3. UITVOERING EN MONTAGE VAN RIJVLOER STAALBETON BRUGGEN

3.1 Inleiding

De uitvoeringsmethode, de wijze waarop de betonnen rijvloer wordt aangebracht, en de montagemethode, de wijze waarop de rijvloer aan de hoofddraagconstructie wordt gekoppeld, kan in sterke mate de bouwkosten, bouwsnelheid en functionaliteit beïnvloeden. Daarom is het voor beide methoden belangrijk te weten wat de voor- en nadelen zijn. Hierbij moet gedacht worden aan een scala van aandachtspunten zoals:

Uitvoeringsmethode:
weersafhankelijkheid; investeringskosten en arbeidsintensiviteit van gebruik bekisting; bouwsnelheid; eisen t.a.v. duurzaamheid: aansluiting ligger–rijvloer; tijdelijke ondersteuningsvoorzieningen; extra wapening voor samenwerkende delen.

Montagemethode:
spanningsverdeling: gewenste stort/plaatsingsvolgorde rijvloer; spanningsverdeling: gewenste verbindingsvolgorde staal – beton.
Veelal wordt voorafgaand aan het aanbrengen van de rijvloer de gehele staalconstructie incl. deuvels geplaatst. Door de hoge loonkosten t.o.v. de materiaalkosten is het wenselijk te streven naar een weinig arbeidsintensieve staalconstructie i.p.v. een constructie die qua materiaalverbruik optimaal is. Dit heeft tot gevolg dat het aantal bijkomende voorzieningen als stabiliteitsverbanden en verstijvingsplaten tot een minimum wordt beperkt. Bijkomend voordeel is dat het totale conserveringsoppervlak afneemt en inspectie vergemakkelijkt.

 

 

 

 

 

Figuur 3.1

Aanbrengen van de staalconstructie.

3.2 Uitvoeringsmethoden

Ten aanzien van het aanbrengen van de betonnen rijvloer zijn de volgende belangrijkste uitvoeringsmethoden te onderscheiden:

  1. in het werk gestorte rijvloer
  2. inhijsen van prefab rijvloerelementen
  3. schuiven van betonnen rijvloer over stalen liggers.

3.2.1 In het werk gestorte rijvloer

 

 

 

 

 

Figuur 3.2

Voorbeelden van in het werk gestorte rijvloer.

Voordelen zijn eenvoudig transport, eenvoudige aanpassing van doorsnedenvorm, varianten in stortvolgorde en verbindingsvolgorde staal-beton, gelijkmatige schuifverbinding over liggerlengte, duurzame verbinding tussen stalen bovenflens en betonnen rijvloer en doordat de betonplaat één geheel vormt, is er geen extra wapening nodig om verschillende delen te laten samenwerken.
Nadelen zijn de weersafhankelijkheid; m.a.w. geen geconditioneerde uitharding, de vereiste bekistingconstructie en de relatief lange bouwtijd: bekisten, wapenen en storten op de bouwplaats.

 

 

 

Figuur 3.3

Voorbeelden van bekisten, wapenen en storten op de bouwplaats.

De bekistingconstructie kan zijn:

  1. van tijdelijke aard
  2. verloren bekisting
  3. bekisting opgenomen in het brugdek (gedeeltelijk prefab betonnen rijvloer).

3.2.1.1 Bekistingconstructie van tijdelijke aard

Te onderscheiden zijn:


Figuur 3.5

Een tweetal verschillen uitvoeringsmethoden. Links houten bekisting, rechts geprofileerde staalplaat

 


onderhangen ligger

 

Figuur 3.6

Wijze van aanbrengen van bekisting: via onderflens stalen ligger

 

  • verrijdbare constructie
  •  

    Figuur 3.7

    Bekisting uitgevoerd als verrijdbare constructie

    De bekisting wordt afgesteund op de stalen hoofddraagconstructie. De eenvoudigste wijze van aanbrengen van beton is de methode waarbij de rijvloer achtereenvolgens in moten wordt gestort en de bekisting telkens een moot wordt opgeschoven.

    3.2.1.2 Verloren bekisting

    De gebruikskosten van een degelijke bekisting zijn hoog en veelal zijn ondersteuningsvoorzieningen nodig i.v.m. uitkragingen en door de grootte van de overspanning tussen de hoofdliggers.

