Jernbanebro København - Ringsted

TP 30

ISC Rådgivende Ingeniører A/S Øster Alle 31

2100 København Ø WWW.ISC.dk

2

Jernbanebro på strækningen København-Ringsted - TP 30 Den længste kompositdragerbro i Danmark

Civ. Ing Kjeld Thomsen,

Civ. Ing. Hilmer Jung Larsen, Civ. Ing Christian Riis Petersen, Civ. Ing. Philip Vang Jensen –

ISC Rådgivende Ingeniører A/S, Danmark

Figur 1 Visualisering af bro

1. Indledning TP30 er betegnelsen for en strækning på den nye København – Ringsted bane. TP 30 er i hovedsagen en jernbanebro med 512 meter længde. Bropakken er udbudt af Banedanmark i totalentreprise blandt prækvalificerede totalentreprenørkonsortier. TP30 broen blev vundet i en sådan totalentreprisekonkurrence af konsortiet Barslund-CG Jensen med ISC Rådgivende Ingeniører A/S som totalrådgivere, Orbicon som underrådgivere og CORE arkitekter som æstetiske konsulenter. Broen er i dansk sammenhæng en nyskabelse og følgende skal i den forbindelse fremhæves:

1. Udførelse som kompositdrager med et koncept der første gang er anvendt i Danmark. 2. Broen krydser motorvejen ved Vallensbæk i en vinkel på 15,8o for den nordlige del og 20,8o

for den sydlige del. Brokonceptet er valgt således, at lukning for trafik var begrænset til 2 weekender.

3. Dette sikres ved, at ståldelene løftes på plads – de ståldele, der spænder over motorvejen, løftes på plads i to faser. Mellem de to motorvejes traceer kan de monteres fra terræn uden gene for trafikken.

3

4. Alle svejste stød i hoveddrager og stød i krydsning med tværbjælker kan udføres fra stilladser der er ophængt i brokasserne.

5. Støbning af den 15 meter brede betonoverbygning (trykhoved i hoveddrageren) blev støbt fra stillads ophængt i hoveddrageren uden gene for trafikken.

Den samlede brolængde er 512 meter delt med en dilatationsfuge ca. i broens midte over en søjleunderstøtning. Spændvidderne for broen varierer mellem 36 meter og ned til 21 meter ved endefagene. De to brosektioner med en længde på ca. 256 m, er fastholdt ved endevederlagene med fri bevægelighed mod bromidten, hvor der er etableret dilatationsfuge over den midterste understøtning. Broen er udformet som kompositdrager, med et kasseformet tværsnit i stål med overliggende betondæksplade. Dækpladen er udført i max 60 cm beton faldende til 26 cm ved kantbjælker. Stålkassen har en bredde på 4 meter i bunden og 5 meter i overflangen mod betonen. Brodragerens højde varierer fra 2,5 meter i den sydlige ende og op til 3,3 meter i den nordlige ende. Der etableres en jævn overgang fra den mindre højde til den større højde over 3 fag.

Figur 2 Luftvue visualisering

Over betonpladen er der anordnet fugtisolering og beskyttelsesbeton og ballasten for jernbanen føres igennem over broen. Den forskydningsstive forbindelse mellem ståltværsnit og betonplade etableres ved hjælp af dybler påsvejst ståldrageens overflanger. Der er således etableret fuld sammenvirkning mellem beton og stål på hele strækningen. Det er første gang dette konstruktionsprincip er anvendt til en jernbanebro i Danmark af denne størrelse, belastet med tog, der kører med en hastighed op til 250 km/h.

4

Der er flere komplikationer i forbindelse med etableringen af denne bro. Den ene er, at broen krydser motorvejsudfletningen ved Vallensbæk i en meget spids vinkel, hvilket komplicerer etableringen af understøtninger.

Figur 3 Plan af bro

Den meget skæve skæring ved motorvejen samt den begrænsede konstruktionshøjde nødvendiggjorde mellemunderstøtninger af hoveddrageren i form af tværdragere – en slags ”tusindbensløsning”. Alternativet til en ”tusindbensløsning” ville være et overliggende bæreværk for eksempel i form af bue eller pyloner og stag. En sådan løsning var imidlertid i henhold til Banedanmarks udbudsbetingelse ikke acceptabel landskabsarkitektonisk. Det var derfor nødvendigt at etablere tværgående rammekonstruktioner, som kunne føre belastningen ud til søjler, der var placeret udenfor motorvejen og dennes senere påtænkte udvidelse.

