No description available.

Den här undersökningen strävar efter att ge en bild av möjligheterna för att minska materialmängden i samverkansbroar med hänsyn till kostnadsbesparing och miljöpåverkan. Kan mindre stål användas i balktvärsnittet med bibehållen kapacitet?   Objektet för undersökningen är en samverkansbro i Gallsbo, Borlänge som projekterats av konsultföretaget Tyréns i Uppsala. Tyréns valde att dimensionera en 1100 mm hög balk som senare kort efter dimensionerades om till 1300 mm, på förfrågan från Trafikverket för att minska materialkostnaden och miljöpåverkan. Men är det den mest optimala balkdimensionen? Går det att optimera balken ännu mera. Det förklarar intresset av att göra balken än högre, vilket även är anledning till det här examensarbetet. Genom att använda företagets beräkningsmetoder har ett nytt tvärsnitt med höjden 1500 mm dimensionerats med tillräcklig bärförmåga.   Resultatet visar att det är möjligt att optimera balken ytterligare och minska mängden stål i balken med tillräcklig bärförmåga i alla dimensioneringsavseenden. I vissa dimensioneringsaspekter ökar bärförmågan samtidigt som den minskar i andra i enlighet med Eurokod. Alla kontroller visar dock att bärförmågan är fullt tillräcklig. Kostnadsbesparingen som uppkommer vid minskat tvärsnitt bör dock jämföras med kostnaden för optimeringsarbetet av balken.

Traditionell betong används i majoriteten av broar som byggmaterial. Om byggnadsmaterialet skulle kunna ersättas av en betong med mindre miljöpåverkan, kan stora delar av miljöpåverkan minskas. I denna avhandling, ska NCC:s samverkansbro utredas, där tre olika betongtyper ska testas i dess olika konstruktionsdelar. Samverkansbron kommer att jämföras i tre olika scenarier av byggmaterial: traditionell betong, traditionell betong innehållande 5 % slagg och injekteringsbetong. Jämförelsen kommer att utföras genom en livscykelanalys (LCA) med hjälp av programvaran GaBi 6.5. Resultatet av modelleringen i GaBi presenteras på samma sätt som i en miljövarudeklaration (EPD). I presentationen av resultatet kommer diagram och tabeller visualisera de resultat som erhållits i livscykelanalysen. Det erhållna resultatet visar att vid jämförelse av de tre scenarierna ger injekteringsbetong en mindre klimatpåverkan i majoritet av resultaten. / Traditional concrete is used in the majority of bridges as a building material. If the building material could be replaced by a concrete with less environmental impact, large parts of the environmental impact could be reduced. In this dissertation, NCC Composite Bridge is to be investigated, where three different concrete types are to be tested in its various design elements. The composite bridge will be compared in three scenarios: traditional concrete, traditional concrete with slag as part of binder and prepact concrete. The comparison will be carried out by a Life Cycle Assessment (LCA) using the software GaBi. The outcome will be in form of an Environmental Product Declaration (EPD) table. (NCC has implemented the EPD system into the company with the ambition to easier and more thorough provide a legit evaluation of the environmental impact.) In the presentation of the result, diagrams and tables visualizes the results obtained in the EPD. The result obtained has shown that comparing the three scenarios; prepact concrete provides a less environmental impact and if replacing traditional concrete with prepact, savings of the environment can be made.

