themaBeoordeling voorgespannen constructies4201252themaIn een uitgebreid onderzoeksprogramma heeftRijkswaterstaat betonnen kunstwerken in zijnhoofdwegennet beoordeeld op dwarskrachtsterkte.In verband met het grote aantal zijn deze kunstwerken gegroepeerd naar typologie. Allereerst isonderscheid gemaakt naar aangehouden ontwerpnorm. Kunstwerken ontworpen met de VB 74(NEN 3880) of later worden niet kritisch voor dwarskracht beschouwd en zijn niet verder beoordeeld.Gewapend betonnen kunstwerken, ontworpen meteen van de Gewapend Beton Voorschriften, wordenbehandeld in [1]. De voorgespannen kunstwerken,ontworpen met een van de (concept)richtlijnenvoorgespannen beton, komen in dit artikel aan bod.De praktijk van verfijnd herberekenen van voorgespannen constructiesBeoordelingvoorgespannenconstructies 1Beoordeling voorgespannen constructies 42012 53qR1R1R2In het onderzoeksproject zijn de voorgespannen constructiesverder onderverdeeld in:? voorgespannen platen;? prefab liggers;? T-liggers met tussenstort;? voorgespannen kokers.De volgorde van de te beoordelen kunstwerken heeft per groepplaats gevonden op basis van een risico-inschatting.Voorgespannen platenVoorgespannen platen worden gekenmerkt door een grooteigen gewicht. Het effect van de toegenomen asfalt- enverkeersbelasting is dus maar beperkt. De voorspanning metnagerekt staal heeft meestal een zodanig verloop, dat het eigengewicht vrijwel volledig wordt gecompenseerd door de voor-spanning (fig. 2). Tevens is er in de beginperiode van voor-gespannen constructies vaak zo veel voorspanning aange-bracht, dat er onder de totale ontwerpbelasting geen trek in deconstructie optreedt.De optredende dwarskracht is voor een voorgespannen plaatdus veel lager dan bij een gewapende plaat met dezelfdeafmetingen, terwijl het draagvermogen van de betondoorsnedegroter is door het aandeel van de normaaldrukkracht. Hierdoorvoldoen vrijwel alle voorgespannen platen aan de eisen vanNEN-EN 1992-1-1 (Eurocode 2).Prefab voorgespannen (omgekeerde) T-liggers metdruklaagBij een groot aantal kunstwerken zijn prefab voorgespannen(omgekeerde) T-liggers met druklaag toegepast. De meest voor-komende typen betreft de HNP-, HIP- (fig. 3) en ZIP-liggers vanSpanbeton en de Liesbosch-liggers (fig. 4). Liggers van anderetypen en van andere leveranciers zijn minder vaak toegepast.De toename van de belastingen in de norm betreft vooral degelijkmatig verdeelde belasting, veel meer dan het laststelsel.Omdat bij grote overspanningen deze gelijkmatig verdeeldebelasting dominant is, is hier de invloed van de toegenomenverkeersbelasting met de zwaar belaste vrachtwagenstrook ende toegenomen asfaltdikte aanzienlijk.Voor de totale belasting is het effect echter beperkt door de veellagere belastingfactor voor bestaande constructies.De tussenliggers blijken vaak de hoogste belasting te krijgen.Door het grote stijfheidsverschil tussen de hoge prefab liggeren het dunne dek, wordt de verkeerslast rechtstreeks, via dedichtstbijzijnde ligger, naar de nabij gelegen oplegging afgedra-gen. Er is dan ook nauwelijks sprake van spreiding van het last-stelsel in het gebied nabij de oplegging.In het algemeen is de beugelwapening bij deze prefab liggersgering (met uitzondering van de Liesbosch-liggers). Hierdooris de toetsing op afschuifbuigbreuk volgens NEN-EN 1992-1-1erg ongunstig. Deze schrijft immers voor dat geen gebruikmeer mag worden gemaakt van het betonaandeel als rekentech-nisch beugelwapening noodzakelijk is. Daardoor is in overleging. Rob de MeijerRijkswaterstaatir. Rob VergoossenRoyal Haskoning1 Voorgespannen kokerviaduct2 Voorspanning als belasting3 Dwarsdoorsnede HIP-ligger van NSM (Spanbeton)4 Dwarsdoorsnede TNP-ligger van Liesbosch beton234themaBeoordeling voorgespannen constructies42012545 De u.c.