5

En primær målsætning for udformningen af brokonceptet var helt basalt, at sikre færrest mulige gener og indskrænkninger for trafikken på denne meget trafikerede vejstrækning, der dagligt passerer Store Vejleådal tæt forbi Vallensbæk sø. Der er således etableret fire rammer i den sydlige ende af broen og tre tværgående rammer i den nordlige ende af den samlede konstruktion. Disse rammer får en spændvidde på helt op til 32 meter. Med hensyn til funderingen er de særlige problemer her, at sikre at fundamenterne ikke kommer indenfor en afstand af 5 meter fra de tværgående ledninger. I udbudsdokumenterne var der fastlagt en linjeføring for banen, som det har været nødvendigt, af hensyn til en konstruktiv højde, at ændre for at sikre både en hensigtsmæssig dragerhøjde og et nødvendigt frirum for motorvejen under jernbanebroen. Et andet forhold der har påvirket valg af brokoncept er, at der er en stor rekreativ miljøværdi i området. Derfor er det sikret at anlægget får en minimal barriere virkning i landskabet. Linjeføringen og frirumskravene for motorvejen har givet nogle begrænsninger med hensyn til valg af konstruktionshøjde. Derfor faldt valget på en kompositdragerløsning med understøtning tilpasset de mulige konstruktionshøjder.

Spændvidderne er nær de optimale for en bro af denne type med jernbanebelastning og med de stødpåvirkninger, der er tale om for højhastighedstog. Da hastigheder på 250 km/h ligger udenfor de hastigheder der normalt køres med i Banedanmark regi, og også de regler der er fastlagt for dynamiske analyser af broen, har det været nødvendigt at foretage helt specielle dynamiske undersøgelser for brokonstruktionen. Der er endvidere foretaget vurderinger for den integrerede konstruktion for tog og bro, for at sikre at passagererne ikke føler det ubehageligt at køre med toget hen over de elastiske understøtninger som broen i virkeligheden repræsenterer.

Figur 4 Opstalt af bro

2. Konkurrencen Totalentreprisekonkurrencen, der omfattede både design og udførelse, havde i slutfasen tre deltagere. Vinderen af konkurrencen ville være den der leverede det optimale økonomiske tilbud. Karakterparametrene havde tre forhold der skulle tilgodeses nemlig: prisen, æstetikken og den tekniske kvalitet. Prisen indgik med 40 %, æstetikken med 30 % og den tekniske kvalitet med 30 %. Forhandlingsproceduren indeholdt tre møder, hvor totalentreprenørens forslag blev gennemgået og successivt blev forbedret på alle områder med kommentarer fra bygherren.

6

Ved den tredje fremsendelse af det forbedrede projekt, blev Barslund-CG Jensens tilbud valgt. Dels fordi det var det billigste tilbud og dels fordi det blev evalueret som det teknisk bedste forslag. Hvor ISC´s projektforslag var en ren kompositkonstruktion, så indeholdt konkurrenternes forslag en betonbro og tunnelagtige konstruktioner, som i alle tilfælde på det æstetiske område blev vurderet mere massive i omgivelserne.

3. Designbasis Brooverbygningen blev beregnet efter Eurocode suppleret med særlige Bane Danmark krav. De primære design parametre er at strækningskategorien er en TEN med strækningshastighed 250 km/h. Da strækningshastigheden er over 200 km/h, medfører Banedanmarks regler, at der skal udføres særlige dynamiske analyser. Toglasten er LM71 og SWO. Stødtillæg beregnes svarende til et omhyggeligt vedligeholdt spor jf. BN 1- 59-4 afsnit 11.3.8. Komfortklassen regnes som værende meget god og broen skal have en forventet levetid på 120 år. Med hensyn til udmattelse, kræves 120 års levetidskrav. Udmattelsen skal eftervises for overbygningen i henhold til BN 1-59-4 afsnit 15.6.1, det vil sige sikker levetid 2, jævnfør EN 1993-2 med dansk national anneks med høje partialkoefficienter. Selve brokonstruktionen regnes i konsekvensklasse CC3 med K F1 = 1,1. Rækværker og sekundære konstruktioner beregnes i henhold til CC2 med KF1 = 1,0. Som nævnt skal der udføres en særlig dynamisk analyse, på grund af at hastigheden er større end de normale 200 km/h. Analysen af de dynamiske resonanseffekter udføres med en High Speed Load Model, som dækker 10 toglaster og akselkonfigurationer jævnfør EN 1991-2. Den dynamiske analyse udføres med hastighedsstep på 5 km/h i intervallet 100-300 km/h for 10 togkonfigurationer.

