SE502338C2

SE502338C2 - Bridge construction and method of achieving such bridge construction

Info

Publication number: SE502338C2
Application number: SE9300502A
Authority: SE
Inventors: Anders Granstroem; Nils-Gustav Svensson
Original assignee: Anders Granstroem; Nils Gustav Svensson
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1993-02-16
Publication date: 1995-10-02
Also published as: EP0685018A1; DE69413950D1; SE9300502D0; DK0685018T3; NO953152D0; FI953847A0; NO304801B1; EP0685018B1; SE9300502L; DE69413950T2; WO1994019543A1; FI953847A; NO953152L; ES2125439T3; ATE172263T1

Abstract

This invention is a new type of bridge structure with a short erection time. The invention eliminates temporary supports and scaffoldings, and generates an aesthetical final product with the advantages of both a concrete bridge and a steel bridge. The invention may be used for car-, railroad-, bicycle- and pedestrian bridges or similar structures. The invention may also be used for temporary bridges, possible to disassemble. Between the main girders of the bridge (1), which are filled with concrete (2), a steel deck (3) is supported and connected to the bottom flanges (4) of the girders. On top of the steel deck a concrete slab (7) is cast. On top of the girder (1), which acts as a safety fence against collision in composite action with the concrete (2), an inclined railing (10) is connected, including a hand rail (11) that may be unspliced.

Description

502 338 sprickbildning, som på sikt bidrar till betongens och armeringsstålens nedbrytning. Brobanan avslutas vid brons båda sidor med en komplicerat formsatt och armerad kantbalk, i vilken räckesståndare gjuts fast. Detta utförande innebär dels att arbetsmomenten blir kostnadskrävande, tidsödande och riskfyllda, dels att konstruktionen blir känslig för brister i material och utförande. 502 338 cracking, which in the long run contributes to that of concrete and reinforcing steel degradation. The bridge track ends at both sides of the bronze with a complicated shaped and reinforced edge beam, in which railing posts are cast. This design partly means that the work steps become costly, time-consuming and risky, and that the construction becomes sensitive to shortcomings in materials and workmanship.

En brobana av betong på huvudbalkar av betong utförs vanligen på liknande sätt, med den skillnaden att formställning fordras även för balkarna. För att inte brobanan skall spricka loss från de vridstyva huvudbalkarna vid belastning på bron arrneras balkarna momentstyvt och skjuvstyvt ihop med denna.A concrete bridge deck on concrete main beams is usually constructed in a similar manner, with the difference that formwork is also required for the beams. To not the bridge deck shall crack loose from the torsionally rigid main beams under load on the bridge is arranged the beams momentarily rigidly and shearfully together with it.

Ställningsbyggnad, formsättning, armering och fonnrivning utgör tidsödande och riskabla arbetsmoment.Scaffolding, formwork, reinforcement and form demolition are time consuming and risky work steps.

Det är också känt att brobanan kan göras försänkt mellan huvudbalkarna, så att ett träg bildas. För att förhindra att botten faller ur armeras brobanan ihop med balkarna momentstyvt. Även med detta utförande föreligger risk för uppsprickning av brobanan, både i över- och underkant med risk för nedbrytning av betong och armering.It is also known that the bridge deck can be recessed between the main beams, so that a sluggish is formed. To prevent the bottom from falling out, the bridge deck is reinforced together with the beams are momentarily rigid. Even with this design, there is a risk of cracking of the bridge deck, both at the top and bottom with a risk of concrete degradation and reinforcement.

Det traditionella sättet att åstadkomma bäming från huvudbalk till huvudbalk är att med i brobanan av betong ingjutna armeringsstänger uppta dragkrafterna av moment. Brobanan är som regel för tunn för att medge användning av skjuvarmering. För att kunna uppta skjuvkrafter från hjultryck och andra laster måste den därför göras onödigt tjock. Ett alternativt sätt att uppta dragkrafter av moment är att utnyttja kvarsittande form av tunnplåt, vanligtvis med trapetsliknande tvärsnitt, som med diverse intryckningar eller utbuktningar i plåten anses gripa tag i betongens undersida. Denna metod är ej allmänt accepterad och används ej i vägbroar.The traditional way to achieve beaming from main beam to main beam is to absorb the tensile forces of the reinforcing bars cast into the bridge deck moment. The bridge deck is usually too thin to allow use screen heating. To be able to absorb shear forces from wheel pressure and other loads it must therefore be made unnecessarily thick. An alternative way of absorbing tensile forces step is to utilize the remaining form of sheet metal, usually with trapezoidal cross-section, as with various indentations or bulges in the plate is considered to grip the underside of the concrete. This method is not generally accepted and is not used in road bridges.

