Page 1

18

CIVIELE CONSTRUCTIES Dit hoofdstuk besteedt aandacht aan de typologie en de constructieve opzet van de belangrijkste staalbouwkundige civiele kunstwerken, namelijk: vaste en beweegbare bruggen, sluizen, stuwen, stormkeringen en offshore constructies. Ook constructies zoals (wild)tunnels, windmolens, masten en schoorstenen, combiwanden, scheepsliften en parkattracties worden tot de civiele constructies gerekend. Met name in de bruggenbouw vonden in de laatste twintig jaar belangrijke ontwikkelingen plaats. De meest prominente is de veranderde kijk op de toepassing van architectuur bij het ontwerp van moderne bruggen. Deze ontwikkeling werd eind jaren tachtig ingeluid door de Spaanse architect/constructeur Santiago Calatrava. De brug als kunstwerk is een reactie op de sobere, functionele wederopbouwontwerpen van na de Tweede Wereldoorlog, waarbij het ontwerp volledig werd bepaald door functionele randvoorwaarden. Daarnaast resulteerde de ontwikkeling van rekentechnieken en ontwerprichtlijnen, alsmede de opkomst van CAD-CAM, in de opkomst van concepten met een onconventionele vormgeving (afb. 18.1). Toename van de hijscapaciteit van mobiele kranen en bokken leidde bij bruggen en offshore constructies tot een verschuiving naar grote, geprefabriceerde constructiedelen met imposante transporten over waterwegen. Prefabricage maakt dat grote constructiedelen relatief goedkoop op de werf kunnen worden samengesteld, gestraald en geconserveerd. De arbeidskosten op de werf zijn daarbij aanzienlijk lager dan die op de bouwplaats. Bij offshore constructies kan dit verschil in arbeidskosten oplopen tot een factor 3 door de kosten van transport van mens en middelen en onwerkbaar weer op zee.

18.1 Enne端s Heermabrug naar de wijk IJburg, Amsterdam.

311


Bij beweegbare bruggen zijn belangrijke innovaties geboekt, bijvoorbeeld de vergroting van de krachtcapaciteit van aandrijvingen en de opkomst van elektronische besturingen en afstandbediening. Een beweegbare brug dient daarbij tegenwoordig in zijn geheel beschouwd te worden als een machine waarop de Machinerichtlijn als productrichtlijn voor kwaliteit en veiligheid van toepassing is[1]. De vorm van civiele constructies wordt in toenemende mate beheerst door stijgende kosten voor onderhoud gedurende de gebruiksduur. In de praktijk manifesteert dit zich in beperking van conserveeroppervlakken door toepassing van gesloten profielen en beperking van het aantal constructieve elementen. Bij bruggen lag in het recente verleden de kennis voor ontwerp en onderhoud nog overwegend bij ontwerp- en beheerbureaus van de belangrijkste opdrachtgevers, zoals: Rijkswaterstaat, het ontwerpbureau van de Nederlandse Spoorwegen, enkele provincies en grote steden. Het ingenieursbureau verzorgde daarbij het dagelijks toezicht tijdens de uitvoering. In toenemende mate worden staalconstructies aanbesteed volgens de RAWbesteksystematiek, gebaseerd op verrekening op basis van een beschrijving van activiteiten en hoeveelheden. Sinds enige jaren wordt projecten vaker als ‘design en construct’ aanbesteed. Voorbeelden hiervan zijn de Maeslantkering, de Betuwelijn, de HSL en de Maasvlakte II. Dit betekent dat de bouwer verantwoording draagt voor het ontwerp en in sommige gevallen tevens voor het onderhoud. Specifieke ontwerpkennis en ervaring verdeelt zich nu over een groter aantal bureaus. Daarbij wordt tevens het specialistische onderhoud vaker uitbesteed. De kennisverbreding is ondersteund door het ontwikkelen van uitgebreidere nieuwe normen voor vaste (NEN 6788)[2] en beweegbare bruggen (NEN 6786)[3] en door nieuwe richtlijnen voor productkwaliteit en uitvoering. Deze ontwikkeling loopt synchroon aan die van de opkomst van NEN-ISO-gecertificeerde bedrijven waarbij de productkwaliteit wordt beheerst door kwaliteitsborging en wetgeving van de productaansprakelijkheid. Offshore constructies worden veelal turnkey aanbesteed. Offshore platforms worden gebouwd in opdracht van een oliemaatschappij, bijvoorbeeld de NAM, die een concessie heeft verworven op een grondkader op zee. Letterlijk betekent ‘turn key’ dat de opdrachtgever op basis van een specificatie aanbesteed en vervolgens pas terug hoeft te komen bij de ingebruikname (sleuteloverhandiging). Ontwerp en uitvoering worden in dit geval getoetst en vrijgegeven door een door de opdrachtgever opgelegde, erkende instantie zoals Lloyds of Det Norske Vertitas.

>>

Internationaal karakter

Bij het ontwerpen van bruggen met grote overspanningen speelt Nederland een ondergeschikte rol. Ingenieursbureaus van de overheid, waar de specialistische kennis van bruggenbouw is geconcentreerd, beperkten zich namelijk tot hun thuismarkt. Nederlandse bouwbedrijven spelen daarentegen een belangrijke rol bij internationale projecten. De markt voor omvangrijke brugprojecten bevindt zich de komende decennia voornamelijk in Scandinavië (fjorden, bruggen tussen Zweden en het Europese vasteland), Zuidoost-Azië (Japan, China) en de Verenigde Staten.Studieprojecten in Europa zijn bruggen in Griekenland, Gibraltar en Sicilië. Voor deze projecten is een hybride brugconcept ontwikkeld, geschikt voor overspanningen van 2 tot 3 kilometer (afb. 18.2). Hybride brugconcepten hebben een meervoudig samengesteld draagsysteem (bijvoorbeeld een combinatie van een hang- en tuisysteem). De kennis voor het ontwerp van dit type megaprojecten is geconcentreerd bij een klein aantal grote, gespecialiseerde ontwerpbureaus die wereldwijd opereren. Bij offshore constructies is de ontwikkeling van grote projecten direct gekoppeld aan de marktprijs van olie. De lage olieprijs in de jaren negentig leidde ertoe dat de ontwikke-

312


18.2 Hybride brugconcept voor grote overspanningen.

18.3 Kraanschip met de pyloon van de Erasmusbrug.

lingen in de diepere Noordzeegebieden zijn opgeschort. Steeds vaker wordt gebruik gemaakt van multi-puttenplatforms, samen met een speciale techniek waarbij vanaf een platform door boren onder een helling verschillende putten kunnen worden aangeboord. In Nederland is een aantal bedrijven gespecialiseerd in de bouw, bevoorrading en reparatie van platforms. Er worden overwegend kleinere platforms gebouwd voor het Nederlandse continentale plat met waterdiepten tot 35 m, daarnaast worden er ook platforms gebouwd voor grotere waterdiepten tot 200 m in het Engelse en Noorse continentale plat. Nederland is voorts een belangrijke internationale speler in de markt van kraan- en pijpenleggende vaartuigen (afb. 18.3).

18.1 • UITGANGSPUNTEN BIJ HET ONTWERP In een aantal opzichten wijken civiele constructies af van utiliteitsbouw. Er is een andere aanpak van ontwerp, fabricage en beheer. Civiele constructies worden veelal dynamisch belast, hetzij door verkeer, golven, wind, danwel door openen en sluiten. Deze ‘vermoeiingsbelastingen’ resulteren in een lagere benuttingcapaciteit van het staal met name ter plaatse van verbindingen en bij abrupte overgangen of discontinuïteiten in de doorsnede. In de praktijk betekent dit, dat het aantal en de complexiteit van verbindingen, bijvoorbeeld voor montage, zoveel mogelijk worden beperkt. Ingegeven door de moeilijke werkomstandigheden op de bouwplaats – veelal boven water of wegen – wordt steeds meer geprefabriceerd. In geval van bevaren rivieren, spoor- en snelwegen worden er door intensivering van het gebruik steeds strengere eisen gesteld aan gebruikshinder (doorvaartversmalling, buitendienststelling, stremming). Civiele draagconstructies zijn veelal onderhevig aan alle weersinvloeden, een hoge vochtigheid, en in sommige gevallen aan een corrosief milieu (zout water). Dit stelt hoge eisen aan de kwaliteit van de oppervlaktebehandeling. Een nieuwe ontwikkeling is het metalliseren van staalconstructies waarbij op het staal thermisch een dunne laag van een aluminium- of nikkellegering wordt aangebracht die het metaal elektrolytisch beschermt. Mede onder invloed van de, ten opzichte van materiaalkosten, sterk toegenomen loonkosten, is het conserveringsoppervlak van de staalconstructie in de afgelopen decennia sterk teruggebracht. Dit is gebeurd door gesloten profielen toe te passen en het aantal constructieve elementen terug te brengen, bijvoorbeeld door schoor- en windverbanden te laten vervallen. Kokerliggers kwamen in de plaats van vakwerkconstructies en samengestelde profielen. Door de toenemende esthetische inbreng vindt een verandering in het ontwerp plaats. In

