Projekt 8029 – Avslutat Broar med integrerade landfästen
Fördjupningsmaterial
Slutrapport
Informationsblad
Sammanfattning
Broar med integrerade landfästen har blivit allt populärare i USA, Storbritannien och Kanada. Med integrerade landfästen menas att överbyggnad och landfäste byggs samman till en samverkande enhet. Grundläggningen görs med vertikala pålar med liten styvhet som gjuts in i ändskärmen.
Den främsta fördelen med integrerade landfästen är att broarna blir fogfria och således mindre underhållskrävande än broar med fogar. Man slipper även lager vid ändstöden och därmed undviks framtida kostnader för lagerbyten. En annan fördel som framhålls är att man, i jämförelse med en ändskärmsbro, sparar in material för stödkonstruktioner vid ändstöden. Grundläggningsmetoden medför dock att hela landfästet rör sig med bron vid temperaturvariationer och att pålarna böjer sig. Detta skapar begränsningar för hur långa broar man kan bygga med denna teknik, bland annat beroende på att temperaturrörelsernas påverkan på pålarnas bärförmåga inte är fullständigt klarlagt.
Syftet med detta forskningsprojekt har varit att studera tekniken med integrerade landfästen och undersöka om brotypen passar för svenska förhållanden. Studien har fokuserat på samverkansbroar grundlagda på X-pålar.
Med bidrag från SBUF har arbetet utförts av Skanska Teknik AB i samarbete med Avdelningen för Stålbyggnad, Luleå tekniska universitet, och Scandiaconsult AB.
Projektet har omfattat studier av broar i USA byggda med integrerade landfästen, experimentella och analytiska studier av bärförmågan för pålar i ett integrerat landfäste samt ett pilotprojekt där en bro med integrerade landfästen byggdes över Fjällån i Västerbotten. Resultaten redovisas i en licentiatuppsats.
I USA har man cirka 40 års erfarenhet av broar byggda med integrerade landfästen och 1996 fanns det över 3000 broar av denna typ i drift. Där brotypen används anses den fungera bättre, vara billigare att bygga och kräva mindre underhåll än broar med lager och fogar. Trots detta byggs det nya broar med integrerade landfästen i relativt få stater (6-9 st) i USA. Orsakerna till detta är bland annat svårigheter att analysera påkänningarna i pålarna. De flesta stater begränsar längden på broar med integrerade landfästen till 45 meter. Några stater tillåter dock längre broar. Till exempel Tennessee, som numera tillåter 240 meter långa betongbroar och 120 meter långa stålbroar. Den längsta bro som byggts med integrerade landfästen ligger i Tennesse och är 358 meter lång.
De experimentella studierna omfattade provning av två X130 pålar som belastades under förhållanden liknande dem som finns i broar med integrerade landfästen. Ena änden av provpålarna var ingjuten i betong. Pålarna var även försedda med fjädrar för att simulera jordtryck mot påle. Vid försöken försköts betongen 25 mm i sidled motsvarande landfästets rörelse i en bro. Pålarna belastades sedan med normalkraft varvid bärförmågan uppgick till 73 respektive 79 % av den plastiska normalkraftskapaciteten.
Enligt licentiatuppsatsen tyder försöksresultaten på att en påles bärförmåga inte bestäms av dess dimensionerande lastkapacitet i brottgränstillstånd utan av krav i bruksgränstillstånd eller den geotekniska bärförmågan. Baserat på litteraturstudier, de experimentella studierna och kompletterande FE-analyser presenteras i licentiatuppsatsen ett förslag till dimensioneringsmetod för broar med integrerade landfästen. Förslaget omfattar dimensionering i bruksgränstillstånd och brottgränstillstånd samt för utmattning.
Den pilotbro som uppfördes över Fjällån utfördes som en samverkansbro med integrerade landfästen. Dimensioneringen utfördes enligt Bro 94, Supplement 4, BSK 98 samt BBK 98. Entreprenör var NCC Anläggning. Brons överbyggnad består av en platsgjuten farbana som samverkar med två svetsade stålbalkar c/c 5,0 meter. Fri brobanebredd är 9,0 meter och den teoretiska spännvidden 37,15 meter. Bron grundlades på åtta pålar av typ X180 vid vardera stödet. Pålarnas överdel (400 mm) göts in i ändskärmen för att på så sätt skapa ett landfäste som är integrerat med överbyggnaden. Brons rörelser tas upp genom att pålarna är flexibla och böjer sig. Pålarna placerades i en rad längs stödlinjen för att största flexibilitet skulle uppnås. Arbetet med bron pågick under tiden april till och med augusti 2000. De problem som uppstod i samband med byggandet var enligt intervju med platschefen att pålningen försvårades på grund av blockrik jord samt att armeringsarbetet för den armering runt stålbalkarna som gick in i ändskärmen blev betydligt mer tidskrävande än för armeringen i en konventionell ändskärm. Detta kan dock förbättras genom bättre armeringsutformning. Som helhet framhålls att slutresultatet, den färdiga bron, blev lyckat.
I licentiatuppsatsen redovisas även en jämförelse av uppskattade bygg- och underhållskostnader mellan tre broar med olika grundläggningssätt. En bro med fristående landfästen med spännvidd 2x56,75 meter, en bro med förhöjda landfästen (ändskärmsbro) med spännvidd 2x56,75 meter och en bro med integrerade landfästen med spännvidd 2x56,05 meter. Jämförelsen visar att för de antagna förutsättningarna är utförande med integrerade landfästen ekonomiskt fördelaktigt. Dock bör noteras att de uppskattade kostnaderna innehåller vissa osäkerheter, bland annat när det gäller kostnader för underhåll.