Uppﬁnningens ändamål och viktigaste kännetecken Ändamålet med uppﬁnningen är att ge en samlad lösning på ovan beskrivna problem. Uppﬁnningen utgör ett nytt sätt att kombinera kända och nykonstruerade konstruktionselement på ett sådant sätt att ovan beskriva 502 338 nackdelar undviks. Med uppﬁnningen uppnås snabbhet, ekonomi och säkerhet i arbetsutförandet.The purpose and most important characteristics of the invention The purpose of the invention is to provide a comprehensive solution to the above described problem. The invention is a new way of combining known and newly constructed structural elements in such a manner as described above 502 338 disadvantages are avoided. With the achievement, speed, economy and safety are achieved in work performance.

Bron utgörs av företrädesvis två bärande huvudbalkar med slutet tvärsnitt och höjd större än bredd, företrädesvis fyllda med oarmerad betong. Mellan balkarna sträcker sig ett kvarsittande självbärande ståldäck, som uppbär lasten av på detta gjuten brobana av betong. Däcket utgörs företrädesvis av med betongen samverkande stålkassetter med i hack utlagd fördelningsarmering, enligt svensk patentansökan 92031 92-1 .The bridge consists of preferably two load-bearing main beams with a closed cross-section and height greater than width, preferably filled with unreinforced concrete. Between the beams extends a persistent self-supporting steel deck, which carries the load off on this cast bridge bridge of concrete. The deck is preferably made of concrete cooperating steel cassettes with notched distribution reinforcement, according to Swedish patent application 92031 92-1.

Däcket äri underkant infäst i respektive stålbalk, företrädesvis dess underfläns, och brobanan är motgjuten balksidan, så att en last på brobanan ger försumbara inspänningsmoment i huvudbalkama, men så att moment av omvänt tecken kan överföras mellan huvudbalkarna via böjning i brobanan. Skjuvkrafterna från däcket till balkama överförs utan hjälp av armering direk. från ståldäcket ti!! huvudbalkarna. På detta sätt undviks sprickor i betongplattans överkant och skador på infästningselementen mellan däck och balkar.The tire is attached to the lower edge of the respective steel beam, preferably its lower flange, and the bridge deck is the counter-cast beam side, so that a load on the bridge deck gives negligible clamping torque in the main beams, but so that torque of the reverse sign can transmitted between the main beams via bending in the bridge deck. The shear forces from the tire to the beams is transferred without the aid of reinforcement directly. from the steel deck ti !! the main beams. In this way, cracks in the upper edge of the concrete slab and damage to the fasteners between tires and beams.

Betongplattansundersida skyddas av det kvarsittande ståldäcket, som företrädesvis är varmförzinkat. Eventuell uppsprickning koncentreras till ytan mellan stålbalk och däck. Läckage på detta ställe förhindras företrädesvis genom att däcket utförs förhöjt och med en sträng fogmassa. Däckets förmåga att överföra moment mellan huvudbalkama reducerar balkarnas vridmoment vid upplagen.Concrete slab underside is protected by the remaining steel deck, which preferably is hot-dip galvanized. Any cracking is concentrated to the surface between steel beam and deck. Leakage at this location is preferably prevented by that the tire is made elevated and with a strict sealant. The tire's ability to transmitting torque between the main beams reduces the torque of the beams at editions.

Uppﬁnningen innefattar även en metod att åstadkomma ständiga tryckspänningar i brobanans översida till ytterligare skydd mot vatteninträngning. Undersidan av stål blir samtidigt dragen, men där är betongen skyddad av de företrädesvis varmförzinkade stålkassetterna. Spänningstillståndet uppnås genom att de i huvudbalkarna infästa stålkassettema före gjutning pressas upp av en mellan och parallellt med huvudbalkama placerad provisorisk hjälpbalk. Denna äri sin tur förbunden med tvärgående balkar, företrädesvis infästa i huvudbalkamas yttersidor så att dessa vid ansättning av presskraften får en svag vridning utåt.The invention also includes a method of producing constant compressive stresses in the upper part of the bridge deck for additional protection against water penetration. The underside of steel is drawn at the same time, but there the concrete is protected by them preferably hot-dip galvanized steel cassettes. The state of tension is achieved by the i the main beams attach the steel cassettes before casting are pressed up by a between and provisional auxiliary beam placed parallel to the main beams. This is his turn connected by transverse beams, preferably attached to the main beams outer sides so that these, when applying the compressive force, have a slight outward rotation.

