Casestudy

Lagerreparatie aan het Weyermannshaus Viaduct

Bern | Switzerland | Emch+Berger AG Bern

Concrete

Detail 2D

SIA (Switzerland)

Dit artikel is ook beschikbaar in:

Vertaald door AI vanuit het Engels

Infrastructuurprojecten in dichte stedelijke omgevingen vereisen vaak sterk geoptimaliseerde gewapend-betonconstructies, waarbij krachtoverdracht, detaillering en uitvoerbaarheid zorgvuldig op elkaar moeten worden afgestemd. Dit geldt in het bijzonder voor constructies die architectonische eisen combineren met strenge veiligheids- en duurzaamheidseisen, zoals constructieve betonelementen voor transport die worden blootgesteld aan hoge belastingen en langdurige gebruiksomstandigheden. In Bern, Zwitserland, was EMCH+BERGER AG betrokken bij het constructief ontwerp van een betonconstructie waarbij de nauwkeurige beoordeling van krachtoverdracht en wapeningsdetaillering cruciaal was. Het project vereiste een betrouwbare aanpak om complexe betongebieden te verifiëren die niet afdoende konden worden beoordeeld met standaard handberekeningen of vereenvoudigde analytische methoden.

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 Concrete, 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 Concrete 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.