For bridges to cope with increased requirements such as increased loads, strengthening work can be carried out. In cases where older steel-concrete bridges do not have a composite action, an alternative is to create composite-action to achieve a higher flexural strength. It is introduced by post-installing shear connectors. There are many different alternatives of shear connectors that can be used, hence a number that can be installed from below the bridge to minimize the impact on the traffic. Coiled Spring Pins are of the interference fit type connector and are put in place from below the bridge by first drilling a hole upward through the upper steel flange and then into the concrete slab. Then, the spiral bolt is pushed up into the drilled hole by means of a hydraulic hammer. Using data from push-out tests and non-linear material models for steel and concrete, a non-linear finite element analysis was created using the commercial finite element software Abaqus. The analysis is based on dimensions and load cases that will mimic a planned full-scale beam test that will be carried out later in 2019. To verify that the material and the model behave in a realistic manner, an analysis was initially performed on a beam without composite-action, and a full-composite action beam with infinitely rigid connectors. These were then compared with hand calculations according to Eurocode. When the material models were verified, it is seen that the materials steel and concrete work for themselves in the analysis without composite-action and together in the analysis with full composite-action. The data for the spiral bolts is than defined instead of infinitely rigid connectors and new analyzes were performed to see the effect of the coiled spring pins properties. The results show that a significant increase in the point load in the middle of the beam can take place before failure occurs after installation of this type of shear connector. Already at a low number of connectors and a low shear connection-ratio, a significant increase in the flexural strength is seen in the beam. By using partial-composite action, with a lower number of spiral bolts, a significant higher flexural strength can be achieved in an economical way. / När kraven på att broar ska klara av ökade laster, kan förstärkningsarbeten utföras. I de fall där äldre stål-betongbroar saknar samverkanseffekt, är det ett alternativ att inför samverkan för att uppnå en högre böj-hållfastighet. Det införs genom att man installerar skjuvförbindare i efterhand. Det finns många olika alternativ av skjuvförbindare som kan användas, därav ett antal som går att installera underifrån bron för att minimera påverkan på trafiken. Spiralbultar (Coiled Spring Pins) är av typen presspassnings-förbindare och sätts på plats underifrån bron genom att det först borras ett hål uppåt genom övre stålflänsen och sedan upp i betongplattan. Därefter pressas spiralbulten upp i det borrade hålet med hjälp av en hydraulisk hammare. Med hjälp av data ifrån push-out-tester samt icke-linjära material modeller för stål och betong, skapades en icke-linjär analys i det finita element metods programmet Abaqus. Analysen är uppbyggd med dimensioner och lastfall som ska efterlikna ett planerat full-skaligt balktest som kommer utföras under 2019. För att verifiera att materialet och modellen beter sig realistiskt, utförs en analys på en balk utan samverkan, samt en full-samverkans balk med oändligt styva förbindare. Dessa jämförs sedan med handberäkningar enligt Eurokod. När materialmodellerna var verifierade sågs det att materialen stål och betong arbetar för sig själva i analysen utan samverkan och tillsammans i analysen med full-samverkan. Data för spiralbultarna lades sedan in istället för oändligt styva förbindare och nya analyser utförs för att se påverkan av spiralbultarnas egenskaper. Resultaten visade att en betydande ökning av punklasten i mitten av balken kan ske innan brott uppstår vid installation i efterhand av denna typen skjuvförbindare. Redan vid ett lågt antal förbindare och ett lågt skjuv-förhållande ses en betydande ökning av böj-hållfastigheten i balken. Genom att använda delvis-samverkan med ett lägre antal spiralbultar kan man på ett ekonomiskt sätt uppnå en betydligt högre böj-hållfasthet.

