Stiffeners zijn secundaire platen of secties die zijn bevestigd aan balkenbanen of flenzen om ze te verstijven tegen vervormingen buiten het vlak.

bijna alle hoofdbrugbundels hebben stijfheid. De meeste hebben echter alleen dwarse webstiffeners, dat wil zeggen verticale stiffeners die aan het web zijn bevestigd. Diepe balken hebben soms ook longitudinale webstiffeners. Flensverstevigers kunnen worden gebruikt op grote overspanning Box Balk bruggen, maar het is onwaarschijnlijk dat elders worden aangetroffen.

richtsnoeren voor het ontwerp van stijvingsmiddelen worden hieronder en in richtsnoeren GN 2 gegeven.04 en GN 2.05.

Stiffeners.jpg

Soorten versteviger

Er zijn twee belangrijke types van versteviger:

• Longitudinale web baleinen, die zijn uitgelijnd in de span richting
• Dwars baleinen, die zijn afgestemd op normaal om de span richting van de bundel.

• Types of stiffeners
• 

  Stiffeners on I-section girders

• 

  Stiffeners on box girders

• 

  longitudinale en transversale stiffeners in een boxligger
  (figuur met dank aan Atkins)

  transversale webstiffeners worden meestal geleverd op lagerposities en deze staan bekend als lagerstiffeners. Voor toekomstig onderhoud is het een goede gewoonte om op opvijzelpunten draagversterkers te leveren (voor wanneer liggers moeten worden verhoogd tot vrije lagers voor vervanging). Andere transverse stiffeners worden intermediate transverse web stiffeners genoemd.

  R19 Fig4.png

  transverse web stiffeners
  (figuur met dank aan Arup)

  
  

  Boxliggers hebben meestal diafragma ‘ s op de posities van ondersteunt in plaats van verstevigingsmiddelen. Dit zijn meestal vaste platen aan de binnenkant van de doos.

  Stiffener sections

  R19 Fig5.PNG

  Stiffener sections

  een verscheidenheid van secties zijn historisch gebruikt als stiffeners, maar de eenvoudige platte stiffener is het type dat bijna altijd wordt gebruikt in moderne ontwerpen. Verstevigingsmiddelen kunnen aan één zijde van de plaat (enkelzijdig) of aan beide zijden (dubbelzijdig) worden bevestigd. Meestal lagerverstevigers zijn dubbelzijdig, terwijl tussenliggende webverstevigers zijn enkelzijdig. Stiffeners kunnen ook worden verdubbeld, of zelfs verdrievoudigd, om multi-leg stiffeners te vormen.

  waarvoor zijn verstijvingsmiddelen?

  Stiffeners hebben één of beide van de volgende functies:

  • controle van lokale knikbewegingen
  • Verbindingsbanden of dwarsbalken

  controle van lokale knikbewegingen

  lokale knikbewegingen vinden plaats wanneer een dwarsdoorsnede slank genoeg is voor knikbewegingen binnen de dwarsdoorsnede, hetzij door compressie, hetzij door afschuiving. De banen van brugbalken zijn meestal kwetsbaar voor lokale knikken, maar flenzen zijn meestal veel dikker en inherent beter bestand tegen knikken.

  lokale verbuiging kan optreden als gevolg van dwarse compressiebelasting, bv. een baan die wordt blootgesteld aan een lagerreactie, lengtecompressiebelasting, bv. door buigen of door afschuiving.

  in alle gevallen kan de toevoeging van een relatief kleine verstijver aan een slanke plaat de weerstand tegen lokaal knikken aanzienlijk verhogen.

  R19 Fig6.PNG

  Redenen voor transversale baleinen

  
  

  R19 Fig7.png

  Redenen voor longitudinale baleinen

  
  

  het Aansluiten van de schoren of dwarse balken

  de eenvoudigste manier om De brace stalen balken samen is door de vaststelling van de brace om dwars te baleinen. Zo vallen stiffener posities bijna altijd samen met verkwikkende posities.

  In een ladderdek kunnen de netten van dwarsbalken direct worden aangesloten op de grootlichtverstevigers, zodat de stiffener-afstand overeenkomt met de dwarsbalkafstand. In een multi-Balk brug met cross bracing de verkwikkende leden zijn meestal verbonden met de grote balk verstijvingen, zodat stiffener afstand is hetzelfde als verkwikkende afstand.