Den främsta fördelen med integrerade landfästen är att broarna blir fogfria och således mindre underhållskrävande än broar med fogar. Man slipper även lager vid ändstöden och därmed undviks framtida kostnader för lagerbyten. En annan fördel som framhålls är att man, i jämförelse med en ändskärmsbro, sparar in material för stödkonstruktioner vid ändstöden. Grundläggningsmetoden medför dock att hela landfästet rör sig med bron vid temperaturvariationer och att pålarna böjer sig. Detta skapar begränsningar för hur långa broar man kan bygga med denna teknik, bland annat beroende på att temperaturrörelsernas påverkan på pålarnas bärförmåga inte är fullständigt klarlagt.
Syftet med detta forskningsprojekt har varit att studera tekniken med integrerade landfästen och undersöka om brotypen passar för svenska förhållanden. Studien har fokuserat på samverkansbroar grundlagda på X-pålar.
Med bidrag från SBUF har arbetet utförts av Skanska Teknik AB i samarbete med Avdelningen för Stålbyggnad, Luleå tekniska universitet, och Scandiaconsult AB.
Projektet har omfattat studier av broar i USA byggda med integrerade landfästen, experimentella och analytiska studier av bärförmågan för pålar i ett integrerat landfäste samt ett pilotprojekt där en bro med integrerade landfästen byggdes över Fjällån i Västerbotten. Resultaten redovisas i en licentiatuppsats.
I USA har man cirka 40 års erfarenhet av broar byggda med integrerade landfästen och 1996 fanns det över 3000 broar av denna typ i drift. Där brotypen används anses den fungera bättre, vara billigare att bygga och kräva mindre underhåll än broar med lager och fogar. Trots detta byggs det nya broar med integrerade landfästen i relativt få stater (6-9 st) i USA. Orsakerna till detta är bland annat svårigheter att analysera påkänningarna i pålarna. De flesta stater begränsar längden på broar med integrerade landfästen till 45 meter. Några stater tillåter dock längre broar. Till exempel Tennessee, som numera tillåter 240 meter långa betongbroar och 120 meter långa stålbroar. Den längsta bro som byggts med integrerade landfästen ligger i Tennesse och är 358 meter lång.
De experimentella studierna omfattade provning av två X130 pålar som belastades under förhållanden liknande dem som finns i broar med integrerade landfästen. Ena änden av provpålarna var ingjuten i betong. Pålarna var även försedda med fjädrar för att simulera jordtryck mot påle. Vid försöken försköts betongen 25 mm i sidled motsvarande landfästets rörelse i en bro. Pålarna belastades sedan med normalkraft varvid bärförmågan uppgick till 73 respektive 79 % av den plastiska normalkraftskapaciteten.
Enligt licentiatuppsatsen tyder försöksresultaten på att en påles bärförmåga inte bestäms av dess dimensionerande lastkapacitet i brottgränstillstånd utan av krav i bruksgränstillstånd eller den geotekniska bärförmågan. Baserat på litteraturstudier, de experimentella studierna och kompletterande FE-analyser presenteras i licentiatuppsatsen ett förslag till dimensioneringsmetod för broar med integrerade landfästen. Förslaget omfattar dimensionering i bruksgränstillstånd och brottgränstillstånd samt för utmattning.
Den pilotbro som uppfördes över Fjällån utfördes som en samverkansbro med integrerade landfästen. Dimensioneringen utfördes enligt Bro 94, Supplement 4, BSK 98 samt BBK 98. Entreprenör var NCC Anläggning. Brons överbyggnad består av en platsgjuten farbana som samverkar med två svetsade stålbalkar c/c 5,0 meter. Fri brobanebredd är 9,0 meter och den teoretiska spännvidden 37,15 meter. Bron grundlades på åtta pålar av typ X180 vid vardera stödet. Pålarnas överdel (400 mm) göts in i ändskärmen för att på så sätt skapa ett landfäste som är integrerat med överbyggnaden. Brons rörelser tas upp genom att pålarna är flexibla och böjer sig. Pålarna placerades i en rad längs stödlinjen för att största flexibilitet skulle uppnås. Arbetet med bron pågick under tiden april till och med augusti 2000. De problem som uppstod i samband med byggandet var enligt intervju med platschefen att pålningen försvårades på grund av blockrik jord samt att armeringsarbetet för den armering runt stålbalkarna som gick in i ändskärmen blev betydligt mer tidskrävande än för armeringen i en konventionell ändskärm. Detta kan dock förbättras genom bättre armeringsutformning. Som helhet framhålls att slutresultatet, den färdiga bron, blev lyckat.
I licentiatuppsatsen redovisas även en jämförelse av uppskattade bygg- och underhållskostnader mellan tre broar med olika grundläggningssätt. En bro med fristående landfästen med spännvidd 2x56,75 meter, en bro med förhöjda landfästen (ändskärmsbro) med spännvidd 2x56,75 meter och en bro med integrerade landfästen med spännvidd 2x56,05 meter. Jämförelsen visar att för de antagna förutsättningarna är utförande med integrerade landfästen ekonomiskt fördelaktigt. Dock bör noteras att de uppskattade kostnaderna innehåller vissa osäkerheter, bland annat när det gäller kostnader för underhåll.