Figur 5 HSLM-A

7

Figur 6 HSLM-A

Med den dynamiske analyse verificeres det, at kravene overholdes, herunder brodækkets vertikale acceleration, dækkets vridningsdeformationer samt brodækkets lodrette deformationer og vinkeldrejning. Samtidigt undersøges brodækkets vertikale acceleration i forhold til komfortklassen ”meget god”, jævnfør DS/EN 1990/A1A2 afsnit A1 afsnit A2. 4.4.3.

Figur 7 Indhyldningskurven for nedbøjning, momenter og lodrette accelerationer

Der regnes med dæmpning 0,5 % for den sammensatte konstruktion i den dynamiske analyse. I øvrigt anvendes der for materialer S355 stål i primære konstruktioner. Der tages særlige hensyn til placering af plader således at de primære påvirkninger kommer i pladernes valseretning. Pladetykkelserne i konstruktionen varierer mellem 10 og 75 mm, hvilket stiller særlige krav til

8

leveringstilstanden for stålet og der for alle tykkere plader skal leveres i normaliseret og beroliget tilstand.

Figur 8 Tværsnit i bro

4. Brooverbygning Den samlede brolængde på de 512 meter er delt i to sektioner af hensyn til af temperaturdeformationer i dilationsfuge. Længderne af disse sektioner her henholdsvis 249,5 meter i den nordlige ende og 262,5 i den sydlige ende. Dilatationsfugen er placeret i broens midte ved søjle 9. de to brosektioner er kontinuerlige over enkeltstående søjler udenfor motorvejskrydsningen. I den nordlige ende af broen, der passerer hen over den ene del af motorvejstraceen er der etableret fire tværdragere der er understøttet på søjler placeret udenfor motorvejstraceen. Disse tværdragere der er simpelt understøttet, har en længde på ca. 25 meter, og hovedragerne har her en spændvidde på 26 meter mellem disse tværdragere. Disse søjler, der understøtter tværdragerne, er placeret således at de også giver mulighed for fremtidig udvidelse af motorvejen. I den sydlige ende af broen er der anordnet tre tværdragere. Den alignment der er valgt for broen tillader, på grund af frirumskravene for motorvejene, ikke den samme højde på hele brolængden. På den nordlige del bliver dragerhøjden af stålkassen begrænset til 2 m. Derfor er spændvidderne i denne del af broen også reduceret til 24,5. I den sydlige del er det muligt, at have en dragerhøjde på 2,8 meter af ståldelen for tværsnittet, hvilket bevirker at spændvidderne kan gå op til 36 m. Den maksimale længde af de tværgående understøttende bjælker er 32 meter.

9

Det statiske system udgøres således at en kontinuerlig drager, der er fastholdt ved endevederlagene. Over søjler er der anordnet sfæriske lejer med fri bevægelighed i længderetningen og fastholdelse i sideretningen. Tilsvarende er de dragere, der spænder på tværs af motorvejen, understøttet på betonsøjler understøttet på sfæriske lejer, der har bevægelighed i en retning udstrålende fra fikspunktet ved endevederlag og fastholdelse vinkelret derpå. I broens længderetning er fastholdelsen etableret ved endevederlagene ved en centralt placeret dorn forbindelse der er forspændt inde i endevederlaget. Under kasseprofilet er der over alle søjler placeret to sfæriske lejer tæt ved kasseprofilets kropplader, medens der for de tværgående rammers vedkommende kun er placeret et leje for at sikre fri vridningsmulighed over disse understøtninger. Hoveddrageren har i horisontalplanet en radius på 4200 meter. Tværsnittet for broen er valgt ud fra en parameteranalyse og hensynet til en optimal transport og montage til brostedet. Der er undersøgt 3 tværsnitsformer – nemlig et rent ståltværsnit, et betontværsnit og et komposittværsnit. Prismæssigt ligger beton- og komposittværsnittet som de mest optimale, men komposittværsnittet har væsentlige fordele i relation til bygningen hen over motorvejene og vil, på den måde konstruktionen er udført på, give en minimal gene og afbrydelse af trafikken. Derfor er komposittværsnittet valgt som den bedste løsning.