     

    Figuur 3.8

    Inzet van geprofileerde staalplaat als verloren bekisting.

    Mede afhankelijk van de grootte van de overspanning in dwarsrichting kan het gewenst zijn dat het beton in dwarsrichting wordt voorgespannen. Enkele voorbeelden hiervan zijn gegeven in figuur 3.9.

     

    Figuur 3.9

    Plaatsen en geactiveerd zijn van voorspanwapening

     

    3.2.1.3 Bekisting opgenomen in het brugdek

    De afstand tussen de stalen liggers wordt overbrugd door bijv. breedplaatvloeren, die naast het feit dat ze bekisting zijn, tevens constructief meewerken. M.a.w. er is veel extra wapening nodig om de verschillende delen constructief samen te laten werken.

     

     

     

     

     

     

     

    Figuur 3.10

    Voorbeeld van bekisitng die uiteindelijk constructief samenwerkt


    3.2.2 Inhijsen van prefab betonnen rijvloerelementen

    Deze uitvoeringswijze wordt gebruikt waar sprake is van grote h.o.h. afstanden van de hoofdliggers en/of sterk uitkragende rijvloeren.

     

     

     

     

     

    Figuur 3.11

    Aanbrengen van prefab rijvloerelementen.

    De sparingen opgenomen in de rijvloerelementen stroken met de posities van de deuvels op de staalconstructie. Na plaatsing van de elementen komt de verbinding staal-beton tot stand door de sparingen en de voegen tussen de prefabelementen vol te storten met krimpvrije mortel.

     

     


    Figuur 3.12

    Koppelen van prefab rijelementen.

    Voordelen zijn de relatief korte bouwtijd, fabricage in de fabriek, varianten in de volgorde van plaatsen van de prefab elementen en de verbindingsvolgorde staal-beton.
    Nadelen zijn de geconcentreerde locatie van schuifverbindingen, de wapening om prefab elementen te koppelen, maattoleranties en spleet tussen staal en beton.

    3.2.3 Schuiven van betonnen rijvloer over stalen liggers

    De rijvloer wordt vanaf het land over de liggers geschoven. De rijvloer elementen kunnen prefab worden aangeleverd of nabij het landhoofd "geconditioneerd" worden gestort. De twee meest voorkomende varianten worden hieronder toegelicht.
    Aanbrengen van de deuvelverbinding in de sparingen na plaatsing van de rijvloer. Vervolgens worden de sparingen aangestort.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Figuur 3.13

    Schuiven waarbij stiftdeuvels na glijden worden aangebracht

    Een nadeel hierbij is het op de bouwplaats moeten aanbrengen van de deuvels en de geconcentreerde krachtsoverdracht staal–beton.
    Aanbrengen van de deuvelverbinding voor het schuiven.

     

     

     

     

     

     

     



    Figuur 3.14

    Schuiven waarbij stiftdeuvels voor glijden worden aangebracht.

    De sterkte in dwarsrichting wordt verzorgd door geconcentreerde wapening, geplaatst in het gedeelte tussen de sparingen.
    Beide varianten hebben het nadeel dat de volgorde waarin de rijvloer wordt opgebouwd niet kan worden gevarieerd, en de verbinding staal-beton pas kan worden geactiveerd nadat de gehele rijvloer is geplaatst.

    3.3 Montagemethoden

    In tegenstelling tot betonnen bruggen en stalen bruggen kunnen staalbeton bruggen, in het bijzonder de rijvloer, op een groot aantal verschillende manieren worden gemonteerd. De achtergrond van de verschillende montagemethoden wordt gevormd door het feit dat trek in de betonnen rijvloer ongewenst is en de spanningsverdeling in gerede toestand van de brug sterk door de wijze van monteren van de rijvloer kan worden gestuurd. De trekspanning in het beton veroorzaakt:

    De meest voorkomende oplossing van dit probleem is het toelaten maar beperken van de scheurwijdte middels de wapeningskeuze en het enigszins voorspannen van de rijvloer door hanteren van een bepaalde montagemethode.

     

    Figuur 3.15

    Wapeningsstaal betonnen rijvloer staalbeton brug.