313


een aantal gevallen wordt bij grote bruggen de open ruimte tussen de onderzijden van de hoofdliggers afgesloten met een niet-meewerkende beplating van kunststof of van staal. Nieuw is ook het gebruik van gietstaal voor verbindingen (afb. 18.4). Naast esthetische of aërodynamische overwegingen speelt hier het onderhoudsaspect mee. De op deze wijze ontstane binnenruimte kan worden voorzien van een ontvochtigingsinstallatie waardoor een binnenklimaat ontstaat en de conservering kan worden beperkt tot een eenmalige primer. Civiele constructies worden veelal ontworpen met een technische levensduur van vijftig tot honderd jaar. In deze periode treden er meestal belangrijke wijzigingen op in het functionele gebruik. Denk aan de toename van de verkeersintensiteit en het gewicht van voertuigen op bruggen, en in mindere mate de klimaatwijziging en de stijging van de zeespiegel. Vanwege onderhoud, capaciteitsgebrek en schaden is in de praktijk de functionele levensduur van bruggen vaak aanzienlijk korter dan de technische levensduur. Een belangrijk punt bij civiele constructies zijn de voorzieningen voor inspectie en onderhoud. Van belang is dat de constructieve delen op eenvoudige wijze toegankelijk zijn via aangehangen inspectiewagens, trappen en bordessen. Onderdelen van de constructie die een kleinere levensduur hebben – zoals rubber opleggingen en lagers en aandrijfcomponenten – moeten op relatief eenvoudige wijze vervangbaar zijn. Veelal worden er vijzelpunten aangebracht om een brug vrij van zijn opleggingen te tillen om deze componenten te inspecteren of te vervangen. Het overgrote deel van de offshore constructies wordt toegepast om delfstoffen, zoals olie en gas, te winnen. In enkele gevallen hebben offshore constructies een andere toepassing, bijvoorbeeld als meetstation en zendmast. Offshore constructies hebben veelal een beperkte levensduur, gerelateerd aan de hoeveelheid winbare reserves van een olieveld. Tegenwoordig worden er constructies gebouwd die herplaatsbaar zijn, waardoor de levensduur kan worden verlengd. Vooral offshore constructies in diep water hebben grote wanddikten, die bijzondere zorg vereisen ten aanzien van materiaalkeuze, lasprocedures en inspectie. 18.4 Spoorbrug met knopen van gietstaal: spoorbrug over de Rijn, Oosterbeek.

314


R I J V L O E R E N E N K E E R WA N D E N Het principe van de rijvloer van een brug of van een keerwand van een sluis wijkt weinig af van dat van een dak of vloer in een gebouw. Er wordt onderscheid gemaakt tussen de kerende beplating (rijvloer), de secundaire draagconstructie en de hoofddraagconstructie. Er zijn twee systemen: • gestapelde dekopbouw; • geïntegreerde dekopbouw.

Gestapelde dekopbouw: balkrooster Bij een balkrooster (afb. 18.5) hebben de verschillende constructieve elementen – dekplaat (meestal hout of beton), langsliggers, dwarsdragers en hoofdliggers (meestal I-vormige staalprofielen) – een eigen functie, zijn ze plaatsvast gestapeld en liggen ze bij voorkeur haaks op elkaar. Vervormingen en krachten uit het vlak van de vloer worden ter plaatse van de aansluitingen (knooppunten) van de langsliggers en dwarsdragers op de hoofdliggers doorgegeven. Balkroosters gedragen zich als een ongeschoord raamwerk en hebben veelal onvoldoende stijfheid om zijdelingse belastingen (wind-, stoot- en aanrijdbelastingen door verkeer) op te nemen. Als schoorconstructie wordt een slinger- of windverband toegepast. Het windverband vereist een nauwgezette detail18.5 Gestapelde dekopbouw.

lering en wordt met een beperkte buigstijfheid uitgevoerd om oneigenlijke deelname aan de krachtsafdracht door belasting in de langsrichting te verhinderen. In de praktijk blijkt het windverband dan ook vaak een van de meest scheurgevoelige details. Bij openstaande, beweegbare bruggen dienen windverbanden tevens als stabiliteitsverband voor de onderflenzen van de dwarsdragers. Vanwege de grote constructiehoogte (wat vooral nadelig is bij beweegbare bruggen), het hoge aantal constructieve elementen en het grote conserveeroppervlak, worden balkroosters tegenwoordig nog zelden toegepast. Bovendien is dit systeem gevoelig voor inwendige spanningen. Deze spanningen ontstaan doordat langs- en dwarsrotaties van een ligger, ter plaatse van een knooppunt door de aansluitende ligger, gedeeltelijk worden verhinderd en daardoor als inwendige belasting worden doorgegeven. De constructiehoogte is de hoogte gemeten tussen bovenkant wegdek of spoorstaaf en de onderkant van de brug. De constructiehoogte wordt beperkt, opdat bij een bepaalde vrije hoogte onder de brug de voertuigen die over de brug passeren, zo min mogelijk hoogte hoeven te winnen. Dit laatste is van belang voor de lengte en kosten van aanlandingstaluds. Een variant op de gestapelde dekopbouw is die met continuïteitsverbindingen (afb. 18.6). In dat geval zijn de liggers niet op elkaar gestapeld, maar liggen ze alle in hetzelfde vlak. De liggers kruisen elkaar ter plaatse van knopen, waarbij de aansluitende staaf onderbroken wordt. Deze onderbrekingen maken de constructie duur. Het voordeel is een beperking van de constructiehoogte. Balkroosters komen veel

18.6 Balkrooster met continuïteitsverbindingen.

voor in verkeersbruggen van vóór 1960 en tegenwoordig nog bij bruggen voor railverkeer.

Geïntegreerde dekopbouw: orthotroop brugdek De introductie van het elektrisch lassen, in de jaren twintig van de vorige eeuw, leverde na de Tweede Wereldoorlog het orthotrope brugdek op. Het orthotrope brugdek bestaat uit een volledig samengelaste, uit plaat opgebouwde staalconstructie met dezelfde constructieve elementen als het balkrooster. De dekplaat wordt echter met een dikte tussen de 10 en 20 mm uitgevoerd. Door toename van verkeersintensiteit en -belasting zijn tegenwoordig zwaardere rijvloeren noodzakelijk. Bovendien gaan de in ontwikkeling zijnde Eurocode-normen uit van een verdere toekomstige extrapolatie van verkeersbelastingen.

315


dekplaat

U-vormige trog dekplaat

18.7 Geïntegreerde dekopbouw.

dwarsdrager (T-profiel) t = 12 r

Het belangrijkste onderscheidende kenmerk van een orthotroop brugdek is dat het stalen brugdek monolithisch verbonden is aan alle liggers en daardoor tevens als meewerkende bovenflens deel uitmaakt van die liggers. Hierdoor levert het brugdek een bijdrage aan de stijfheid van de liggers en wordt een aanzienlijke gewichtsbesparing bereikt (afb. 18.7). De dikte van de dekplaat, in de meeste gevallen 12 mm, hangt af van het verkeer. Bij bruggen met een hoge verkeersintensiteit (rijkswegen) of met een groot gewicht (industrieterreinen) worden tegenwoordig dikkere dekplaten toegepast. Doordat de dekplaat als schijf werkt, is er geen windverband nodig. Dekverstijvingen of langsliggers worden uitgevoerd als open profielen (bulb-, T- of L-stalen) of als gesloten profielen (koudgezette U-vormige troggen) (afb. 18.8). De ongesteunde overspanning van een door verkeer belaste dekplaat bedraagt 300 mm. Open profielen worden daarom toegepast om de 300 mm en troggen om de 600 mm. Open en gesloten profielen worden aan weerszijden met een las aan het dek verbonden. Dit betekent dat bij troggen met de helft minder laswerk kan worden volstaan. Behalve dit aspect hebben gesloten profielen een gunstiger conserveringsoppervlak en is het brugdek minder onderhevig aan vervormingen door laskrimp. Troggen hebben wanddikten tussen de 5 en 8 mm (gemiddeld veelal 6 mm) en hoogten van 200 tot 350 mm, afhankelijk van de overspanning. Langsliggers 18.8 Dekverstijvingen uitgevoerd met kunnen tegen dwarsdragers worden gelast of worden doorgestoken. Dwarsdragers overspannen tussen verschillende profielen. de 2 en 5 m en bestaan uit een lijf en een onderflens. Vanwege het vele laswerk is een orthotroop brugdek relatief duur. Nadelig is ook de gevoeligheid voor vermoeiing. Deze nadelen wegen echter geenszins op tegen de voordelen (gewicht, onderhoud, toegankelijkheid, stijfheid). Bij een variant van de geïntegreerde dekopbouw worden de stalen dekplaat en langsliggers vervangen door een 220-280 mm dikke betonplaat. De betonplaat wordt met deuvels schuifvast verbonden met de onderliggende stalen dwarsdragers. Hierdoor ontstaat composietsamenwerking (afb. 18.9), waarbij de betonplaat bijdraagt aan de stijfheid van de stalen liggers.