Figur 9 Opstalt – tværdrager – ny tegning

Dragerhøjden i den nordlige del er som sagt for ståltværsnittets vedkommende 2,8 meter, med en underflangebredde på 4 meter og overliggende 1 meter brede kraftige flanger med en mellemliggende tyndere plade, der danner underlag for betonstøbningen mellem disse flanger. Foldningsafstivningerne i det kasseformede tværsnit er anordnet som trapez formede profiler og tværskotterne er anordnet pr. 4 meter, der understøtter disse foldingsafstivninger. Den forskydningsstive forbindelse mellem den 50 cm tykke betonflangeplade og stålflangerne er etableret ved anordning af påsvejste dybler på overflangerne suppleret med langsgående fladjern på svejst den mellemliggende plade og med anordning af tværgående armeringsjern igennem huller i disse langsgående afstivningsplader. Derved sikres at belastningen under støbningen af betonpladen kan føres ud til tværrammerne og derfra til stålprofilet. Ovenpå betondækspladen er der anordnet

10

fugtisolering og en 60 mm tyk armeret betondæklag, hvorpå ballasten der føres hele vejen over broen er udlagt. Afvandingen fra brodækket føres igennem riste og rør ned gennem betonpladen og ned i brokassen og føres over langs i brokassen. I den sydlige brodel er tværsnittet lavere – nemlig 2 meter - men i øvrigt med samme bredde dimensioner, altså 4 meter for underflangen og 5 meter mellem kroppladerne der møder overflangerne i tværsnittet. Dette lavere tværsnit nødvendiggør den lavere spændvidde i den sydlige del. I øvrigt er det konstruktive princip det samme. De tværgående understøtninger er anordnet som kasseprofiler i stål med en bredde varierende fra 2,0 meter til 2,5 meter. Disse kasseprofiler har en svag hældning ud mod understøtningerne. Skæringen mellem de tværgående ståldragere og brohoveddrageren sker i samme plan blandt andet af hensyn til frirumsmulighederne. De tværgående dragere har også en betonoverflange der er udstøbt ovenpå kasseprofilet. For at lette denne udstøbning er kroppladerne ført 50 cm op over flangeniveauet for drageren og udstøbt med beton. De tværgående dragere virker så tilsvarende som kompositdrager. Betonen medvirker til at øge stivheden af de elastiske understøtninger for hoveddragerne som disse tværgående bjælker udgør. En af fordelene ved kompositkonstruktionen fremfor den rene stålløsning er også, at ståldragerdelen med hensyn til vedligeholdelse er beskyttet under de udkragede betonvinger. En ren stålløsning ville i højere grad udgøre et problem i relation til vedligeholdelse og korrosions angreb. Den samlede tværsnitsbredde for broen bliver, med de krav der er til geometrien fra Banedanmark under hensyn til baner og køreledningsmaster og ydre gangpassager -15 meter. Brokasserne er udført i S355 stål. Anvendelse af endnu bedre stål ville ikke medføre nogen besparelse, idet der er tale om en konstruktion der er dimensioneret ud fra udmattelse/levetid. Korrosionsbeskyttelsen er i selve kasserne sikret ved affugtningsanlæg, der er placeret ved hver brovederlag. Stålets korrosionsbeskyttelse på de udvendige flader er udført med system svarende til korrosionsklasse C5-I efter DS/EN ISO 12944-2. Forventet levetid er 25 år. De meget store kræfter i broens længderetning fra bremsning og temperaturvariation overføres til endevederlagene. For at sikre overførsel af disse store kræfter er der anordnet en forankring af dornlejet med seks Macalloy forspændingsstænger. De særlige fordele ved kompositløsningen i relation til minimeringen af gener for motorvejstrafikken, er nærmere omtalt i afsnittet om transport og montage, men de baserer sig i hovedprincippet på, at den bærende stålkonstruktion monteres og sammensvejses i sin helhed, hvorefter forskallingssystem kan placeres på dragernes overflange for udstøbning af hele dækpladen sektionsvis. Hele dette forskallingssystem er udviklet så det ikke kommer til at genere frirumsprofilet for motorvejen.

11

5. Underbygning Den bærende overbygning er understøttet på indspændte betonsøjler med en dimension på 4x2 meter bortset fra den søjle, der er placeret ved broens dilationsfuge i linje 9, hvor der af hensyn til den store bevægelse i forbindelse med temperaturudvidelsen er valgt at øge betonsøjlens tykkelse til 2.5 meter. Bredden af søjlerne foroven svarer således til bredden af stålkassedragerprofilet. De to lejer på de indspændte søjler er rykket ind således at der bliver en klar overgang mellem stålkasse og betonsøjle. Denne indrykning af lejerne nødvendiggør et særligt afstivningsarrangement mellem hoveddrag / kroppene, således at der etableres en hensigtsmæssig kraftoverføring mellem leje og ståldrager. Søjlerne der understøtter de tværgående bjælker henover motorvejen er reduceret i størrelse svarende til påvirkningerne, men har dog samme tykkelse i broens længderetning.