    Omdat de uiteindelijke spanningsverdeling in de staalbeton doorsnede, en dus ook de kosten, sterk worden beïnvloed door de bouwmethode, is het zinvol te weten welke methode het meest geschikt is. M.a.w. het is voor een verantwoord ontwerp van een staalbetonbrug belangrijk te beseffen de interactie: uitvoering-montage ® spanningsverdeling. Immers, de spanningen vóór en ná het tot stand brengen van de deuvelverbinding moeten worden gesuperponeerd. In geval van een plaatliggerbrug met een hoog gelegen betonnen rijvloer, een voorbeeld hiervan is gegeven in figuur 3.16, zijn de volgende belangrijkste montagemethoden te onderscheiden:

     

    1. bepaalde stortvolgorde
    2. inzet van hulpsteunpunten
    3. opgelegde steunpuntverplaatsing
    4. bepaald tijdstip van deuvelactivering
    5. voorspannen in langsrichting
    6. combinatie van de punten a t/m e.

     

    Figuur 3.16

    Staalbeton plaatliggerbrug met hooggelegen
    rijvloer.

    In onderstaande beschouwing wordt ervan uitgegaan dat de stalen hoofddraagconstructie reeds is geplaatst.

    a. Bepaalde stortvolgorde

    De traditionele methode is het ter plaatse, op een verrijdbare bekisting, storten van achter elkaar liggende moten. Het nadeel hierbij is dat bij tussensteunpunten, veroorzaakt door het storten van betonmoten nadat het beton bij het tussensteunpunt reeds is gestort, grote trekspanningen in het beton kunnen optreden.

    Figuur 3.17

    Traditionele stort/montage volgorde.

    De verschillende te onderscheiden belastingswijzen (fase 0 – fase 6) voor een ligger doorgaand over drie steunpunten staan afgebeeld in figuur 3.14.
    De bijbehorende vijf belastingsgevallen zijn:

    LC1
    eigengewicht stalen ligger

    LC2
    eigengewicht onverhard beton

    LC3
    eigengewicht verhard beton

    LC4
    eigengewicht bekisting

    LC5
    overige nuttige belasting (personeel, materiaal, materieel)

     

     

     

     

     

     

    Figuur 3.18

    Belastingswijzen bij storten van achter elkaar liggende moten.

    Een aangepaste stortvolgorde, de tussensteunpunten als laatste, kan een aanzienlijke reductie van de trekspanning in het beton opleveren. Echter, er zijn meer handelingen met bijv. de bekisting nodig, waardoor de bouwtijd toeneemt.

    Figuur3.19

    Aangepaste stort/montage volgorde.

    b. Inzet van hulpsteunpunten

    Hiermee wordt de staalspanning in de bouwfase gereduceerd. Nadat het beton is verhard worden de hulpsteunpunten verwijderd en ontstaat een nieuw evenwicht.

    Figuur 3.20

    Praktijktoepassing gebruik van hulpsteunpunten

    Figuur 3.21

    Geschematiseerde weergave van een hulpsteunpunt.

    Twee montagemethoden zijn te onderscheiden:
    - ondersteund met opbuiging van de staalconstructie
    - ondersteund maar spanningloos.

    Voor de situatie dat geen hulpsteunpunten worden gebruikt vormt het gewicht van het onverharde beton, dat geen stijfheid kent en waardoor de deuvelwerking niet actief is, een belasting op enkel de staalconstructie.Na verwijderen van een tussensteunpunt moet de oplegreactie als permanente belasting aan de constructie worden toegevoegd.

    Figuur 3.22

    Rekverdeling bij drie verschillende montagemethoden.

    c. Opgelegde steunpuntverplaatsing

    Voor een statisch onbepaald systeem kan de spanningsverdeling sterk worden beïnvloed door vijzelen en aflaten van (tussen)steunpunten. Drie montagemethoden zijn te onderscheiden:

    De mate waarin de spanningsverdeling wordt beïnvloed is sterk afhankelijk van de toegepaste vijzelhoogte.