Vid samverkansbroar fästes tvärförband mellan huvudbalkar med funktion att leda laster ut mot huvudbalkarna. Dessa kan fästas via s.k. livavstyvningsplåtar mot huvudbalkens liv samt flänsar. Denna infästning kan ske med svetsförband. Vid ett antal fall har utmattningssprickor uppkommit i svetsanslutningen mellan livavstyvningsplåten samt överfläns på huvudbalk. Tydliga riktlinjer finns ej i dagsläget för vilken typ av svetsförband som bör nyttjas vid uppförande av benämnd konstruktionsanslutning. Här genomförs en jämförande studie av kälsvetsförband mot stumsvetsförband, med samt utan svetsutbredning. Då risk för sprickinitiering till följd av utmattning i kälsvetsförbandet studerades beaktades risk för brott i såväl svetstå som svetsrot. Den aktuella studien ämnade ge svar på huruvida en korrelation mellan geometriska parametrar såsom avstånd mellan huvudbalkar samt konsollängd på farbana kunde kopplas till rekommendation gällande vilket svetsutförande som borde nyttjas vid olika dimensioner av dessa båda geometrier. Vidare ämnade studien utröna om eventuella gränsvärden för val av svetsanslutningar kunde fastställas. För framtagande av data nyttjades BRIGADE PLUS, ett beräkningsprogram som nyttjar FEM-modellering. Här användes ett uppfört projekt, Viadukt Söder, beläget i Östersund, som grundmodell för parameterstudien i BRIGADE PLUS. Detta var projekterat av ELU Konsult, på uppdrag av Trafikverket. Beräkningsmodellen bestod av en begränsad del av den aktuella bron, där utmattningslastfordon 3 i SS EN 1993-2 användes för att via influenslinjer återspegla trafiklast på bron och därmed finna värsta lastpositioner. Dessa positioner nyttjades sedermera för beräkning av påverkan från Utmattningslastfordon 3 på den studerade detaljen i form av spänningsamplitud. Analys av dessa spänningsamplituder omräknades sedermera till ett antal lastcykler till brott som sedan ställdes mot de riktlinjer som återfinns i SS EN 1993-1-9:2005. Här nyttjades de förbandsklasser som enligt nationella normer ses som gällande. Resultatet påvisade en exponentiell minskning av antal lastcykler till brott, med avseende på utmattning, då brogeometrin utökades. Utmärkande här var att risk för brott i livavstyvningsplåten klart översteg risk för brott i överflänsen, som i sin tur näst intill kunde bortses ifrån. Den geometriska parameter som blev styrande var konsollängd på farbana. Tydlig differens i livslängd mätt i antal cykler gick att utläsa för de olika svetsförbanden, där styrande faktor blev de respektive förbandsklasserna vid analys av sprickinitiering. Gränsvärden för då antal cykler till brott understeg gränsvärden enligt SS EN 1993-1-9:2005 kopplat till de geometriska parametrarna, gick att fastställa för respektive svetsförband. Kälsvetsens kapacitet med avseende på utmattning understeg vida stumsvetsens kapacitet. / For composite bridges, transverse bracings are attached between main girders with the function of distributing loads between the main girders. These can be attached via so-called web stiffeners against the main girders web and flanges. This attachment can be done via welded joints. In the event of emergence, fatigue cracks have arisen in the welding connection between the web stiffener and the top flange of the main girder. Clear guidelines do not exist at present for the type of welded joints that should be used in the construction of the termed design connection. Here, a comparative study is carried out between fillet welded joints and butt welded joints, with flat and inclined welds. When the risk of crack initiation as a result of fatigue in the fillet weld was studied, the risk of breakage in both toe and root was considered. The current study intended to provide answers as to whether a correlation between geometric parameters such as distance between main girders and cantilever length of the deck slab could be linked to recommendation regarding which welding design should be used at different dimensions of these two properties. Furthermore, the study intended to determine whether any limit values for the selection of welding connections could be determined. For the production of data, BRIGADE PLUS, a calculation program that utilizes FEM modeling, was used. Here, a constructed project, Viadukt Söder, situated in Östersund, was used as the basic model for the parameter study in BRIGADE PLUS. This was designed by ELU Konsult, on behalf of the Swedish Transport Administration. The calculation model consisted of a limited part of the current bridge, where Fatigue Load Vehicle 3 in SS EN 1993-2 was used to reflect traffic loads on the bridge via influenza lines and thereby find the worst load positions. These positions were subsequently used for calculating the influence of Fatigue Load Vehicle 3 on the studied part in the form of stress amplitude. Analysis of these stress amplitudes was subsequently recalculated to a number of load cycles to offenses that were then set against the guidelines found in SS EN 1993-1-9: 2005. Here, the fatigue resistance values were used which according to national standards are regarded as valid. The result showed an exponential decrease in the number of load cycles to fracture, with respect to fatigue, as the bridge geometry was increased. The characteristic feature here was that the risk of breakage in the web stiffener clearly exceeded the risk of breakage in the upper flange, which in turn could almost be disregarded. The geometric parameter that became guiding was cantilever length on the deck. Clear difference in service life measured in number of cycles could be read out for the different welded joints, where the controlling factor became the respective fatigue resistance values when analyzing crack initiation. Limit values for when the number of cycles to break below the limit values according to SS EN 1993-1-9:2005 linked to the geometric parameters, could be determined for each welded joint. The capacity of the fillet weld with respect to fatigue is far below the capacity of the butt weld.