6. Fundering Funderingsforholdene var meget varierende på brostrækningen i nogle områder var der hård moræne, hvor der kunne funderes direkte og i nogle områder var det nødvendigt at foretage pælefundering. Pælefunderingen var også nødvendiggjort i et område hvor der skulle føres store ledninger under jord på tværs af broen som var beliggende i nærheden af fundamentsplaceringerne. Det var blandt andet fjernvarmeledninger, højspændingsledniger og gasledninger. Alle betonsøjler der understøtter både bro og tværdragere er indspændt i fundamenterne.

Figur 10 Opstalt tværdragere. Snit i brodrager

Endevederlagene er kraftige betonstøttemure med fløje udformet med spunsvægge, der er gensidigt forankrede. Støttemurene i beton får nogle meget kraftige dimensioner fordi de skal overføre de voldsomme bremse- og temperaturkræfter i broens længederetning fra broen -til endevederlagene. Ved endevederlagene er der anordnet overgangszone med cementstabiliseret grus til selve brofagene. Alle fundamenter og endevederlag kan udføres uden at skabe gener eller trafikproblemer for motorvejene.

12

Affugtningsanlæggene er anordnet i reces i endevederlag ved siden af brokassen for nem adgang til servicering.

7. Dynamik Da strækningshastigheden for TP30 jernbanebroen er 250 km/h udføres en detaljeret dynamisk analyse som en del af broprojekteringen. Analysen af de dynamiske resonanseffekter udføres med High Speed Load Model-A (HSLM-A), som dækker 10 tog-, last- og akselkonfigurationer iht. nedenstående skema fra EN1991-2. Den dynamiske analyse udføres med hastighedsstep på 5 km/h i intervallet 100 km/h – 300 km/h (28 m/s – 83 m/s) for disse 10 tog-konfigurationer. Analysen udføres med udgangspunkt i en karakteristisk lastkombination, hvor broens masse, udover den bærende kompositkonstruktions egenvægt, udgøres af egenvægten fra ballast og permanente banetekniske installationer.

Figur 11 Deformationsfigur

Analysen udføres med HSLM-A1-10 lasten påført på ét spor (det mest ugunstige). Såfremt lasten med dynamiske effekter overstiger de statiske laste LM71 / SW/0, inkl. den påførte dynamiske faktor og α-værdi, erstattes disse i begge spor med HSLM-A1-10 i brudgrænsetilstanden. Partialkoefficienterne for HSLM-lasten regnes i dette tilfælde iht. BN1-59-4. Tilsvarende forhold gør sig gældende for udmattelseseftervisningen for komposit-konstruktionen (med reduceret α på LM71 / SW/0), hvor HSLM-partialkoefficienterne ligeledes er iht. BN1-59-4.

13

Med den dynamiske analyse verificeres det, at trafiksikkerhedskravene overholdes – herunder brodækkets vertikale acceleration, dækkets vridningsdeformation samt brodækkets deformation og vinkeldrejning iht. DS/EN 1990/A1 A2.4.4. Samtidig vurderes brodækkets vertikale acceleration ift. komfortklassen ”Meget god” iht. DS/EN 1990/A1 A2.4.4.3.

Figur 12 Forankringsdetalje i endevederlag

Den dynamiske analyse udføres i FEM-programmet SOFiSTiK - specifikt med programmodulerne DYNA og DYNR. Kompositkonstruktionens egen frekvenser beregnes op til 30 Hz og resonanseffekten ift. HSLM- togenes last og hastighed beregnes med DYNAs ”Time-Step” funktion. Modulet DYNR omformer output-dataene i databasen til tids- eller frekvensstyrede grafiske præsentationer af konstruktionens deformationer og accelerationer og disse er grundlaget for vurdering af broens dynamiske effekter. For kompositkonstruktionen sættes dæmpningsforholdet til ζ = 0,5 % i den dynamiske analyse.