-waarden voor afschuifbuigbreuk en afschuiftrekbreuk6 Voorgespannen T-ligger met nagerekt staalliggers worden toegepast voor grote overspanningen en zijn somsver uit elkaar geplaatst (bijvoorbeeld maximaal 4,11 m bij deHollandse Brug). Ook hier is in de dunne lijven (dikte ca. 0,20 m)nauwelijks sprake van beugelwapening. Het rijdek, met een diktevari?rend tussen 0,15 en 0,25 m, is tussen de bovenflenzen van deliggers aangebracht en wordt alleen door dwarsvoorspanningverbonden met de T-liggers. Om de (dwars)stijfheid van het dekte vergroten, zijn er twee zware tussendwarsdragers aangebracht.Door de grote overspanning en het relatief lichte brugdek zijn deinvloeden van de grotere asfaltdikte en de zwaardere belastingvan de vrachtwagenstrook groot. De belastingtoename wordtonvoldoende gecompenseerd door de lagere belastingfactorenvoor bestaande constructies. Door de zware tussendwarsdragerswordt de verkeersbelasting echter wel beter verdeeld over deliggers dan wanneer deze niet aanwezig zouden zijn.De betonsterkte van T-liggers varieert nogal en daarom is vooralle T-liggers de sterkte door onderzoek aan betonkernen vast-gesteld.Ook bij deze liggers kan goed gebruik worden gemaakt van detoets op afschuiftrekbreuk. Omdat er nagerekt staal is toege-past, moet de breedte van de ligger worden gereduceerd met dehalve kabelomhulling. Uiteindelijk worden alle kunstwerkenmet deze T-liggers via een quick-scanmethode beoordeeld omde verschillen in overspanning en afstand tussen de liggersgoed mee te nemen. Naar verwachting zullen vrijwel alleT-liggers aan de eisen voldoen.Een punt van aandacht is de gevoeligheid voor aantasting doordooizouten van het dunne, in dwarsrichting voorgespannenrijdek. Of bij de voorgespannen tussenstort ook gebruik kanworden gemaakt van de membraamwerking [3] wordt nognader onderzocht.Voorgespannen kokersBij voorgespannen kokers is er sprake van zo veel variatie aantypen, dat in het project elke koker apart wordt beschouwd.Het betreft meestal statisch onbepaalde constructies met groteoverspanningen. Net zoals bij T-liggers zijn kokers, door degrote overspanning en het relatief lichte brugdek, gevoelig vooreen zwaarder asfaltpakket en de zwaardere verkeersbelasting.De toetsen op dwarskrachtsterkte zijn vergelijkbaar met deT-liggers met tussenstort, maar door de lagere betonstrekte(C35/45), de statisch onbepaalde constructies en de mindereffectieve voorspanning voor reductie van de dwarskracht is dekans op onvoldoende sterkte groter.Naast de dwarskrachtsterkte zijn het ontbreken van ophang-wapening en de stabiliteit van de koker belangrijke aandachts-met TNO en TU Delft besloten hierbij gebruik te blijven makenvan de toetsing volgens de VBC (NEN 6720). Dankzij de hogebetonsterkte (ten minste C55/67 [2]) en het toepassen van degemiddelde breedte van de ligger, met een maximum van1,25 bmin(volgens VBC art. 8.2.2), voldoen de liggers over eengroot gebied aan de eisen voor afschuifbuigbreuk. Maar voor hetdeel van de ligger tot circa 4d vanaf de oplegging blijkt niet altijdaan de eisen van de afschuifbuigbreuk te worden voldaan.Zowel NEN-EN1992-1-1 als de VBC kent echter ook de toet-sing op basis van de afschuiftrekbreuk. Deze mag wordentoegepast als de buigtrekspanning kleiner is dan fctk,0,05/CbijNEN-EN 1992-1-1 en 0,25 fbrbij de VBC. Bij deze toets opafschuiftrekbreuk wordt gecontroleerd of de hoofdtrekspan-ning in een doorsnede niet groter is dan de toelaatbare sterkte(bij NEN-EN 1992-1-1: fctden bij de VBC: fb). Deze vaak verge-ten toets op afschuiftrekbreuk geeft echter aan dat dit eersteongescheurde deel van de ligger een veel grotere draagkrachtheeft dan volgens de toets op afschuifbuigbreuk van de ligger.Het verschil in unity-check kan aanzienlijk zijn (fig. 5).Bij statisch onbepaalde constructies kan door het grote steun-puntsmoment niet altijd aan de eis met betrekking tot buigtrek-spanning worden voldaan. De statisch bepaalde liggers zullen inhet algemeen wel aan de eisen voor bestaande constructiesvoldoen. Deze verwachting is mede gebaseerd op de vergelijkingvan de eisen in de oude en de huidige normen (`normensprong').Voorgespannen T-liggers met tussenstortBij voorgespannen T-liggers met tussenstort gaat het om geprefa-briceerde liggers die zijn gerealiseerd in een veldfabriek. Dezemiddenligger (HIP)100,20,40,60,811,21 2 3 4 5 6 7snedenu.c.afschuifbuigbreuk 6.10bafschuifbuigbreuk 6.10aafschuiftrekbreuk 6.10bafschuiftrekbreuk 6.10a 5Beoordeling voorgespannen constructies 42012 55vaak afwijkende detailleringen, zoals haken, opgebogen wape-ning of het ontbreken van de extra lengte voor de verschovenmomentenlijn. Het is van belang een passende schematiseringte kiezen. Het is niet mogelijk om, zoals bij nieuwbouw, extrastaven bij te leggen. Door met gescheurde stijfheden te werken,puntopleggingen te wijzigen in een verend ondersteund vlak engebruik te maken van (beperkte) herverdeling kan de construc-tie vaak toch aan de huidige eisen voldoen. Dit vergt ook eengedegen kennis van de mogelijkheden van de gebruikte soft-ware en de geldende rekenregels met mogelijke verfijningen.Het is van groot belang dat het resultaat duidelijk wordt gepre-senteerd. Geen honderden bladzijden aan uitvoer, maar eengoede (grafische) presentatie van het totaal en de afzonderlijkebelastinggevallen. De constructeur moet alle rekentechnischemogelijkheden benutten om aan te tonen of een constructie ineen goede staat verkeert en voldoende sterk is. Gelukkig wordtdit veelal gedaan. Een gedegen controle door een andereervaren constructeur is daarbij noodzakelijk, omdat met veellagere belastingfactoren wordt gerekend. De ervaring leert datniet alle mogelijkheden worden benut en dat Rijkswaterstaatwordt geadviseerd om constructies te versterken. Het verster-ken of vervangen kost echter een veelvoud van een berekeningen de versterking kan door een verfijnde berekening veelalworden voorkomen. Een ervaren en nauwkeurige constructeuris daarbij van doorslaggevend belang. punten bij dit type ligger. Bij het oorspronkelijke ontwerp isuitgegaan van de bruikbaarheidsgrenstoestand, waarbij delijven en de dwarsdragers ongescheurd zijn. Tegenwoordigmoet echter een ontwerp in de uiterste grenstoestand wordengetoetst, waarbij scheurvorming optreedt en dus wel ophang-wapening noodzakelijk is.Dankzij de lagere belastingfactoren voor de bestaandeconstructies kan in veel gevallen met een gedetailleerdeeindige-elementenberekening worden aangetoond dat desterkte van de dwarsdragers voldoende is.Veel kokers worden bij de tussensteunpunten slechts onder-steund door ??n of enkele dicht bij elkaar geplaatste opleg-gingen. Bij het ontwerp is alleen rekening gehouden met eenenkele zware wagen op de buitenste rijstrook, naast de gelijk-matig verdeelde belasting van 4 kN/m?. De huidige verkeers-belasting gaat uit van een vrachtwagenstrook met een gelijk-matig verdeelde belasting van 10,35 kN/m?. Hierdoor zal, naastde grotere dwarskracht, ook een extra wringmoment door dekoker naar de eindsteunpunten moeten worden doorgegeven.Hierbij moet ook met de invloed van de windbelasting en eeneventuele centrifugaalkracht door de verkeersbelasting reke-ning worden gehouden. Bovendien kan bij onderhoud destabiliteit verder verminderen, doordat het asfalt over een deelvan het dek is verwijderd. Er zijn daarom echter maatregelennodig om aan de stabiliteitseisen te voldoen. Hierdoor moet bijonderhoud rekening worden gehouden met beperken van hetverkeer, of zelfs volledige afsluiting.Ervaringen met herberekeningenVoor alle typen bruggen geldt dat het voor constructeurs moei-lijk is om de gegevens uit oude tekeningen (en berekeningen) tevertalen. Het betreft vaak onbekende staalsoorten, glad staal,een hoger relaxatieniveau bij voorspanning enz. Ook zijn er RefeReNTieS1 Boer, A. de, Naaktgeboren, M., Wolsink, G. & Vergoossen, R.,Beoordeling gewapende constructies. Cement 2012/4.2 Vervuurt, A., Courage, W. & Steenbergen, R., Betonsterkte bestaandeconstructies. Cement 2012/4.3 Veen, C. van der, Gijsbers, J. & Boer, A. de, Drukmembraamwerking.Cement 2012/4.6