vakwerkliggers

18.9 Composiet brugdek.

316

trapeziumvormige 'open' hoofdligger

meerdere liggers verdeeld over de brugbreedte

betontroggen op gewalste hoofdliggers (één trogligger per spoor)


18.10 Stalen kokerligger met staalplaatbetonnen brugdek, Moerdijkbrug.

De composiete variant is sterk in opkomst; vooral in de ons omringende landen, omdat de meest kostbare delen van de staalconstructie – die met het meeste laswerk – worden vervangen door een relatief goedkope betonplaat. In sommige gevallen worden ook op andere plaatsen de op druk belaste stalen liggerdelen (plaatselijk) vervangen door of versterkt met beton. Voorbeelden hiervan zijn doorgaande kokerliggerbruggen. Ter plaatse van de tussensteunpunten kan de onderflens van de koker worden voorzien van een samenwerkende betonplaat voor het opnemen van drukkrachten en voor het stabiliseren van de stalen flens, die in dat geval fungeert als verloren bekisting. In Nederland zijn tot nog toe wel vaste bruggen maar nog geen beweegbare bruggen met een betondek uitgevoerd (afb. 18.10). Hoofdliggers voeren de belasting in langsrichting af naar de opleggingen en leveren stijfheid aan het brugdek. Hiermee zijn ze vergelijkbaar met draagconstructies van daken in hallen, zie hoofdstuk 14 (Hallen). Hoofdliggers kunnen worden ingedeeld in enkelvoudige liggers (uitgevoerd als I-profiel en als kokerprofiel) en samengestelde liggers (uitgevoerd als vakwerk, Vierendeelligger en boog of als getuide, onderspannen en opgehangen ligger). Bij orthotrope brugdekken worden uit materiaaleconomisch oogpunt in nagenoeg alle gevallen twee hoofdliggers toegepast (of één koker). Bij oude basculebruggen met balkroosters werd vaak een groot aantal hoofdliggers toegepast om de constructiehoogte te beperken. Ook bij staal-beton dekken kan een groot aantal hoofdliggers evenwijdig aan elkaar worden geplaatst zodat er geen dwarsdragers nodig zijn. De stalen hoofdliggers kunnen eenvoudig worden aangevoerd en geplaatst, en er hoeven weinig koppelverbanden te worden aangebracht voor de kantelstabiliteit, voordat het betondek wordt aangebracht. Er worden twee typen slijtlagen toegepast op stalen bruggen: giet- of betonasfalt met een dikte van 50-60 mm. De dikke slijtlaag is gunstig voor de spreiding van de zware wiellasten. Hoewel formeel aan de slijtlaag geen constructieve sterkte mag worden toegekend, leert de ervaring dat de onderliggende dekplaat wordt ontlast waardoor de vermoeiingssterkte van de direct bereden staaldelen gunstig wordt beïnvloed. Op beweegbare bruggen wordt uit gewichtsoverwegingen veelal een 8 mm dikke slijtlaag toegepast, bestaande uit een primer en een epoxy hechtlaag die wordt ingestrooid met een gecalcineerde bauxiet.

317


1 8 . 2 • VA S T E B R U G G E N De classificatie van brugtypen geschiedt op grond van de vorm van de hoofdligger[4]. De ‘harde’ grenzen van de typologie-indeling vervagen in de praktijk steeds meer en er zijn recent nieuwe karakteristieke vormen en combinaties van bestaande typen ontwikkeld. In algemene zin wordt onderscheidt gemaakt tussen star ondersteunde rijvloeren (plaat-, koker-, vakwerk- en boogbrug) en verend ondersteunde rijvloeren (ponton-, tui- en hangbrug).

18.11 Plaatliggerbrug: verkeersbrug over de Zuid-Willemsvaart, Veghel.

>>

Plaatliggerbruggen (<150 m)

De plaatliggerbrug is geschikt voor overspanningen tot 35 m bij spoorbruggen en 150 m voor verkeersbruggen (afb. 18.11). Bij grote overspanningen wordt meestal een getoogde onderzijde toegepast in combinatie met korte zijoverspanningen. De zijoverspanningen werken daarbij verstijvend op de hoofdoverspanning door de inklemmende werking vanuit de doorgaande ligger. De dwarsdoorsnede bestaat uit twee of meer I-vormige hoofdliggers. Afhankelijk van de ligging van de rijvloer onderscheidt men de hooggelegen rijvloer, de tussengelegen rijvloer op halve hoogte én de laaggelegen rijvloer. Meest economisch is de hooggelegen positie, omdat de rijvloer dan constructief het beste meewerkt (afb. 18.12). Ook kunnen de hoofdliggers verder naar de brugas worden geplaatst, waardoor de overspanning van de dwarsliggers afneemt en er consoles kunnen worden aangebracht. Ten slotte kunnen de aansluitingen van de dwarsliggers ter plaatse van de hoofdligger eenvoudig fungeren als stabiliteitsverband voor de ongesteunde flens van de hoofdligger.

18.12 Positie rijvloer ten opzichte van plaatliggers.

318


18.13 Plaatliggerbrug: niet-uitgevoerd ontwerp voor de prijsvraag Javabrug over de IJhaven, Amsterdam.

Voor de prijsvraag van de Jan Schaeferbrug (voorheen Javabrug) in Amsterdam in 1995 is een bijzondere variant van de plaatliggerbrug ontworpen (afb. 18.13). Bij dit ontwerp liggen aan weerszijden van de rijvloer voor het snelverkeer de lager gelegen stroken voor het langzaam verkeer. In doorsnede heeft de brug de vorm van een trogprofiel, waarbij de flenzen dienen als rijvloeren. De lijven van de hoofdliggers zijn schuin geplaatst, van sparingen voorzien en verlopend in hoogte.

>>

18.14 Doorsnede kokerliggerbrug.

Kokerliggerbruggen (<150 m)

Bij de kokerliggerbrug wordt onder het dek een rechthoekige of trapeziumvormige koker als draagconstructie toegepast (afb. 18.14). Hierdoor zijn grotere overspanningen mogelijk ten opzichte van de plaatligger en kan torsiestijfheid worden geleverd, bijvoorbeeld voor horizontaal gebogen bruggen en tuibruggen. De grote plaatvelden worden verstijfd met langs- en dwarsverstijvingen en in sommige gevallen met dwarsramen. Het aantal verstijvingelementen wordt bij moderne bruggen zoveel mogelijk beperkt, omdat het aanbrengen en het onderhoud relatief kostbaar zijn. De fabricage van trapeziumvormige doorsneden is kostbaarder door de niet-loodrechte aansluitingen. Deze extra kosten worden gecompenseerd, doordat de smallere onderplaat minder hoeft te worden verstijfd. Een bijzondere variant van de kokerliggerbrug voor kruisingen met een grote vrije hoogte is de schoorbrug of tafelbrug. De koker wordt hierbij van onderaf gesteund door twee schuin geplaatste schoorpoten die momentvast worden aangesloten. Daardoor is tussen de poten van de schoren een overspanning mogelijk van meer dan 150 m. Bij spoorbruggen uitgevoerd als kokerligger is er een ontwikeling om de spoortaven in de constructie te integreren en in te gieten (afb. 18.15). Hierdoor wordt bereikt dat dergelijke ‘stille’ bruggen veel minder geluid produceren.

18.15 Spoorbrug met ingegoten spoorstaven (rechts). Deze zogeheten ‘stille brug’ veroorzaakt veel minder geluid dan een conventionele brug (links).

319


>>

Vakwerkbruggen (<300 m)

Laat men het niet effectieve materiaal van een hoge plaatligger weg, dan ontstaat de vakwerkvorm. Met vakwerkbruggen zijn overspanningen tot 300 m mogelijk bij een constructiehoogte van 1/12 tot 1/20 van de overspanning. Vakwerken zijn een samenstel van vormvaste driehoeken die (historisch gezien) rekenkundig onderling als scharnierend aangesloten worden beschouwd om de krachtenverdeling eenvoudig te kunnen afleiden. In een vakwerk worden randstaven (horizontalen) en wandstaven (diagonalen en verticalen) onderscheiden. Naar uiterlijke vorm worden K-, N- en W(arren)-vakwerken onderscheiden. Daarnaast is een enkelvoudig of meervoudig vakwerk mogelijk (afb. 18.16). De vrije randstaaf is gevoelig voor knik en kan worden gestabiliseerd door de wandstaven Ăłf door een secundair stabiliteitsverband tussen beide vrije randstaven. In het laatste geval ontstaat in dwarsdoorsnede gezien een portaal.

wandstaaf

hoofdligger dwarsdrager

kruisverband

K-verband

18.16 Verschillende typen vakwerken.

18.17 Vakwerkliggerbrug: staal-beton spoorbrug over de Main, Nantenbach, Duitsland.

Bijzondere varianten van de vakwerkligger (afb. 18.17) zijn de tralieliggerbrug en de Vierendeelbrug. De tralieligger werd in de 19e eeuw in Duitsland toegepast bij grote rivieroverspanningen. De wandstaven zijn hier vervangen door een dicht net van kruislings geplaatste platte strippen. Bij de Vierendeelbrug worden uitsluitend verticale wandstaven toegepast die ingeklemd worden aangesloten op de randstaven. De krachtswerking van een Vierendeelbrug laat zich vergelijken met een ongeschoord raamwerk. Een bijzonder onconventionele toepassing van een vakwerkbrug in combinatie met pontonondersteuningen â&#x20AC;&#x201C; als overspanning van een niet-bevaren fjord â&#x20AC;&#x201C; is recentelijk in Noorwegen gebouwd. Het vakwerk dient hier om de aanzienlijke lokale doorbuiging door de waterverplaatsing van een geconcentreerde last over een groter gebied te spreiden.

