LOOPBRUG

ONTWERPEN VAN EEN 30 METER LANGE GLASVEZELVERSTERKTE POLYESTER (GVP) VOET / LOOPBRUG

MSC AFSTUDEERRAPPORT Naam: Kam Wen Lee Email: [email protected] Datum: 25-05-2010 Technische Universiteit Delft Faculteit Bouwkunde Sectie Bouwtechnologie

Pagina 2 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

MSc Afstudeerrapport

Ontwerpen van een 30 meter lange Glasvezelversterkte Polyester (GVP) Voet / Loopbrug

MASTER OF SCIENCE Sectie BOUWKUNDE Door K.W. Lee

Geboren op 25-mei-1982 Te Zeist, Nederland

Technische Universiteit Delft Faculteit Bouwkunde Sectie Bouwtechnologie

Pagina 3 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

VOORWOORD Voor u ligt het verslag van het afstudeeronderzoek van “het ontwerpen van een glasvezelversterkte polyester voetbrug met een overspanning van 30 meter”. Dit afstudeerverslag is gemaakt in het kader van de richting Bouwtechnologie aan de faculteit Bouwkunde van de TU Delft. Tijdens mijn studie waren mijn interesses vooral gericht op het innovatieve materiaal, glasvezel versterkt polyester (GVP). Met name gericht op het gebied van de materiaal toepassingen en mogelijkheden. Door een woningbouwproject “Lambrasse” te Wijchen is het mogelijk gemaakt om het materiaal GVP nader te onderzoeken en toe te passen op een voetbrugontwerp met een overspanning van 30 meter. Een unieke eigenschap van de voetburg is dat deze zal worden onderspannen en geen gebruik maakt van een ondersteuning halverwege of een pylon. Het verslag omvat het ontwerpproces en bouwproces dat het afgelopen jaar is doorlopen. Met dezelfde chronologie van het onderzoek is geprobeerd het verslag op te bouwen. Het onderzoek begint met het ontwerpproces, het productieproces en vervolgens de krachtswerking van de voetbrug. Tijdens het gehele proces is geprobeerd de brug zo slank en innovatief mogelijk te ontwerpen. Ik heb veel plezier gehad in het afstudeeronderzoek en deze heb ik af kunnen ronden aan de hand van literatuurstudies en assistentie van mijn afstudeerbegeleiders. Graag zou ik deze gelegenheid willen gebruiken om mijn begeleiders dhr. Ir. A. Borgart, en dhr. Ir. U. Knaack te bedanken. Ook zou ik mevr. Ir. L. Meijers willen bedanken voor haar aanwezigheid als gecommitteerde bij mijn presentaties. Zij hebben mij aangestuurd met behulp van adviezen en informatie over het toepassen van GVP op een 30 meter overspannende voetbrug en de onderspanning ervan. Ook zou ik dhr. M. van Thiel van Belin Projectontwikkeling en dhr. M. Rauwers van Grounds willen bedanken voor de vele gesprekken en voortkomende hulp betreffende hun woningbouwproject “Lambrasse” en het geven van de mogelijkheid om hiervoor een voetbrug te ontwerpen. Daarnaast wil ik ook dhr. M. Hagebeek van INHolland en dhr. Ir. M. Bilow willen bedanken voor de verkregen informatie over het ontwerpen van de GVP voetbrug maquette. Ook wil ik dhr. Ir. A. ten Busschen van Polyproducts BV willen bedanken voor de samenwerking en informatie betreffende het toepassen van GVP op een voetbrug en het uiteindelijk realiseren van een prototype voetbrug op schaalniveau. Uiteindelijk zou ik ook Dhr. A. te Riet van Tech Wood willen bedanken voor het aanbieden om de brugdekking van pultrusie panelen te sponsoren bij de eventuele realisatie van de voetbrug. Al laatst zou ik mijn vrienden en familie bedanken voor hun geduld en steun tijdens het afstuderen. Zeist, 05-2010

Pagina 4 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

INHOUDSOPGAVE Voorwoord .............................................................................................................................................. 4 Inhoudsopgave ....................................................................................................................................... 5 Definities en Symbolen........................................................................................................................... 9 1. Inleiding............................................................................................................................................. 10 1.1

Plangebied “Lambrasse” ....................................................................................................... 10

1.2

Glasvezel versterkte polyester toepassingen ........................................................................ 11

1.3

Voetbruggen van traditionele materialen............................................................................. 11

1.4

Voetbruggen van glasvezel versterkt polyester .................................................................... 12

1.4.1

Voorbeelden voetbruggen binnen Nederland ............................................................... 12

1.4.2

Voorbeelden voetbruggen binnen Europa..................................................................... 13

1.5

Opzet van het verslag ............................................................................................................ 14

1.5.1

Ontwerpend onderzoek ................................................................................................. 14

1.5.2

Technisch onderzoek ..................................................................................................... 15

1.5.3

Kostprijs onderzoek ....................................................................................................... 15

2. Probleemdefinitie ............................................................................................................................. 16 2.1

Probleemstelling.................................................................................................................... 16

2.2

Vraagstelling .......................................................................................................................... 16

2.3

Inkadering .............................................................................................................................. 18

2.3.1

Omgeving van de voetbrug ........................................................................................... 18

2.3.2

Afmetingen van de voetbrug ......................................................................................... 18

2.3.3

Vorm en uitstraling van de voetbrug ............................................................................. 19

2.3.4

Kosten van de voetbrug ................................................................................................. 21

2.4

Probleempunten ................................................................................................................... 21

2.5

Afstudeerproces .................................................................................................................... 21

2.5.1

Ontwerpend onderzoek ................................................................................................. 22

2.5.2

Technisch onderzoek ..................................................................................................... 23

3. Productontwikkeling ........................................................................................................................ 24 3.1

Productie technieken ............................................................................................................ 24

3.1.1

Hand lamineren ............................................................................................................. 24

3.1.2

Sproei lamineren............................................................................................................ 25

3.1.3

Pultrusie ......................................................................................................................... 25

Pagina 5 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

3.1.4 3.2

Keuze productietechniek................................................................................................ 26

Onderlinge koppeling van voetbrugdelen ............................................................................. 26

3.2.1

Verlijmen van GVP delen ............................................................................................... 26

3.2.2

Ontwerpen van een mechanische bevestiging .............................................................. 27

3.2.3

Combinatie van verlijmen en mechanische bevestiging ................................................ 27

3.3

Productie mal en voetbrug maquette ................................................................................... 27

3.3.1

Model ontwerp maquette (1:100) ................................................................................. 27

3.3.2

Model ontwerp maquette (1:50) ................................................................................... 29

3.3.3

Concept ontwerp mal en voetbrug ................................................................................ 30

3.3.4

Productie houten maldelen (1:20) ................................................................................. 31

3.3.5

Productie GVP voetbrug (1:20) ...................................................................................... 33

3.3.6

Maquette plangebied (1:20).......................................................................................... 36

3. 4

Aandachtspunten .................................................................................................................. 36

3.4.1

Rolstoel gebruikers ........................................................................................................ 36

3.4.2

Helling in de voetbrug ................................................................................................... 37

3.4.3

Het loopoppervlak ......................................................................................................... 38

3.4.4

De leuningen .................................................................................................................. 39

3.4.5

Architectuurkabels......................................................................................................... 39

3.4.6

Verlichting ..................................................................................................................... 39

3.4.7

Kleur van de voetbrug.................................................................................................... 40

3.4.8

Oplegging landoppervlak .............................................................................................. 40

3.4.9

Folie over de mal ........................................................................................................... 41

3.4.10

Aansluiting lijmoppervlak .............................................................................................. 41

3.4.11

Brandveiligheid .............................................................................................................. 42

4. Materiaalkunde ................................................................................................................................ 43 4.1

Wat is glasvezel versterkt polyester ...................................................................................... 43

4.1.1

Glasvezels ...................................................................................................................... 43

4.1.2

Polyester hars ................................................................................................................ 44

4.2

Voordelen bij het toepassen van GVP ................................................................................... 44

4.3

Nadelen van het toepassen van GVP .................................................................................... 44

4.4

Mechanische eigenschappen van GVP .................................................................................. 45

4.4.1

Sterkte ........................................................................................................................... 45

4.4.2

Uitzetting ....................................................................................................................... 46

4.4.3

Stijfheid .......................................................................................................................... 46

Pagina 6 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

4.5

Materiaalkeuze ...................................................................................................................... 47

4.5.1

Keuze van de vezel ......................................................................................................... 47

4.5.2

Keuze van de hars .......................................................................................................... 47

4.5.3

Keuze van de mal ........................................................................................................... 48

5. Optimalisatie voetbrug..................................................................................................................... 49 5.1

Opbouw Voetbrug 5 september 2007................................................................................... 49

5.1.1

De schuimkern ............................................................................................................... 49

5.1.2

Het verlijmen, verstijven en lamineren .......................................................................... 49

5.1.3

Het onderspannen en aanbrengen van de spankabels ................................................. 50

5.1.4

Het vervoer .................................................................................................................... 51

5.1.5

De oplegging en aanloopstuk ........................................................................................ 51

5.1.6

Midden leuning .............................................................................................................. 52

5.1.7

Eerste architectonische golf .......................................................................................... 53

5.1.8

Tweede architectonische golf ........................................................................................ 53

5.1.9

Derde architectonische golf ........................................................................................... 54

5.2

Verbeteringen concept opbouw ........................................................................................... 55

6. Krachtswerking ................................................................................................................................. 57 6.1

Handberekening interne belastingen .................................................................................... 57

6.1.1

Uitwerking handberekening .......................................................................................... 57

6.1.2

Eigen gewicht en oplegreacties ..................................................................................... 58

6.1.3

Kabel spanning .............................................................................................................. 58

6.1.4

Overzicht verticale krachten .......................................................................................... 59

6.2

iDiana simulatie interne belastingen..................................................................................... 60

6.3

Handberekening externe belastingen ................................................................................... 61

6.3.1

Verticale belasting ......................................................................................................... 61

6.3.2

Horizontale belastingen................................................................................................. 62

6.3.3

Windbelasting................................................................................................................ 63

6.4

Simulatie eigen gewicht en externe belasting met iDiana .................................................... 64

6.5

De brugoplegging .................................................................................................................. 64

6.5.1

NEN normen voor brugopleggingen .............................................................................. 65

6.5.2

Klassieke opleggingen ................................................................................................... 65

6.5.3

Moderne opleggingen ................................................................................................... 65

6.5.3.1

Teflon opleggingen ....................................................................................................... 66

6.5.3.2

Neopreen potopleggingen ............................................................................................ 66

Pagina 7 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

6.5.3.3

Bolsegment opleggingen .............................................................................................. 67

6.5.3.4

Rubberblok opleggingen ............................................................................................... 67

6.5.4

Keuze brugoplegging ..................................................................................................... 68

6.5.5

Berekening rubberen brugopleggingen ......................................................................... 69

6.6

Spankabels ............................................................................................................................. 70

6.7

Conclusies krachtswerking .................................................................................................... 71

7. Kosten begroting voetbrug...................................................................................................... 72 7.1

Kosten realisatie eindontwerp GVP voetbrug ....................................................................... 72

