Onderzoeksproject NO/B/011 (Onderzoeksactie NO)
Context
Van 1952 tot 1993 werden de Belgische wegbruggen gedimensioneerd op basis van de norm NBN 5 met een type-voertuig afkomstig van een reglement van 1926. Ons vroeger onderzoek had aangetoond dat de werkingen veroorzaakt door deze belastingen 2 à 3 maal kleiner kunnen zijn dan de werkingen te wijten aan het huidige wegverkeer. Bijgevolg stelden de diensten die verantwoordelijk zijn voor de Belgische kunstwerken, zich vragen betreffende de betrouwbaarheid en de duurzaamheid van de bestaande bruggen.
De Eurocode "Acties van het verkeer op de bruggen" waarvan het ontwerp ENV 1991-3 in 1994 gepubliceerd werd door het CEN en waaraan we actief meewerkten wat de redactie ervan betreft, werd afgestemd op verkeersmetingen verricht langs Europese autosnelwegen. Men mag dus aannemen dat de in deze norm opgenomen belastingsmodellen representatief zijn voor de reële belastingen.
Het project
Het onderzoeksproject had tot doel in België methodologische bekwaamheden te ontwikkelen om wegbruggen te concipiëren of opnieuw te evalueren op basis van de Europese pre-normen en de in aanmaak zijnde nationale toepassingsdocumenten (NTD), waarbij rekening gehouden wordt met de werkelijke verkeersomstandigheden. Dit alles beoogde de optimalisatie van de in aanmaak zijnde definitieve Europese normalisatie. Meer bepaald moest het onderzoek de toepasbaarheid van de CEN normontwerpen nagaan en de betrouwbaarheid van de bruggen nazien door een gedetailleerde studie van bestaande bruggen. Bovendien werden proeven geprogrammeerd om het draagvermogen van platen te bestuderen onderworpen aan de rechtstreekse wiellast van vrachtwagens.
De bruggen die opnieuw berekend werden, werden, in gemeenschappelijk overleg met alle partners, gekozen om een maximum aan informatie te bekomen betreffende de elementen die door het huidige wegverkeer het meest verzwakt worden. Zo werden vier kokerbruggen in gewapend beton geselecteerd om informatie in te winnen voor overspanningen gaande van 5 tot 12 m, al dan niet met grondaanvulling en al dan niet scheef uitgewerkt. De twee bestudeerde bruggen met meerdere liggers in voorgespannen beton lieten toe de sterkte te bepalen van de balken, de dwarsbalken en de platen waarvan de overspanning begrepen is tussen 2,20 m en 3,40 m. De drie bestudeerde metalen bruggen hebben het nazicht mogelijk gemaakt van de sterkte van het brugdek opgevat als orthotrope plaat met verstevigers in T- of in trapeziumvorm, gedragen door balken met T-doorsnede voor de kleine overspanningen en met kokerdoorsnede voor de grote overspanningen.
De laboratoriumproeven op platen (uitgevoerd op ware grootte) lieten toe de voorwaarden voor de bijdrage van de asfaltbekleding in de buigsterkte van de platen van wegbruggen in het licht te stellen. De proef op de grote plaat heeft de maximale belastingen die in de hoofd- en de verdeelwapening optreden, tot uiting gebracht.
De partners
Voornoemde werkzaamheden werden als volgt tussen de verschillende partners verdeeld:
- Université de Liège, Service Ponts et Charpentes (A. Bruls, S. Barlet): Studie van de koker- en de balkbruggen en algemene coördinatie.
- Universiteit Gent - Laboratorium Magnel voor Betononderzoek (L. Taerwe, P. Thomas, A.-M. Poppe): Laboratoriumproeven.
- Universiteit Gent - Afdeling Weg- en Waterbouwkunde (Ph. Van Bogaert, I. Hemeryck): Studie van de metalen bruggen.
De werkzaamheden stonden onder de supervisie van een begeleidend comité.
Verwachte eind-bijproducten en resultaten
De case-studies hebben aangetoond dat er nagenoeg geen problemen zijn inzake bezwijkgrenstoestand (BGT) noch bij kokerbruggen, noch bij de balkbruggen en noch bij de metalen bruggen met orthotrope plaat. De problemen inzake vermoeiingssterkte situeren zich in enkele welbepaalde details van de orthotrope platen.
Bij de rechte kokerbruggen zijn er geen problemen indien ze berekend werden volgens de vroeger van kracht zijnde regels: zij voldoen allemaal aan de strengste klasse voorzien in de NTD van de ENV 1991-3. Een vereenvoudigde berekeningsmethode werd voorgesteld om rekening te houden met de verschillende belastingen die per rijstrook moeten aangebracht worden volgens de ENV 1991-3. In de uitgesproken scheve kokerbruggen heeft de studie belangrijke werkingen als gevolg van de dissymmetrische gronddrukken aan het licht gebracht. Bij de balkbruggen hebben de berekeningen uitgewezen dat er een probleem inzake bezwijken en levensduur bestaat voor de verdeelwapening van de platen van deze bruggen, inzonderheid wanneer de doorsnede ervan kleiner is dan 25 % van de doorsnede van de hoofdwapening.
De proeven hebben aangetoond dat de asfaltbekleding een verwaarloosbare bijdrage leverde in de plaatsterkte. De vermoeiingsproef op de grote plaat heeft van haar kant aangetoond dat de werkelijke maximale belasting van de hoofd- en de verdeelwapening - ter plaatse van de aangrijpende puntlast - duidelijk lager ligt dan de waarden die berekend werden met lineair elastische, isotrope, twee-dimensionale eindige elementen. Uiteindelijk is de werkelijke sterkte van de platen van de in dienst zijnde bruggen voldoende niettegenstaande het feit dat, voor de dimensionering, merkelijk kleinere belastingen beschouwd werden dan de werkelijke belastingen.
De eindige elementen analyse van de metalen bruggen heeft aangetoond dat hun bezwijksterkte ook aan de strengste klasse 1 beantwoordt, daar waar de vermoeiingssterkte niet onbegrensd is voor bepaalde details waarvoor de overwegende belastingen voortspruiten uit het rijwegverkeer.
Deze werkzaamheden hebben het bovendien mogelijk gemaakt de nationale toepassingsdocumenten tot een goed einde te brengen voor de Eurocode met betrekking tot de belastingen van het wegverkeer (ENV 1991-3) en tot de berekening van betonbruggen (ENV 1992-2) en van stalen bruggen (ENV 1993-2).
Méthodologie de conception et d'évaluation des ponts-route sous trafics réels : rapport final
Bruxelles : Politique scientifique fédérale, 2003 (SP1172)
[Om te downloaden]
