afstivere er sekundære plader eller sektioner, der er fastgjort til bjælkebaner eller flanger for at stive dem mod deformationer uden for flyet.

næsten alle hovedbro bjælker vil have stivere. Imidlertid vil de fleste kun have tværgående stivere, dvs.lodrette stivere fastgjort til banen. Dybe bjælker har undertiden også langsgående stivere. Flangestivere kan bruges på store spændbjælkebjælkebroer, men det er usandsynligt, at de findes andre steder.

vejledning om design af afstivere er angivet nedenfor og i vejledningsnotater GN 2.04 og GN 2.05.

Stiffeners.jpg

typer af stivere

der er to hovedtyper af stivere:

• langsgående stivere, som er justeret i spændretningen
• tværgående stivere, som er justeret normalt til bjælkens spændretning.

• Types of stiffeners
• 

  Stiffeners on I-section girders

• 

  Stiffeners on box girders

• 

  langsgående og tværgående stivere i en kassebjælke
  (Billede med tilladelse fra Atkins)

tværgående stivere leveres normalt ved lejepositioner, og disse er kendt som lejestivere. Til fremtidig vedligeholdelse er det god praksis at levere lejestivere ved løftepunkter (for når bjælker skal hæves til frie lejer til udskiftning). Andre tværgående stivere kaldes mellemliggende tværgående stivere.

R19 Fig4.png

Boksbjælker har normalt membraner på

positioner af understøtninger i stedet for stivere. Disse er normalt faste plader på tværs af indersiden af kassen.

stivere sektioner

R19 Fig5.PNG

en række sektioner er historisk blevet brugt som stivere, men den enkle flade stiver er den type, der næsten altid bruges i moderne design. Stivere kan fastgøres på den ene side af pladen (enkeltsidet) eller på begge sider (dobbeltsidet). Normalt er bærende stivere dobbeltsidede, mens mellemliggende stivere er enkeltsidede. Afstivere kan også fordobles eller endda tredobles for at danne afstivere med flere ben.

Hvad er stivere til?

afstivere har en eller begge af følgende funktioner:

• styring af lokal buckling
• tilslutning af afstivning eller tværgående bjælker

styring af lokal buckling

lokal buckling opstår, når et tværsnit er slank nok til, at buckling kan forekomme i tværsnittet, enten på grund af kompression eller forskydning. Brobjælkernes baner er normalt sårbare over for lokal buckling, men flanger er normalt meget tykkere og iboende mere modstandsdygtige over for buckling.

lokal buckling kan forekomme på grund af tværgående kompressionsbelastning, f.eks. en bane udsat for en lejereaktion, langsgående kompressionsbelastning f. eks. fra bøjning eller fra forskydning.

i alle tilfælde kan tilsætningen af en relativt lille afstivning til en slank plade øge modstanden mod lokal buckling væsentligt.

R19 Fig6.PNG

R19 Fig7.png

tilslutning af afstivning eller tværgående bjælker

den nemmeste måde at afstive stålbjælker sammen er ved at fastgøre afstivningen til tværgående bjælker

stivere. Afstivningspositioner falder således næsten altid sammen med afstivningspositioner.

i et stigedæk kan banerne på tværgående bjælker forbindes direkte til fjernlysstiverne, så afstivningsafstand matcher tværgående bjælkeafstand. I en multi-bjælkebro med tværstivning er afstivningselementerne normalt forbundet med fjernlysstiverne, så afstivningsafstanden er den samme som afstivningsafstanden.

R19 Fig8.PNG

design af stivere til lokal buckling

Der er to faser i udformningen af afstivere. Først skal designet identificere, hvor stivere er nødvendige for at hovedbjælkerne skal være tilstrækkelige. Derefter skal stiverne selv designes.

Lejestivere

EN 1993-1-5, afsnit 5.1 (2) giver et kriterium for, hvornår lejestivere er obligatoriske. De fleste brobjælker kræver lejestivere i henhold til dette kriterium. Selv hvis der ikke kræves lejestivere i henhold til denne klausul, kan de stadig leveres, hvis det ønskes – dette kan gavne forskydningsmodstanden som beregnet i EN 1993-1-5, afsnit 5.3.

R19 Fig9.PNG

Ved endestøtter, hvis der skal leveres lejestivere, skal der træffes beslutning om, hvorvidt der skal leveres en “stiv endepost”, som vist i EN 1993-1-5, tal 5.1 og 9.6. En stiv endepost vil gavne forskydningsmodstanden som beregnet i henhold til en 1993-1-5 pkt.5.3. Selvom ældre nittede bjælker i Storbritannien kan have en stiv endepost endedetalje, nyere britisk praksis har ikke været at levere stive endeposter, men at give en “ikke-stiv endepost”. Hvis der kræves en stiv endepost, er der fastsat minimumskrav til afstivning i EN 1993-1-5, afsnit 9.3.1.

efter at have besluttet, at der skal tilvejebringes lejestivere, for at kontrollere konstruktionen af lejestivere, skal den effektive afstivningsdel bestemmes i overensstemmelse med en 1993-1-5, afsnit 9.1, stk.2. Bemærk, at flerbenstivere skal opdeles i separate effektive tværsnit, og belastningerne fordeles mellem dem. Vejledning om konstruktion af lejestivere findes i afsnit 8.3.2 i SCI P356.

de belastninger, der skal overvejes til konstruktion af lejestivere, er angivet i PD 6695-2 klausul 16. Størstedelen af belastningen på stiveren vil være den lodrette belastning fra lejereaktionen. Der vil være vandret belastning at overveje at modstå FS-kræfter som angivet i PD 6695-2 klausul 10, der kan også være vandret belastning fra lejet, hvis det er fastgjort. Disse belastninger kan generere bøjningsmomenter i afstivningsafsnittet.

efter bestemmelse af belastningen skal du kontrollere den valgte afstivningsstørrelse ved at kontrollere, om den effektive afstivningsdel er tilstrækkelig til at fungere som en søjle for kombineret aksial belastning og bøjningsmoment som krævet i EN 1993-1-5, afsnit 9.4.

mellemliggende tværgående banestivere

det er normalt nødvendigt at tilvejebringe mellemstivere på fjernlysbaner med det praktiske formål at forbinde vridningsstivning mellem bjælkerne. I så fald bestemmer de valgte afstivningspositioner positionerne for mindst nogle af afstivningerne. Imidlertid , for bjælker uden afstivning, såsom tværgående bjælker i en stigedækbro, eller hvis der anvendes planafstivning, der er muligvis ingen praktisk nødvendighed for mellemstivere overhovedet. Kravet til mellemliggende tværgående stivere bestemmes ved verifikation af forskydningsmodstanden – dette vil indikere, hvor afstivere er nødvendige, og hvor afstivere ekstra til dem til afstivning er nødvendige.

verifikation af strålens forskydningsmodstand udføres i overensstemmelse med EN 1993-1-5, afsnit 5.2 (1) og 5.3 (1). Bemærk, at styrkebidraget fra nettet, der kommer fra en 1993-1-5, afsnit 5.3, stk.3, og en 1993-1-5, bilag A. 3, er funktion af eksistensen og afstanden mellem mellemstivere, og om disse mellemstivere er klassificeret som stive. Som et første trin i design foreslås det, at det oprindeligt antages, at der overhovedet ikke er nogen mellemstivere; hvis dette viser, at strålen er tilstrækkelig i forskydning, vil fordelen ved eventuelle mellemstivere til afstivning af fastgørelse være en bonus.

hvis ovenstående procedure bestemmer, at der kræves mellemstivere, skal designeren vælge positioner og afstand mellem disse stivere og beslutte, om de skal være stive. Verifikationen af afstivningsstørrelsen svarer til den for bærende afstivere, begyndende med bestemmelse af den effektive afstivningsdel i overensstemmelse med en 1993-1-5, afsnit 9.1 (2). For at teste, om stiveren er stiv, skal du kontrollere, at kravet i en 1993-1-5, afsnit 9.3.3, stk.3, er opfyldt.

de belastninger, der skal overvejes til konstruktion af lejestivere, er angivet i PD 6695-2 klausul 15. Belastninger på mellemstivere er normalt meget mindre end for bærende afstivere, men afstivere kan stadig være udsat for kræfter og øjeblikke på grund af interaktion med tværgående bjælker eller afstivning. For eksempel i en stigedækbro vil forskydningen i de tværgående bjælker forårsage en aksial kraft i fjernlysstiveren. Der kan også være vandret belastning at overveje fra afstivningen, hvilket kan generere bøjningsmomenter i afstivningsafsnittet. Efter at have bestemt belastningen skal du kontrollere den valgte afstivningsstørrelse ved at kontrollere, om den effektive afstivningsdel er tilstrækkelig til at fungere som en søjle for kombineret aksial kraft og bøjningsmoment (hvis nogen) som krævet i EN 1993-1-5, afsnit 9.4.