7.1.1

Het glasvezel, hars en schuimkern ................................................................................ 72

7.1.2

Spankabels ..................................................................................................................... 72

7.1.3

Brugoplegging ............................................................................................................... 72

7.1.4

Brugdekking................................................................................................................... 72

7.2

Kosten stalen voetbrug ......................................................................................................... 72

7.2.1

Ontwerp stalen voetbrug............................................................................................... 72

7.2.2

Kosten stalen voetbrug .................................................................................................. 73

8. Conclusie ........................................................................................................................................... 74 Aanbevelingen ...................................................................................................................................... 75 Literatuurlijst ........................................................................................................................................ 76 Boeken/Diktaten:........................................................................................................................... 76 Normen: ......................................................................................................................................... 76 Artikelen, documenten en rapporten: ........................................................................................... 76 Internet: ......................................................................................................................................... 77 Bijlagen.................................................................................................................................................. 78 i

Prijsopgave materialenlijst van Polyservice .............................................................................. 79

ii

Leroux getallen .......................................................................................................................... 80

iii

Richtwaarden treksterkte.......................................................................................................... 81

iv

Verplaatsingen en rotaties van opleggingen ............................................................................. 82

v

Gegevens CONA-Multi voorspansystemen met aanhechting ................................................... 83

Pagina 8 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

DEFINITIES EN SYMBOLEN DEFINITIES Anisotroop = Materiaaleigenschappen welke niet in alle richtingen gelijk zijn E-Modulus = Elasticiteit modulus, (eenheid = N/mm²) EPS = Geëxpandeerd polystyreen FRP = Fiber Reinforced Polyester GVC = Glasvezel Versterkt Cement GVP = Glasvezel Versterkt Polyester Isotroop = Materiaaleigenschappen welke in alle richtingen gelijk zijn NEN = Nederlandse Norm, een standaard waar alle Nederlandse Normen en zaken worden vastgelegd PEEK = Polyetheretherketine PP = Polypropylene PPS = Polyphenylene sulfide PU = Polyurethaan RVS = roestvast staal UD = Uni directional UV = Ultraviolet

SYMBOLENLIJST Δµ = verschil wrijvingscoëfficiënt = 0,005 2 Aw = het door de wind getroffen oppervlak loodrecht op de brugas (m ) Fwk = totale windkracht loodrecht op de brugas (N) Fz = verticale oplegreactie (N) e = afstand van draaiingsas tot aanslag (loodrecht op aanslagvak) g = zwaartekracht (9,8 N) H = horizontaal werkende kracht (N) M = het moment (kNm) Mz= aandrijfmoment (kNm) 2 prep = de windbelasting (kN/m ) ppm = splijting van het aantal delen per miljoen (door uitzetting) qbalk1 = gelijkmatig verdeelde belasting per vurenhouten balk (N/m) qbalk6 = gelijkmatig verdeelde belasting van zes vurenhouten balken (N/m) qfk = gelijkmatig verdeelde belasting per oppervlakte (N/m) qschuim = gelijkmatig verdeelde belasting schuimkern (N/m) qgvp = gelijkmatig verdeelde belasting van GVP laminaat (N/m) µm = 0,01 mm α = rotatiecapaciteit (rad) 2 σmax = mechanische spanning (N/mm ) 3 ρmax = dichtheid (kg/m )

Pagina 9 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

1. INLEIDING 1.1

PLANGEBIED “LAMBRASSE”

Het ontwerpen van een glasvezelversterkte voetbrug is voortgekomen uit een nog te bouwen woongebied “Lambrasse”, welke van start is gegaan op februari 2007. Het plangebied bestaat uit koopwoningen welke voornamelijk bedoeld zijn voor starters die vanuit het ouderlijk huis komen. Het plangebied is verder goed bereikbaar en zichtbaar van af de snelweg en is ingeklemd tussen de A326 en de Randweg.

Figuur 1; onbebouwde plangebied “Lambrasse”

Het plangebied heeft een opbouw van een middeleeuwse burcht met drie Donjons. De zuidelijke Donjon ligt in en aan het water en er zijn twee woontorens aan de oost en westzijde aanwezig welke een icoon moeten vormen voor de wijk en een belangrijke bijdrage moeten leveren aan de uitstraling de GVP voetbrug. Het vele groen, met name de treurwilgen en de waterplas zijn ook belangrijke punten voor de GVP voetbrug.

Figuur 2; zuidelijke donjon

Figuur 3; plattegrond plangebied

De GVP voetbrug is een belangrijke overbrugging vanuit de woonwijk naar de horeca gedeelte aan het westen buiten aan de woonwijk. Ook maakt de voetbrug een deel uit van een aansluitende wandel en fiets route.

Pagina 10 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

1.2

GLASVEZEL VERSTERKTE POLYESTER TOEPASSINGEN

Het gebruiken van GVP composieten dateert vanaf 1940 en werd gebruikt bij de defensie. GVP werd voornamelijk toegepast op vliegtuigen en schepen en waren voor militaire doeleinden bedoeld bij de Luchtvaart en Marine. Later werd GVP ook breeduit toegepast op civiele werken, voor het versterken en vervangen van bestaande en nieuwe constructies van bruggen. GVP is een innovatief materiaal en is geschikt voor meerdere toepassingen dan die reeds genoemd zijn. In de bouw wordt GVP veel toegepast op gevels met een sandwichconstructie of als een voorzet paneel. Ook in de civiele techniek krijgt het materiaal steeds meer erkenning. Het gebruiken van het materiaal GVP voor een voetbrug wordt daarentegen minder toegepast wat het onderzoek en dit afstudeerproject interessanter maakt. De huidige GVP voetbruggen in Nederland hebben namelijk een standaard en saai ontwerp, welke geschikt is gemaakt voor de massa productie, om een zo laag mogelijke kosten te maken voor de productie per voetbrug. Een ander goed voorbeeld van het toepassen van GVP in de praktijk zijn bijvoorbeeld voor sluisdeuren, de aanschaf en productie kost meer dan bij de keuze voor standaard materialen, maar vanwege besparing in kosten van lange duur is er uiteindelijk gekozen om het materiaal glasvezel versterkt polyester voor de sluisdeuren te gebruiken

1.3

VOETBRUGGEN VAN TRADITIONELE MATERIALEN

In de bouwpraktijk worden (architectonische en vormvrije) voetbruggen vervaardigd uit de bekende materialen, namelijk: steen, hout, staal, aluminium en beton.

Figuur 4; stenen voetbrug

Figuur 5; houten voetbrug

Figuur 6; betonnen voetbrug

Figuur 7; stalen voetbrug

Pagina 11 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

1.4

VOETBRUGGEN VAN GLASVEZEL VERSTERKT POLYESTER

GVP is op dit gebied een innovatief en weinig toegepaste materiaal voor voet / loopbruggen en dat terwijl het vele voordelen bezit ten opzichte van het gebruiken van traditionele materialen. GVP heeft bijvoorbeeld een betere treksterkte, een grote vormvrijheid en wordt niet aangetast door het milieu wat uiteindelijk zorgt voor lagere onderhoudskosten. Voornamelijk werd materiaal GVP gebruikt om (voet)bruggen te versterken of te repareren met de GVP onderdelen. Pas vanaf 1990 zijn er binnen en buiten Europa enkele voorbeelden te vinden van glasvezel versterkte polyester vervaardigde voetbruggen.

1.4.1 VOORBEELDEN VAN VOETBRUGGEN BINNEN NEDERLAND Een voorbeeld van een Nederlandse project met het materiaal glasvezel versterkt polyester is de voetbrug in Harlingen (van Polyproducts). De voetbrug in Harlingen is al ruim tien jaar geplaatst zonder onderhoud. De voetbrug in Harlingen is een GVP voetbrug vervaardigd uit één geheel zonder gebruik van mechanische verbindingen. De voetbrug heeft een overspanning van zestien meter en is twee meter breed met een gewicht van circa 3.000 kilogram. De voetbrug heeft verder op de dunste plaatsen drie millimeter GVP en op de dikste plaatsen vijftien millimeter GVP.

Figuur 8; GVP voetbrug Polyproducts, te Harlingen

Een ander Nederlands project zijn de Infracore voet- en loopbruggen, welke bestaan uit zestig procent Eglasvezels en veertig procent uit koolstofvezels, waarmee een maximale overspanning van vijfentwintig meter is te behalen. Een Infracore voetbrug met een overspanning van twaalf meter en een breedte van tweeënhalve meter heeft een gewicht van ongeveer 2.500 kilogram.

Figuur 9; GVP voetbrug Infracore

Pagina 12 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

1.4.2 VOORBEELDEN VOETBRUGGEN BINNEN EUROPA De Aberfeldy Voetbrug (Tayside/Scotland), is ’s werelds eerste grote en geavanceerde voetbrug en bestaat uit 14,5 ton composiet materiaal. De voetbrug is in totaal 113 meter lang en heeft een overspanning van drieënzestig meter en een breedte van 2,2 meter. De verschillende onderdelen zijn aan elkaar verlijmd of verbonden door een mechanische sluiting of verbinding. Het is ontworpen en vervaardigd uit GVP pultrusie profielen en delen, waardoor bij het assembleren van de voetbrug geen kraan nodig was. Doordat ook de hand leuning en brugdekking uitgevoerd is in GVP materiaal is het slechts nodig om iedere twintig jaar onderhoud te plegen aan de voetbrug.

Figuur 10; Aberfeldy voetbrug (Schotland)

De Wilcott voetbrug (Shropshire/Engeland) is een voetbrug met een lengte en overspanning van eenenveertig meter en een breedte van twee meter. De voetbrug is ontworpen en vervaardigd uit pultrusie panelen en bestaat uit drie delen om de overspanning te behalen. Voor het koppelen van de drie brugdelen zijn mechanische verbindingen en schakelingen gebruikt.

Figuur 11; Wilcott voetbrug (Engeland)

Pagina 13 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Vlakbij de Spaanse stad Lleida is een geavanceerde GVP voetbrug te vinden met een overspanning van achtendertig meter en een breedte van drie meter. De voetbrug is ontworpen door Pedelta in Spanje, waarna de brugdelen geleverd zijn door Fiberline Composites. Bij dit project is met nadruk gekozen voor GVP als materiaal, omdat deze geen magnetische storing veroorzaakt aan de onderliggende treinsporen en dat de voetbrug binnen drie uur geplaatst kon worden.

Figuur 12; Fiberline voetbrug (Spanje)

1.5

OPZET VAN HET VERSLAG

De opzet van het verslag wordt beschreven door de onderzoeksmethoden welke zijn doorlopen in het proces bij het verkrijgen van de antwoorden op de hoofdvraag. Tijdens het doorlopen van het onderzoek zijn er een drietal methoden gebruikt om de hoofdvraag te beantwoorden.

