Victoria Falls Bridge

Eftersyn og bæreevnevurdering

Dansk Brodag 2006

Bjørn Lassen (bl@ramboll.dk)

Chefkonsulent, brovedligehold og materialeteknologi

Bjørn Lassen (bl@ramboll.dk)

Chefkonsulent, brovedligehold og materialeteknologi

Dansk Brodag 2006

Indhold

Historie

Broens konstruktion

Opgaven

Resultater

Perspektiver

Historie

Broens konstruktion

Opgaven

Resultater

Perspektiver

Dansk Brodag 2006

Geografi

Dansk Brodag 2006

Google “Victoria Falls Bridge”

Victoria Falls Bridge: 6,5 mio. hits

Forsmo Bridge / Forsmobron: 279 hits

Dansk Brodag 2006

111 m ned

Dansk Brodag 2006

Historie

Dansk Brodag 2006

Historie

1855

Livingstone opdager Victoriafaldene

Dansk Brodag 2006

Historie

Slutningen af 1800-tallet:

Britisk forretningsmand, Cecil Rhodes, tager initiativ til Cape-Cairo Railway.

Rhodes var meget aktiv i koliniseringen af det sydlige Afrika. Rhodesia, nu Zambia og Zimbabwe var opkaldt efter ham.

Dansk Brodag 2006

Historie

1905:

Charles Darwins søn indvier Victoria Falls Bridge som et led i Cape-Cairo Railway

Placeringen af broen valgt af hensyn til oplevelsen

Dansk Brodag 2006

Historie

2004:

Et ingeniørfirma siger om fremtidsudsigterne for broen:

Stålbroer som Victoria Falls Bridge har en levetid på 100 år.

Dansk Brodag 2006

Historie

2004:

Et ingeniørfirma siger om fremtidsudsigterne for broen:

Stålbroer som Victoria Falls Bridge har en levetid på 100 år.

Den er nu 99 år, så den er gruelig gal

Dansk Brodag 2006

Historie

2004:

Et ingeniørfirma siger om fremtidsudsigterne for broen:

Stålbroer som Victoria Falls Bridge har en levetid på 100 år.

Den er nu 99 år, så den er gruelig gal.

På den anden side findes der i New York en stålbro som er over 120 år, så måske går det alligevel.

Dansk Brodag 2006

Historie

2005: Rambøll efterser broen og vurderer dens bæreevne

2105: Broen fejrer sin 200 års fødselsdag – sund og rask

Dansk Brodag 2006

Konstruktion

156 m

Dansk Brodag 2006

Konstruktion

Konstruktionen er designet og fabrikeret i England af Cleveland Bridge and Engineering Company

Chefdesigner var Ralph Freeman, der også stod for Sidney Harbour Bridge

Det statiske system og detaljerne er yderst fornuftigt opbygget

Dansk Brodag 2006

Konstruktion

Prøvesamlet i England, adskilt og transporteret til stedet med skib og jernbane

Opført ved fri frembygning fra begge sider

Dansk Brodag 2006

Konstruktion:I 1929 ombygget fra to jernbanespor til ét

Dansk Brodag 2006

Konstruktion:Plus vejbane

Dansk Brodag 2006

Konstruktion:Plus cykelsti / fortov

Dansk Brodag 2006

Vores opgave

Visuelt eftersyn (generaleftersyn) af alle dele inkl. klipperne

Bæreevneberegning

Specielle inspektioner og prøvning

Indstillinger (kortsigtet og langsigtet vedligeholdsprogram)

Dansk Brodag 2006

Visuelt eftersyn rapporteret i SMART Bridge

Dansk Brodag 2006

Registrering i SMART Bridge

Alle konstruktionsdele registreret

Tilstandskarakterer, skadebeskrivelse og fotos registreret på 1200 elementer

Detaljeringsgrad: et element er f.eks. en knude eller en gitterstang mellem to knuder

Resultat: eftersynsrapport

oversigt over tilstandskarakterer

vedligeholdsprogram

langtidsbudgetter

værktøj til fremtidig styring

Dansk Brodag 2006

ElementHierarchy

ElementHierarchy

InventoryData

InventoryData

PrincipalInspection

PrincipalInspection

JobManage-

ment

JobManage-

ment

Assets &Revenues

Assets &Revenues

MonitoringMonitoring

Konstruktionerne registreres i en hierarkisk struktur - i dette tilfælde med 1200 elementer

Konstruktionerne registreres i en hierarkisk struktur - i dette tilfælde med 1200 elementer