  R19 Fig8.PNG

  voorbeelden van stiffeners verbindende bracing

  
  

  het ontwerpen van stiffeners voor lokaal knikken

  ontwerp van verstevigingsmiddelen. Eerst moet in het ontwerp worden vastgesteld waar de balken voldoende verstevigingsmiddelen nodig hebben. Dan moeten de verstevigingsmiddelen zelf worden ontworpen.

  dragende stiffeners

  EN 1993-1-5, punt 5.1, punt 2, geeft een criterium voor wanneer dragende stiffeners verplicht zijn. De meeste brugbalken zullen volgens dit criterium lagerverstevigingsmiddelen vereisen. Zelfs indien lagerverstevigingsmiddelen volgens dit punt niet vereist zijn, kunnen zij desgewenst toch worden geleverd – dit kan ten goede komen aan de afschuifweerstand zoals berekend volgens EN 1993-1-5, punt 5.3.

  R19 Fig9.PNG

  eindposten

  aan eindsteunen, indien draagversterkers moeten worden verstrekt, moet worden besloten of een” stijve eindpaal ” moet worden verstrekt, zoals aangegeven in EN 1993-1-5, figuren 5.1 en 9.6. Een stijve eindstang zal ten goede komen aan de afschuifweerstand zoals berekend door EN 1993-1-5 clausule 5.3. Hoewel oudere geklonken balken in het Verenigd Koninkrijk een rigide end post end detail kunnen hebben, is de recentere Britse praktijk niet geweest om stijve end posts te bieden, maar om een “niet-rigide end post”te bieden. Indien een stijve eindstang vereist is, worden in EN 1993-1-5, punt 9.3.1, minimumvereisten voor verstijving gegeven.

  nadat is besloten dat er dragende stijven moeten worden geleverd, bepaalt u, om het ontwerp van de dragende stijven te verifiëren, het effectieve stijve gedeelte overeenkomstig EN 1993-1-5, punt 9.1, punt 2. Merk op dat meerpootverstevigingsmiddelen moeten worden gesplitst in afzonderlijke effectieve dwarsdoorsneden en de belastingen verdeeld tussen hen. In punt 8.3.2 van het GCB P356 worden richtsnoeren gegeven voor het ontwerp van draagverstevigingsmiddelen.

  de belastingen die in aanmerking moeten worden genomen voor het ontwerp van draagstiffeners zijn vermeld in punt 16 van PD 6695-2. Het grootste deel van de belasting op de verstijver is de verticale belasting van de lagerreactie. Er zal horizontale belasting zijn om te overwegen om FS-krachten te weerstaan zoals gegeven in PD 6695-2 clausule 10, kan er ook horizontale belasting van het lager zijn als het is bevestigd. Deze belastingen kunnen buigmomenten in het verstijvingsgedeelte genereren.

  nadat de belasting is bepaald, moet de gekozen stijfmiddelgrootte worden gecontroleerd door te controleren of het effectieve stijfmiddelgedeelte geschikt is als kolom voor gecombineerde axiale belasting en buigmoment, zoals vereist door EN 1993-1-5, punt 9.4.

  Intermediate transverse webstiffeners

  Het is meestal noodzakelijk om tussenliggende dwarsverstiffers aan de hoofdbalkbanen te leveren voor de praktische toepassing van het verbinden van torsieverstevigingen tussen de balken. Als dat zo is, zullen de gekozen verstevigingsposities de posities van ten minste enkele van de verstevigingsmiddelen bepalen. Voor balken zonder versteviging, zoals dwarsbalken in een brug van het ladderdek, of als plan bracing wordt gebruikt, is er in de praktijk echter helemaal geen noodzaak voor tussenliggende verstevigingsmiddelen. De eis voor tussenliggende dwarsverstiffeners wordt bepaald door de verificatie van de afschuifweerstand – dit geeft aan waar verstevigingsmiddelen nodig zijn en waar extra verstevigingsmiddelen nodig zijn naast die voor versteviging.