1.5.1 ONTWERPEND ONDERZOEK Bij het ontwerpend onderzoeken wordt het uiterlijk en de vorm van de GVP voetbrug bepaald. Het eerste stadium van het ontwerpend onderzoeken zal bestaan uit het maken van diverse (3D) tekeningen. Waarbij ook de omgeving en het plangebied “Lambrasse” zal worden betrokken. Het tweede stadium zal bestaan uit het ontwerpen van de omgeving en GVP voetbrug maquettes. Na terugkoppeling van docenten op de diverse tekeningen en beginmaquettes zal de hoofdvorm van het ontwerp voor de voetbrug bepaald worden. Doordat de voetbrug daadwerkelijk zal moeten worden gerealiseerd voor het plangebied “Lambrasse” zullen er naast de presentaties op de TU Delft, voor docenten en begeleiders, ook publieke presentaties worden gehouden voor de bewoners, projectontwikkelaars en bedrijven om de ontwerpen en bevindingen van de voetbrug, omgeving en/of mal ontwerpen te bespreken. Bij de publieke presentaties van het eindontwerp zal terugkoppeling op het ontwerp worden verwacht van de volgende partijen:

Pagina 14 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

- Eindgebruikers: hier worden de bewoners van het woningbouwproject en plangebied “Lambrasse” bedoeld. De eindgebruikers zullen tijdens het inwonen van het plangebied gebruik maken van de GVP voetbrug. Doormiddel van hun mening en feedback op het ontwerp van de GVP voetbrug kan er worden ingespeeld op hun wensen van de GVP voetbrug ontwerp. Doordat de voetbrug deel uit maakt van een belangrijke wandel en fietsroute behoren naast bewoners, ook de wandelaars en fietsers tot deze groep. - Projectontwikkelaars: door goedkeuring van de projectontwikkelaar op het ontwerp en de kosten van het ontwerp kan de GVP voetbrug uiteindelijk worden gerealiseerd. De projectontwikkelaar heeft verder de correspondentie met vele derde partijen zoals de gemeente welke goedkeuring moet geven voor de kosten van het eindontwerp, ook zullen zij de vergunningen moeten vrijgeven voor het plaatsen van de GVP voetbrug - Landschapsarchitect: het plangebied en de voetbrug moeten een geheel vormen als ontwerp, door hun goedkeuring en feedback zal het eindontwerp uiteindelijk te realiseren zijn en in zijn omgeving passen. - Bedrijven: hier worden de producenten van het materiaal glasvezel versterkt polyester bedoeld. Doormiddel van hun ervaringen, nieuwe ontwikkelingen en mogelijkheden van GVP kan het uiterste uit het innovatieve materiaal worden gehaald voor het ontwerpen van de GVP voetbrug. Ook zullen door deze partijen enkele onderdelen van de voetbrug worden gesponsord en de definitieve kostprijs voor de GVP voetbrug worden bepaald.

1.5.2 TECHNISCH ONDERZOEK Bij het technisch onderzoek wordt onderzocht of het ontwerp van de voetbrug bijvoorbeeld zal bezwijken of teveel doorbuigt. Er zal hierbij rekening moeten worden gehouden met de constante belasting zoals het eigen gewicht van de voetbrug, maar ook de variabele belastingen, zoals de (incidentele) gebruikers en de invloeden van buiten. Daarnaast zal ook materiaalonderzoek worden verricht over het gebruik en de keuze van de glasvezels en het hars. Verder zal ook een combinatie worden gemaakt tussen handberekeningen met de NENnormen en materiaaleigenschappen en het invoeren van deze gegevens in iDiana voor het maken van simulaties en onderzoeksmodellen. Deze methode zal in dit onderzoek worden gebruikt om te kunnen bepalen of de draagconstructie van de voetbrug zal bezwijken en te ondervinden hoe de krachten zich in de voetbrug zullen verdelen.

1.5.3 KOSTPRIJS ONDERZOEK Bij het kostprijs onderzoek worden afwegingen in het ontwerp gemaakt zodat het ontwerp van de GVP voetbrug nog onder het budget van de projectontwikkelaar valt. Doordat het materiaal vormvrij is zijn de mogelijkheden eindeloos, waardoor het budget voor de voetbrug kan worden overschreden. In dit onderzoek moeten overwegingen worden gemaakt over de kosten voor het toepassen van de verschillende vezels en hars soorten, daarnaast zal er een afweging worden gemaakt voor het gebruiken van een mal of het materiaal ervan.

Pagina 15 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

2. PROBLEEMDEFINITIE 2.1

PROBLEEMSTELLING

Tijdens de introductie van de meeste GVP (voet)bruggen in Nederland zijn deze uitgevoerd door de vormen en doorsneden te kopiëren van andere goed geteste traditionele materialen om het vertrouwen te winnen van de consumenten. Daarnaast hebben de huidige ontwerpen van GVP voetbruggen weinig architectonische uitstraling of uitdaging en voegen deze niet voldoende toe aan het bouwproject “Lambrasse”. Dit komt merendeels doordat deze zijn geoptimaliseerd voor de standaard fabricage en massa productie om de kosten in de hand te houden. In het afstudeerproject moet het materiaal GVP maximaal benut worden, zodat het mogelijk is om een voetbrug te ontwerpen en te onderzoeken, welke op verschillende punten zowel architectonisch, kostprijs en bouwtechnisch verantwoord is.

2.2

VRAAGSTELLING

De vraagstelling in dit afstudeeronderzoek luidt als volgt: Is het mogelijk een uniek architectonisch ontwerp voor een GVP voet / loopbrug te ontwikkelen en te realiseren met een overspanning van 30 meter, welke een architectonische toevoeging zal bieden aan het nog te bouwen project “Lambrasse”.

Pagina 16 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Om de hoofdvraag te beantwoorden wordt er geprobeerd in de volgende volgorde te werken:

Figuur 13; diagram werkwijze voor het beantwoorden van de hoofdvraag

Om uiteindelijk een uitspraak te doen over de bovenstaande vraagstelling zijn er een aantal vragen geformuleerd waarnaar getracht wordt tijdens het onderzoek antwoord op te geven: - Hoe wordt de draagconstructie van de voetbrug, wordt deze ondersteund, gehangen of onderspannen? - Wat zijn de kosten voor het eenmalig produceren van de GVP voetbrug en is deze rendabel vergeleken met voet- en loopbruggen vervaardigd uit de traditionele materialen? - Hoe worden meerdere voetbrugdelen aan elkaar gekoppeld indien deze er zijn? - Hoe wordt de GVP voetbrug gefabriceerd en is hierbij een mal nodig?

Pagina 17 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

2.3

INKADERING

Het ontwerpen en het eventueel realiseren van de voetbrug is een vrij omvangrijk en tijdrovend project. Om dit onderzoek binnen de afstudeerperiode af te kunnen ronden moet het project qua omvang beperkt worden.

2.3.1 OMGEVING VAN DE VOETBRUG Tijdens het ontwerpen is het belangrijk rekening te houden met de omgeving van gemeente Wijchen, het is een oude agrarische gemeente met veel groen en akkervelden, met vele monumentale gebouwen in zijn bezit, zoals kastelen, kerken en molens welke vele wandelaars en fietsers aantrekken. Tijdens de ontwerpfase zal voornamelijk rekening worden gehouden met het plangebied “Lambrasse” waar de GVP voetbrug zal komen te staan. Het plangebied heeft de opbouw van een middeleeuwse burcht met een viertal donjons, gelegen bij de afslag A326 en een autoweg en zal deel uitmaken van een wandel en fietsroute welke door het plangebied loopt. Veel groen, zoals treurwilgen en robuuste hagen kleuren verder de omgeving. Onder de brug vindt verder een grote waterpartij plaats welke dient als wateropslag voor het regenwater en het riool.

Figuur 14; omgeving GVP voetbrug in “Lambrasse”

2.3.2 AFMETINGEN VAN DE VOETBRUG De voet / loopbrug zal niet korter dan dertig meter zijn voor de overspanning, eventueel kan er nog een overloop aan beide uiteinden van de voetbrug worden geplaatst. De voetbrug zal verder tweeënhalve meter breed worden uitgevoerd, zodat gebruikers van de voetbrug voldoende ruimte hebben om elkaar te passeren. Het ontwerp van de voetbrug moet verder rekening houden met de toegankelijkheid voor eventueel incidenteel verkeer, zoals voor het onderhoud en de minder valide gebruikers. Vanwege de minder valide gebruikers mag een eventuele ophoging of boogvorm van de voetbrug niet hoger dan één meter zijn gemeten vanaf het landhoofd.

Pagina 18 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Figuur 15: afmetingen voetbrug

2.3.3 VORM EN UITSTRALING VAN DE VOETBRUG De GVP voetbrug is een belangrijke verbinding voor bewoners en het publiek om vanuit de woonwijk bij de horeca gelegenheid te komen buiten de woonwijk. GVP kan als materiaal alle vrije vormen aannemen en om met het ontwerp van de voetbrug goed van start te kunnen gaan wordt daarom vooraf begonnen met het doornemen van de draagconstructie van bestaande GVP voetbruggen en traditionele materialen.

Figuur 16; draagconstructie bestaande voetbruggen

Wat uit onderzoek blijkt is dat de meeste bestaande voetbruggen met een overspanning van dertig meter, gebruik maken van een pylon of een ondersteuning halverwege, ook is soms een vakwerk aanwezig onder het loopoppervlak voor de stijfheid. Doordat wij het innovatieve materiaal GVP willen toepassen en het uiterste uit het materiaal willen vergen met daarnaast een slank en strak ontwerp voor de voetbrug is er gekozen voor de unieke wijze om de voetbrug te onderspannen met spankabels. Door de voetbrug te onderspannen met spankabels zal er geen pylon of ondersteuning onder of boven de voetbrug nodig zijn.

Pagina 19 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Figuur 17; Pythonbrug Borneo Sporenburg, Amsterdam

Naast het ontwerpen van een strakke en slanke voetbrug zal er ook gebruik worden gemaakt van de vormvrijheid van GVP. Als inspiratiebron hiervoor is de Pythonbrug te Amsterdam als voorbeeld genomen. De GVP voetbrug zal daarentegen ontworpen worden met een lichtere boog en helling, zodat ook minder valide gebruikers zonder problemen zich kunnen voortbewegen op de voetbrug, ook zal er geen gebruik worden gemaakt van de ondersteuningen onder de voetbrug.

Figuur 18; boog en helling in de voetbrug

Door een golfbeweging toe te voegen aan het ontwerp van de GVP voetbrug, zullen de zichtlijnen van de gebruikers tijdens het lopen of fietsen continu veranderen, zodat zij zich meer zullen richten op de omgeving rondom de voetbrug, ook zullen ze beloond worden met een mooier en breder uitzicht op het hoogste punt van de voetbrug, waardoor ze niet alleen geconcentreerd zijn op het einde van de voetbrug.

Figuur 19; toevoegen van meerdere banen

Om de golfbeweging in de voetbrug te versterken zal er ook gekeken worden naar een mogelijkheid om de voetbrug te voorzien van twee banen met elk een eigen richting, verschil in hoogte en/of golfbeweging, zodat de gebruiker een keuze heeft om de voetbrug te ervaren. De boogvormen en rondingen in de voetbrug zullen verder worden onderzocht door het maken van maquettes welke de uiteindelijke vorm voor het ontwerp zullen bepalen.