320


>>

18.18 Boogbrug met enkelvoudige boog: Demka spoorbrug over het Amsterdam-Rijnkanaal, Utrecht.

Boogbruggen (<500 m)

Bij boogbruggen (afb. 18.18) worden onderscheiden: een zuivere boog, een boog met trekband en een verstijfde staafboog. Met bogen zijn overspanningen mogelijk tot zoâ&#x20AC;&#x2122;n 500 m voor verkeersbruggen en 250 m voor spoorbruggen. Boogbruggen worden vaak uitgevoerd met een peil van 1:6 tot 1:8. De peil is de verhouding tussen de hoogte en de overspanningvan de boog. In alle gevallen wordt de reactie vanuit het dek op de boog overgebracht door buis- of I-profielen, stangen of tuien (hoogwaardige stalen kabels). In sommige gevallen worden de hangers in vakwerkverband aangebracht. Hierbij wordt een betere belastingafdracht verkregen, maar dit kan uitsluitend wanneer de hangers in alle belastinggevallen op trek worden belast. De beide benen van de boog worden op druk belast en zijn daardoor gevoelig voor instabiliteit. In het vlak van de boog is de buigstijfheid vaak voldoende. Uit het vlak van de boog wordt veelal een koppeling tussen beide benen aangebracht via een volledig bovenverband of enkele koppelstaven. Door beide boogbenen onder een hoek te plaatsen, en soms in de top te verbinden, wordt het bovenverband vereenvoudigd. Er wordt van een zuivere boog gesproken wanneer de rijvloer geen andere functie heeft dan het overbrengen van de belasting op de boog. De boog neemt dan zowel symmetrische (gewelfwerking door permanente belasting) als asymmetrische buiging (verkeer) op. De oplegpunten ter plaatse van de geboorte van de boog willen zijdelings uitwijken als gevolg van de horizontale ontbondene van de kracht in de boog. De landhoofden en de fundering geven door zijdelingse stijfheid weerstand aan deze kracht. Dit principe wordt dan ook meestal toegepast bij een rotsachtige ondergrond. Om de asymmetrische buiging op te kunnen nemen wordt de boog uitgevoerd als vakwerk of als massieve plaat- of kokerligger. De boog met trekband is vergelijkbaar met de zuivere boog, waarbij de horizontale spatkracht door de rijvloer wordt opgenomen. Er is sprake van een verstijfde staafboog wanneer de rijvloer alle asymmetrische belastingen met resulterende buigende momenten opneemt. De slank uitgevoerde zuivere drukboog wordt dan als gewelf belast door alleen de over de gehele bruglengte constant aangrijpende verticale belasting op te nemen. Met name bij spoorbruggen resulteert de zware eis ten aanzien van de doorbuiging in hoge verstijvingsliggers (afb. 18.19). In sommige gevallen wordt hiervoor een additioneel vakwerk toegepast (afb. 18.20).

18.20 Staafboog verstijfd met vakwerkligger: tweede spoorbrug over het Amsterdam-Rijnkanaal, Weesp[6].

18.19 Staafboog verstijfd met vollewandligger: spoorbrug over de Dintelhaven, Rotterdam Europoort [5].

321


18.21 Enkele boog met torsiestijve rijvloer: voetgangersbrug Campo Volantin, Bilbao, Spanje.

18.22 Onderspannen ligger: voetgangersbrug over de Ringvaart in de wijk Prinsenland, Rotterdam.

Een bijzondere variant van de verstijfde boog is de uitvoering met een enkele boog. In dit geval moet de boog zelf zijn volledige zijdelingse stabiliteit leveren en moet de rijvloer torsiestijf worden uitgevoerd (afb. 18.21). Verstijfde staafboogbruggen met een trekboog onder het brugdek komen nauwelijks voor. Een variant hierop is de onderspannen ligger, waarbij een onder het brugdek gepositioneerde spankabel door verticale koppelstaven in positie wordt gehouden en belast. Het brugdek neemt de buiging en de horizontale reactie op uit de spanboog (afb. 18.22).

>>

Tu i b r u g g e n ( < 8 0 0 m )

Na de Tweede Wereldoorlog komen hoogwaardige staalkabels beschikbaar. Daardoor maakt de tuibrug een enorme groei door bij bruggen met overspanningen tot 800 m. De reden voor deze populariteit ligt voor de hand. Bij alle voorgaande brugtypen vindt de krachtsafdracht grotendeels niet-effectief plaats door buiging of druk. Bij tuibruggen wordt buiging zoveel mogelijk vermeden en vindt het grootste deel van de krachtsafdracht plaats met schoorgeplaatste trekelementen. Deze tuien dragen de belasting vanuit het rijdek direct over op een enkele pyloon of meerdere pylonen. Met de Pont de Normandy (1995) baarde de Franse bruggenexpert Michel Virlogeux opzien. Met de recordoverspanning van 830 m was deze brug ruim 300 m groter dan zijn voorgangers. Inmiddels is de Tatarabrug in Japan recordhouder met 880 m. De tuien hebben geen buigstijfheid en nemen uitsluitend krachten in de asrichting op. Schuin geplaatste tuien geven daarom aanzienlijke horizontale drukkrachten in de rijvloer. De rijvloer wordt verend door de tuien gesteund. Daarom zijn in de meeste gevallen geen aanvullende maatregelen nodig om de stabiliteit de waarborgen. De pyloon draagt de verticale belasting uit de tuien af naar de onderbouw. In nagenoeg alle gevallen wordt het brugdek buiten de pylonen over een bepaalde lengte doorgezet om de belasting door de tuien op de pyloon beter te balanceren. Deze overkragende lengte is beperkt tot ongeveer de helft van de hoofdoverspanning om te voorkomen dat het middenveld opbuigt wanneer alleen de zijvelden zijn belast. Omdat een tuibrug nooit volledig in balans is, worden er verankeringstuien toegepast. Deze verbinden de pyloon aan de aarde en zorgen voor de standzekerheid van de pyloon. Het brugdek wordt verend ondersteund door de tuien. Bij het belasten van een tui vermindert de doorhang en wordt door de kleine doorsnede de elastische verlenging vergroot. Daarbij komt dat een grotere hoek met de verticaal betekent dat de tui het brugdek in verticale richting minder effectief steunt. Elke tui levert zo een eigen karakteristieke verticale stijfheid aan het brugdek. De nauwkeurige bepaling van de krachtverdeling is dan ook alleen met een computermodel mogelijk. Er

322


18.23 Tuibrug: verkeersbrug over de Waal, Ewijk.

wordt aangenomen dat de tuien worden belast door het betreffende tuiveld van de rijvloer. Door echter de kracht in de tuien te wijzigen door deze extra aan te spannen of te vieren kan de momentenverdeling van de rijvloer worden geoptimaliseerd. De rijvloer van een tuibrug is zeer slank. De constructiehoogte is 1/50 tot 1/200 van de overspanning. Er wordt onderscheid gemaakt tussen een harp- en waaiervormige tuiconfiguratie. Bij de waaiervormige configuratie grijpen alle tuien op dezelfde hoogte in de pyloon aan. De pyloon wordt niet belast op buiging. Bij harpvormige patronen lopen alle tuien evenwijdig aan elkaar en sluiten paarsgewijs aan op de pyloon. Alleen voor het eigen gewicht is de pyloon nu gebalanceerd. Een lokale geconcentreerde last op de rijvloer moet door buiging in de pyloon worden overgedragen naar de fundering en de verankeringstui. Bij tuibruggen met een enkel tuivlak (afb. 18.23) doet zich hetzelfde voor als bij de enkele boog: torsie moet via een zware torsiekoker in de rijvloer worden opgenomen. De tuibrug biedt een enorme vormgevingsvrijheid; het aantal uitvoeringsmogelijkheden is welhaast onbeperkt. De tuibrug leent zich uitstekend als bijzondere landmark (afb. 18.24). De ontwerper neemt dan meer in overweging dan uitsluitend het puur functionele gebruik. Tuibruggen zijn in verband met de vormgevingsvrijheid ook populair als ontsluitingen voor langzaam verkeer (afb. 18.25). De tuibrug leent zich uitstekend voor grote creatieve inbreng bij minimale extra investeringen.