Dansk Brodag 2006

ElementHierarchy

ElementHierarchy

InventoryData

InventoryData

PrincipalInspection

PrincipalInspection

JobManage-

ment

JobManage-

ment

Assets &Revenues

Assets &Revenues

MonitoringMonitoring

I generaleftersynet registreres• tilstandskarakterer (0-5)• skadebeskrivelse• reparationsbehov• fotos

I generaleftersynet registreres• tilstandskarakterer (0-5)• skadebeskrivelse• reparationsbehov• fotos

Dansk Brodag 2006

Fordeling af tilstandskarakterer

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 1 2 3 4 5

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 1 2 3 4 5

Dansk Brodag 2006

Skader og fejl

Hovedkonstruktionen Ingen væsentlige skader

En del overfladekorrosion

Dansk Brodag 2006

Skader og fejl

”Overbygningen” (Tværbjælker, sekundære længdedragere, dæk)

Enkelte tilfælde af dårligt design

En del korrosion pga. dårlige afvandingsforhold

Nogen overfladekorrosion

Underdimensioneringaf kantbjælker

Dansk Brodag 2006

XY

Z

Hele broen modelleret i én 3D FE-model i LUSAS

Modellen er brugt til analyse af de tre tilstande:ULS: Ultimate Limit StateSLS: Serviceability Limit StateFLS: Fatigue Limit State

Dansk Brodag 2006

XY

Z

Hele broen modelleret i én 3D FE-model i LUSAS

Modellen er brugt til analyse af de tre tilstande:BrudtilstandAnvendelsestilstandUdmattelsestilstand

Dansk Brodag 2006

Bæreevneberegninger

Stålprøver (profiler og nitter) er testet for at verificere beregningsgrundlaget.

Resultaterne er flotte og meget ensartede inden for hver type:

Flydespænding 240-280 MPa.

Brudstyrke 400-475 MPa.

Brudforlængelse 30-40%.

Hvilket er fuldt acceptabelt

Dansk Brodag 2006

Bæreevneberegninger

Udnyttelsesgrader, brud og udmattelse

UtilRatio in Top Chord, Main Span

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

ULS

FLSUtilRation in Arch Chord, Main Span

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

ULS

FLS

BrudUdmattelse

Dansk Brodag 2006

Bæreevneberegninger, problemområder

Skrå bremsedragere med uheldigt design:

Løsning:

Udskifte til et bedre design

Dansk Brodag 2006

Bæreevneberegninger, problemområder

Udmattelsesstyrken af jernbanedragere i enkelte fag er tvivlsom

Løsning:

1: Udskift til nye af samme dimensioner (levetiden starter forfra)

2: Hvis man beslutter at udskifte jernbanedækket indenfor 10 år, så lad dem ligge så længe

Dansk Brodag 2006

Bæreevneberegninger, problemområder

Kantdragere der understøtter vejbanens trug-dæk i siderne, er for svage.

Dansk Brodag 2006

Bæreevneberegninger, problemområder

Kantdragere der understøtter vejbanens trug-dæk i siderne, er for svage.

Løsning:

Hold trafiklasten væk fra kanterne. Der er plads til det.

Dansk Brodag 2006

Bæreevneberegninger, problemområder

Bæreevnen af jernbanedækkets trug er afhængig af svellernes tilstand og understøtning for fordeling af lasten

Løsning:

Efterse sveller og ballast ofte

Dansk Brodag 2006

Bæreevneberegninger, udmattelse

Structural element(s) Remaining functional life

Main superstructure including bracing Additional 100 years

Cross girders, main bridge Additional 100 years

Cross girders, end spans Additional 100 years

Railway stringers, main bridge Additional 100 years

Railway stringers, end spans At least 10 years (see comments)

Railway troughs Additional 100 years (provided good condition and intact rails/sleepers)

Roadway cantilever brackets Additional 100 years (*)

Roadway stringers, main bridge Additional 100 years (*)

Roadway, concrete and deck structure Additional 100 years (*)

* all remaining functional life times for roadway are heavily dependent on loading assumptions

Dansk Brodag 2006

Konklusioner

Broen er sund og stærk og holder de næste 100 år

Begrænsningerne for vej- og togtrafik kan lempes betydeligt

Dansk Brodag 2006

Perspektiver

For kunden: Broen kan holde mange år endnu, så det kan betale sig at

investere i vedligehold

Der er etableret et godt grundlag og et system til administration af det fremtidige vedligehold

For lokalsamfundet: Lastbiltrafik kan genoptages i fuldt omfang

For verden: Et historisk monument kan bevares intakt og i fuld funktion

i mange år fremover

Tak for opmærksomheden---