8. Særlige konstruktionsdetaljer Hoveddragerens tværsnitsudformning i detaljer er en følge af, at der er anordnet et komposittværsnit samt den begrænsede konstruktionshøjde som medfører at kasseprofilet nødvendigvis får relativt tykke både krop- og flangeplader. Kroppladerne på grund af den af store forskydningspåvirkning og flangepladerne på grund af den store bøjningspåvirkning. Det medfører også, at der er af hensyn til foldningen kun behøver at blive anordnet begrænset antal afstivninger der er udført i trapezprofil. Imellem kasseprofilets overflanger i stål der er forsynet med dybler til overførelse af forskydningspåvirkningen fra beton til stål er der af hensyn til bygning og montage anordnet en tyndere plade mellem de to øvre flangeplader, således at denne plade ud over at indgå i tværsnittet, indgår som forskallingsunderside for betonen og armering for den tværgående påvirkning i betonpladen.

14

Af hensyn til trykket fra beton under udstøbning er der pr. 1 meter anordnet langsgående fladjernsafstivninger med tilstrækkelig stivhed som er understøttet på tværskot der er anordnet pr. 4 meter. For at sikre en tilstrækkelig medvirkende pladebredde af overflangen i nærheden af vederlagene, er der her anordnet to ekstra kroppe over en strækning på 6 meter.

Figur 13 Tværsnit i hoveddrager

Tværskotterne er dels forsynet med mandehuller for at give mulighed for langsgående inspektion af kasserne og også af hensyn til opsvejsning af kasserne i nærheden af stød og vederlag. Herudover er der anordnet huller til afvandingsledningerne fra brobanedækkets overside. Disse afvandingsledninger trækkes over langs i brokasserne og vandet føres ned ved endevederlagene. For at sikre fleksibilitet for montage af disse afvandingsledninger er gennemføringerne i skotterne udformet i overstørrelse. Med hensyn til lejeanordningen er det således, at der er anordnet to sfæriske glidelejer over de enkeltstående søjler, og kun et glideleje med langsgående bevægelsesmulighed for tværbjælkerne, der spænder over motorvejen. Alle lejer er udformet som sfæriske lejer med den faste part befæstet til ståloverbygningen således at det er bropillerne generelt, som får den excentriske belastning fra temperaturdeformationer. Derved opnås, at afstivningsarrangementet i hoveddrager og tværdrager kan anordnes uden at tage hensyn til excentriciteter, og derved fås en enklere udformning for overførelse af de meget store kræfter i gennem fra brokonstruktionen til lejer. Betonsøjlerne er indspændte i fundamentet og bliver påvirket af vindkræfter og centrifugalkræfter i broens tværretning og friktionskræfter fra glidning i broens længderetning.

15

Figur 14 Tværdrager - vederlag på søjle

Montagestødene er placeret 3000 mm fra tværdragernes centerlinie af hensyn til, at disse tværdragerelementer skal kunne transporteres til ad motorvej. Montagestødene i dragerdelen, der passerer hen over de enkeltstående understøtninger, er placeret 3 meter fra understøtningen. Hensigtsmæssigheden heraf vil blive nærmere omtalt i afsnittet om montage. I dragerenderne er der placeret særlige understøtningsbeslag for brodrageren kan blive oplagt på udkragningerne fra tværdragersektionerne. Her bliver der anordnet midlertidige boltestød, der fikserer brodragerne. På oversiden af alle dragersektioner placeres med passende placering for løft med kraner, løfteøjer i plan med kasseprofilets kroppe. Alle montage stød bliver helsvejst således at broen i sin færdige tilstand er én gennemgående svejst konstruktion, kun adskilt ved dilationsfugen i midten. Dilatationsfugen ved pille 9 er anordnet med dobbelte lejer idet brodragerkonstruktionen her er skåret over og har en endeskotafstand, som tilgodeser den temperaturbevægelse der kan komme i broen fra brosektionen, der er ca. 250 meter lang og fastholdt i endevederlagene til begge sider. Ved endevederlaget er der også anordnet en fugekonstruktion, men der er naturligvis ikke tale om langsgående bevægelser her, kun om mindre vinkeldrejninger. Disse vinkeldrejninger er opnået begrænset således, at den lodrette deformation der kommer i forbindelse med vinkeldrejningerne af dragerenden og dermed skinnerne holdes under de tilladelige 2 mm.

