brugtype alleen toegepast bij kleine overspanningen met zwaarwegende eis t.a.v. constructiehoogte.



Gewalste stalen liggers / samengestelde stalen liggers met betonnen rijvloer.

Figuur 2.3

Varianten van liggerbruggen.

Een gewalste ligger heeft t.o.v. een samengestelde plaatligger nauwelijks fabricagekosten. Echter, de materiaalkosten liggen hoger. Met de huidige automatisering van voorbewerking en lasprocessen is het niet zonder meer duidelijk wat goedkoper is, een gewalste ligger of een in de fabriek samengestelde plaatligger. Toename van de overspanning in dwarsrichting leidt tot toename van het aantal liggers.






Enkele voorbeelden van constructievormen bij toename van de overspanning in dwarsrichting.
Gewalste liggers worden veel toegepast bij een h.o.h. afstand van ca. 2 4 m.



Figuur 2.4

Toepassing van gewalste liggers.

Samengestelde plaatliggers worden veel toegepast bij een h.o.h. afstand van ca. 4 6 m. Voor stabiliteit (montagefase c.q. gebruiksfase) wordt vaak een dwarsverband toegepast.





Figuur 2.5

Toepassing van samengestelde plaatliggers.


Bij verdere toename van de overspanning in dwarsrichting (tot ca. 8 m) wordt vaak door aanbrengen van een extra gewalste ligger een tussensteunpunt gecreëerd.


Figuur 2.6

Staalbeton brug met dwarsverband en eventueel een extra langsligger.

Bij een overspanning in dwarsrichting groter dan ca. 8 m, wordt de constructie voorzien van dwarsdragers geplaatst h.o.h. ca. 4 m. Samen met de verticale verstijvingsschotten aan de hoofdliggers leveren de dwarsdragers stabiliteit aan de hoofdligger Het is een veel voorkomende constructie, vaak toegepast bij verkeersbruggen met een overspanning tot ca. 100 m. De slankheid bedraagt ca. 1/25 voor een statisch bepaald systeem.













Figuur 2.7

Staalbeton brug met dwarsdragers.









Figuur 2.8

Staalconstructie staalbeton brug; dwarsdragers zorgen tevens voor stabiliteit bovenflens stalen ligger.


Samengestelde stalen kokerligger als vollewandligger met betonnen rijvloer.







Een dergelijke constructie kent een geringe constructiehoogte maar tevens een inefficiënt materiaalgebruik veroorzaakt door het vele lijfmateriaal.

Figuur 2.9

Hoofddraagconstructie uitgevoerd als kokerligger.


Vakwerkbrug

Deze constructie kent een hoge buigstijfheid en leent zich daarom bij uitstek voor spoorbruggen met een grote overspanning omdat voor dergelijke bruggen een zware doorbuigingseis geldt, in het bijzonder als het gaat om hoge treinsnelheden.

Figuur 2.10

Spoorbrug uitgevoerd als staalbeton vakwerkligger





Figuur 2.11

Vakwerkliggers met gebogen onderrand en betonnen rijvloer.




Figuur 2.12

Ruimtelijke vakwerkligger met hoog gelegen betonnen rijvloer.

Waar gewenst kan het buisprofiel met beton gevuld zijn.



Kokerbrug







Figuur 2.13

Stalen onderflens en lijfplaat met betonnen rijvloer.

 












Figuur 2.14

Brug als gegeven in figuur 2.13.
Aansluitdetail van twee ligger secties.





Figuur 2.15

Stalen lijfplaat met betonnen rijvloer en met betonnen onderflens.











Figuur 2.16

Kokerligger met driehoekvormige dwarsdoorsnede.

Een alternatief op de vlakke stalen lijfplaat is de geprofileerde lijfplaat. Bij een dergelijke toepassing is de stijfheid van de plaat in lengterichting van de brug zeer gering (harmonica-effect), waardoor eventuele voorspanning in het beton 100% effectief wordt benut.








Figuur 2.17

Staalbeton brug met geprofileerde lijfplaat.






Figuur 2.18

Stalen vakwerk als lijf met betonnen boven- en onderflens.