När balkspänningen lossas efter gjutning och härdning roterar huvudbalkarna tillbaka samtidigt som brobanan sjunker något i fältmitt och uppnår det v 502 338 eftersträvade spänningstillståndet med tryck i hela översidan. Metoden är speciellt lämplig för vägbroar med stor brobredd eftersom ståldäcket i gjutskedet blir kontinuerligt understöttat av hjälpbalken.When the beam tension is released after casting and hardening, the main beams rotate back while the bridge deck sinks slightly in the middle of the field and achieves it v 502 338 sought the state of tension with pressure throughout the upper side. The method is especially suitable for road bridges with a large bridge width because the steel tire in the casting stage is continuously supported by the help bar.

Bron kan utföras som snedkabelbro vid större spännvidd. Balkarna utförs då företrädesvis med lutande utsida med utvändiga plåtar svetsade direkt på balksidan för infästning av bärlinor. infästningsplåtar och bärlinor bildar då ett plan, i huvudsak parallellt med balksidan och excentriskt placerat i förhållande till balkens vridcentrum.The bridge can be designed as an oblique cable bridge with a larger span. The beams are then executed preferably with a sloping exterior with external plates welded directly on beam side for attachment of carrying ropes. mounting plates and carrying ropes then form one flat, substantially parallel to the beam side and eccentrically placed relative to the center of rotation of the beam.

Balkarna uppläggs på åtminstone några ställen på pelare eller tvärbalkar som kan ta upp resterande vridmoment från last på farbana eller excentriskt infästa bärlinor. Pelama utförs företrädesvis som färdigmålade stålrör, parvis lutande med en gemensam grundläggning nedtill, därifrån sig sträckande uppåt utåt så att de direkt uppbär respektive huvudbalk. På detta sätt uppnås ett estetiskt tilltalande utseende och störande ytavloppsrör från farbanan kan döljas i pelarna.The beams are laid in at least some places on pillars or crossbeams such as can pick up residual torque from load on track or eccentrically fasten carrying ropes. The columns are preferably made as pre-painted steel pipes, inclined in pairs with a common foundation at the bottom, from there extending upwards outwards so that they directly support the respective main beam. In this way an aesthetic is achieved appealing appearance and disturbing surface drain pipes from the waterway can be hidden in the pillars.

Pelarna bildar tillsammans med del av farbanan eller en tvärbalk en sluten V- form, väl ägnad att ta upp förekommande krafter. Pelarna utförs förträdesvis fyllda med oarmerad betong för att motstå påkörningskrafter.The pillars together with part of the fairway or a cross beam form a closed V- form, well suited to absorb existing forces. The pillars are preferably made filled with unreinforced concrete to withstand impact forces.

Uppﬂnningen, med eller utan betongfyllnad, är även lämplig för användning i demonterbara broar för provisoriska förbifarter eller överfarter, s k ﬂy-overs. Den permanenta brobanan ersätts då med ett ﬂertal mellan balkarna och ändstopp instängda brobaneelement. Huvudbalkarna sammankopplas sido- och vridstyvt med minst två tvärbalkar, som ej behöver vara placerade vid brons ändar.The solution, with or without concrete filling, is also suitable for use in demountable bridges for temporary bypasses or crossings, so-called ﬂ y-overs. The The permanent bridge deck is then replaced by a number between the beams and the end stop trapped bridge deck elements. The main beams are connected laterally and torsionally rigidly with at least two crossbeams, which need not be located at the bronze ends.

Fördelen med denna konstruktion är att brobanan beﬁnner sig i nivå med angränsande mark, varför både schaktning och bankfyllnad upp till brobanan undviks. Huvudbalkarna utgör ett naturligt avkörningsskgfdd, varför inte heller provisoriskt räcke behöver monteras. Tvärkrafter mellan brobaneelementen kan överföras med stödplåtar svetsade til! elementens undersidor med ett visst spe! och placerade på ett sådant sätt att stödplåtarna på det ena elementet är verksamma vid last på det andra elementet och vice versa. 502 338 Räckets funktion som lastupptagande övertas med uppfinningen av de betongfyllda balkama. Det avslutande handledarräcket kan därför utformas oskarvat och estetiskt tilltalande.The advantage of this construction is that the bridge deck is level with adjacent land, so both excavation and bank filling up to the bridge deck avoided. The main beams form a natural exit barrier, why not either temporary railing needs to be installed. Transverse forces between the bridge track elements can transferred with support plates welded to! the undersides of the elements with a certain spe! and placed in such a way that the support plates on one element are operating at load on the second element and vice versa. 502 338 The function of the railing as load-bearing is taken over by the invention of the concrete-filled beams. The final supervisor rail can therefore be designed unspoiled and aesthetically pleasing.