16

Figur 15 Tværsnit. Dilatationsfuge princip

Forankringen i endevederlaget er udført som en i kassedrager centralt placeret dornsamling, der i drageren fastgøres på en enkelt centralt beliggende krop, hvor pladetykkelsen i befæstelsen til øjepladerne har en tykkelse, der sikrer, at hulvandstrykket kan overføres til drageren fra den 300 mm tykke dorn der etableres her. Den maksimale kraft, der skal overføres på langs til endevedelaget, andrager for bremsekræfter fra toget samt temperaturpåvirkning ca. 1600 tons. Denne eksorbitant store langsgående kraft der føres ind i endevederlaget får naturligvis en væsentlig indflydelse på endevederlagets dimensioner og udformning. Dornsamlingens modpart ved endevederlaget er tilsvarende en meget tyk plade hvorigennem dornen føres. Forankringen i endevederlaget etableres ved en 3,5 meter lang konsol, der indstøbes i endevederlaget og hvorigennem der er anordnet seks rør og igennem disse seks rør er der anordnet seks 75 mm Macalloy forspændingsstænger som fastholder endepladen i ankerbeslaget til betonkonstruktionen. Disse Macalloy stænger forspændes og de har en flydespænding på ca. 1000 N/mm2. Forbindelsen mellem de tværgående ståldragere, der bærer hoveddragertværsnittet hen over motorvejen får et kompliceret krydsningspunkt, hvor påvirkningerne er meget store i begge retninger. Der optræder store forskydningskræfter og bøjningsmomenter i tværdragerne og tilsvarende gør det i hovedragerne så vi her får toaksede spændingstilstande. Da tværdragerne her får de største træk i underflangerne sikres det, at valseretningen for stålet følger tværdragenes retning. Geometrien i alle disse detaljer er ret komplicerede fordi broen opbygges af lige elementer imellem montagestødene, og derudover hælder broen i den ene retning og dette skal der naturligvis tages hensyn til i disse krydsningspunkter. Af særlige detaljer i brohoveddrageren skal også nævnes beton piedestaler for køreledningsmaster gennem hele broen og der er naturligvis udført en særlig armering for optagelse af de bøjende

17

momenter fra disse køreledningsmaster i den rimeligt slanke betonplades udkragning fra kassedragerne. Der er ved detailudformningen tilstræbt en stor enkelthed i udformningen og dette er også en følge af den enkle sektionering der er etableret i den 512 meter lange hoveddragerbrosektion. Der er således tale om et enkelt samlesæt der er tildannet i længder og sektioner tilpasset en enkel montage over motorvejen. Da der er tale om – i stor udstrækning – anvendelse af plader i både tværdragere og hovedragere, der ligger mellem 40 og 75 mm medfører det naturligvis nogle rimeligt store svejsesømme – stumpsømme både i værkstedet og på montagestedet. Detail udformningen af alle samlinger og stød er derfor tildannet således at hovedparten af svejsningen kan ske indefra i kasserne og kun en beskeden del sker udefra. Svejsefuge valget er sket ud fra dette princip for at motorvejstrafikken får så få gener fra aflukningen, hvor der skal svejses ude fra som muligt.

9. Fremstilling Fremstillingen af stålkonstruktioner skete på værksted i Polen tæt ved kajanlæg med nem adgang til søtransport. Elementerne er fremstillet på virksomheden Vistal, der er erfarne indenfor byggeri af stål. Og som er certificeret i henhold til EN/ISO 3834. Alle virksomheder er certificerede med hensyn til kvalitetsstyring efter EN/ISO9001, med hensyn til Miljø DS/ISO 14001 og med hensyn til Arbejdsmiljø DS/OHSAS 18001. Stålkonstruktionens forskellige dele/områder skal korrosionsbeskyttes for korrosionsbelastning svarende til korrosionskategori C5 efter DS/EN ISO 12944-2 med høj holdbarhedsperiode (H). Der er et krav, at produktionsprocessen for stålelementer tilgodeser, at ingen overflader har en rustgrad større end B i henhold til DS EN/ISO 8501-1. De indvendige overflader i de centrale kassedragere beskyttes mod korrosion ved affugtning. Der påregnes installeret 2 affugtningsanlæg - ét ved hvert endevederlag.

10. Transport Brooverbygningens ståldele, bærende tværdragere og centrale kassedragere, vil blev fremstillet, inklusive overfladebehandling, på værksted i faglange enheder. Enhedernes dimensioner og vægte muliggør vejtransport.

