Het bepalen van de voertuigbelasting op een brugdek is essentieel voor het ontwerp en onderhoud van bruggen. Dit artikel analyseert de spanning en het scheurrisico van een brugdek onder invloed van overbelasting door voertuigen, gebaseerd op een 3D ruimtelijk model en gespecialiseerde Midas FEA software.
Illustratie van spanningssimulatie op een brugdek veroorzaakt door voertuigbelasting
Interactie tussen brugdek en balksysteem
Het brugdek, de langsbalken en de dwarsbalken vormen een complexe hyperstatische constructie. De analyse van deze constructie volgens een ruimtelijk model vereist complexe berekeningen. Gewoonlijk wordt het analyseproces vereenvoudigd door gebruik te maken van een dwarsverdelingsfactor om de bewegende belasting op elke balk te berekenen. Deze methode is echter vaak aan de veilige kant en niet materiaalbesparend.
Traditionele analysemethoden en beperkingen
Traditionele methoden beschouwen het brugdek vaak als een plaat die op twee of vier zijden rust, of als een doorlopende liggerstrook. De bepaling van de overspanning van de plaat en de randvoorwaarden in deze methoden is nog steeds inconsistent. De overspanning van de plaat kan bijvoorbeeld worden berekend als de hart-op-hart afstand tussen de balkflenzen of de afstand tussen de binnenkanten van de balkflenzen. De randvoorwaarden worden vaak beschouwd als ingespanen randen, een aanname die alleen redelijk is als de torsiestijfheid van de balk voldoende groot is en de verbinding tussen het brugdek en de balk sterk genoeg is.
Beschouwing van voertuigbelasting met meerdere assen en ruimtelijk model
De afstand tussen de assen van vrachtwagens is in de praktijk vaak klein, waardoor rekening moet worden gehouden met het belastingseffect van de assen die gelijktijdig werken. Dit artikel maakt gebruik van een 3D ruimtelijk model, waarbij rekening wordt gehouden met de gelijktijdige werking van het brugdek en het balksysteem, om de beperkingen van traditionele methoden te overwinnen. Gespecialiseerde Midas FEA software wordt gebruikt voor niet-lineaire scheuranalyse, waardoor de spanning en het scheurrisico van de constructie nauwkeurig kunnen worden beoordeeld.
Analyseresultaten en verdeling van scheurzones
De analyseresultaten laten zien dat onder invloed van overbelasting door voertuigen de doorbuiging en spanning in het wapeningsstaal binnen de toelaatbare grenzen blijven, terwijl het beton al is gescheurd. De balkflens scheurt meestal bij een lagere belastingsgraad dan het brugdek. De verdeling van scheurzones op het brugdek varieert ook afhankelijk van de positie. In het veldmidden verschijnen kleine scheuren bij een hogere belasting dan in de veldoplegging (0.5Pmax > 0.45Pmax).
Invloed van het inspan-effect van de balkflens
Het brugdek in de veldoplegging vertoont langsscheuren tussen de balkflenzen en bij de balkflens als gevolg van het inspan-effect. Daarentegen vertoont het brugdek in het veldmidden langsscheuren tussen de balkflenzen omdat de balkflens verdraaid is, waardoor het inspan-effect wordt verminderd. Wanneer de overbelasting door voertuigen groot is, verschijnen er lange langsscheuren tussen de dicht bij elkaar geplaatste wielen in het veldmidden, die niet voorkomen in de veldoplegging.
Conclusie
De scheuranalyse van het brugdek dat samenwerkt met de balkflens in een 3D model levert betrouwbaardere resultaten op dan vereenvoudigde modellen. De grote hoeveelheid berekeningen vereist echter het gebruik van gespecialiseerde software. Aanvullend onderzoek is nodig om de berekening van scheuren in het brugdek en de balkflens te vereenvoudigen, om het ontwerp en onderhoud van bruggen te optimaliseren.