Pagina 20 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

2.3.4 KOSTEN VAN DE VOETBRUG Het materiaal voor de GVP voetbrug zijn niet de grootste kosten. Het ontwerpen en realiseren van de voetbrug zal uit veel handen maatwerk bestaan wat hoge kosten en veel tijd met zich zal meebrengen. Tijdens het ontwerpen en ontwikkelen van de GVP voetbrug moet in acht worden genomen dat eenzelfde voetbrug met deze omvang en uit staal vervaardigd ongeveer 100.000 tot 150.000 euro zal kosten. Hier zal helaas rekening mee moeten worden gehouden, omdat een te grote overschrijding van het budget tot het niet realiseren van de GVP voetbrug kan leiden, ook kan dit een beperking vormen voor de uitstraling van de voetbrug. Het bepalen van het budget zal besproken worden met de projectontwikkelaar en de gemeente, welke het eindoordeel zullen hebben over het ontwerpen en plaatsen van de GVP voetbrug.

2.4

PROBLEEMPUNTEN

Een belangrijk onderdeel van de voetbrug is dat het geen gebruik maakt van een steunpunt in de vorm van een kolom of een pylon. De GVP voetbrug zal daarom worden onderspannen door staalkabels om de dertig meter overspanning te behalen. Het onderspannen en afdragen van de krachten aan de draagconstructie van een glasvezel versterkte polyester voetbrug is een unieke methode en zal zorgen voor de nodige problemen tijdens het ontwerpen. Ook zal het ontwerp van de GVP voetbrug moeten voldoen aan de technische randvoorwaarden en overige normen die gelden voor (voet)bruggen. Een ander belangrijk punt voor het realiseren van het project is het in de hand te houden van de kosten. Het materiaal GVP heeft vele voordelen zoals het lichte gewicht, brandbestendigheid, duurzaamheid en de vormvrijheid. De vraag is alleen of deze voordelen opwegen tegen de kosten van de GVP voetbrug, doordat de dertig meter overspannende voetbrug een eenmalig project is zal het hoge kosten met zich meebrengen tijdens de productie van de mal en voetbrug, ook de tijd en consult van diverse bedrijven en/of instellingen om het ontwerp van de voetbrug te realiseren zal kosten met zich meebrengen.

2.5

AFSTUDEERPROCES

Om de vraagstelling en zijn probleempunten tijdens het afstuderen te kunnen beantwoorden zal er in een bepaalde volgorde aan het afstuderen worden gewerkt om enig houvast te krijgen. Het afstudeerproces zal onderverdeeld worden in twee delen namelijk het ontwerpend onderzoek, het maken van het ontwerp en in de praktijk brengen van de voetbrug. Daarnaast bestaat het technisch onderzoek uit literatuuronderzoek, materiaalonderzoek en het naberekenen van de draagconstructie van de voetbrug. In zowel het ontwerpende als in het technische onderzoek zal worden gekeken naar het kosten aspect.

Pagina 21 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

2.5.1 ONTWERPEND ONDERZOEK

Figuur 20; diagram werkwijze ontwerpend onderzoek

Pagina 22 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

2.5.2 TECHNISCH ONDERZOEK

Figuur 21; diagram werkwijze technisch onderzoek

Pagina 23 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

3. PRODUCTONTWIKKELING Tijdens het ontwikkelen en ontwerpen van de voetbrug wordt er gekeken naar de verschillende productieprocessen die goed zijn toe te passen op de GVP voetbrug of delen hiervan, hierbij ook rekening gehouden met de kosten van de mal, de productietijd en mankracht welke nodig zal zijn voor de dertig meter overspannende voetbrug. De keuze van een productietechniek is sterk bepalend voor de kosten omdat de GVP voetbrug een eenmalig uniek project is. Ook zal er gedetailleerder worden ingegaan op aspecten die relevant zijn voor de productie en ontwerp van de GVP voetbrug

3.1

PRODUCTIE TECHNIEKEN

In totaal worden er drie productie technieken behandeld welke goed zijn toe te passen voor het aanbrengen van de glasvezels en polyesterhars op de maquette en de nog te realiseren voetbrug. Het is belangrijk om tijdens de fabricage van de GVP voetbrug een goede keuze te maken uit de verschillende productie technieken en deze af te stemmen op de eisen van het ontwerp, zoals de oriëntatie van de vezelconstructie en het hechten en ondersteuningsmogelijkheden van het hars. Maar ook zal er per productie proces beslist moeten worden of er een mal nodig is. Een tekortkoming aan kennis tijdens het productie proces zal leiden tot een minder aantrekkelijk eindontwerp met te hoge kosten.

3.1.1 HAND LAMINEREN Bij deze productie techniek kan gebruik worden gemaakt van een open mal (1), deze methode wordt vaak toegepast bij het maken van prototypes of bij een productie met een lage volume aantal. De vezels worden vooraf geplaatst op een mal, welke vooraf is bewerkt met een losmiddel (2) en/of gel coat (3). Indien er wordt gelamineerd over een schuimkern is er geen losmiddel of gel coat van toepassing. Bij het productie proces kunnen er meerdere lagen glasvezel (4) en polyester hars (6) worden aangebracht en met een roller (5) vlak en luchtvrij worden gerold. Nadat het hars goed is uitgehard kan het uit de mal worden gelost. Het algehele proces is zeer bewerkelijk en tijdrovend waardoor de kosten voor de productie zullen stijgen, verder kunnen tijdens het proces ook schadelijke stoffen vrijkomen.

Figuur 22; hand lamineren

Pagina 24 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

3.1.2 SPROEI LAMINEREN Bij deze productie techniek wordt gebruik gemaakt van een open mal (1) en zal de mal vooraf worden bewerkt met een losmiddel (2) en/of gelcoat (3). Er wordt een mengsel van gesneden glasvezel en hars (4) gemixt (A, B en C) en gespoten (D) op de mal. Doormiddel van een roller (5) zullen de luchtbellen uit de laag polyester hars en vezels (6) worden gerold. Het sproei lamineren zorgt voor het efficiënt aanbrengen van de vezels en hars en is aanzienlijk sneller dan het hand lamineer proces. Doordat de vezels een beperkte lengte hebben is de sterkte van het eindproduct ook minder dan de overige productie technieken. Verder kan tijdens het proces schadelijke stoffen vrijkomen.

Figuur 23; sproei lamineren

3.1.3 PULTRUSIE Deze productie techniek bestaat uit een continu trekproces. Het pultrusie profiel (7) wordt aan het einde van het proces getrokken door een tweetal aandrijfrollen (6). Hierdoor worden de vezels (1) getrokken langs de geleidingsrollen (2) door een bak met hars (3) en door een matrijs opening (4) welke de goede profielvorm aanbrengt. Het profiel wordt vervolgens door een oven (5) getrokken, waardoor het uithardingproces van het GVP profiel wordt versneld. Deze pultrusie techniek is geschikt voor allerlei soorten vezels. Ook kunnen meerdere soorten vezels gecombineerd worden. Voordelen van deze productie techniek is de goede kwaliteitsbeheersing en de hoge specifieke stijfheid en sterkte. Deze techniek is helaas niet geschikt voor de kleine serie productie.

Pagina 25 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Figuur 24; pultrusie

3.1.4 KEUZE PRODUCTIETECHNIEK In het begin van het ontwerp proces is overwogen om GVP pultrusie profielen te gebruiken voor het ontwerp vanwege het kostprijs technische aspect, maar omdat het ontwerp van de GVP voetbrug een unieke en vloeiende vrije golfvorm moet krijgen en met het ontwerp van de voetbrug niet wordt geprobeerd het vertrouwen te winnen van de gebruikers zullen er geen GVP pultrusie profielen worden gebruikt in de draagconstructie van de voetbrug. Om een beter gevoel van het productie proces en het materiaal GVP te krijgen zal begonnen worden met het toepassen van de hand lamineer methode, welke de meest voor de hand liggende methode is voor een voetbrug maquette of eventuele prototype onderdelen van de voetbrug. Het sproei lamineren hiervan zal hier veel tijdsbesparing opleveren. Bij de productie van het eindontwerp van de dertig meter overspannende draagconstructie van de voetbrug zal een afweging moeten worden gemaakt tussen het hand of sproei lamineren. De keuze en afweging zal bepaald worden door het besparen van de kosten en tijd door het sproei lamineren of het behoud van een goede sterkte en stijfheid van de voetbrug door het hand lamineren.

3.2

ONDERLINGE KOPPELING VAN VOETBRUGDELEN

Door de komst en gebruik van het materiaal GVP zijn er nieuwe verbindingstechnieken nodig voor het koppelen van GVP onderdelen. Het simpelweg boren van gaten in het GVP materiaal en gebruiken van mechanische bevestigingsmateriaal is mogelijk, maar zal een negatieve invloed hebben op de sterkte en stijfheid van het ontwerp en het materiaal. Daarnaast bestaat de mogelijkheid dat eventuele corrosie van het bevestigingsmateriaal overslaat naar het GVP materiaal. Verder is het de bedoeling om de GVP voetbrug ontwerp zo vloeiend mogelijk en als één geheel over te laten komen, met zo min mogelijk boutverbindingen of andere zichtbare mechanische bevestigingen.

3.2.1 VERLIJMEN VAN GVP DELEN Indien het ontwerp van de voetbrug bestaat uit meerdere delen, is het mogelijk om doormiddel van een epoxy lijm de delen aan elkaar te verlijmen. Deze epoxy lijmen zij in 1950 geïntroduceerd en zijn gemaakt voor toepassingen welke een hoge sterkte en duurzaamheid vragen, de epoxy gebaseerde lijm wordt veel gebruikt om GVP delen onderling aan elkaar te verlijmen. Door een elastomeer toe te voegen aan de lijm zouden eigenschappen zoals sterkte, stijfheid en weerstand tegen vocht verbeteren. Epoxy lijm is verder te verwerken en uit te harden op kamertemperatuur tot soms 175 graden Celsius. Het verlijmen is een goedkopere methode dan overige verbindingstechnieken, alleen bij een lage volumeafname aan lijm voor de voetbrug kan deze methode te duur worden. Overige nadelen zijn dat het niet makkelijk meer van elkaar loskomt en een hoge luchtvochtigheid de aansluiting negatief kan beïnvloeden. Eventuele andere lijmen welke toegepast kunnen worden om GVP aan GVP te verlijmen zijn: Imide (polyimide & bismaleimide), polyester en phenolic lijm. Pagina 26 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

3.2.2 ONTWERPEN VAN EEN MECHANISCHE BEVESTIGING Naast boren en aanbrengen van een mechanische bevestiging is het ook mogelijk om een mechanische 1 bevestiging te ontwerpen voor de voetbrug. Hierbij worden de groene elementen, de Easy-Fix connectors aangebracht in de voetbrug tijdens het lamineren, zodat de krachten zich goed zullen verdelen in het GVP materiaal. Het koppelen en vergrendelen verloopt hetzelfde als bij tonmoeren, door het aandraaien van het blauwe schijfelement zal de rode staaf ervoor zorgen dat twee brugdelen naar elkaar toekomen en aan elkaar worden gekoppeld.