18.24 Tuibrug: Erasmusbrug over de Nieuwe Maas, Rotterdam[7]. Zie ook afbeelding 15.54.

18.25 Tuibrug: voetgangersbrug Literatuurwijk, Almere.

323


TUIEN

18.26 Freyssinet-streng en spanapparaat.

Tuien zijn opgebouwd uit koudgetrokken staaldraden met een diameter van ongeveer 7 mm en een treksterkte van zo’n 1800 N/mm2. Er bestaan twee typen tuien. Bij de geslagen kabel (‘locked coil cable’) worden de draden spiraalsgewijs samengesteld tot één kabel van de benodigde diameter (35125 mm). De buitenste ring van draden heeft hierbij de vorm van een Z om een betere afsluiting tegen vocht te verkrijgen. Bij de tweede methode worden zeven draden samengesteld tot een streng met één kern en daaromheen zes spiraalsgewijs omwikkelde draden. De streng krijgt een gekrompen kunststof (PE) omhulling. Afhankelijk van de kracht kan elk gewenst aantal strengen tot tui worden samengesteld. De losse strengen worden in een kunststof mantelbuis opgenomen en individueel verankerd in een zwaar verankeringsblok. Het voordeel van strengen is de eenvoud van aanbrengen, spannen en vervangen. Het aanspannen vindt plaats volgens de ‘iso-tension’-methode, waarbij met een klein spanapparaat gelijke spankrachten in de verschillende strengen kunnen worden aangebracht (afb. 18.26).

>>

Hangbruggen (<2000 m)

Hangbruggen vertonen veel overeenkomsten met tuibruggen. Er zijn echter enkele markante verschillen. De rijvloer wordt gedragen door verticale hangers die aan een zware draagkabel worden bevestigd. De draagkabel wordt doorgaand over een zadel in de pyloon geleid en aan weerszijden ter plaatse van het landhoofd gefundeerd. Het landhoofd neemt hierbij de grote horizontale reactie uit de draagkabel op (afb. 18.27).

18.27 Massalichaam voor de verankering van draagkabels: de Kita en Minami Bisan-Setobruggen verbinden de eilanden Honshu en Shikoku. Kojima-Sakaïde route, Japan.

De draagkabel bestaat uit evenwijdige hoogwaardige koudgetrokken staaldraden waaruit een kabel met een diameter tot 1 m wordt samengesteld[8]. Bij een hangbrug is de verstijvingsligger veel slapper ondersteund dan bij een tuibrug. Bij een tuibrug is ieder deel van de ligger naar de vormvaste pyloon geschoord. Bij een hangbrug is de verstijvingsligger opgehangen aan de draagkabel die vervormt onder invloed van geconcentreerde belastingen. Hangbruggen hebben een toepassingsgebied voor overspanningen tussen 400 en 2000 m (afb. 18.28). Er zijn tot dusverre in Nederland geen hangbruggen uitgevoerd. Voor overspanningen groter dan 2000 m worden nieuwe concepten ontwikkeld waarbij de verstijvingsligger ook horizontaal wordt gesteund (zie afb. 18.2). 18.28 Hangbrug: Akashi Kaikyobrug over de Straat van Akashi, Kobe-Naruto route, Japan.

324


18.29 Plaatliggerbrug: Jan Schaeferbrug over de IJhaven, Amsterdam.

>>

Bijzondere bruggen

Door de steeds grotere betrokkenheid van architecten zijn in Nederland de laatste jaren een aantal markante vormgevingsoplossingen gepresenteerd. Bij de Jan Schaeferbrug in Amsterdam (afb. 18.29) – het uitgevoerde ontwerp van de besloten prijsvraag voor de Javabrug (zie ook afb. 18.13) – is een bijzondere constructie toegepast, die is afgeleid van de plaatligger[9]. Mogelijk nog extremer is het niet-uitgevoerde prijsvraagontwerp voor de Papendorpse brug bij Utrecht (afb. 18.30). Hierbij zijn de boog en overkraging gecombineerd in een ingenieus concept met schalen, waarbij de hoogte van de schaal in zijaanzicht overeenkomt met het niveau van de buigende momenten[10]. Een bijzonder brugtype is de op de bodem afgespannen onderwaterbrug of drijvende tunnel. Dit concept, voor het eerst toegepast in het meer van Lugano in Italië is ongevoelig voor de waterdiepte. 18.30 Schaalbrug: prijsvraagontwerp voor de Papendorpse brug over het Amsterdam-Rijnkanaal, Utrecht.

A Ë R O D Y N A M I S C H E S TA B I L I T E I T Tuibruggen en hangbruggen zijn aërodynamisch gevoelige brugtypen. Onder invloed van wind kan een verstijvingsligger, een tui of een hanger in beweging worden gebracht die leidt tot opslingering. Deze opslingering wordt veroorzaakt, doordat de aërodynamische weerstand van bijvoorbeeld een licht, periodiek bewegend, brugdek synchroon meeverandert. Door het meebewegen van het brugdek wordt de beweging van het totaal versterkt. Hierbij is van belang dat bruggen een lage eigendemping hebben.

325


In 1940 is de smalle hangbrug bij Tacoma Narrows in de Verenigde Staten ingestort nadat het brugdek enige maanden heftig had bewogen. De oorzaak lag in de te dicht bij elkaar liggende eigenfrequenties voor buiging en torsie, een verschijnsel dat wordt aangeduid als flutter. Het optreden van flutter maakt dat de torsie- en buigbewegingen elkaar versterken met het instorten van de brug als gevolg. Een bredere brug of een grotere torsiestijfheid (koker) is voldoende om flutter te voorkomen. Grote hangbruggen hebben tegenwoordig ingenieuze dempingssystemen tussen ligger, pyloon en draagkabel. In 1996 trad bij de Erasmusbrug een vorm van aërodynamische tui-instabiliteit op[11]. De bekende vormen van tui-instabiliteit leiden niet tot het instorten van de brug, want naarmate de amplituden groter worden neemt de eigendemping van de tui toe. Desalniettemin kunnen tuitrillingen op termijn leiden tot kabelbreuk door vermoeiing. Tui-instabiliteit kan onder meere worden verholpen door het toevoegen van externe demping, zoals bij de Erasmusbrug is gedaan.

18.3 • BEWEEGBARE BRUGGEN Tegenwoordig worden alleen de ophaalbrug, de basculebrug, de hefbrug, de draaibrug en de klapbrug met enige regelmaat toegepast. Andere brugtypen worden met name in hun historische context besproken[12]. Beweegbare bruggen kunnen worden onderscheiden naar de wijze van bewegen: rotatie om een horizontale as ophaalbrug, basculebrug, klapbrug, staartbrug, roll-on/roll-off brug (roro-brug) rotatie om een verticale as draaibrug, schipbrug, kraanbrug horizontale translatie rolbrug, rolbasculebrug, zweefbrug (‘pont transbordeur’) verticale translatie hefbrug De keuze voor een bepaald type brug wordt onder meer beïnvloed door: doorvaartwijdte, breedte van het dek, esthetiek, onderbouw, hoogste waterstand, vrije doorvaarthoogte, bewegingstijd, constructiehoogte en kosten. De toepassing van beweegbare bruggen in zeevaartwegen en hoofdtransportassen wordt waar mogelijk vermeden. In het havengebied van Rotterdam en Amsterdam worden – ondanks de hogere kosten – tunnels toegepast. In de binnenstad van Rotterdam bijvoorbeeld liggen wel (beweegbare) bruggen, omdat de aanleg van tunnels hier, in verband met de lange toeritten en grote waterdiepte, te ingrijpend is. Wanneer slechts incidenteel passage van scheepvaart plaatsvindt, worden vaste bruggen met een uitneembaar segment toegepast, zoals bij de Jan Schaeferbrug (zie afb. 18.29).

ONDERDELEN Onafhankelijk van het brugtype komen bepaalde constructie-elementen altijd voor als onderdeel van beweegbare bruggen. Deze onderdelen worden in dit kader kort verklaard. Vergrendeling

Een brugvergrendeling wordt bij verkeersbruggen toegepast tegen opwaaien of om de brug verticaal te positioneren ter plaatse van een railovergang. Bij spoorbruggen wordt de vergrendeling gebruikt om de brug vrij te geven voor treinverkeer.

326

18.31 Schema ophaalbrug.


Buffer

Buffers worden meestal toegepast ter plaatse van het contragewicht om de bewegingsenergie van de brug te dissiperen wanneer de brug door een systeemfout aan het eind van zijn beweging niet stopt.

