Mulighet for bruk av trevirke i bæresystemet til jernbanebruer

Abstract

Bruer i tremateriale er ikke fordelaktige kun med hensyn til bærekraft, men også med tanke på kortere byggeperioder, noe som sparer på store byggkostnader. Jernbanebruer konstruert i stål og betong har likevel klart å finne sin plass foran trebruer på grunn av manglende forståelse til treets egenskaper som konstruksjonsmateriale.

I denne rapporten blir hovedspenn på 100 m til Minnevika dobbeltsporet jernbanebru med trevirke i bæresystem undersøkt. 4 brumodeller med limtrebue skal analyseres; 2 med CLTdekke og 2 med armert betongdekke. 2 av buebruer skal være som nettverksbue og de resterende 2 skal ha vertikale stag. Bruene med betongdekke skal i tillegg ha jernbanebruen ha ballastfritt spor, noe som har begynt å bli et populært fenomen i flere land i verden. Slab track blir gjennomgått som den aktuelle løsning til det ballastfrie spor. Det er regler i Eurokodene og Bane Nors lovverk som danner grunnlaget for dimensjoneringen. Modelleringsprogrammet Autodesk Robot Structural Analysis Professional og håndberegninger er brukt for å finne relevante laster.

Jernbanebruer ble analysert både med betongdekke og CLT-dekke og følgende kontroller med diverse lasttilfeller ble foretatt; modal analyse, nedbøyningskontroll, moment, skjær og knekking. I modalanalyse viste CLT-dekke å være stivere i langsgående retning, mens i tverrgående retning kom betongdekke bedre ut. I nedbøyningskontroll oppstod den maksimale nedbøyningen i betongdekke i buen med vertikale stag med en verdi på 165mm. Dette tilfredsstilte fortsatt kravet på 167mm. Med påsatt trafikklast fra tog viste betongdekke være bedre spenningsfordelende enn CLT-dekke. Når det gjelder moment- og skjærkrefter, nettverksbue viste seg å være bedre alternativ enn vertikale stag. De diagonale stagene med strekkbånd langs dekket klarte ta de meste av store spenninger. Under knekkanalyse fikk buen med vertikale stag minst kritisk lastfaktor med en kritisk knekklast på 254 660 kN. Denne lasten er mindre enn maksimale normalkraften i ULS under 30 000. Dermed kan det konkluderes at buene er trygge mot knekking.

Bruer i tremateriale er ikke fordelaktige kun med hensyn til bærekraft, men også med tanke på kortere byggeperioder, noe som sparer på store byggkostnader. Jernbanebruer konstruert i stål og betong har likevel klart å finne sin plass foran trebruer på grunn av manglende forståelse til treets egenskaper som konstruksjonsmateriale.

I denne rapporten blir hovedspenn på 100 m til Minnevika dobbeltsporet jernbanebru med trevirke i bæresystem undersøkt. 4 brumodeller med limtrebue skal analyseres; 2 med CLT-dekke og 2 med armert betongdekke. 2 av buebruer skal være som nettverksbue og de resterende 2 skal ha vertikale stag. Bruene med betongdekke skal i tillegg ha jernbanebruen ha ballastfritt spor, noe som har begynt å bli et populært fenomen i flere land i verden. Slab track blir gjennomgått som den aktuelle løsning til det ballastfrie spor. Det er regler i Eurokodene og Bane Nors lovverk som danner grunnlaget for dimensjoneringen. Modelleringsprogrammet Autodesk Robot Structural Analysis Professional og håndberegninger er brukt for å finne relevante laster. Jernbanebruer ble analysert både med betongdekke og CLT-dekke og følgende kontroller med diverse lasttilfeller ble foretatt; modal analyse, nedbøyningskontroll, moment, skjær og knekking. I modalanalyse viste CLT-dekke å være stivere i langsgående retning, mens i tverrgående retning kom betongdekke bedre ut. I nedbøyningskontroll oppstod den maksimale nedbøyningen i betongdekke i buen med vertikale stag med en verdi på 165mm. Dette tilfredsstilte fortsatt kravet på 167mm. Med påsatt trafikklast fra tog viste betongdekke være bedre spenningsfordelende enn CLT-dekke. Når det gjelder moment- og skjærkrefter, nettverksbue viste seg å være bedre alternativ enn vertikale stag. De diagonale stagene med strekkbånd langs dekket klarte ta de meste av store spenninger. Under knekkanalyse fikk buen med vertikale stag minst kritisk lastfaktor med en kritisk knekklast på 254 660 kN. Denne lasten er mindre enn maksimale normalkraften i ULS under 30 000. Dermed kan det konkluderes at buene er trygge mot knekking.