Figuur 25; Easy-Fix connectors

3.2.3 COMBINATIE VAN VERLIJMEN EN MECHANISCHE BEVESTIGING Een nieuwe mogelijkheid ontstaat door de voetbrug delen te verlijmen en te combineren met de mechanische bevestigingen. Doormiddel van deze methode zullen de mechanische bevestigingen ondersteuning en druk uitoefenen op de verlijmde GVP delen tijdens het uitdrogen en bindproces. De mechanische bevestigingen zullen verder alleen als back-up dienen en zullen niet de volledige belasting dragen.

3.3

PRODUCTIE MAL EN VOETBRUG MAQUETTE

In een vroeg stadium van ontwerpen zullen er meerdere maquettes worden gemaakt. Naast het gebruik van de traditionele materialen voor maquettes zoals karton en vivak plastic zal ook een maquette moeten worden geproduceerd uit het materiaal GVP. Door het gebruiken van GVP zal er meer gevoel en ervaring worden opgedaan van het productie proces van de voetbrug en het materiaal zelf.

3.3.1 MODEL ONTWERP MAQUETTE (1:100) Tijdens het ontwerpen is begonnen met het bestuderen van de omgeving van de GVP voetbrug en hier een maquette van te maken. De omgeving maquette wordt gemaakt om een duidelijk beeld en indruk te creëren van de vorm en afmetingen van het voetbrug ontwerp.

1

[18]. Hillen, J. (2006). Easy-Fix connectors. TU Delft.

Pagina 27 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Figuur 26; maquette omgeving "Lambrasse"

Na het maken van een omgeving maquette op schaal, worden een viertal relevante voetbrug ontwerpen uitgewerkt en besproken. Alle voetbrug maquettes zijn zo slank en strak mogelijk uitgevoerd en onderspannen. Het nadeel van het eerste ontwerp is dat de voetbrug niet stijf genoeg is en teveel doorzakt en uiteindelijk ook zal torderen, daarnaast gebruikt het in verhouding met de overige ontwerpen teveel GVP materiaal wat kostenverhogend zal werken tijdens het realiseren van het ontwerp. Het tweede voetbrug ontwerp is zeer slank, simpel en strak. Helaas is dit ontwerp niet haalbaar, omdat deze niet sterk en stijf genoeg is om dertig meter te overspannen, hij zal teveel doorzakken en een grote kans op bezwijken hebben bij het in gebruik nemen.

Figuur 27; maquette voetbrug 1


Het derde ontwerp is zeer onstabiel en geeft een duidelijk overzicht van hoe de voetbrug zal doorbuigen op belangrijke punten binnen de voetbrug en is de voorloper van het vierde ontwerp, door het toevoegen van twee zijflanken onder de voetbrug is het geheel stabieler en stijver, waardoor het zijn eigengewicht en dat van de gebruiker goed kan dragen.


Pagina 28 van 83


- Kam Wen Lee -

TU Delft

3.3.2 MODEL ONTWERP MAQUETTE (1:50) De breedte van de voetbrug wordt opgedeeld in twee banen, beide banen hebben dezelfde afmetingen en opbouw en worden 180 graden ten opzichte van elkaar gedraaid en aan elkaar gekoppeld, waardoor de vloeiende golf van de voetbrug beter naar voren komt. Elke dertig meter overspannende baan zal worden verdeeld in vier stukken waarvoor een mal zal moeten worden gemaakt. Vooraf wordt een simpele maquette gemaakt om de basisvorm weer te geven van de voetbrug.

Figuur 31; model maquette (1:50)

Na feedback te hebben gekregen op de vorm is het mogelijk geweest om digitale tekeningen te maken van de aanzichten en doorsneden van de voetbrug. De volgende aanpassingen en toevoegingen zijn verwerkt in het nieuwe ontwerp van de voetbrug: - Een mooiere en vloeiendere golf aanbrengen op het ontwerp van de voetbrug, het doorzetten van de golf aan de onderkant van de voetbrug - Meerdere golven aanbrengen aan de voetbrug doormiddel van het loopoppervlak, de middenleuning en de handleuningen aan de zijkanten van de voetbrug - Toevoegen van railingen op 1,6 meter afstand ten behoeve van de handleuningen - Het begin en einde van de voetbrug anderhalve meter langer maken voor een mooie en vloeiende overloop op het plangebied - In het midden van de voetbrug zal een overloop plaats vinden zodat mensen elkaar kunnen passeren - Voor de veiligheid zal in het midden van de voetbrug een leuning geplaatst worden - Er zal een sandwich kern worden aangebracht aan de voetbrug voor een betere stijfheid

Figuur 32; model maquette (1:50)

Pagina 29 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Figuur 33; autocad tekening voetbrug ontwerp

Verdere kleine aanpassingen voor het ontwerp van de voetbrug is het dermate verlagen van de middenleuning zodat gebruikers in noodgevallen zonder problemen kunnen overstappen naar de andere zijde van de voetbrug. Indien de golf zorgt voor een te grote hoogteverschil zal de golf een minder groot accent moeten krijgen. Ook zullen de zijflanken onder het loopoppervlak breder moeten worden voor een betere stijfheid van de voetbrug.

3.3.3 CONCEPT ONTWERP MAL EN VOETBRUG Het idee voor de mal is een geraamte te ontwikkelen welke in elkaar kan worden geschoven. Kleine details waaraan is gedacht zijn de extra op maat gemaakte houtplaten ten behoeve van het plaatsen van de handrail steunen en voor het loopoppervlak voor de GVP voetbrug. De materiaalkeuze van de mal voor de voetbrug maquette is hout, omdat dit relatief goedkoop en makkelijk is te bewerken. Verder zal de voetbrug niet in massa productie worden genomen en is het niet nodig de mal vaker dan twee maal te gebruiken.

Figuur 34; concept opbouw van de mal

Pagina 30 van 83

Figuur 35; extra verdikkingen aan de mal

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Figuur 36; inkepingen voor de railing en loopoppervlak op de voetbrug

Na bespreking en samenwerking met dhr. M. Bilow zijn er de volgende keuzes gemaakt voor de mal en de maquette: - Het gebruiken van polyesterhars en geen epoxyhars, door het gebruiken van polyester hars zal de mal minder kans hebben op beschadigen, ook heeft het polyester hars een betere uithardingproces op kamer temperatuur. - Het gebruiken van bijvoorbeeld siliconenkit voor het afdichten van de naden in de mal, zodat er geen vloeibare hars tussen de naden kan komen, wat kan leiden tot beschadigingen tijdens het lossen van de voetbrug maquette. - Glasvezelmatten gebruiken van 80-100 gram/m2. - De mal eventueel aflakken en vervolgens insmeren met bijenwas voor het makkelijker lossen van de voetbrug maquette uit de mal na het uitharden. - Verder is gekozen om geen extra details en planken te plaatsen van hout binnen in de mal. Hierdoor zijn er minder naden en kieren in de mal aanwezig en zal het hars zich minder snel tussen de kieren nestelen en zal het de kans op het beschadigen van de houten mal verminderen.

3.3.4 PRODUCTIE HOUTEN MALDELEN (1:20) De optie om de mal met de hand uit te zagen, doormiddel van bijvoorbeeld een figuurzaag is uitgesloten omdat dit niet nauwkeurig is. Hiervoor is gekozen voor een professionelere methode, namelijk met het laser uitsnijden van de mal. Als plaatmateriaal is gekozen voor vijf millimeter dikke MDF platen, omdat deze anders niet kan worden uitgesneden door het apparaat of makkelijk kan worden gebogen in de golvende vorm voor de voetbrug maquette. Het gebruiken van triplex voor de mal is niet mogelijk vanwege zijn ruwe oppervlak wat kan zorgen voor beschadigingen tijdens het lossen van de maquette. Het laser uitsnijden ging aan de hand van een Autocad bestand en heeft plaats gevonden in de maquettehal van TU Delft; faculteit bouwkunde. Naast het maken van snijlijnen is het ook mogelijk geweest om de lijnen en tekst te graveren in het MDF plaatmateriaal, wat het samenstellen van de maldelen makkelijk maakt.

Pagina 31 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Figuur 37: uitsnijden en frezen van de verschillende maldelen

Na alle onderdelen voor de mal zorgvuldig uitgezocht te hebben worden ze geassembleerd doormiddel van houtlijm. In totaal zijn er vier maldelen vervaardigd. Vervolgens is er de keuze om de GVP voetbrug maquette 2 zelf in eigen huis te produceren of een bedrijf te raadplegen welke materiaal en kennis kan delen betreffende het productie proces van de GVP voetbrug maquette. Uiteindelijk met goedkeuring van dhr. Ir. A. ten Busschen van Polyproducts BV is er een ruimte, materiaal en een stagiair beschikbaar gesteld voor het ontwikkelen en produceren van de GVP voetbrug.

Figuur 38; assemblage verschillende maldelen

Figuur 39; houten maldeel productie klaar

In samenwerking met Polyproducts zijn de vier houten maldelen vooraf behandeld met een gele pasta tussen de kieren en naden van de mal, zodat bij aanbrengen van het vloeibare polyester deze er niet tussen kan komen, wat zal leiden tot het scheuren van de mal tijdens het lossen. Na het afdichten van de kieren en zorgvuldig aftapen van de mal, wordt het oppervlak van de houten maldeel meerdere malen voorzien van een PU hars om later de uitgeharde GVP maquette makkelijker uit de mal te lossen. Het drogen van het PU hars heeft verder een halve dag geduurd om goed uit te kunnen harden.

2

Zie: Bijlage i; Prijsopgave materialenlijst van Polyservice. Blz. 79

Pagina 32 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Figuur 40; maldelen afgeplakt

Figuur 41; maldelen voorbehandeld

Na het uitharden van de PU harslaag zal de mal ingesmeerd worden met enkele lagen bijenwas, wederom is dit voor het makkelijker lossen van de GVP maquette na het uitharden.

3.3.5 PRODUCTIE GVP VOETBRUG (1:20) Na behandeling van de mal zal gestart worden met het maken van de GVP voetbrug maquette. Allereerst worden de PU schuimkernen en de glasvezelmatten op maat uitgesneden. Voor de GVP voetbrug worden twee soorten glasvezelmatten gebruikt, één glasvezelsoort is flinterdun en zeer fijn wat als resultaat een gladde buitenkant zal geven aan de voetbrug maquette. De tweede glasvezelmat heeft een wat dikkere en ruwere glasvezel welke aan de binnenkant van de maquette zal worden gebruikt en niet zichtbaar is voor de gebruiker.

Figuur 42; op maat snijden van de PU schuimkern

Figuur 43; op maat snijden van PU schuimkern en glasvezels

Vervolgens wordt op de mal eerst een witte gel coating aangebracht. De gel coating kan uit alle kleuren bestaan, maar voor de maquette is uiteindelijk gekozen voor een witte neutrale kleur voor de maquette.

Figuur 44; mengen van de witte gel coating

Pagina 33 van 83

Figuur 45; aanbrengen en uitharden van de witte gel coating

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Na het kort uitharden van de gel coating volgt het mengen van het vloeibare polyester, deze wordt direct aangebracht op het oppervlak van de voorbewerkte houten mal en de glasvezelmatten, doormiddel van de hand lamineer methode. Tijdens het aanbrengen van het polyester is het niet mogelijk om te pauzeren omdat het polyester in het proces van uitharden is.