Demper

Dempers worden toegepast ter plaatse van de vooroplegging van grote bruggen

Opzetwerk

Een opzetwerk is een verticale oplegging waarmee de brug ter plaatse van het

om de brug gecontroleerd met een lage snelheid op de oplegging neer te leggen. contragewicht kan worden ondersteund om de brug te fixeren. Om te voorkomen dat de brug op de oplegging gaat klapperen wordt de oplegging onder spanning aangebracht, waardoor de constructie letterlijk wordt opgezet. Tegenwoordig worden bruggen bij voorkeur met voldoende oplegdruk en zonder opzetwerk of vergrendeling uitgevoerd. Vastzetinrichting

Wanneer een brug langdurig open staat (onderhoud, schade) moet met een hogere windbelasting worden gerekend. Om te voorkomen dat de aandrijving hierdoor zwaarder moet worden uitgevoerd, wordt een additionele mechanische vastzetinrichting opgenomen. Bij hydraulische aandrijving voorkomt de vastzetinrichting tevens dat door olielekkage de brug zich langzaam sluit.

18.32 Ophaalbrug: UT-Delfiabrug, Groningen.

Achterhar, voorhar De harren zijn dwarsliggers ter plaatse van de overgang van het brugdek op het landhoofd of de pijler. Veelal worden deze liggers met een grotere stijfheid uitgevoerd om doorbuigingsverschillen bij de overgang te beperken. Regelballast

Het is ondoenlijk om het te balanceren gewicht van een brug exact te berekenen. Regelballast is onderdeel van het contragewicht, dat eenvoudig is aan te hangen of te verwijderen om gewichtafwijkingen eenvoudig te kunnen balanceren. Zo werd vroeger bij handbewogen ophaalbruggen in het najaar regelballast toegevoegd om het grotere vochtigheidsgehalte van het houten dek te compenseren.

Hefligger

De hefligger wordt met name bij spoorbruggen toegepast naast het brugdek. Wanneer de brug opent, grijpt de hefligger in het brugdek en neemt deze mee. De hefligger wordt niet belast door (trein)verkeer. Ook bij grote ophaalbruggen voor verkeer wordt soms een hefligger toegepast.

>>

Ophaalbruggen (<50 m; enkel)

Op één van de doorvaarpijlers staan één of twee hameistijlen, waarop de balans(en) rust(en) die door de hangstangen met het val zijn verbonden (afb. 18.31-18.33). Aan de achterzijde van het val bevindt zich de balans, het contragewicht voor het uitbalanceren van het val. Het bewegingswerk is meestal in de hameistijl opgenomen. Soms wordt het bewegingswerk ondergebracht in een kleine kelder onder de hameistijl. In het brugdek worden beide hoofdliggers verbonden door één of meerdere torsiekokers om verwringing van het dek bij ongelijke aandrijf- of balanceerkrachten te verhinderen. Dubbele ophaalbruggen worden tegenwoordig uitsluitend nog voor langzaam verkeer toegepast vanwege het risico op doorslag door de grote zijdelingse krachten op de landhoofden.

18.33 Ophaalbrug: de Grote Puntbrug, Vroomshoop.

327


>>

Basculebruggen (<90 m; dubbel)

Het val wordt uitgebalanceerd door een ballastkist aan het einde van de staartligger (dat is het deel van de hoofdligger dat voorbij het draaipunt doorloopt). In de meeste gevallen worden contragewicht en aandrijfwerk opgenomen in een kelder (18.34). De draaipunten van de brug bevinden zich op consoles tegen de voorwand van de kelder. Bij grote overspanningen (meer dan 50 m) worden dubbele basculebruggen toegepast. Hierbij wordt ter plaatse van het contragewicht een negatieve oplegging toegepast en worden in de doorvaart beide brugdelen gecentreerd door een dwarskrachtgrendel. Een nadeel van basculebruggen is dat bij hoge waterstanden (getijwerking) de kelder via de inlaten van de hoofdligger onder water kan lopen. Er worden dan bij voorkeur ophaalbruggen toegepast.

>>

Draaibruggen (<200 m; dubbel)

Bij kleine draaibruggen worden de hoofdliggers als vollewandliggers of kokers uitgevoerd. Bij grote draaibruggen worden vakwerken toegepast (afb. 18.35). De brug draait op een axiaal lager op de draaipijler. Om te kunnen bewegen worden de opleggingen afgelaten of wordt de brug met een hefcilinder vrij van de opleggingen gehesen. Een draaibrug kan gelijke of ongelijke armen hebben. In het laatste geval krijgt de korte arm een ballast voor het evenwicht. In gesloten stand wordt de standzekerheid gewaarborgd door een vergrendeling. Bij zeer grote overspanningen kan een dubbele draaibrug worden gemaakt. Draaibruggen worden tegenwoordig steeds minder toegepast. De reden voor de populariteit van dit brugtype in het verleden â&#x20AC;&#x201C; de lage benodigde aandrijfkracht â&#x20AC;&#x201C; valt tegenwoordig veelal weg tegen de ongeschiktheid voor grote wegbreedten.

>>

18.35 Draaibrug.

Hefbruggen (<250 m)

Ter plaatse van de vier hoekpunten van het val staan heftorens, waarlangs het val wordt geleid (afb. 18.36). De hijsliggers (verzwaarde einddwarsdragers) zijn met (evenwichts)kabels via kabelschijven verbonden met contragewichten die langs of in de heftorens worden geleid. Voorts kunnen er parallelkabels worden aangebracht die ervoor zorgen dat het val horizontaal blijft en aandrijfkabels voor de overbrenging van de aandrijfkracht. Een variant waarbij het hefsysteem in de pijlers is opgenomen is de tafelbrug.

>>

18.34 Basculebrug (op de voorgrond): Erasmusbrug, Rotterdam.

18.36 Hefbrug met boogligger.

Klapbruggen (<20 m)

Klapbruggen zijn ongebalanceerde basculebruggen met een compacte kelder. De grote krachtcapaciteit van hydraulische aandrijving wordt gebruikt om de klapbrug te openen.

>>

Staartbruggen

De staartbrug is een afgeleide van de basculebrug (afb. 18.37). Ter plaatse van het draaipunt worden de hoofdliggers, die naast het brugdek lopen, tweemaal geknikt tot een hogere positie. Hierdoor draait het contragewicht vrij van de waterlijn en is er geen kelder nodig. Door de korte staart zijn veelal zwaardere contragewichten nodig. In enkele gevallen zijn staartbruggen met een enkele staartligger toegepast.

18.37 Staartbrug: Slauerhoffbrug over de Harlinger Trekvaart, Leeuwarden.

328


>>

Bijzondere beweegbare bruggen

In afgelopen decennium zijn enkele bijzondere beweegbare bruggen gebouwd die niet onder een van voornoemde typen vallen (afb. 18.38 en 18.39). De brug In Kiel is een heel aparte ophaalbrug en de brug in Newcastle is een bijzondere draaibrug, waarbij de brug draai om een horizontale as door de oplegpunten aan beide oevers. 18.38 Harmonicabrug: voetgangersbrug over de Hรถrn, Kiel, Duitsland.

18.39 Millenniumbrug over de Tyne, Newcastle, Verenigd Koninkrijk.

329


BEWEGINGSWERK Het bewegingswerk dient niet alleen om de brug te openen en te sluiten met een voorgeprogrammeerde snelheid, maar ook om te versnellen (accelereren) bij de beginstand en te vertragen (retarderen) bij de eindstand. Deze overgangen dienen soepel en zonder schokken te verlopen. De beweging van de brug wordt vastgelegd in een snelheid-tijddiagram. Het aandrijven van bruggen kan handmatig, elektro-mechanisch of elektro-hydraulisch geschieden. Handbediening wordt veelal uitgevoerd als rechte heugelaandrijving van een draaiwiel met tandwieloverbrenging. Soms is de noodaandrijving als handbediening uitgevoerd.

Elektro-mechanisch Elektro-mechanische aandrijvingen (afb. 18.40) hebben een beperkte krachtcapaciteit op een relatief grote hefboomsarm. Het aandrijfkoppel van de motor wordt via een reductorkast overgebracht op de as

van

het

rondsel-

. Het rondsel drijft vervolgens een pennenbaan of heugelstang aan, waarmee de brug in beweging wordt gezet. Overige componenten zijn: de hydraulische koppeling, de synchronisatieas en de rem. In het verleden zijn verschillende methoden ontwikkeld om eenbrug mechanisch te versnellen of te vertragen. Voorbeelden zijn: het panamawiel, de gusto-schelp en de kromme heugel. Tegenwoordig wordt de snelheid geregeld via een frequentieregeling, die wordt gestuurd met een elektronische besturingskaart.

Elektro-hydraulisch Elektro-hydraulische bewegingswerken (afb. 18.41) zijn sterk in opkomst door de grote krachtcapaciteit. De hefboomsarm is beperkt. Er kan relatief compact en goedkoop worden gebouwd. Nadeel is het specialistische onderhoud, omdat in tegenstelling tot bij een mechanische aandrijving, een storing niet visueel is te traceren en te verhelpen. Met een continu regelbare pompopbrengst of met stroomregelventielen wordt het debiet verkregen waarmee één tot vier cilinders worden aangedreven. Met een kleppenblok worden additionele functies geregeld, zoals de bewegingsrichting, de inwendige voorspanning en de remklep. Cilinders kunnen staand of liggend, voor (drukkend) of achter (trekkend) het draaipunt aangrijpen op de brug. Cilinderkrachten kunnen zo groot zijn dat zonder maatregelen de brug met zijn totale gewicht uit zijn hoofddraaipunten kan worden gelicht.