     

     

     

     

     

     

    Figuur 3.23

    Belastingswijzen bij opgelegde

    steunpuntsverplaatsing.


    d. Bepaald tijdstip van deuvelactivering

    Tijdens storten van het beton worden inkassingen opgenomen waar groepen deuvels aanwezig zijn. Nadat het beton verhard is worden deze inkassingen volgestort, waarmee een constructieve samenwerking tussen staal en beton wordt bereikt.
    Trek in het beton kan alleen worden veroorzaakt door belastingsgevallen als krimp, temperatuursprong en veranderlijke belasting.

    e. Voorspannen in langsrichting

    Een traditionele methode is het toepassen van een inwendige of uitwendige voorspanwapening. Bij deze methode wordt de stalen bovenflens extra op druk belast.
    Een recent in Nederland ontwikkelde, nog niet in de praktijk toegepaste methode is de staalbeton brug met pompvoeg. Uitgangspunt van dit concept is het gebruik van prefabelementen en een twee-assige drukvoorspanning.
    Bij dit concept worden prefabelementen, in dwarsrichting reeds van voorspanwapening voorzien, onderling van een voegbuis voorzien. Na plaatsing van alle elementen wordt de buis onder hoge waterdruk gebracht. De elementen hebben hierbij een eenzijdige vaste oplegging en zijn in verticale richting gefixeerd tegen opwippen.

    Figuur 3.24

    Krachtsverdeling van de pompvoeg en werkvolgorde voegvulling.

    Door de hoge druk, bijv. 400 bar, vervormt de buis en duwt daarmee de prefabelementen opzij. Door de zijdelingse verplaatsing t.p.v. een liggeruiteinde te verhinderen door de platen aan de stalen ligger te verankeren, wordt een drukkracht in het beton en een trekkracht in de stalen ligger geïntroduceerd. Deze trekkracht grijpt excentrisch aan, waardoor een gunstig opbuigend moment optreedt. Hierdoor is men in staat slanker, en dus lichter, te construeren.
    Om de druk te behouden, wordt de voeg als volgt gevuld:
    De ruimte boven en onder de voegbuis wordt met een speciale hoge-sterkte mortel gevuld.
    Na verharding wordt de druk in de voegbuis afgelaten, waarna de hoge-sterkte mortel in de voeg de druk overneemt.
    Tenslotte wordt het water in de buis vervangen door een mortel en deze mortel wordt onder druk geplaatst, zodanig dat een min of meer gelijkmatige drukverdeling over de volledige voeghoogte ontstaat.











    Figuur 3.25

    Rekverdeling behorende bij montage met pompvoeg.

    3.4 Kostenaspecten

    Per situatie moet worden beoordeeld wat de optimale uitvoeringswijze en montagewijze is.

    Naast aantoonbare kosten spelen de mogelijke risico’s hierbij ook een rol, bijv. de complexe wijze van werken die ermee gepaard gaat. M.a.w. de kosten van een brug zijn sterk situatieafhankelijk en het verschil in kosten kan over het algemeen worden teruggevoerd op de volgende drie aspecten:

    Staal / beton / grond
    Voor de plaatliggers, staalsoort S355, geldt bij benadering:

    - materiaalkosten f. 1,40 / kg
    - fabricagekosten f. 2,40 / kg
    - montagekosten f. 1,00 / kg
    - conservering f. 65,- / m2
    - deuvels ø 22 mm f. 4,- / stuk


    Voor de rijvloer, betonkwaliteit C75/C85, geldt bij benadering:

    - levering en verwerking van beton f. 400,- /m3
    - wapening: levering + verwerking f. 1.700,- / ton
    - voorspanning: levering + verwerking

    f. 5.500,- / ton

    Voor grond aanvoeren en verwerken f. 18,- / m3


    Bekisting
    Bij gebruik van een mobiele bekisting is een belangrijk kostenaspect of de bekisting vrij verplaatsbaar is over de gehele bruglengte of wanneer een kraan benodigd is om de bekisting te verplaatsen. Een bekisting met de kraan verplaatst geeft naast bijkomende kosten door huur van de kraan extra maatvoeringskosten en een langere uitvoeringstijd.

    Hulpconstructies
    Het gaat hierbij om het gebruik van vijzels en hulpsteunpunten.
    Bij toepassing van vijzels, ter indicatie

    - vijzelhoogte 10 cm, vijzelkracht 2500 kN, huur 10 weken f. 25.000,-

     

     

     

     

     

    figuur 3.26

    Inzet van een hulpsteunpunt met daarop geplaatst vijzel


    Bij toepassing van hulpsteunpunten moet onderscheid worden gemaakt tussen de kosten van een hulpsteunpunt boven land en die van een hulpsteunpunt boven water.

    Hulpsteunpunt boven land.

    Hulpsteunpunten boven water.

     

    Enkele veel voorkomende identieke conclusies zijn: