Teräksisen levypalkkisillan asennusvaiheen laskentatarkastelut parametrisella FEM -mallilla

Abstract

Tässä diplomityössä tutustutaan teräspalkkisiltojen asennusmenetelmiin. Yleinen pitkien liittopalkkisiltojen asennusmenetelmä on vaihesiirtoasennus. Vaihesiirtoasennuksessa sillan teräspalkisto kootaan maatukien takana olevalla asennuspenkalla ja palkistoa lähdetään siirtämään eteenpäin tunkkaamalla tai muulla siirtovälineellä. Vaihesiirtoasennus tulee aina suunnitella huolellisesti, jotta vältytään ongelmilta asennusvaiheessa työmaalla.

Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää laskentatyökalu, jolla voidaan suorittaa rakenneanalyysejä vaihesiirrettävien siltojen asennusvaiheesta. Laskentatyökalu tehdään hyödyntäen Grasshopperia ja Sofistikia. Palkiston profiilia, jännemittoja, palkiston leveyttä, tukien paikkoja ja asennusnokkaa voidaan parametrisesti muokata suoraan Grasshopper-pohjassa. Laskenta suoritetaan Sofistik -FEM ohjelmalla. Geometria tuodaan Grasshopperista .dat-tiedostona. Sofistikista löytyy vaihesiirrolle suoraan oma komento ja sillä voidaan luoda kerralla kaikki siirtovaiheet. Siirtovaiheiden vaikutuksia rakenteeseen voidaan helposti tarkastella kuvaajista.

Työssä tarkastellaan esimerkkitapauksena Nattavaaran siltaa, joka asennettiin vaihesiirtomenetelmällä Ruotsissa. Sillasta on aiemmin suoritettu asennussuunnittelu ja työkalulla tehtyjä tuloksia verrattiin edellisiin tuloksiin. Suurimmat erot liittyvät palkin laippojen normaalijännitysten arvoihin ja taipumiin.

This thesis explores installation methods for steel girder bridges. The most common method for long composite girder bridges is incremental launching. In this method, the steel girder structure is assembled on top of a launching bed and gradually moved forward by jacking or other means. Incremental launching must always be carefully planned to avoid problems during the installation phase on-site.

The aim of this thesis is to develop a computational tool for performing structural analyses of bridges during the installation phase using the incremental launching method. The tool is developed using Grasshopper and Sofistik. Parameters such as girder profile, span lengths, girder width, support positions, and launching nose geometry can be adjusted directly within the Grasshopper environment. The structural analysis is performed using the Sofistik FEM software. The geometry is transferred from Grasshopper as a .dat file. Sofistik includes a built-in command for incremental launching, allowing all launch stages to be generated automatically. The effects of the launch stages on the structure can be easily examined using graphs.

As a case study, the Nattavaara Bridge in Sweden is examined, which was installed using the incremental launching method. Installation planning had been previously performed for this bridge, and the results obtained using the developed tool were compared with the earlier results. The most significant differences were found in the values of normal stresses in the girders and deflections.