Hvis der ikke er nogen direkte belastning på afstivningen fra nogen af ovenstående, er det kun nødvendigt at sikre, at den effektive afstivningsdel opfylder stivhedskriteriet i en 1993-1-5, afsnit 9.2.1 (5). Yderligere vejledning om konstruktion af mellemstivere findes i afsnit 8.3.1 i LAF P356.

langsgående stivere

som nævnt før har de fleste broer ikke langsgående stivere. Afstivninger i længderetningen bør ikke være nødvendige på nogen del af en sektion, der aldrig er i kompression, eller på nogen del af sektionen, der er klassificeret som klasse 1, 2 eller 3 i overensstemmelse med en 1993-1-1, afsnit 5.2.2 (8). Selv hvis delen af sektionen er klassificeret som klasse 4, er langsgående afstivninger muligvis stadig ikke påkrævet. For at afgøre, om bjælkerne har tilstrækkelig bøjningsstyrke uden langsgående stivere, er proceduren at følge EN 1993-1-5 pkt.4.4. For at bestemme, om langsgående afstivninger er påkrævet på banen for at give hovedbjælkerne tilstrækkelig forskydningsstyrke, er proceduren som for mellemstivere, dvs.at verificere forskydningsmodstanden for strålen i henhold til en 1993-1-5, afsnit 5.2(1) og 5.3(1).

R19 Fig10.PNG

hvis de findes, kan langsgående afstivninger være kontinuerlige eller diskontinuerlige, afhængigt om de er kontinuerlige gennem tværgående stivere og membraner. Diskontinuerlige langsgående afstivere stopper og starter igen hver side af den tværgående afstivning, så de ikke opfanger globale langsgående spændinger fra banen eller flangen, som de er fastgjort til. De er der simpelthen for at modstå buckling til nettet eller flangen. Kontinuerlige langsgående stivere opfanger dog globale belastninger og tilføjer tværsnittet.

Hvis der skal tilvejebringes langsgående afstivninger, skal de verificeres ved at kontrollere, om den effektive afstivningsdel er tilstrækkelig til at fungere som en søjle som krævet i EN 1993-1-5, afsnit 9.2.2, stk.3.

Afstivningsdetaljer

Afstivningsstivere

Ved lejer skal afstivningsstiverne normalt være ret betydelige for at modstå de høje kompressionskræfter og kan muligvis være multi-benstivere. Normalt kræves en dobbeltsidet stiver for at undgå en høj ekscentricitet af belastning. Bearing stivere er normalt tykkere end nettet.

det er vigtigt at sikre, at afstivningen er “monteret” på bundflangen, hvilket betyder, at afstivningen er jordet for at få god kontakt med flangen. Dette betyder, at afstiverens andel af den aksiale kraft i den effektive afstivningsdel kan overføres gennem direkte kontakt mellem flangen og afstiveren. En enkel måde at bestemme afstiverens andel af den aksiale kraft er at beregne spændingen ved dens centroid under hensyntagen til ekscentricitet af aksial kraft på den effektive sektion og derefter multiplicere denne spænding med afstiverområdet.

svejsninger er næsten altid kontinuerlige filetsvejsninger rundt om begge sider af stiveren. En simpel 6mm benlængde svejsning kan være tilstrækkelig, men kan ofte være 8mm eller 10mm. svejsningen skal være dimensioneret for at kunne overføre stiverens andel af lejebelastningen til banen.

mellemliggende stivere

R19 Fig11.PNG

for mellemliggende tværgående stivere behøver stiveren sandsynligvis ikke at være meget stor. Typisk har en enkeltsidet 150h15mm plade tilstrækkelig styrke og stivhed. Nogle gange skal afstivningsstørrelsen øges for at rumme forbindelser. Dette kan gøres ved at øge pladestørrelsen til 200h20mm eller måske 250h 5mm. Alternativt kan afstivningsbredden øges lokalt for at tilvejebringe forbindelsesareal, som vist.