  controle van de afschuifweerstand van de bundel wordt uitgevoerd overeenkomstig EN 1993-1-5, punt 5.2 (1) en 5.3 (1). Merk op dat de krachtbijdrage van de baan die afkomstig is van EN 1993-1-5, punt 5.3, punt 3, en EN 1993-1-5, Bijlage A. 3, afhankelijk is van het bestaan en de afstand van tussenstijfheidstypen en of deze tussenstijfheidstypen als stijf worden ingedeeld. Als eerste stap in het ontwerp wordt gesuggereerd dat in eerste instantie wordt aangenomen dat er helemaal geen tussenliggende verstijvingen zijn; als dit bewijst dat de balk voldoende afschuifbaar is, dan is het voordeel van een tussenliggende versteviger voor verkwikkende bevestiging een bonus.

  als de bovenstaande procedure bepaalt dat tussenliggende stijfmiddelen nodig zijn, dan moet de ontwerper de posities en afstand van deze stijfmiddelen kiezen en beslissen of ze stijf moeten zijn. De controle van de verstijvingsgrootte is vergelijkbaar met die van draagstiffeners, te beginnen met het bepalen van het effectieve verstijvingsgedeelte overeenkomstig EN 1993-1-5, punt 9.1, punt 2. Om te testen of de verstijver stijf is, moet worden nagegaan of aan de eis van EN 1993-1-5, punt 9.3.3 (3), is voldaan.

  de belastingen die in aanmerking moeten worden genomen voor het ontwerp van draagstiffeners zijn vermeld in punt 15 PD 6695-2. De belastingen op tussenliggende stijven zijn meestal veel lager dan bij dragende stijven, maar stijven kunnen nog steeds onderhevig zijn aan krachten en momenten als gevolg van interactie met dwarsbalken of versteviging. Bijvoorbeeld, in een brug van het ladderdek zal de afschuiving in de dwarsbalken een axiale kracht in de grootbundel verstijver veroorzaken. Er kan ook rekening worden gehouden met horizontale belasting van de versteviging die buigmomenten in het verstijvingsgedeelte kan genereren. Nadat de belasting is bepaald, moet de gekozen verstijvingsgrootte worden gecontroleerd door te controleren of het effectieve verstijvingsdeel geschikt is als kolom voor gecombineerde axiale kracht en buigmoment (indien van toepassing), zoals vereist door EN 1993-1-5, punt 9.4.

  indien de verstijver niet rechtstreeks wordt belast door een van de hierboven genoemde factoren, is het alleen nodig ervoor te zorgen dat het effectieve verstijvingsdeel voldoet aan het stijfheidscriterium van EN 1993-1-5, punt 9.2.1 (5). Nadere richtsnoeren voor het ontwerp van tussenstijfstijvers worden gegeven in punt 8.3.1 van het GCB P356.

  longitudinale stijfheid

  zoals eerder opgemerkt, hebben de meeste bruggen geen longitudinale stijfheid. Lengtestiffeners mogen niet nodig zijn op een deel van een sectie dat nooit wordt samengedrukt, noch op een deel van de sectie die is ingedeeld als klasse 1, 2 of 3 overeenkomstig EN 1993-1-1, punt 5.2.2, punt 8. Zelfs als het deel van de doorsnede is ingedeeld in klasse 4, kunnen lengteverstevigingsmiddelen nog steeds niet vereist zijn. Om te bepalen of de balken voldoende buigsterkte hebben zonder lengtestijfheid, moet de procedure worden gevolgd volgens EN 1993-1-5, punt 4.4. Om te bepalen of op de baan lengteverstevigers nodig zijn om de grote balken voldoende afschuifsterkte te geven, wordt dezelfde procedure toegepast als voor tussenliggende stijven, d.w.z. om de afschuifweerstand van de balk te controleren volgens EN 1993-1-5, punten 5.2(1) en 5.3(1).

  continue en discontinue longitudinale verstijvingen

  
  

  indien deze bestaan, kunnen longitudinale verstijvingen continu of discontinu zijn, afhankelijk van het feit of ze continu of discontinu zijn transversale verstevigers en membranen. Discontinue lengtestiffeners stoppen en starten opnieuw aan weerszijden van de dwarsstiffener, zodat zij geen globale lengtespanningen van het net of de flens waaraan zij zijn bevestigd, opvangen. Ze zijn er gewoon om te weerstaan knikken aan het web of flens. Continue longitudinale stiffeners nemen echter globale spanningen op en dragen bij aan de dwarsdoorsnede.

  indien overlangsverstiffers moeten worden verstrekt, moeten deze worden gecontroleerd door na te gaan of de effectieve verstiffersectie geschikt is als kolom, zoals vereist door EN 1993-1-5, punt 9.2.2 (3).

