Over het project
Het project omvatte het ontwerp en de verificatie van een constructief detail in gewapend beton dat deel uitmaakt van een groter infrastructuursysteem.
Het viaduct (gebouwd 1974–1977) bestaat uit voorgespannen kokerliggers (overspanningen variërend van 26,5 tot 38 meter) met massieve voorgespannen dwarsbalken over de pijlers. Deze pijlers worden tijdens de bouw in secties vervangen. Hiervoor wordt het viaduct opgeheven met behulp van een tijdelijk ondersteuningssysteem (massieve gelaste staalliggers op steigeringstorens) en hydraulische vijzels. De bestaande pijlers worden ontlast en gesloopt, waarna nieuwe, langere pijlers worden gebouwd zodat het maaiveld kan worden verlaagd.
Oorspronkelijke situatie
Nieuwe situatie
Isometrisch aanzicht en dwarsdoorsnede van de tijdelijke ondersteuning (fragment uit het plan: Frutiger AG)
De constructie was onderworpen aan aanzienlijke geconcentreerde krachten, wat leidde tot complexe spanningsverdelingen in het betonvolume. De betonelementen zijn ontworpen conform Eurocode 2, met bijzondere aandacht voor:
- Lokale krachtinleidingsgebieden
- Verankering en krachtoverdracht tussen constructieve onderdelen
- Wapeningsopzet in verstoorde gebieden (D-gebieden)
Vanwege de geometrie en belastingscondities kon het constructieve gedrag niet worden beschreven met eenvoudige balktheorie. In plaats daarvan was een op Staafwerk gebaseerd inzicht in de krachtenstroom vereist om te waarborgen dat zowel betonnen drukgebieden als wapenings-trekstaven adequaat waren ontworpen.
Dwarsdoorsnede van de brugligger met een vergelijking van de krachtsverdeling in de bestaande constructie (boven) en tijdens de bouw (onder)
Technische uitdagingen
Een van de belangrijkste uitdagingen van het project was de verificatie van complexe spanningstoestanden in gewapend beton, met name in gebieden waar:
- Krachten werden ingeleid over relatief kleine oppervlakken
- Meerdere krachtspaden interageren binnen een beperkt betonvolume
- Wapeningscongestie potentiële uitvoerbaarheidsproblemen veroorzaakte
Traditionele ontwerpbenaderingen op basis van vereenvoudigde Staafwerk-modellen boden een eerste conceptueel inzicht, maar misten de nauwkeurigheid die nodig was voor de definitieve verificatie. Handmatige ontwikkeling van verfijnde Staafwerk-modellen zou uiterst tijdrovend zijn geweest en gevoelig voor conservatieve aannames, wat mogelijk zou leiden tot inefficiënte wapeningsopzetten.
Een ander kritiek punt was de noodzaak om duidelijk aan te tonen dat aan de Eurocode-eisen werd voldaan. Gezien het belang van de constructie moest het ontwerp transparant, traceerbaar en gemakkelijk te beoordelen zijn door alle projectbetrokkenen.
Oplossingen en resultaten
Om deze uitdagingen te overwinnen, implementeerde EMCH+BERGER AG Bern IDEA StatiCa Detail, waarbij de CSFM (Compatible Stress Field Method) werd gebruikt om het werkelijke gedrag van het gewapend-betondetail te analyseren.
De aanpak stelde de ingenieurs in staat om:
- De exacte geometrie van het betonelement te modelleren
- Realistische belastingscombinaties rechtstreeks op het model toe te passen
- Wapeningsopzetten te definiëren die praktische uitvoeringsbeperkingen weerspiegelen
In plaats van te vertrouwen op geïdealiseerde krachtspaden, bood de op de Eindige Elementen Methode gebaseerde analyse een duidelijke visualisatie van:
- Trajecten van de hoofddrukspanning in het beton
- Benuttingsgraad van individuele wapeningsstaven
- Scheurbreedten en spanningsniveaus onder gebruiks- en uiterste grenstoestanden
Dit maakte het mogelijk om de wapeningsopzet iteratief te verfijnen, waardoor een ontwerp werd bereikt dat zowel constructief efficiënt als uitvoerbaar was. Kritieke gebieden konden precies worden versterkt waar nodig, zonder onnodige overwapening elders.
De software genereerde ook heldere en uitgebreide uitvoer, inclusief benuttingsgraad-controles en grafische spanningsrepresentaties, wat het verificatieproces en de communicatie met beoordelaars aanzienlijk vereenvoudigde.
Conclusie
Door gebruik te maken van IDEA StatiCa Detail kon EMCH+BERGER AG Bern verder gaan dan vereenvoudigde ontwerpannames en kritieke beslissingen baseren op een realistische weergave van het constructieve gedrag. De methode bood zekerheid over de veiligheid en prestaties van het betondetail, terwijl een efficiënt en economisch ontwerp werd gehandhaafd.
Dit project toont aan hoe geavanceerde numerieke tools ingenieurs kunnen ondersteunen bij het aanpakken van complexe gewapend-betonuitdagingen, met name bij infrastructuurprojecten waar nauwkeurigheid, transparantie en naleving van normen essentieel zijn.
Probeer IDEA StatiCa gratis
Start vandaag uw proefperiode en geniet 14 dagen van volledige toegang en service, geheel kosteloos.
Start gratis proefperiode