Figuur 46; mengen van het polyester met de harder

Figuur 47; nat aanbrengen van het polyester

Met de hand lamineer methode worden eerst twee lagen dun glasvezel met polyester aangebracht, waarna de PU schuimkern vervolgens nat er bovenop wordt geplaatst. Om de PU schuimkern van de voetbrug te beschermen volgen uiteindelijk nog twee lagen polyester met de grovere en dikkere glasvezelmatten.

Figuur 48; nat aanbrengen van de glasvezelmatten

Figuur 49; nat aanbrengen van de PU schuimkern

Na een dag goed uitharden, kunnen de uitgeharde GVP voetbrugdelen gelost worden van de mal en wordt deze gehele routine nog één maal doorlopen om de tweede baan van de voetbrug te maken.

Figuur 50; lossen van voetbrug

Pagina 34 van 83

Figuur 51; eindresultaat witte GVP brugdelen

- Kam Wen Lee -

TU Delft

De geloste brugdelen bevatten op vele plekken nog restdelen welke eraf kunnen worden geslepen of geschuurd. Na het afwerken van de brugdelen worden deze aan elkaar gekoppeld doormiddel van het verlijmen onderling met een PU lijm.

Figuur 52; afgewerkte GVP brugdelen

Figuur 53; verlijmen van de GVP brugdelen

Na het verlijmen van de brugdelen worden deze afgewerkt met plamuur voor een glad oppervlak en om de voetbrug als één geheel te laten zijn.

Figuur 54; plamuren en schuren van GVP brugdelen

Figuur 55; eindresultaat afgewerkte GVP brugdelen

Vervolgens worden de GVP schotten onder de GVP voetbrug geplaatst voor een betere stijfheid en om het torderen van de voetbrug te voorkomen. Ook zullen er bevestigingspunten onder de voetbrug worden aangebracht voor de stalen spankabels onder de voetbrug. Aan het begin en einde van de voetbrug, zal net als in het midden van de voetbrug een vlakke overloop gedeelte op de voetbrug worden gemaakt, zodat mensen elkaar ongestoord kunnen passeren of naar de andere zijde van de voetbrug kunnen lopen.

Figuur 56; plaatsen en verlijmen van de schotten

Pagina 35 van 83

Figuur 57; plaatsen van bevestigingspunten

- Kam Wen Lee -

TU Delft

In de laatste fase worden de handleuningen aan beide kanten van de voetbrug geplaatst met een leuning in het midden van de voetbrug voor het uitrusten en geniet van het uitzicht op de GVP voetbrug. Er is gekozen om de leuningen op het loopoppervlak te plaatsen zodat de golf beter zichtbaar is.

Figuur 58; plaatsen van de handleuningen

Figuur 59; eindresultaat GVP voetbrug

3.3.6 MAQUETTE PLANGEBIED (1:20) Als laatst wordt de omgeving maquette op schaal gemaakt doormiddel van polystyreen platen, geheel geplamuurd en gladgestreken en voorzien van een witte kleur net als de voetbrug. De omgeving maquette en de GVP voetbrug maquette worden tijdens een presentatie in Wijchen voor het eerst aan het publiek van het plangebied “Lambrasse” getoond.

Figuur 60; maquette plangebied "Lambrasse"

3. 4

Figuur 61; presentatie van maquette in Wijchen

AANDACHTSPUNTEN

Tijdens de productontwikkeling wordt een unieke voetbrug uit glasvezel versterkt polyester neergezet, maar naast een unieke uitstraling en uiterlijk van de voetbrug moet ook gedacht worden aan de specifieke eisen waar de voetbrug aan zal moeten voldoen. De verschillende aandachtspunten welke invloed zullen hebben op het eindontwerp worden hier nader besproken.

3.4.1 ROLSTOEL GEBRUIKERS Voor de GVP voetbrug zijn er twee ontwerp toepassingen mogelijk voor rolstoelgebruikers. Bij een ophoging van de voetbrug tot vijfentwintig centimeter (1), moet rekening worden gehouden met het plaatsen van een dorpel van vijf centimeter (c). Een andere toepassing voor rolstoelgebruikers is als de voetbrug één meter wordt opgehoogd een handleuning aanwezig moet zijn met een gewenste hoogte van vijfentachtig tot vijfennegentig centimeter (h) op de voetbrug.

Pagina 36 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Figuur 62; leuning voor rolstoel gebruikers 3

Voor rolstoelgebruikers moet verder in het ontwerpen van de voetbrug rekening worden gehouden met een minimale breedte van 1,20 meter tot 1,50 meter (b). Indien er passeer mogelijkheden gewenst zijn moet deze 1,80 meter breed zijn.

3.4.2 HELLING IN DE VOETBRUG 4

Doordat de voetbrug een doorgaande helling bevat mag het hoogteverschil niet groter zijn dan één meter, volgens het Bouwbesluit zou dan een lift installatie nodig zijn voor minder valide gebruikers.

Figuur 63; helling in de voetbrug

Bij een helling van vijftig centimeter (a) zal in het ontwerp van de voetbrug rekening moeten worden gehouden met een rustplateau. Aan het begin- en eindpunt van de voetbrug moet verder een richtingsverandering mogelijk zijn van minimaal twee meter (d) bij anderhalve meter (e) zijn. Bij het rustplateau moet deze minimaal 1,20 meter (d) bij anderhalve meter (e) zijn. Verder mag de helling 1:16 (3,5 graden) zijn (f) tot een maximum van 1:10 (5,7 graden). Bij een hoogteverschil groter dan halve meter mag de helling maximaal 1:25 (2,3 graden) zijn.

3

[6] ASVV (2004). ASVV Aanbevelingen voor verkeersvoorzieningen binnen de bebouwde kom.

4

[6] ASVV (2004). ASVV Aanbevelingen voor verkeersvoorzieningen binnen de bebouwde kom.

Pagina 37 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

3.4.3 HET LOOPOPPERVLAK Het gebruik van glasvezel versterkt polyester als materiaal voor de voetbrug zal ook terugkomen in het 5 loopoppervlak, doordat gebruik wordt gemaakt van Tech Wood panelen. Deze panelen bestaan voor zeventig procent uit houtvezels en dertig procent PP en wordt doormiddel van de pultrusie productie techniek vervaardigd. Het is verder net als GVP een duurzaam en milieuvriendelijk product met goede mechanische eigenschappen.

Figuur 64; Tech Wood panelen

Door het eventueel gebruiken van RVS montage clips van Tech Wood kunnen de panelen eenvoudig worden bevestigd aan de voetbrug of delen van de voetbrug.

Figuur 65; Tech Wood RVS montage clips

Het loopoppervlak van de voetbrug moet verder stroef zijn met een minimale waarde van vijfenzestig volgens 6 NEN 2873 , waarbij het loopoppervlak onregelmatigheden mag bevatten van vijf millimeter. De Tech Wood panelen voldoen aan dit criterium qua stroefheid en zijn daarom goed toepasbaar als loopoppervlak voor de voetbrug.

5

[35]. www.tech-wood.com; tech wood panelen

6

Zie: Bijlage ii; Leroux getallen. Blz. 80

Pagina 38 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

3.4.4 DE LEUNINGEN Om de GVP voetbrug een zo vloeiend en strak mogelijk uiterlijk te geven was ervoor gekozen om de handleuningen niet naast de voetbrug te plaatsen, maar op de voetbrug. Door de handleuningen op de voetbrug te plaatsen blijft de golf van de voetbrug goed zichtbaar, maar voldoet deze niet aan de eisen voor 7 rolstoelgebruikers . Om meer loopvlak op de voetbrug vrij te maken is het gewenst de leuningen naast de voetbrug te plaatsen.

Figuur 66; plaatsen van handleuning

3.4.5 ARCHITECTUURKABELS Op het oog van veiligheid zal het nodig zijn om de ruimte tussen de stijlen van de handleuningen te voorzien van spankabels. Het is zonder probleem mogelijk de spankabels ter plekke te monteren op de voetbrug. Bij het monteren is het wel nodig rekening te houden met de steunpunten voor de spankabels aan de uiteinden van de voetbrug. De spankabels moeten worden aangespannen tussen twee steunpunten en zullen de krachten moeten worden opgenomen en worden afgedragen aan de draagconstructie van de voetbrug.

Figuur 67; voorbeelden architectuurkabels

3.4.6 VERLICHTING Op het oog van veiligheid voor gebruikers in de avond is verlichting noodzakelijk op de voetbrug. De voetbrug is namelijk een verbinding voor de bewoners of bezoekers van het gebied “Lambrasse” naar de horeca en winkel gelegenheid buiten het plangebied. Een mogelijkheid bestaat om de verlichting te integreren met de handleuning en deze zo mooi weg te werken.

7

Zie: Hoofdstuk 3.4.1; Rolstoel gebruikers. Blz. 36

Pagina 39 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Figuur 68; verlichting onder de handleuning

Ook kan er gebruik worden gemaakt van de vloeiende golf en zijn hoogteverschillen. Op plekken waar de voetbrug hoger ligt kan de verlichting onder het loopoppervlak weg worden gewerkt en eventueel gericht worden op het loopoppervlak van het onder gelegen loopoppervlak van de voetbrug.

Figuur 69; verlichting onder verhoogde loopoppervlak

Figuur 70; verlichting onder verhoogde middenleuning

3.4.7 KLEUR VAN DE VOETBRUG De definitieve kleur van de GVP voetbrug en zijn onderdelen zal in een later stadium van ontwerpen bepaald moeten worden. Belangrijk is om te weten dat als de voetbrug een donkere kleur moet krijgen, aan het GVP diverse additieven moeten worden toegevoegd. Een donkere polyesterkleur zal door zonlicht (UV straling) enigszins lichter kleuren in de loop van tijd, wat niet wenselijk kan zijn voor het ontwerp.

3.4.8 OPLEGGING LANDOPPERVLAK Bij het plaatsen van de GVP voetbrug op het landhoofd moet worden gedacht aan hoe de brug wordt opgelegd op het landhoofd, maar ook het plaatsen van het aanloopstuk is een stukje detaillering van de voetbrug. Het is mogelijk het aanloopstuk niet op het land en/of straatwerk te plaatsen, maar deze direct in te bedden in het landschap zonder een extra aanloopstuk aan weerszijden van de voetbrug, wat kostenbesparend zal werken.

Pagina 40 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Figuur 71; aanloopstuk inbedden en opleggen

Het is ook mogelijk om het aanloopstuk los van de voetbrug te maken en deze er later bij te plaatsen, wat zorgt voor minder kans op beschadigingen tijdens het vervoeren en plaatsen.

3.4.9 FOLIE OVER DE MAL Het lossen van de GVP voetburg maquette uit de houten mal heeft enigszins veel kracht gekost, en kleine beschadigingen achter gelaten op de voetbrug. Een idee om het lossen te vergemakkelijken is door de mal ook te voorzien van een folie voor het lamineerproces begint. Ook kan er eventueel over na worden gedacht om een andere materiaal voor de mal te nemen, bijvoorbeeld staal of GVP, welke een gladder oppervlak heeft en naadloos kan worden uitgevoerd.