Avsaknaden av kantbalk samt det förhållandet att betong och fästelement i brcbaneplattan skyddas av den täta undersidan och det isolerande tätskiktet på ovansidan gör att betong, stål och armering får ett på alla sidor gott skydd mot tösalter, urlakning samt karbonatisering och korrosion.The lack of edge beams and the ratio of concrete and fasteners in the bridge deck plate is protected by the tight underside and the insulating sealing layer on the upper side means that concrete, steel and reinforcement have good protection on all sides thawing salts, leaching and carbonation and corrosion.

Används betongfyllda balkar med två närliggande livplåtar enligt uppfinningen uppnås betongbalkbrons fördelar ur temperaturutjämningssynpunkt, vilket ofta ger enklare och billigare landfästen, lager och övergångsanordningar. Samtidigt fås, i synnerhet med betongfyllnad, en konstruktion med god vridstyvhet och stabilitet samt stålbalkbrons fördelar med låg montagevikt coh hög förtillverkningsgrad, ytterligare förbättrade genom att balkarna utgör separata enheter kompletta med räcken som ej behöver skarvas samt att all formsättning och formrivning ersätts med permanenta konstruktioner. i Figurförteckning Figur 1 visar uppbyggnaden av ett brodäck med två huvudbalkar och med lutande pelarstöd utan tvärbalk.Concrete-filled beams with two adjacent life plates according to the invention are used the advantages of the concrete beam bronze are achieved from a temperature equalization point of view, which is often the case provides simpler and cheaper moorings, bearings and transition devices. At the same time available, in particular with concrete filling, a construction with good torsional rigidity and stability and steel beam bronze advantages with low installation weight and high degree of prefabrication, further improved by the fact that the beams form separate units complete with railings that do not need to be spliced and that all formwork and demolition is replaced with permanent constructions. in List of figures Figure 1 shows the construction of a bridge deck with two main beams and with inclined pillar support without crossbeam.

Figur 2 visar en detalj av en brobalk med anslutning till brobana och linstag.Figure 2 shows a detail of a bridge beam with connection to a bridge deck and rope struts.

Figur 3 visar ett brodäck med huvudbalkar och hjälpbalk under uppspänningsskedet.Figure 3 shows a bridge deck with main beams and auxiliary beam below the clamping stage.

Figur 4 visar uppbyggnaden av en demonterbar bro i monteringsskedet.Figure 4 shows the construction of a demountable bridge in the assembly phase.

Figur 5 visar en detalj av två angränsande farbaneelement med last på det högra. 502 538 Beskrivning av utföringsexempel Ett brosektion kan ha ett utseende enligt ﬁgur 1 och 2. Brobalkarna (1) är monterade på betongfyllda stålpelare (14), momentstyvt infästa i grunden (15).Figure 5 shows a detail of two adjacent waterway elements with load on it right. 502 538 Description of embodiments A bridge section can have an appearance according to Figures 1 and 2. The bridge beams (1) are mounted on concrete-filled steel columns (14), momentarily rigidly attached to the base (15).

Stålpelarna (14) och ståldäcket (3) eller ett särskilt dragkraftsupptagande element (16) bildar en slutan V-form. l stålpelarna ( 14) är ytavloppsrör (17) dolda.The steel columns (14) and the steel deck (3) or a special traction-absorbing element (16) forms a closed V-shape. In the steel columns (14), surface drain pipes (17) are hidden.

Några icke begränsande förslag vad gäller material och dimensioner skall även här nämnas. Kassetten(3) utförs i stålplåt med en godstjocklek på 4-7 mm.Some non-limiting proposals regarding materials and dimensions should also is mentioned here. The cassette (3) is made of sheet steel with a wall thickness of 4-7 mm.

Kassetten är varmförzinkad. Balkama (1) är 700 - 1500 mm höga. Pelama är runda med en diameter på 500 mm. Balkar. räcken och pelare är målade i avstämda kulörer.The cassette is hot-dip galvanized. The beams (1) are 700 - 1500 mm high. Pelama is round with a diameter of 500 mm. Balkar. railings and pillars are painted in matched colors.