En stor del av Trafikverkets budget går till att reparera och underhålla våra broar. Underhållsåtgärder orsakar också trafikproblem med stora miljöutsläpp och samhällskonsekvenser som följd. Eftersom broar vanligtvis dimensioneras för en lång livslängd på 120 år är det viktigt att planera för långsiktiga lösningar och förutse konsekvenserna av kommande underhållsåtgärder. Genom att använda mer underhållsfria material finns möjligheten att minska kostnaderna och koldioxidsläppen. Målet med examensarbetet är att ta reda på hur stora besparingarna är genom att svara på frågan: ”Vilka fördelar erhålls av att använda mer underhållsfria material i broöverbyggnader ur kostnads- och miljösynpunkt?”. Syftet är att påvisa hur stora kostnadsbesparingarna och de minskade koldioxidutsläppen kan bli för att underlätta för berörda parter i branschen att planera för långsiktigare lösningar. För att besvara målformuleringen jämförs överbyggnaden hos en konventionellt utförd samverkansbro med huvudbalkar av stål och broplatta av betong med alternativa material. Grunden för undersökningen utgörs av överbyggnaden hos en samverkansbro med huvudbalkar av stål och broplatta av betong. Överbyggnaden utförs med sex olika materialkombinationer med mer eller mindre underhållsfria material. Materialen som ingår i undersökningen är vanligt kolstål och rostfritt stål, betong och modern injekteringsbetong samt asfalt och slitbetong. Överbyggnaden dimensioneras, enligt den europeiska standarden Eurokod, med samtliga materialkombinationer för att fastställa materialmängderna. Materialmängderna ligger till grund för att bestämma rimliga kostnader och koldioxidutsläpp som beräknas, analyseras och jämförs i en livscykelkostnadsanalys och en livscykelanalys. Resultatet visar att en bro byggd med konventionella material ger en sammanlagd kostnad under sin livstid som är mer än dubbelt så stor jämfört med en mer underhållsfri bro med rostfritt stål i både balkar och armering samt slitbetong som beläggning istället för tätskikt och asfalt. Ur miljösynpunkt är den underhållsfria bron med rostfritt stål redan från början ett bättre alternativ med mindre koldioxidutsläpp tack vare att mindre mängder material behövs för att klara av samma laster. Det resulterar i att den alternativa bron är ett bättre val både ur kostnads- och miljösynpunkt med ett livscykelperspektiv. / Bridges of today require high maintenance which leads to high costs and big environmental emissions. To secure the structures sustainability the magnitude of future maintenance should be considered to the initial investment, both in an environmental point of view and costs. Increased quality usually leads to higher initial cost, but savings maybe possible in a long-term perspective if the maintenance can decrease. Bridges has a life-span on 120 years. Therefor decreased maintenance could imply a vital saving. The purpose of this thesis is to analyse costs and carbon dioxide emissions of a bridge superstructure in a composite bridge with different materials in a life cycle perspective. The investigated materials is carbon steel and stainless steel, traditional concrete and modern prepakt concrete and also asphalt and directly cast concrete surfacing. Six various bridges has been designed to compare the different materials. The calculations have been performed due to the European standards, Eurocode. Investigations of the ingoing materials impact on the environment has been measured in a simplified life cycle assessment, LCA. Emphasis on the analyse has been on the carbon dioxide emissions. To measure the costs a life cycle cost, LCC, has been performed. The result of the investigation shows that a bridge with conventional materials in the end of its life cycle has cost twice as much as the bridge with stainless steel in both reinforcement and beams. In an environmental view the alternatives with stainless steel is better from the beginning. That is thanks to less materials are needed for the same loads. The result shows that the bridge with alternative materials is better account of cost and environmental views.