18,05 m

22,5 m opzetwerk

val

aandrijving

rechte heugel

hoofddraaipunt

grendel

draaipunt NAP

50 m

18.40 Elektromechanische aandrijving voor de tweede Van Brienenoordbrug.

50 m

hydr. cilinder

vastzetinrichting

330

57,82 m

60,24 m

–8 m

buffers

18.41 Elektrohydraulische aandrijving voor de Erasmusbrug.

hydr. demper


1 8 . 4 • WAT E R B O U W Waterbouwkundige constructies zijn: sluizen, stuwen en stormvloedkeringen.

>>

Sluizen

Een sluis is een bouwwerk in een waterkering, waarbij het waterpeil aan weerszijden ongelijk is (afb. 18.42). Een sluis heeft als doel: schepen door te laten (schutsluis), overtollig water uit een polder door te laten (uitwateringssluis) of in te brengen (inlaatsluis), overstomingswater door te laten (ontlastsluis), een te hoge waterstand achter de sluis te verhinderen (keersluis) of het dichtslibben van waterwegen te voorkomen (spuisluis). Als afsluitdeuren worden meestal puntdeuren, roldeuren en hefdeuren (schuiven) toegepast.

18.42 Sluizen: Volkeraksluizen in het Volkerak, Willemstad.

18.43 Puntdeuren: Middensluis in het Kanaal Gent-Terneuzen, Terneuzen.

Puntdeuren in schutsluizen[13] bestaan uit twee gelijkvormige deuren die draaien om een verticale as aan één van de uiteinden (afb. 18.43). In gesloten stand staan de deuren onder een stompe hoek tegen elkaar. De spatkachten worden door de draaipunten (taatslager en halslager) overgebracht op het sluishoofd. Geopend bevinden de deuren zich in deurkassen in de zijwanden van het sluishoofd. De puntdeur bestaat uit een stalen beplating die meestal aan de laagwaterzijde wordt verstijfd door een raamwerk van horizontale en verticale liggers. Om tijdens het schutten de waterstand te vereffenen worden hefschuiven in de deur aangebracht. Pas na het vereffenen van de waterstand wordt de deur geopend. De enkele draaideur lijkt op de puntdeur, maar overspant de volledige doorvaartbreedte (afb. 18.44). In tegenstelling tot bij puntdeuren treden er geen spatkrachten op en sluit de deur loodrecht aan op de sluis. Een roldeur is een doosvormige constructie met onder meer beplatingen, verstijvingen en drijfkisten (afb. 18.45). De deuren maken bij het openen en het sluiten een beweging loodrecht op de sluisas. Een hefdeur is een vlakke deur die bij het openen en sluiten een verticale beweging maakt. 18.44 Draaideur: Schutsluis in Gorinchem.

18.45 Roldeur: Oranjesluizen in het Binnen-IJ, Amsterdam.

331


Kleine hefdeuren heten gewoonlijk schuiven. Ze bewegen in een verticale schacht of geleiding die v贸贸r de sluisopening is gemonteerd. Sluizen worden ook ingezet om omloopriolen af te sluiten. Hefdeuren hebben veelal een wielgeleiding. Hefdeuren in schutsluizen bevinden zich tussen twee heftorens of in een hefportaal. In de torens of stijlen van het portaal zijn daarbij vaak de contragewichten aangebracht om de hefdeur te balanceren.

>>

Stuwen

Een stuw reguleert de doorstroming van water, zodat de waterspiegel achter de stuw kan worden verhoogd. Gelet op de functie kan onderscheid worden gemaakt tussen debiet-regulerende en waterspiegel-regulerende stuwen. Als afsluitmiddel voor stuwen worden onderscheiden: de vizierdeur (afb. 18.47), de segmentdeur, de sectordeur en de hefdeur. 18.46 Stuw met vizierdeuren: stuw in de Lek, Hagestein.

>>

Stormvloedkeringen

Een stormvloedkering is een beweegbare waterkering in riviermondingen, waterwegen en zeearmen die bij stormvloed kan worden afgesloten om het achterland tegen overstromen te beschermen. Stormvloedkeringen worden zo vormgegeven dat bij normale omstandigheden scheepvaart en afwatering zo min mogelijk worden gehinderd. Een stormvloed is een incidenteel voorkomende combinatie van storm en springtij, die resulteert in een extreem hoge waterstand. Stormvloedkeringen worden meestal afgesloten met een segmentdeur, sectordeur, hefdeur (afb.18.48) of roldeur. Na de Oosterscheldekering (afb. 18.49) is de Maeslantkering (afb. 18.50) een nieuwe, markante technologische innovatie[14]. Alle krachten komen hier samen in een als bolscharnier uitgevoerd lager met een diameter van 8 m. Het scharnier is samengesteld uit gietstukken die met een grote maatprecisie zijn nabehandeld. De toeleidende constructiedelen zijn uitgevoerd in platen met dikten tot 200 mm, uitgevoerd in hogesterktestaal S460, zie hoofdstuk 3 (Soorten en kwaliteiten).

18.48 Stormvloedkering met hefdeuren: kering in de Oosterschelde, Veere.

18.47 Stormvloedkering met hefdeuren: Hartelkering in het Hartelkanaal, Rotterdam Europoort.

332

18.49 Stormvloedkering met sectordeuren: Maeslantkering in de Nieuwe Waterweg, Hoek van Holland.


18.50 Productieplatform met jacket constructie: Conoco Kotterfield op het Nederlandse deel van het Continentale plat.

18.5 • OFFSHORE Offshore constructies voor de winning van delfstoffen kunnen worden ingedeeld naar: toepassing exploratie, productie materiaal staal, beton of een combinatie van beide type drijvend, getuid of vast fundering rustend op de zeebodem of met palen verankerd

>>

Exploratieplatforms

De meest voorkomende typen exploratieplatforms zijn de ‘jack-ups’, ‘semi-submersibles’ en boorschepen. Jack-ups

Een jack-up bestaat uit een dek met drijfvermogen met drie of vier verticale poten op de hoeken. Op het dek bevindt zich onder meer de boorinstallatie en de bemanningverblijven. Zelfvarend of gesleept bereikt de jack-up zijn positie, waarna de poten worden neergelaten tot ze op de zeebodem voldoende draagkracht bereiken. Het dek wordt vervolgens langs de poten opgehesen tot boven het niveau van de hoogste golven. De grootste jack-up platforms opereren in waterdiepten van meer dan 100 m en hebben grote, uit vakwerkstaven opgebouwde poten die tijdens het transport tot grote hoogte boven de waterlijn uitsteken. Semi-submersibles

Semi-submersibles zijn vreemdsoortige, drijvende installaties met een gering waterdoorsnijdend oppervlak om zo min mogelijk last te hebben van de golven. Het grote dek bevindt zich boven de waterlijn en wordt via verticale kolompoten verbonden met drijvers onder de waterlijn. Dit type vaartuig wordt ook gebruikt voor de grote kraanschepen die offshore modules op zee installeren (zie afb. 18.3). Boorschepen

Boorschepen hebben dynamische positioneerinrichtingen, zodat ze in staat zijn om zonder ankers hun horizontale positie te behouden. Om de wisselende hoogte van de golven te compenseren is een deiningscompensatie-inrichting in de boortoren opgenomen.

333


>>

Productieplatforms

Productieplatforms hebben verschillende faciliteiten. De boortoren met ‘riser-rack’ is de plaats waar het destillaat (bijvoorbeeld ruwe olie) het platform binnenkomt. ‘Processing modules’ zijn modulen waar het destillaat geschikt wordt gemaakt voor transport. Het ‘living quarter module’ is een uit meerdere verdiepingen bestaand bemanningsverblijf, waarvan het dak veelal wordt gebruikt als helikopterdek. Een markant object is tevens de ‘flare boom’: een affakkelinstallatie aan het uiteinde van een lange mast. De meest voorkomende typen stalen productieplatforms zijn de ‘jackets’ en de ‘monopods’ en ‘tripods’. Jackets

Een ‘jacket’ (afb. 18.50) bestaat uit een vakwerkconstructie van poten (randstaven) en diagonalen (wandstaven), die via lange heipalen in de zeebodem wordt verankerd. Voor kleine waterdiepten, zoals in het Nederlandse deel van de Noordzee, worden de buispalen door de buispoten van het jacket geheid. Hierna worden aan de bovenzijde van het jacket de poten en de palen met elkaar verbonden. Het jacket hangt dan in feite aan de palen en doet daarmee dienst als knikverkorter voor de palen en brengt tevens de horizontale belasting naar de zeebodem over. In grote waterdiepten worden de palen tegenwoordig door geleiders om de poten van het jacket geheid, waarna de verbinding tussen de geleiders en palen tot stand wordt gebracht via groutinjectie. Een nieuwe ontwikkeling is om de verbinding tussen geleider en paal tot stand te brengen door het plastisch expanderen van de paal in een slotsponning in de geleider. Bij deze laatste methode staat het jacket dus op de palen, waardoor er een totaal andere krachtswerking in het jacket ontstaat. De bovenkant van het jacket ligt meestal zo’n 6 m boven het gemiddelde zeeniveau, zodat de palen bij redelijke weersomstandigheden aan het jacket kunnen worden gelast. Monopods en tripods

De enkelpoot (‘monopod’) en het driepootplatform (tripod) zijn jacket-varianten voor situaties waarbij de processing minimaal moet zijn of zelfs aan land geschiedt. In dat geval kan namelijk met een beperkte bovenbouw worden volstaan die op een enkele dekpoot wordt bevestigd die boven de waterlijn uitsteekt. Het tripod-systeem is in het verleden volledig uitgewerkt in staal als alternatief voor het Noorse Troll-veld in 350 m waterdiepte. Deze variant is echter niet tot uitvoering gekomen.