3.4.10 AANSLUITING LIJMOPPERVLAK Tijdens de productiefase moet rekening worden gehouden met het detailleren van de aansluiting waar het verlijmen plaats vindt. Tegen trekkrachten (1) is het lijm goed bestand mits het oppervlak goed is behandeld en eventueel ruw is uitgevoerd. Tegen schuifkrachten (2) is het lijm het beste bestendig. Mocht de aansluiting niet goed worden gedetailleerd kan het lijm door verkeerde krachtenverdeling gaan splijten of scheuren (3) daar waar de krachten zich concentreren. Het lijm zal torsie (4) verder goed aankunnen, afhankelijk van de hoeveelheid gebruikte lijm en de werkende belasting.

Figuur 72; krachten werkend op de lijm verbinding

Een fout welke is ondervonden in het ontwerp van de GVP voetbrug maquette is dat de onderste schotten op punten (C), (S) en (D) waar ook de stalen spankabels zich bevinden een drukkracht uitoefenen op de lijmverbinding. Hierdoor zal een verkeerde krachtenverdeling plaatsvinden op de lijmverbindingen waardoor de kans op splijten en scheuren van de GVP voetbrug wordt vergroot. Hier zal dus in het verdere ontwerpen van de GVP voetbrug rekening mee worden gehouden.

Pagina 41 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Figuur 73; drukkrachten van de schotten op de lijmverbinding

3.4.11 BRANDVEILIGHEID Brandveiligheid is een belangrijk onderdeel voor het materiaal GVP welke brandwerend is tot ongeveer 400 graden Celsius en heeft als thermoharder een lange penetratietijd, waardoor het dezelfde sterkte behoudt tot het punt waar het gaat verkolen en verbranden. Verder kan het mogelijk worden gemaakt dat het vuur zich niet verder verspreidt in het ontwerp door een additief toe te voegen aan het hars. Ook zal GVP bij brand niet direct gaan spatten, splinteren of vlamdruppels maken en de gebruikers van de voetbrug verwonden. Er moet wel rekening gehouden worden met vrijkomende rook of giftige gassen bij het proces. Het is dus van belang om naast het kiezen van de goede vezelsoort of hars, deze te impregneren met brandvertragende middelen. De Tech-Wood Panelen voor het loopoppervlak worden zonder brandvertragende middelen geleverd en wijzen 8 na TNO testen uit dat deze voldoen aan de euroklasse D en behoort respectievelijk tot klasse T3. Hetgeen betekent dat de brandbijdrage hoog is en in de praktijk brandbaar is. Doordat deze panelen over het hele loopoppervlak van de voetbrug wordt geplaatst is dit een belangrijk probleem en zal deze ook geïmpregneerd moeten worden met brandvertragende middelen.

8

Eurobrandklassen: A1, A2, B, C, D, E en F. A1 is de hoogste klasse en levert geen bijdrage aan een brand.

Pagina 42 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

4. MATERIAALKUNDE Voor het ontwerp van de voetbrug voor het plangebied “Lambrasse” wordt glasvezel versterkt polyester gebruikt en niet één van de traditionele materialen die veelal wordt gebruikt voor de vele voetbruggen. GVP is een composiet materiaal en bestaat voor één deel uit glasvezels, andere voorkomende en gebruikte vezels zijn bijvoorbeeld: koolstof, aramide, boron en grafiet. Deze vezels zijn bedoeld om de rekkrachten in de voetbrug op te nemen. Een ander deel is het hars, welke kan bestaan uit een polymeer (thermoset en thermoplastic), namelijk epoxy of polyester. De vezelsoort en vezelrichting van het GVP materiaal is verder bepalend voor de sterkte en stijfheid, terwijl het polyester voor de binding zorgt.

4.1

WAT IS GLASVEZEL VERSTERKT POLYESTER 9

Glasvezel versterkt polyester is een composiet materiaal bestaande uit twee delen met anisotropische eigenschappen. Het bestaat uit een binding tussen vezels en een hars. De versterkende vezel zorgt voor sterkte en stijfheid in het GVP composiet terwijl het hars zorgt voor de binding, bescherming tegen aantasting van buitenaf en voor de kleur van het materiaal.

Figuur 74; samenstelling glasvezel versterkt polyester

4.1.1 GLASVEZELS Een glasvezel bestaat uit een lange draad met een diameter van vaak 10 µm. De hoofdfunctie van de vezels bestaat uit het dragen van de krachten en leveren van stijfheid, sterkte en een stabiele thermische uitzetting. Glasvezels worden vervaardigd uit het smelten van glas met een aantal oxiden in lange draden. Er zijn in totaal vijf soorten van glasvezels die kunnen worden gebruikt voor de GVP voetbrug.

Figuur 75; glasvezel soorten: 1) fijngesneden vezels, 2) vezelstrengen, 3) vezelmatten, 4) geweven vezelmatten, 5) tissue matten

9

Anisotroop: Materiaaleigenschappen hangen af van de richting van de vezels en is niet in alle richtingen gelijk

Pagina 43 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

4.1.2 POLYESTER HARS Polyester is een thermoharder welke ontstaat door aan een vloeistof een harder toe te voegen, waarna het zal uitharden door een chemische binding ook wel polymerisatie genoemd. Van nature is een thermoharder bros, maar levert stabiliteit in de stijfheid, thermische uitzetting, chemische aantasting en zal niet ontbinden. Zonder de vezels heeft het hars weinig zin, omdat het een lage E-modulus en een kleine rek heeft, dit probleem wordt opgevangen en opgenomen door de glasvezels. Het hars is dus nodig bij de samenstelling van GVP voor de voetbrug vanwege de volgende punten: - Het binden van de vezels en overdragen van de krachten - Het maken van de vorm en structuur van de voetbrug - Het isoleren van alle vezels zodat ze op zichzelf zullen werken - Bescherming tegen invloeden van buitenaf, zowel mechanisch als chemisch - Zorgen voor de afwerking van de voetbrug in de juiste kleur en oppervlak.

4.2

VOORDELEN BIJ HET TOEPASSEN VAN GVP

Het materiaal GVP heeft vele voordelen waarvan één van de grotere voordelen is dat het een duurzaam materiaal is doordat GVP: - Minimaal reageert of wordt aangetast tijdens klimaatveranderingen of bij zoute omgevingen - Weinig onderhoud en lage onderhoudskosten heeft en eens in de vijf jaar moet worden schoongespoten - Een levensduur van meer dan 60 jaar heeft - Voor weinig vervuiling zorgt bij het productie proces Daarnaast heeft GVP goede materiaaleigenschappen welke gekenmerkt worden door: - Een goede sterkte- en gewichtverhouding, welke wordt berekend door de materiaalsterkte te delen door de dichtheid van het materiaal - De kleine toename van sterkte en stijfheid bij lage temperaturen - Het lichte gewicht, wat voordelen biedt tijdens het assembleren en het vervoeren van de voetbrug - Een lange penetratietijd bij brand, waardoor het dezelfde sterkte behoudt tot het punt waar het gaat verkolen en verbranden. - Het aantrekkelijke uiterlijk, welke kan bestaan uit alle vormen en kleuren, hierdoor kan het ook het uiterlijk van andere materialen aannemen. Een laatste voordeel welke vangroot belang is, is dat het een kosten effectieve materiaalkeuze is welke tussen de twee tot tien euro per kilogram kost.

4.3

NADELEN VAN HET TOEPASSEN VAN GVP

Een belangrijk nadeel welke de hoofdrol speelt tijdens het ontwerpen en realiseren van de voetbrug zijn de hoge productiekosten bij het fabriceren van de GVP voetbrug vanwege de mal en de productie tijd. Daarnaast heeft GVP enkele negatieve materiaaleigenschappen welke gekenmerkt worden door: - Een slechte weerstand tegen UV straling, waardoor een lichte verkleuring zal optreden - Een slechte weerstand tegen langdurige trek, veertig procent van de kracht blijft over na vijfentwintig jaar langdurige trek - De problemen die veelal ontstaan bij de aansluitingen van GVP delen, beter is het om delen van de voetbrug zo groot mogelijk te houden - Het vochtprobleem, blijvend regenwater moet daarom worden vermeden. Doordat GVP geen regenwater absorbeert zal bij verkeerd detailleren van aansluitingen het materiaal bezwijken of delamineren Pagina 44 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

- Een hoge coëfficiënt voor thermische uitzetting, dus na plaatsen moet de voetbrug vrij kunnen uitzetten en bewegen - Een lage elasticiteitsmodulus

4.4

MECHANISCHE EIGENSCHAPPEN VAN GVP

Tijdens de introductie van de GVP voetbruggen werden deze voornamelijk uitgevoerd in vormen en constructies van bruggen die vervaardigd waren uit de traditionele materialen. De beste manier was het kopiëren en gebruiken van vormen en doorsneden van andere goed geteste materialen, zoals het I-profiel.

Figuur 76; traditionele profielen vervaardigd uit GVP

Doordat glasvezel versterkt polyester een anisotroop materiaal is, worden de eigenschappen van het materiaal het beste benut in de lengterichting van de vezels bij een constante belasting.

4.4.1 STERKTE De GVP voetbrug krijgt een hoge sterkte door het toevoegen van beter gerichte vezels aan het hars of door andere sterkere vezels te gebruiken, hierdoor kunnen al snel hogere sterktes worden bereikt dan die van staal. 10 Diverse richtwaarden voor de treksterkten die behaald kunnen worden met GVP zijn hieronder te vinden: Type materiaal

Treksterkte (MPa)

E-Modulus (GPa)

Thermische uitzetting (ppm)

Spec. sterkte 3 (MPa x m / kg)

Glasvezelmat laminaat

120

8

25

0,075

Glasweefsel laminaat

270

16

17

0,15

Bidirectionaal glaslegsel laminaat

460

20

17

0,23

Tabel 1; richtwaarden en treksterkte van glasvezel laminaat

10

Zie: Bijlage iii; Richtwaarden treksterkte. Blz. 81

Pagina 45 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

De sterkte van GVP composieten hangt verder ook af van de volgende punten: - De vezel type: het is mogelijk om een combinatie te maken van de verschillende vezelsoorten en deze te verwerken in het composiet voor betere mechanische eigenschappen Vezeltype

Treksterkte (MPA)

E-Modulus (GPA)

Dichtheid (kg/m3)

Glasvezel

3445 – 4890

72 – 87

2460 – 2580

Aramide

3150 – 7100

58 – 160

1390 – 1470

Koolstof

2100 – 7100

220 - 900

2460 – 2580

Tabel 2; richtwaarden en treksterkte van de vezels

- De hars type: door het gebruiken van een andere hars soort is het ook mogelijk om betere mechanische eigenschappen te verkrijgen Harstype

Treksterkte (MPA)

E-Modulus (GPA)

Dichtheid (kg/m3)

Polyester

50 - 75

3,1 – 4,6

1110 – 1250

Epoxy

60 – 85

2,6 – 3,8

1110 – 1200

Phelonic

60 – 80

3,0 – 4,0

1000 – 1250

Tabel 3; richtwaarden en treksterkte van het hars

- Het productie proces heeft ook invloed op de sterkte van het GVP materiaal. Door bijvoorbeeld de GVP voetbrug te sproei lamineren zullen de glasvezels kort van stuk zijn en is er geen controle over de richting van de vezels, wat een negatieve invloed heeft op de sterkte van het GVP materiaal

4.4.2 UITZETTING Als vuistregel voor de uitzetting van glasvezel versterkt polyester wordt één millimeter per meter aangehouden. De overspannende voetbrug van dertig meter zal dus drie centimeter uitzetten. Het uitzetten en krimpen gebeurt door het opwarmen en afkoelen van het materiaal waardoor vervormingen ontstaan. Kunststoffen zetten in het algemeen veel uit, maar door de versterkende vezels in het composiet wordt er gezorgd voor een kleinere netto thermische uitzettingscoëfficiënt.