18

Figur 16 Hoveddrager transporteres på specialkøretøj

Enhederne blev produceret og sejlet på pram fra Gdynia i elementlængder på max. 39,5 meter og vægt på ca. 200 ton til Korsør Havn. Det samlede antal stålelementer var 26 stk. Det blev leveret til Korsør Havn i tre grupper – henholdsvis ultimo juni, ultimo juli og medio september 2015. Brodelene blev derefter transporteret via specielle blokvogne til byggepladsen umiddelbart før montage og det blev således ikke nødvendigt med lagerkapacitet på selve byggepladsen, da elementerne blev monteret straks efter ankomst.

Figur 17 Løft af dragerelement

19

Figur 18 Montage af hoveddragerelement på tværbjælker

11. Montage Brooverbygningen består af følgende elementer:

• Bærende tværdragere • Central kassedrager • Brobaneplade

Montagen af brokasserne blev indledt med oplægning af tværbjælkeelementerne, der er understøttet på søjler udenfor motorvejen. Disse tværdragere er forsynet med udkragede dele af hoveddragerelementerne – ca. 3 meter til begge sider. Herimellem bliver hoveddragerelementerne løftet op på plads ved hjælp af de to mobilkraner og befæstet til tværdragerne med midlertidige boltede stød. På de strækninger der ligger udenfor motorvejen, hvor hovedragerne bliver understøttet på søjler, har de en tilsvarende 3 meter udkragning udover søjlerne, således at de kan aflægges her og befæstes med næste element med midlertidige boltede stød. Montagen startede med de 7 elementer, der hørte til den nordlige del af broen, der krydser den nordgående motorvejsdel. Det var de elementer der blev tilført i juni måned. Herefter blev den sydlige del monteret på sammen måde i begyndelsen af august og endelig blev den centrale del løftet på plads og samlet med de allerede monterede stålelementer i slutningen af september 2015. Efter montagen af stålelementerne blev der etableret svejsetelte omkring stødene og broen blev herefter fuldsvejst, således at der er tale om en kontinuerlig svejst konstruktion med en længde på 256 meter idet broen som tidligere nævnt er skilt ved dilatationsfugen i midten. Herefter blev hele broen justeret på plads og forankret i endevederlagene. De horisontale kræfter og masselast fra brosektionerne blev overført til søjlerne ved midlertidige montageudstyr og fastholdelse. Først efter forankring i endevederlaget er disse blevet frigjort således at de sfæriske brolejer kan fungere som glidelejer i broens længderetning. Efter sammensvejsning af alle elementer, blev forskallingssystemet for brobanedækket bestående af to støbevogne, monteret på kassedrageren på en sådan måde, at der ikke er nogen elementer der rager ned i fritrumsprofilet for motorvejen. Der er installeret en del montagebeslag på broens overside til understøtning af disse støbevogne, som efter hver støbesekvens, der starter i midten, flyttes

20

stilladset successivt fra fag til fag, hvor betonen bliver udstøbt, og det er på en 18 meter lang strækning i hvert midterfag. Tidsmæssigt forskudt kommer den anden støbevogn og støber betonen ud over vederlagene. På den måde sikres det, at der kommer mindst muligt træk over vederlagene for den permanente last. Armeringen i overbetonen er naturligvis udført således, at det sammensatte tværsnit er effektivt for den bevægelige toglast. Forskydningssammenføjning er etableret ved Nelsondybler påsvejst overflangen i kassedragerprofilet på hele strækningen. Endvidere er toppladen forsynet med hullister, hvorved der etableres betondybler. De tværgående dragerer, er tilsvarende udstøbt med ca. 500 mm beton, der støder op til det gennemgående brodæk. Der er således tale om kompositvirkning for både tværdragerne og jernbanebroens hoveddrager.

Figur 19 Løftebeslag

Figur 20 Indløft hoveddrager til hoveddrager

21

Figur 21 Nordlige sektor monteret

Figur 22 Trafikken ruller under broen

22

Figur 23 Svejsebure på plads

Figur 24 Visualisering af den færdige bro

23

Figur 25 Forskallingssystem for betondæk monteret

Figur 26 Stålbro monteret - endevederlag til endevederlag

24

12. Mængder Stål: 3200 tons Beton brodæk 3200 m3

Betonsøjler: 1280 m3

Betonfundering: 2230 m3 Beton endevederlag: 1560 m3

13. Faktaboks Klient: BDK (Banedanmark) Entreprenør: CG Jensen A/S (bro og fundering) Barslund A/S (jord og spuns) Totalrådgiver: ISC Rådgivende Ingeniører A/S Arkitekt: Core Arkitekter Underrådgiver: Orbicon A/S (jord og afvanding)