Tvångseffekter i plattrambroar

Tvång orsakat av exempelvis temperaturvariationer och krympning kan ge uppsprickning i betongbroar. För plattrambroar kan exempelvis skillnader i temperatur och krympning mellan olika konstruktionsdelar leda till tvång och uppsprickning, eftersom delarna sitter fast i varandra. I dagens norm beskrivs ett temperaturlastfall för detta scenario, som är väldigt kortfattat och som har tolkats olika av olika brokonstruktörer. Detta har lett till en osäkerhet i hur lastfallet ska hanteras. Samtidigt finns det ingen vedertagen metod för hur den minskning av tvång som sker vid uppsprickning ska hanteras vid dimensionering. Inom ramen för ett doktorandprojekt på LTH och Chalmers har därför ett nytt temperaturlastfall med olika temperatur i olika konstruktionsdelar tagits fram för plattrambroar i svenskt klimat. I projektet har även de sprickvidder som detta lastfall kan medföra undersökts. Resultaten har presenterats i en avhandling [1] samt i en kortare rapport som kan användas som stöd för brokonstruktörer vid dimensionering [2].

När temperaturen ändras i en bro, så ändrar även bron sin storlek och rör sig genom att den antingen krymper eller utvidgas. Men om delar av bron är förhindrade att röra sig, till exempel om de sitter fast i någon annan del, så uppstår tvångskrafter i bron. Exempelvis kan farbanan i bron som visas i ingressbilden tänkas bli varmare än väggarna, även kallade rambenen, när solen lyser på farbanan men inte på rambenen. När den uppvärmda brobaneplattan under farbanan vill utvidgas, så påverkar det också resten av konstruktionen och tvångskrafter uppstår. Även skillnader i krympning mellan olika delar, på grund av att delarna gjuts vid olika tidpunkter, ger upphov till tvångskrafter. De största tvångskrafterna uppkommer i detta fall i brons tvärriktning, det vill säga riktningen som vägen under bron på bilden går i. När brobaneplattan förlängs i tvärriktningen kommer rambenen också att tvingas förlängas eftersom konstruktionsdelarna sitter fast i varandra.

Olika tolkningar

I dagens bronorm finns ett temperaturlastfall som beskriver just skillnader i temperatur mellan konstruktionsdelar i broar. Men lastfallet är väldigt kortfattat, och anger endast att en temperaturskillnad på 15ºC kan antas mellan konstruktionsdelar oavsett vilken bro det är. Därmed har exempelvis brotypen eller brons placering ingen påverkan på lastens storlek, och det beskrivs inte heller hur temperaturen kan antas variera inom konstruktionsdelarna. Detta har lett till att olika konstruktörer och granskare har tolkat lastfallet olika, vilket i sin tur har lett till osäkerheter kring vilken tolkning som är lämplig att göra. Därför finns det ett behov av att undersöka hur temperaturen kan antas variera inom olika brotyper. I den aktuella studien har temperaturskillnader mellan konstruktionsdelar i plattrambroar undersökts, dels för att konstruktionsdelarna i plattrambroar sitter fast i varandra och att tvångskrafter därmed lätt kan uppstå i brons tvär-riktning, men också på grund av att det är den vanligaste brotypen i Sverige.

Läs hela artikeln i Bygg & teknik nr 4/20.

Artikelförfattare
Erik Gottsäter, Lunds Tekniska Högskola
Oskar Larsson Ivanov, Lunds Tekniska Högskola
Mario Plos, Chalmers