traditionelt har forholdet mellem afstivningsbredde og tykkelse været begrænset til højst 10 for at undgå lokal buckling. Eurocodes har dog ingen begrænsning på dette forhold, og mere slanke stivere er tilladt, selvom det muligvis skal kontrolleres, at de ikke vil være i fare ved lokal bukning. Det betyder ikke noget, om stiveren er tykkere end nettet, så generelt anbefales tykkere stivere.

for at give broen et rent udseende er det normalt at designe de ydre bjælker, så de mellemliggende tværgående stivere er på indersiden af banen og dermed ikke synlige på højden.

medmindre der er en betydelig aksial kraft på afstivningen, skal en simpel svejsedetalje, såsom en 6 mm benlængde kontinuerlig filetsvejsning rundt om begge sider af afstivningen, være tilstrækkelig stærk og holdbar.

yderligere vejledning om tilslutning af afstivning findes i Vejledning Note 2.03.

forbindelser til flangen

R19 Fig12.PNG

tværgående stivere svejses undertiden til flangen og stoppes undertiden lige kort for en eller begge flanger.

nødvendigheden af en forbindelse til en flange afhænger af, om kræfter skal overføres til flangerne. Hvis der er en betydelig aksial kraft, der skal overføres til afstivningen fra en af flangerne, vil det være nødvendigt at svejse afstivningen til den flange. Derfor skal lejestivere forbindes til bundflangen, hvis en del af lejereaktionen skal overføres til afstiveren. Hvis der er afstivning forbundet med afstivningen, er det sandsynligt, at det er nødvendigt at svejse afstivningen til kompressionsflangen for at overføre den laterale forskydningskraft. En forbindelse til den øverste flange forhindrer også et træthedsproblem i den øverste flange til banesvejsning, da dækket forsøger at rotere over bjælken på grund af trafikbelastninger. Fordelen ved at stoppe afstivningen kort af flangen er, at den undgår en potentiel vandlås på den øverste overflade af bundflangen. Dette er især vigtigt for at undgå forvitring af stålbroer.

hvor en afstivning skal svejses til en flange, ville normale konstruktionstolerancer resultere i et lille mellemrum mellem afstivningen og flangen, medmindre afstivningen er monteret; alle kræfter overføres derfor gennem svejsningerne. Men hvis en afstivning er monteret på flangen, vil fabrikatoren slibe afstivningsenden for at gøre en god pasform med flangen over en væsentlig del af afstivningsarealet. Denne øvelse kræver yderligere arbejde (og omkostninger), så afstivninger bør kun monteres, når det er nødvendigt, f.eks. til lejestivere og til afstivere ved en ændring i flangeretningen. Det er heller ikke praktisk muligt at montere en afstivning til begge flanger, så den monterede ende vil være i den ende, hvor den største kraft skal overføres, normalt bundflangen.

R19 Fig13.PNG

Cope huller

R19 Fig14.PNG

i hjørnet af en tværgående stiver, hvor afstivningspladen møder banen til flangesvejsning, vil det være nødvendigt at forme stiveren for at undgå svejsningen. Der er to muligheder, enten snipe stiveren, der passer til nettet til flange svejsning og svejse op alle grænsefladerne, eller give en klare hul. Selvom den første mulighed kræver svejsning af en svejsning oven på en anden, kan denne detalje være lettere at fremstille end den anden, fordi det er vanskeligt tilfredsstillende at gennemføre kontinuerlige svejsninger omkring klare huller og påføre maling på alle overflader.

ressourcer

• Iles, D. C. (2010) sammensat motorvejsbrodesign. (P356 inklusive berigtigelse, 2014). Sci
• Hendy, C. R.; Iles, D. C. (2015) Steel Bridge Group: vejledninger om bedste praksis inden for stålbrokonstruktion (6.udgave). (P185). SCI
  • vejledning Note 2.03 afstivning og tværbjælkeforbindelser
  • vejledning Note 2.04 bærende afstivninger
  • vejledning Note 2.05 Intermediate tværgående netstivere

Se også

• Multi-bjælke sammensatte broer
• kasse bjælke broer
• Vejrstål
• broer – indledende design
• design af bjælker i sammensatte broer
• Træthedsdesign af broer
• afstivningssystemer
• forbindelser i broer
• broartikulation og lejespecifikation
• design til stålbrokonstruktion

• motorveje England dmrb (designmanual til veje og broer)
• motorveje England (Manual of Contract Documents for Motorvejsarbejder)
• the Steel Bridge Group (SBG)