Styrkeberegning av hengebrutårn av armert betong: Verifikasjon av Hardangerbrua i bruddgrensetilstand

Brutårn på hengebruer er avanserte konstruksjoner og beregningsprosessen er omfattende. I forbindelse med prosjektet Ferjefri E39 er det i denne masteroppgaven gjort en undersøkelse av styrken til brutårnene på Hardangerbrua i bruddgrensetilstand. Det er modellert to globale modeller av brua i modelleringsprogrammet Abaqus. Den ene modellen er av byggetilstanden av brua etter at brutårnene er bygd, men før andre konstruksjonsdeler er montert. Den andre er av ferdigtilstanden av brua. Lastene som er beregnet er egenlast, vindlast og trafikklast, og det er beregnet lastkombinasjoner for lastene. Styrkeberegningen av brutårnene inkluderer stivhetsberegning i lengderetning og tverretning av brua, kontrollberegning og beregning av utnyttelsesgrad av samtidig moment- og aksialkraftpåkjenning, samt beregning av skjær- og torsjonskapasitet. Kreftene som opptrer i konstruksjonen, er beregnet ved statisk analyse med andre ordens effekter i Abaqus. Det er gjort en konvergenstest for å finne elementstørrelsene i konstruksjonsdelene, slik at resultatene fra analysen konvergerer. Konvergenstesten viser at en endring i elementstørrelse gir en endring i resultatene på under 0.1% i de fleste tilfeller, hvilket viser at resultatene konvergerer. Stivheten til brutårnene beregnes ved bruk av en metode utarbeidet i Microsoft Excel, kalt lamellmetoden. Metoden beregner moment-krumningsdiagrammer for aksialkraftnivåene i støpeetappene i brutårnene, og fiktive elastisitetsmoduler beregnes med moment-krumningsrelasjonen. Det gjøres iterasjoner helt til resultatene fra analysen konvergerer. De mest ugunstige lastkombinasjonene for brutårnene i lengderetning og tverretning benyttes i stivhetsberegningene. Lamellmetodens nøyaktighet er verifisert med andre beregningsmetoder for tverrsnitt påkjent av samtidig moment- og aksialkraftpåkjenning i bruksgrensetilstand og bruddgrensetilstand. Verifikasjonen viser at lamellmetoden gir nøyaktige resultater, og dermed kan brukes i stivhetsberegningene. I beregningene av utnyttelsesgraden er det vist at brutårnene har tilstrekkelig kapasitet for samtidig moment- og aksialkraftpåkjenning i de aller fleste støpeetappene. I enkelte støpeetapper i området ved riglene er utnyttelsesgraden likevel mellom 100% og 120%, hvilket betyr at det er flyt i armeringen, og at brutårnene dermed kan gå til brudd i disse områdene. Kontrollen av samtidig moment- og aksialkraftpåkjenning som gjøres for andre lastkombinasjoner enn de som er brukt i stivhetsberegningene, viser at momentene i de fleste støpeetappene ligger godt under momentene ved flyt i armeringen, og at det dermed ikke er fare for brudd med disse lastkombinasjonene. Skjærkraft- og torsjonskapasiteten er beregnet med håndregning etter Eurokode 2. En sammenligning med skjærkrefter og torsjonsmomenter fra analysen viser at kapasiteten er tilstrekkelig