Breddning av samverkansbroar : En studie om förberedande åtgärder vid nyproduktion av samverkansbroar för att klara framtida körfältsökningar

The purpose of this master thesis is to provide suggestions of how composite bridges with I-beams (steel beams and concrete slab connected via shear connectors) can be prepared during the construction phase to withstand a future widening. As a case study the project "Bridge over Kalix river in Kalix" has been used. Tender documents were provided to the stakeholders in September 2018 and the tender answers were at the Swedish Transport Administration (Trafikverket) in mid-January 2019. The construction work is planned for the summer of 2019 and the bridge is planned to be operational by the end of 2020. Widening of bridges is an expensive change of the structure, but is done occasionally. This is mainly due to two factors; higher safety regulations and a higher number on passing vehicles per time unit compared to the 1950 when many of the bridges in Sweden were constructed. Beyond the increased amount of traffic, the vehicle and lorries are heavier nowadays and the expected life time of the bridge construction is longer. The thesis has resulted in three suggestions of widening constructions; one for the case study and two for the general case. The suggestions are based on the change in loads (both shear force and bending moment) caused by dead loads and traffic loads due to the theoretical widening of 2,5 meters. The widened part is constructed to withstand service vehicle (e.g. snow removal vehicle), but the carrying capacity for the rest of the bridge deck is 74-tonnes vehicle. The obtained result shows that both the shear force and the mid-span bending moment increases. The shear force increases in total 45,8 % (dead load 65,8 % and traffic load 7,3 %) and the bending moment 56,7 % (dead load 61,3 % and traffic load 10,0 %). With these value as base the suggested widening construction for the case study is a tilted column with tie beam, both with center distance of six meters. To the general case, two suggestions are provided; The first one with a steel plate placed in the same way as the tilted column, but with a greater load carrying cross section area and thus a greater area to spread the load onto the concrete slab and the web of the beam. The second suggestion is simply an extra I-beam parallel to the existing ones. This is an established method in widenings where the additional load is great, but it is a method highly dependent on the design of the bridge and the surrounding nature.Syftet med examensarbetet är att ge förslag till hur samverkansbroar med I-balkar kan förberedas vid konstruktion för en eventuell framtida körfältsökning (brobreddning). Som fallstudie har projektet "Bro över Kalix älv i Kalix" använts. Förfrågningsunderlag var intressenter tillhanda under tidig höst 2018 och anbud inkom till Trafikverket i mitten av januari 2019. Byggstart planeras till sommaren 2019 och färdig bro planeras vara i drift till årsskiftet 2020/21. Att bredda broar i efterhand är en kostsamt åtgärd som sker med jämna mellanrum. Detta ingrepp motiveras med att befintliga broar ofta är undermåliga vad gäller säkerhet och framkomlighet, krav på dessa två faktorer har förändrats sedan 50-talet då många av broarna i Sverige byggdes. Utöver ökad trafikmängd har även lasterna ökat (nu till BK4 som innebär 74-tons fordon) och kraven på beständighet av brokonstruktionen, dagens broar ska klara av betydligt högre laster och dessutom dimensioneras för att upprätthålla sin funktion i 120 år. Studien har mynnat ut i tre förslag till breddningkonstruktioner, ett till fallstudien och två till det generella fallet, samverkansbroar med I-balkar. Förslagen grundar sig i beräkning av lastförändring av såväl egentyngder som trafiklaster laster till följd av en teoretisk brobreddning av 2,5 m. Vid konstruktion dimensioneras hela brobanan för BK4 men efter breddning dimensioneras den breddade delen enbart för servicefordon (t.ex. snöröjningsfordon). Erhållet resultat visade att såväl tvärkrafter som böjmoment i fältmitt ökade i den yttre balken i ett mittenstöd (där spannlängden är som störst). Tvärkraftsökningen uppgick till 45,8 % och böjmomentet till 56,7 %. Den föreslagna breddningskonstruktionen till fallstudien var en snedsträva med centrumavstånd om sex meter och med tvärförband mellan I-balkarna på samma S-avstånd som snedsträvorna. Till det allmänna fallet föreslogs en stålplåt, såsom snedsträvan men en utbredd plåt som dels fungerar som livavstyvare till I-balken och dels fördelar lasten på en större yta på såväl betongfarbanans underkant som I-balkens liv. Även ett förslag om att lägga till en extra balk presenterades som förslag då detta är en vedertagen metod då lastökningen är stor och då gestaltningskravet och den omgivande naturen tillåter ett ingrepp och utbyggnad som detta