  Stiffener detaillering

  dragende stiffeners

  bij lagers moeten de stiffeners gewoonlijk vrij groot zijn om bestand te zijn tegen de hoge drukkrachten en moeten ze mogelijk meerpootstiffeners zijn. Meestal is een dubbelzijdige versteviger nodig om een hoge excentriciteit van het laden te voorkomen. Lagerverstevigers zijn meestal dikker dan het web.

  Het is belangrijk ervoor te zorgen dat de stiffener op de onderste flens is “gemonteerd”, wat betekent dat de stiffener is geslepen om goed contact met de flens te maken. Dit betekent dat het aandeel van de verstijver in de axiale kracht in de effectieve verstijver kan worden overgedragen door direct contact tussen de flens en de verstijver. Een eenvoudige manier om het aandeel van de verstijver in de axiale kracht te bepalen is om de spanning in het midden van de as te berekenen, rekening houdend met de excentriciteit van de axiale kracht op het effectieve gedeelte, en vervolgens deze spanning te vermenigvuldigen met het gebied van de verstijver.

  lassen zijn bijna altijd continue filet lassen aan beide zijden van de verstijver. Een eenvoudige 6mm beenlengtelas kan voldoende zijn, maar moet vaak 8mm of 10mm zijn. de las moet zo groot zijn dat het deel van de lagerbelasting van de stiffener in het web kan worden overgebracht.

  Intermediate stiffeners

  R19 Fig11.PNG

  Stiffener verbreed om ruimte voor verbindingen

  voor intermediate transverse web stiffeners hoeft de stiffener waarschijnlijk niet erg groot te zijn. Typisch een enkelzijdige 150x15mm plaat heeft voldoende sterkte en stijfheid. Soms moet de grootte van de verstijver worden vergroot om aansluitingen mogelijk te maken. Dit kan door de plaatgrootte te verhogen tot 200x20mm of misschien 250x 5mm. Als alternatief kan de verstijvingsbreedte lokaal worden vergroot om het verbindingsgebied te bieden, zoals getoond.

  traditioneel is de verhouding tussen breedte en dikte van de stiffener beperkt tot niet meer dan 10 om lokale knikvorming te voorkomen. De Eurocodes hebben echter geen beperkingen op deze verhouding, en er zijn meer slanke verstijvingen toegestaan, hoewel er wellicht moet worden gecontroleerd of zij geen risico lopen van lokale verbuiging. Het maakt niet uit of de stiffener dikker is dan het web, dus over het algemeen worden dikkere stiffeners aanbevolen.

  om de brug schoon te maken, is het normaal om de buitenste balken zo te ontwerpen dat de tussenliggende dwarsstiffeners zich op de binnenzijde van het web bevinden en dus niet zichtbaar zijn op de hoogte.

  tenzij er een aanzienlijke axiale kracht op de verstijver aanwezig is, moet een eenvoudig lasdetail, zoals een 6 mm lange doorlopende filetlas rondom beide zijden van de verstijver, voldoende sterk en duurzaam zijn.

  verdere aanwijzingen voor het verbinden van de scharnieren worden gegeven in toelichting 2.03.

  verbindingen met de flens

  R19 Fig12.PNG

  Stiffener to flens aansluitingen

  transversale webstiffeners worden soms aan de flens gelast en soms gestopt vlak voor een of beide flenzen.