18.6 • OVERIGE CIVIELE CONSTRUCTIES >>

Tu n n e l s u i t g e p r o f i l e e r d e s t a a l p l a a t

Een geprofileerde stalen buis[15] biedt in een aantal gevallen gunstige toepassingsmogelijkheden voor waterafvoersystemen (zinker), als duiker (afb. 18.51) of als tunnel voor bijvoorbeeld vee of langzaam verkeer. Kleine doorsneden kunnen geheel worden geprefabriceerd, grote doorsneden worden op de bouwplaats samengesteld uit geboute segmenten waarvan de verbinding veelal niet volledig waterdicht is. Naast ronde doorsneden zijn ook elliptische en afgeplatte doorsneden mogelijk.

18.51 Wildwissel bij de Woste Hoeve over de A50. De stalen rand is afgewerkt met een betonnen taludafwerking.

334


Een belangrijk toepassingsgebied is de renovatie van beschadigde betonnen duikers. De stalen buis met een wanddikte van slechts enkele millimeters ontleent zijn stabiliteit aan de druk van het omringende grondlichaam waarop een grondverbetering is toegepast; de eigen stijfheid is beperkt. Een fundering is echter zelfs in slappe grond niet nodig. Bij toepassingen als verkeerstunnel moeten voldoende maatregelen worden getroffen tegen opdrijven.

18.52 Reuzenrad: Millennium Wheel, Londen, Verenigd Koninkrijk.

>>

Millennium-projecten

In het kader van de millenniumwisseling is in het Verenigd Koninkrijk een aantal opzienbarende projecten gebouwd. Het meest omvangrijke is de Millennium Dome in Greenwich bij Londen (zie afb. 14.49). Deze imposante hal met een capaciteit van 30.000 bezoekers heeft een doekoppervlak van 80.000 m2. Het dak bestaat uit textiel, gespannen door kabels die zijn afgeschoord door twaalf 100 m hoge, schuin geplaatste masten die elk 105 ton wegen. Het tweede opvallende project is het London Eye Millennium Wheel[16]: een reuzenrad met een diameter van 135 m (afb. 18.52). Het wiel staat aan de oever van de Theems en is uitgevoerd met een uitkragende as, enkelzijdig gedragen stalen buispoten en is afgeschoord met tuikabels. Ook de spaken van het wiel zijn uitgevoerd als tuikabels: vierenzestig spaakkabels voor het overbrengen van de 1000 ton eigen gewicht velg en zestien voor het overbrengen van de aandrijfkrachten. Om opslingeringsbewegingen te beperken zijn op de velg tweeendertig zogeheten â&#x20AC;&#x2DC;tuned mass dampersâ&#x20AC;&#x2122; aangebracht. Deze massa-veerelementen dempen de meest kritische bewegingen van het wiel. Bijzonder zijn ook de geheel gesloten, zelfdraaiende cabines met een totale capaciteit van 800 personen. Bij het constructief ontwerp en de fabricage was er een aanzienlijke Nederlandse inbreng.

335


>>

Gestapelde infrastructuur

Eén van de oplossingen voor de verkeersproblemen in drukbevolkte gebieden is gestapelde infrastructuur. Een voorbeeld hiervan is het bovengronds gelaagd toepassen van verkeersstromen. Afbeelding 18.53 toont het resultaat van een Nederlandse studie waarbij, in afwijking van Amerkaanse en Japanse portaalvarianten, is gekozen voor een aaneenschakeling van gekantelde bogen. Karakteristiek voor deze oplossing in staal-beton is de flexibiliteit ten aanzien van ondersteuningen en overspanningen, grote mate van transparantie van het onderdek en de mogelijkheid van kruisingen tussen beide stroken door de bovenlaag op een grotere hoogte te plaatsen. Zie ook afbeelding 10.14. Een ander voorbeeld van een gelaagde toepassing is het in het kader van de Randstadrail te ontwikkelen hoogspoorviaduct en -station Beatrixlaan in Den Haag. Een bijzondere toepassing van staal die een constructie met vrije overspanningen tot 50 m mogelijk maakt (afb. 18.54).

18.53 Twee concepten voor gestapelde infrastructuur.

L I T E R AT U U R 1. B.H. Coelman en J. Montijn, ‘Een beweegbare brug is óók een machine’, Bouwen met Staal 162 (2001), p. 54-56. 2. NEN 6788 (Het ontwerpen van stalen bruggen; Basiseisen en eenvoudige rekenregels. VOSB 1995), 1995 + wijzigingsblad 1999. 3. NEN 6786 (Voorschriften voor het ontwerpen van beweegbare bruggen. VOBB), 2001 + wijzigingsblad 2002. 4. J. Oosterhoff (red.), H.M.C.M. van Maarschakerwaart en G.J. Arends, Bruggen in Nederland 1800-1940. Deel 1. Vaste bruggen van ijzer en staal, Utrecht 1997. 5. B.H. Hesselink, H. Meersma en C. van den Heuvel, ‘Innovatief en elegant’, Bouwen met Staal 142 (1998), p. 16-23. Artikel over de Dintelhaven-spoorbrug in Rotterdam, Europoort. 6. C. Speksnijder, ‘Brug schuift over kanaal’, Bouwen met Staal 129 (1996), p. 22-26. Artikel over de tweede spoorbrug bij Weesp. 7. ‘Erasmusbrug, Rotterdam’, Bouwen met Staal 127 (1995), p. 23-48. Serie artikelen over de Erasmusbrug in Rotterdam. 8. J.J. Geerse, ‘Bouwen met staaldraad’, Bouwen met Staal 163 (2001), p. 32-37. Artikel over de bouw van een hangbrug en met name de zogeheten ‘aerial spinning’-techniek. 9. P.J.C. van Lierop, ‘Spierbundel zonder kapsones’, Bouwen met Staal 169 (2002), p. 12-18. Artikel over de Jan Schaeferbrug in Amsterdam. 10. A. Krijgsman, ‘Een brug te ver?’, Bouwen met Staal 147 (1999), p. 14-19. Artikel over het niet-uitgevoerde ontwerp van de Papendorpsebrug in Utrecht. 11. J.H. Reusink, ‘Zware dempers houden tuien definitief in bedwang’, Bouwen met Staal 137 (1997), p. 6-9. Artikel over de aanpak van de ‘trillende tuien’ van de Erasmusbrug in Rotterdam. 12. J. Oosterhoff (red.), B.H. Coelman en W.A. de Wagt, Bruggen in Nederland 1800-1940. Deel 2. Beweegbare bruggen, Utrecht 1999. 13. R.A. Daniël en D.J. Peters, Sluisdeuren op maat: traditioneel of innovatief’, Bouwen met Staal 151 (1999), p. 30-37. Artikel over het ontwerpen van puntdeuren. 14. J.A. van Akkeren, G. van de Molengraft, G.A.M. van Stekelenburg, G.K. Timmerman en L.G.M. Warmerdam ‘Sectordeuren beschermen Rotterdam tegen hoogwater’, Bouwen met Staal 135 (1997), p. 8-24. Artikel over de Maeslantkering in de Nieuwe Waterweg. 15. E. van der Pijl, ‘Rioolbuis groeit uit tot tunnel’, Bouwen met Staal 145 (1998), p. 42-44. Artikel over de toepassing van dunwandige, gegolfde buizen. 16. J. Berenbak, A. Lanser en N.G.D. Hoogendijk, Hollands glorie in hartje Londen’, Bouwen met Staal 154 (2000), p. 26-38. Artikel over het ‘Millennium wheel’ in Londen. 17. Zie ook de website: www.bruggenstichting.nl.

336

18.54 Hoogspoorviaduct Beatrixlaan, Den Haag..

BB18  

BB18 deel 18

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you