Figur 3 visar en metod att åstadkomma ständig tryckspänning i hela brobanans översida. Ståldäcket (3) som är infäst (5) i stålbalkarnas underﬂäns (4) pressas före pågjutning upp med en längsgående provisorisk balk (18) vilande på provisoriska tvärbalkar (19), genom att gängade stänger (20) åtdrages med mutter. När betongen härdat Iossas de gängade stängerna (20) och brobanan fjädrar ner till ett jämviktsläge med överhöjd undersida (21) och en översida (22) med tryckspänningari betongen.Figure 3 shows a method of producing a constant compressive stress in the entire bridge path top. The steel deck (3) attached (5) to the bottom of the steel beams (4) is pressed before casting up with a longitudinal temporary beam (18) resting on temporary crossbeams (19), by tightening threaded rods (20) with nut. When the concrete has hardened, loosen the threaded bars (20) and the bridge deck springs down to an equilibrium position with a raised underside (21) and an upper side (22) with compressive stress in the concrete.

Figur 4 visar uppﬁnningen använd som provisorisk bro och ﬁgur 5 visar en detalj på kraftöverföringen mellan brobaneelementen. Huvudbalkarna (1) sidokopplas sido- och böjstyvt med tvärbalkar (23). Mellan balkarna (1) och på dess underflänsar (4) uppläggs brobaneelement (24-25) försedda med kraftupptagande plåtar (26-27), svetsade med ett visst spel (28) till elementens undersida (29). Plåtarna (26-27) är placerade på ett sådant sätt att plåtarna (26) träder i funktion vid belastning på element (25) och plåtarna (27) träderi funktion vid belastning på element (24).Figure 4 shows the structure used as a temporary bridge and Figure 5 shows a detail on the power transmission between the bridge track elements. The main beams (1) are connected to the side side and bend rigid with crossbeams (23). Between the beams (1) and on its lower flanges (4) are laid bridgeway elements (24-25) provided with force-absorbing plates (26-27), welded with a certain clearance (28) to the elements underside (29). The plates (26-27) are positioned in such a way that the plates (26) comes into operation when load on elements (25) and the plates (27) enter into operation under load on elements (24).

Claims

502 338 Patent claims

Bridge structure with load-bearing steel beams (1) and intermediate bridge deck, characterized in that the steel beams have a closed cross-section with a greater height than width and that the bridge deck is bent at its lower edge (6) with the steel beams below (4), for example with screws (5 ) close below the edge of the ns end, so that a load on the bridge deck gives negligible clamping moments in the steel beams.

Bridge construction according to claim 1, characterized in that the steel beams have an upwardly inwardly extending outside surface (1).

Bridge construction according to Claim 1 or 2, characterized in that the steel beams are filled with reinforced concrete (2).

Bridge construction according to claim 3, characterized in that the bridge deck is cast on a steel deck (3), shear-rigidly attached to the steel beams (4), for example with a high-strength screw (5), so that torque can be transferred between the bridge deck and steel beams the attachment (5) and a corresponding compressive force are transmitted with contact pressure between the upper edge of the plate (8) and the concrete-filled steel beam (2).

Bridge construction according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the steel beams (1) are connected laterally and torsionally rigidly with at least two cross beams (23) and that the bridge track is built with demountable elements (24-25) enclosed between the main beams (1) and end stops .

Bridge construction according to claim 5, characterized in that the elements (24-25) are provided with force-absorbing plates (26-27), welded with a certain clearance (28) to the underside (29) of the elements and placed in such a way that the plates (26 ) on the first element comes into operation under load on the second element (25) and the plates (27) on the second element come into operation under load on the first element (24).

Bridge construction according to one of the preceding claims, characterized in that the steel beams are terminated by a concave guide rail (10) with guides (11) which do not need to be joined. 502 338

Bridge construction according to one of the preceding claims, characterized in that fastening plates (12) for support ropes (13) are welded directly to the outer surfaces (1) of the beams, eccentrically in relation to the center of rotation of the beams.

Bridge construction according to one of the preceding claims, characterized in that it is laid on steel columns (14) filled with unreinforced concrete and momentarily rigidly fastened to the foundation (15).

Bridge construction according to claim 9, characterized in that the columns together with the steel deck (3) or a special traction-absorbing element (16) form a closed V-shape.

Method of producing constant compressive stresses in the entire upper surface of the bridge deck with a bridge construction according to one of Claims 1 to 4 or 7 to 10, characterized in that the steel deck (3) attached to the lower flanges (4) of the main beams is pressed up with a longitudinal beam ( 18) connected with t-paint (19) outwards eccentrically fastened (20) to the main beams, and that the compressive force after the hardening of the concrete is removed.