Werken aan het bouwproces
Het Havenhuis in Antwerpen, ontworpen door Zaha Hadid Architects en gerealiseerd door Interbuild, is een bouwwerk van een heel andere schaal. Bij dergelijke projecten springt vooral het eindresultaat in de kijker. Nochtans zijn ook heel wat boeiende zaken te vertellen over het bouwproces zelf, en met name over de rol die creatief constructief rekenen daarbij speelde.
“Neem bijvoorbeeld de brugconstructie die het dynamisch balkvormig volume draagt, en dat volume integreert met de gerenoveerde oude brandweerkazerne” zegt Tom Molkens. “Om die brug zo licht mogelijk te dimensioneren en met glans haar constructieve rol te laten vervullen binnen het afgewerkte bouwwerk, werd het geheel opgevat als een dubbele brugconstructie waarin twee samenwerkende kokerliggers de nodige draagkracht verzekeren in de eindtoestand. Stubeco werd ingeschakeld om creatieve uitvoeringsmethodes te onderzoeken die de lichtheid van dit uitdagend constructief ontwerp niet nodeloos verzwaren omwille van bijkomende eisen tijdens het bouwproces.”
Concreet werd een oplossing uitgewerkt om tijdens de bouwfase de 23 meter hoge ondersteuningsconstructie maximaal te laten samenwerken met de reeds draagkrachtige elementen van de brug. De bijzondere mogelijkheden die het POLY-ondersteuningssysteem biedt om snel en makkelijk te ontkisten bleken daarbij cruciaal. POLY-ondersteuningselementen beschikken met name over een kantelpen die dankzij een eenvoudige hamertik kan worden ontgrendeld. Daardoor zakt de binnenbuis van de ondersteuning automatisch 7 millimeter ten opzichte van de buitenbuis, vermindert de drukkracht in die ondersteuning en komt extra draagcapaciteit beschikbaar.
Mastering flexibility and resilience
A 3D structural analysis model of the bridge structure was built using Diamonds to validate and verify the feasibility of the selected approach. The bottom girder was defined to be supported by an elastic foundation, to account for the almost uniform support through a large number of POLY elements during the building phase. The properties of this elastic foundation were derived from the compressibility of the POLY elements and the characteristics of the substrate.
Diamonds rekenmodel van de onderligger van de Havenhuis-brug. Aan zijn uiteinden blijvend ondersteund door een schuine buitenpijler en een verticale binnenpijler, wordt de onderligger tijdens de bouwfase verend ondersteund tussen beide pijlers in.
In een eerste stap werd het Diamonds rekenmodel gebruikt om de maximale reactiekrachten in de ondersteuningsconstructie te berekenen tijdens het storten van de onderligger. Voor die vrij klassieke berekening van reactiekrachten werd gewerkt op basis van een lage E-modulus voor het beton van de brugligger. Een heel pak uitdagender is de berekening van wat gebeurt bij het ontgrendelen van de kantelpennen, 28 dagen na het storten van de onderligger en vlak voor uitvoering van de bovenligger.
Om de impact van die ontgrendeling te berekenen werd in een eerste stap het effect van 7mm steunpuntszetting op de verende bedding begroot. Niet alleen zorgt dit voor een ontlasting van de ondersteuning, maar tevens vermindert daardoor de veerstijfheid van de ondersteuning. Daarom werden iteratief nieuwe en lagere veerstijfheden berekend (tevens rekening houdend met mogelijke vervormingen en zettingen van de funderingen), en werd vervolgens de reserve ingeschat die in de ondersteuningsconstructie beschikbaar komt bij ontlasting. Die reserve werd begroot op 80% van de oorspronkelijke schoorlast, wat voldoende potentieel bood om extra belasting te kunnen opnemen tijdens de volgende bouwfase.
In een tweede stap werden in het Diamonds rekenmodel de eigenschappen van de verende bedding aangepast, en werd ervan uitgegaan dat het beton van de onderligger een sterkte C30/37 heeft bereikt. Een belasting werd toegevoegd overeenstemmend met het door de onderligger te dragen gewicht tijdens de uitvoering van de bovenbouw. Uit de berekeningen op basis van dit model bleken de krachten in de POLY-elementen overal onder de toelaatbare waarden te blijven. Maar vermits ook vervormingen werden opgetekend kleiner dan de 7 mm opgelegde steunpuntsverplaatsing, werd iteratief verder gerekend om enkel die steunen te activeren waar de berekende vervorming groter is dan 7 mm. Dergelijke iteratieve berekening veranderde echter geenszins de conclusie dat globaal nergens een overschrijding van de draagcapaciteit te vrezen viel.
Iteratieve berekening van de te verwachten vervormingen van de onderligger tijdens de constructie van de bovenbouw van de brug, waarbij zones met vervormingen kleiner dan 7 mm niet worden ondersteund.
Vervormingen van de brugconstructie, rekening houdend met kruip en scheurvorming van het beton, op basis van de vereiste minimum wapening en na demonteren van het grootste deel van de bekisting na 90 dagen.
Een beter proces realiseren
“Het ontgrendelen van de kantelpennen is uiteraard een proces dat enige tijd in beslag neemt” licht Tom Molkens toe. “Tijdens dat proces wordt de draagkracht van de onderligger stapsgewijze geactiveerd, en komt een samenwerking tot stand tussen de brugligger en de ondersteuningsconstructie. Net die samenwerking zorgt voor extra draagvermogen in de POLY-elementen. Uiteraard moet bij dit alles ook worden nagegaan of tijdens het progressief ontgrendelen van de kantelpennen op geen enkel ogenblik de maximale draagkracht wordt overschreden in de POLY-elementen. Maar net in dat opzicht bood het 3D Diamonds rekenmodel alle noodzakelijke informatie om het risico op een tijdelijke lokale overbelasting te elimineren. Zo werd uiteindelijk gekozen voor een aanpak waarbij de pennen vanuit het midden naar de twee brugpijlers toe worden ontgrendeld.”
Evenzeer was dit Diamonds rekenmodel een goede basis voor een hele reeks bijkomende berekeningen. Voorbeelden daarvan zijn de controle van de brugwapening en de berekening van de vervormingen tijdens uitvoering van de brugconstructie, rekening houdend met kruip en scheurvorming van het beton. Uiteindelijk bleek uit de berekeningen ook dat een groot deel van de ondersteuning vroeger dan gepland kon worden weggenomen. Zonder enig risico op overmatig grote vervormingen en zonder de stabiliteit van de brugligger in het gedrang te brengen, kon zo een bijkomende besparing worden gerealiseerd tijdens uitvoering.
