Projekt 12259 – Avslutat Prefabricerade samverkansbroar i ett eller flera spann

Prefabricering är ett ämne som har diskuterats i byggbranschen under de senaste decennierna. Husbyggnadsbranschen har gjort stora framsteg i riktning mot ett mer industriellt tänkande, i vilket prefabricering, Lean och BIM är viktiga pusselbitar. Även i brobranschen har mängder med forskningsprojekt utförts runt om i världen och ett flertal olika prefabriceringslösningar har testats genom åren. Trots detta förefaller brobranschen ligga långt efter i utvecklingen mot en mer industrialiserad byggprocess. Den långsamma utvecklingstakten kan till viss del förklaras av att varje bro ofta är ett unikt objekt med unika förutsättningar. Detta utgör ett hinder för standardisering, vilket ofta är beskrivet som nyckeln till industrialiserat byggande.

För samverkansbroar har ett prefabricerat farbanesystem med torra fogar mellan betongelementen utvecklats i Sverige. De tvärgående fogarna är helt torra och all kraft överförs genom kontakttryck mellan olika betongytor. Detta medför att inga dragkrafter kan överföras genom fogen. Tvärkrafterna överförs genom överlappande betongklackar som är utformade som en serie av hane-hona kopplingar. Forskningen som presenteras i denna avhandling är fokuserad på konstruktionens statiska beteende. Detta beteende har undersökts via såväl labbtester som genom fältförsök.

Storskaliga labbtester visar att en bro av denna typ är mindre styv än en liknande bro med en plastgjuten farbaneplatta. I områden med negativt böjmoment är betongelementens bidrag till styvheten försumbart. I områden med positivt böjmoment bidrar betongelementen till den globala styvheten. Vid måttlig belastning är dock den medverkande betongarean avsevärt mindre än i en motsvarande platsgjuten konstruktion. Denna skillnad orsakas förmodligen av de små glipor som finns i fogarna, i kombination med det faktum att de injekterade kanalerna är kontinuerliga över elementskarvarna. Detta medför att de initiala fogöppningarna mer eller mindre blir permanenta då kanalen injekteras, eftersom den injekterade betongen i kanalen måste tryckas samman till en viss gräns innan den resterande delen av fogen stängs. Förstörande provningar visar dock att skillnaderna i spänningar och styvhet är avsevärt mindre i brottgränstillståndet. Det är därför rentav rimligt att utföra tvärsnittskontroller, i brottgränstillstånd, i enlighet med de regler som anges i Eurokoderna och därmed försumma de effekter som fogarna ger upphov till.

De överlappande betongklackarna är en väsentlig detalj i det aktuella prefabriceringssystemet. Dessa klackar har därför testats i ett laboratorium för att för utreda hur de går i brott samt vilken lastkapacitet som de har. Testerna resulterade i två olika typer av brott. Den första typen av brott aktiverade skjuvarmeringen, vilket resulterade i ett tämligen duktilt brott. Detta var även det förväntande brottscenariot och tämligen i linje med de dimensioneringsmetoder som föreslås för denna typ av betongklackar. Den andra typen av brott som observerades var ett tämligen sprött brott i betongens täckskikt. Denna typ av brott har enbart observerats i dessa labbtester och är möjligen relaterad till utformningen av testriggen. Det rekommenderas dock att utforma armeringen i klackarna så att armeringsjärnen i hona-hane överföringen överlappar varandra. Detta för att säkerhetsställa erforderlig bärförmåga för skjuvöverföringen även efter ett eventuellt brott i betongklackarnas täckskikt.

Som ett komplement till labbtesterna har fältförsök utförs på en enspannsbro. Den aktuella bron byggdes år 2000 med den prefabriceringsteknik som denna avhandling behandlar och har instrumenterats såväl år 2001 som 2011. Även dessa tester och de efterföljande FE-analyserna visar att den medverkande betongarean, under måttlig belastning, är klart mindre än den medverkande arean för en platsgjuten betongfarbana. Inga väsentliga långtidseffekter har kunnat observeras. Enbart nedböjningsfördelningen mellan balkarna, vid excentrisk last, har minskat en del efter 10 år. Denna skillnad kan indikera att fogöppningarna var större år 2001, dessa kan åtminstone delvis ha stängts under den tid som förlöpt mellan testen.

Slutredovisningen utgörs av licentiatuppsatsen "Prefabricated Composite Bridges- a study of dry deck joints", Robert Hällmark, LTU (91 sidor och ett appendix).