  de noodzaak van een verbinding met een flens hangt af van de vraag of krachten op de flenzen moeten worden overgebracht. Indien er vanuit een van de flenzen een aanzienlijke axiale kracht op de verstijver moet worden overgebracht, moet de verstijver aan die flens worden gelast. Om een deel van de reactie van het lager op de stiffener over te brengen, moeten de draagversterkers daarom met de Bodemflens worden verbonden. Als er versteviging is aangesloten op de verstijver dan is het waarschijnlijk nodig om de verstijver te lassen aan de compressie flens om de zijdelingse afschuifkracht over te brengen. Een verbinding met de bovenste flens voorkomt ook een vermoeidheidsprobleem in de bovenste flens om web lassen als het dek probeert te draaien over de balk als gevolg van verkeer belastingen. Het voordeel van het stoppen van de stiffener kort van de flens is dat het voorkomt dat een potentiële waterval op het bovenoppervlak van de onderste flens. Dit is vooral belangrijk om te voorkomen dat op verwering stalen bruggen.

  wanneer een stiffener aan een flens moet worden gelast, zouden normale constructietoleranties leiden tot een kleine spleet tussen de stiffener en de flens, tenzij de stiffener is aangebracht; alle krachten zullen dus door de lassen worden overgebracht. Indien echter een stiffener op de flens is gemonteerd, zal de fabrikant het stiffener-uiteinde zo malen dat het over een aanzienlijk deel van het stiffener-gebied goed met de flens past. Deze oefening vereist extra werk (en kosten), zodat stiffeners alleen mogen worden gemonteerd wanneer dat nodig is, bijvoorbeeld voor dragende stiffeners en voor stiffeners bij een verandering in flensrichting. Ook is het praktisch niet mogelijk om een versteviger op beide flenzen te monteren, zodat het gemonteerde uiteinde zich aan het uiteinde bevindt waar de grootste kracht moet worden overgebracht, meestal de onderste flens.

  R19 Fig13.PNG

  Versteviger aan flensverbindingen

  
  

  Omgaan gaten

  R19 Fig14.PNG

  Watersnip en omgaan gat details

  Op de hoek van een transversale web versteviger waar de versteviger plaat voldoet aan de web flens gelast, zal het nodig zijn om de vorm van het versteviger om te voorkomen dat de lasnaad. Er zijn twee opties, ofwel snipe de stiffener aan het web aan flens lassen en lassen van alle interfaces aan te passen, of zorgen voor een cope gat. Hoewel de eerste optie vereist het lassen van een las op de top van een andere, dit detail kan gemakkelijker te fabriceren dan de tweede, omdat het moeilijk is om te voltooien continu lassen rond omgaan gaten en verf op alle oppervlakken.

  1. 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 BS EN 1993-1-5:2006+A2: 2019. Eurocode 3: Ontwerp van staalconstructies. Geplateerde structurele elementen. BSI
  2. 2,0 2.1 2.2 PD 6695-2: 2008+A1: 2012 Recommendations for the design of bridges to BS EN 1993. BSI
  3. BS NL 1993-1-1: 2005+A1:2014, Eurocode 3: Ontwerp van staalconstructies. General rules and rules for buildings, BSI

  Resources

  • Iles, D. C. (2010) Composite highway bridge design. (P356 met inbegrip van corrigendum, 2014). SCI
  • Heny, C. R.; Iles, D. C. (2015) Steel Bridge Group: Guidance Notes on best practice in steel bridge construction (6th Issue). (P185). SCI
    • Guidance Note 2.03 Bracing and cross beam connections
    • Guidance Note 2.04 Lagerstijfsel
    • Guidance Note 2.05 Intermediair dwars web baleinen

  Zie ook:

  • Multi-balk composiet bruggen
  • Ladder deck composiet bruggen
  • kokerbalk bruggen
  • Corten staal
  • Bruggen – het oorspronkelijke ontwerp
  • het Ontwerp van balken in composiet bruggen
  • Vermoeidheid ontwerp van bruggen
  • Verfrissende systemen
  • Verbindingen in bruggen
  • Brug articulatie en het dragen van specificatie
  • het Ontwerp voor de stalen brug constructie
  • Snelwegen Engeland DMRB (Ontwerp Handboek voor Wegen en Bruggen)
  • Snelwegen van Engeland MCDHW (handleiding van het bestek voor wegenbouw)
  • The Steel Bridge Group (SBG)