4.4.3 STIJFHEID De toelaatbare doorbuiging voor een voetbrug is 1/200 of 1/250 maximaal. De GVP voetbrug is 30.000 millimeter dit gedeeld door 250 is 120 millimeter, wat dus inhoud dat de maximale doorbuiging van de voetbrug 12 centimeter is. Dit is één van de problemen tijdens het ontwerpen, omdat de stijfheid niet al te groot is van GVP. Voor het krijgen van een betere stijfheid in de GVP voetbrug zal optimaal gebruik moeten worden gemaakt van de vormvrijheid van het materiaal. Hierbij kan bijvoorbeeld gedacht worden aan het toevoegen van een sandwichconstructie met bijvoorbeeld een PU of PVC schuimkern, het aanbrengen van extra verstijvingribben of flenzen onder de voetbrug. Als laatst kan er gedacht worden aan het gebruiken van aramide of koolstofvezels welke stijver en sterker zijn, maar hogere kosten met zich meebrengt.

Pagina 46 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

4.5

MATERIAALKEUZE

Na het maken van de GVP voetbrug maquette en enige praktijk kennis te hebben opgedaan is het belangrijk om een keuze te maken uit de vele vezels en harssoorten of eventueel combinaties ervan. Verder is het belangrijk om te bepalen of er een mal zal worden gebruikt voor het produceren van de voetbrug. Bij deze keuzes zullen factoren zoals kosten en mechanische eigenschappen ook worden overwogen.

4.5.1 KEUZE VAN DE VEZEL Glasvezels hebben een goede sterkte en relatief lage kosten, de keuze van de vezels valt meestal op het type Eglas. Aramide vezels hebben een hogere kwaliteit, welke tijdens het productieproces een verhoogde in de lengterichting georiënteerde moleculen bezit. Aramide vezels hebben een betere sterkte en taaiheid onder de versterkende vezels. Een nadeel van de aramide vezels is dat ze moeilijk te snijden zijn en te bewerken. Koolstofvezels zijn vezels van zeer hoge kwaliteit en hebben een thermisch en elektrisch isolerend vermogen en een kleine uitzettingscoëfficiënt en is zeer duurzaam. Belangrijk is verder te weten dat koolstofvezels gefabriceerd worden bij temperaturen boven de 2000 graden Celsius. Koolstofvezels hebben dan wel de meeste potentie voor de voetbrug, maar heeft als grote nadeel de hoge kosten, welke tijdens het ontwerpen van de voetbrug een belangrijke factor is. Na gesprek en in samenwerking met Polyproducts zal voor de te realiseren voetbrug net als voor de maquette glasvezels worden gebruikt. Er zal hierbij het type E-glas en veel type UD-glas wat een geweven glasvezel is.

4.5.2 KEUZE VAN DE HARS Hier zal een keuze worden gemaakt of er een polyester/thermoplast of epoxy/thermoharder polymeer zal worden gebruikt als harssoort. Hars soort

Voordeel

Nadeel

Polyester

- Makkelijk in het gebruik. - Goedkoopst, 2 tot 3 euro per kilogram - Buigzamer en harder dan epoxy

- Matige mechanische eigenschappen - Hoge krimpt tijdens het uitharden - Hoge styreen uitstoot bij open mallen - Beperkte verwerkingstijd - Neemt vocht op

Epoxy

- Goede mechanische eigenschappen - Goede chemische eigenschappen - Geen gevaarlijke dampen - Goede weerstand tegen vocht opname - Lange verwerkingstijden mogelijk - Goede eigenschappen bij hoge temperaturen - Lage krimp tijdens uitharden

- Duurder dan polyester, 5 tot 11 euro per kilogram - Mengverhouding is kritisch - Kan irriterend zijn bij huidcontact - Hard pas goed uit bij hoge temperaturen

Tabel 4; voor- en nadelen harssoorten

Pagina 47 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

11

Als voorbeeld voor de kosten wordt de voetbrug van Polyproducts te Harlingen gebruikt om een schatting te maken van de kostprijs. Een voetbrug van dertig meter zal al snel 6.000 kilogram wegen. Bij gebruik van polyester zou het hars ongeveer 15.000 euro kosten en bij epoxy al snel 50.000 euro. Door te kijken naar de mechanische voordelen kan de keuze ook vallen op de epoxy hars.

4.5.3 KEUZE VAN DE MAL In het beginstadium van het ontwerpen en bij de GVP maquette schaal 1:20 is er gebruik gemaakt van een open mal welke uit hout is vervaardigd. Om deze mal in werkelijkheid te produceren zijn de kosten begroot op ongeveer 120.000 euro. Voor het gebruik van andere materialen voor de mal, zoals staal of GVP zijn de kosten nog hoger. Een houten mal voldoet verder aan de eisen, omdat deze slechts twee maal zal worden gebruikt, bij serieproductie is het nodig om naar een ander materiaal te kijken. Na gesprek en in samenwerking met Polyproducts is wegens kostprijstechnische redenen een andere opzet voor de GVP voetbrug ontworpen waarvoor geen mal benodigd is. De glasvezels en hars zullen direct nat worden gelamineerd op de PU schuimkern. Deze oplossing zal de kosten van 120.000 euro voor de houten mal besparen zodat het aantrekkelijker wordt voor de projectontwikkelaar en de gemeente om te kiezen voor de GVP voetbrug.

11

Figuur Fout! Alleen hoofddocument.; GVP voetbrug Polyproducts, te Harlingen, blz.12

Pagina 48 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

5. OPTIMALISATIE VOETBRUG 5.1

OPBOUW VOETBRUG 5 SEPTEMBER 2007

Voorafgaand bij de presentatie van 5 september 2007, is in samenwerking met Polyproducts een reeks ingrijpende veranderingen aangebracht op het ontwerp van de voetbrug maquette (1:20) en de bijbehorende houten mal (1:20) wegens kostprijstechnische redenen. Het ontwerp van de voetbrug is zo ontworpen dat er geen mal meer nodig zal zijn en de glasvezels met hars direct kan worden aangebracht op de schuimkern, wat kostenbesparend zal zijn. Zo zal de voetbrug een symmetrische boogvorm krijgen van 31 meter lang en opgebouwd worden uit een zevental identieke PU schuimblokken met twee identieke kopstukken welke aan elkaar verlijmd worden. Op de hoofddraagconstructie met een symmetrische boogvorm zullen vervolgens alle architectonische details worden aangebracht, zoals de golf die de brug accentueert, de balustrade en de brugdekking. De beslissende presentatie is uiteindelijk gehouden bij dhr. Ir. A. ten Busschen van Polyproducts BV te Werkendam, voor mijn tutoren dhr. Ir. A. Borgart, en dhr. Ir. U. Knaack van TU Delft, de project ontwikkelaar dhr. M van Thiel, dhr. M. Rauwers van Grounds en Dhr. A. te Riet van Tech Wood.

5.1.1 DE SCHUIMKERN De gehele kern van de voetbrug zal bestaan uit PU Schuim of eventueel een ander schuim materiaal. Deze blokken worden verwerkt en op maat gesneden en zal op diverse plaatsen uitgefreesd worden. De complete kern zal bestaan uit twee identieke kopstukken en een symmetrische zevendelige middengedeelte.

Figuur 77; kop en middenstuk van PU schuim

5.1.2 HET VERLIJMEN, VERSTIJVEN EN LAMINEREN Een serie van drie houten latten worden over de gehele lengte van de voetbrug zowel boven als onder de PU schuimkern verlijmd om de stijfheid van de voetbrug te verbeteren. De schuimblokken zullen vooraf op de werkplaats aan elkaar worden verlijmd tot een geheel met 31 meter overspanning. Met in acht houding dat de kopstukken van de voetbrug een extra versteviging of verstijving nodig zal hebben vanwege de aansluitingen met de spankabels. Vervolgens zal het verlijmen van de houten latten direct boven en onder de PU schuimkern plaats vinden tussen de uitgefreesde ruimten.

Pagina 49 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Figuur 78; volgorde van ombouw en verlijmen van de PU schuimkern

Met de hand lamineer of sproei lamineer methode worden vervolgens de glasvezels en hars over de gehele 31 meter overspannende schuimkern gelamineerd en afgewerkt. Door het aanbrengen van de brugdekking, de zijbeplating en overige architectonische elementen zal in een later stadium de gelamineerde schuimkern grotendeels niet meer zichtbaar zijn.

Figuur 79; aanbrengen van de vezels en hars

5.1.3 HET ONDERSPANNEN EN AANBRENGEN VAN DE SPANKABELS Onder de schuimblokken zullen een zestal GVP schotten worden geplaatst ten behoeve van de verticale drukkrachten van de voorgespannen staalkabels, naast het aanbrengen van wapening zal er ook een geleidingsysteem aan moeten worden gekoppeld. Verder zal vermeden worden om de schotten onder de 12 verlijmde schuimkern delen te plaatsen . De kopstukken van de voetbrug moet van wapening worden voorzien voor de spankabels en met wiggen en een ankerplaat bevestigd worden aan de onderkant van de voetbrug. Het op deze manier inklemmen van de voorgespannen staalkabels onder de voetbrug zal zorgen voor een betere stijfheid van de voetbrug.

12

Zie: Hoofdstuk 3.4.10; Aansluiting lijmoppervlak. Blz. 41

Pagina 50 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Figuur 80; aansluiting stalen spankabels

5.1.4 HET VERVOER Het vervoeren van de 31 meter overspannende GVP voetbrug compleet met onderspanning naar het plangebied Lambrasse te Wijchen zal gebeuren middels een dieplader met incidentele vergunning.

Figuur 81; dieplader voor het vervoeren van de voetbrug

5.1.5 DE OPLEGGING EN AANLOOPSTUK Het landhoofd bestaat uit een 2,5 meter brede gewapende betonnen balk, waar vervolgens de opleggingen op kunnen worden geplaatst en bevestigd. De brugopleggingen voor een (± 40.000 kg) middelgroot kunstwerk kan bestaan uit potopleggingen of rubberopleggingen. Vervolgens zal de voetbrug worden gefixeerd op het landhoofd zodat deze niet kan verschuiven.

Figuur 82; brug opleggingen

Aan de kopstukken van de GVP voetbrug zal vervolgens na fixeren van de voetbrug een aanloopstuk worden gekoppeld, welke ook van GVP wordt vervaardigd. Wegens het vervoeren van de voetbrug in zijn gehele lengte en de kans op beschadiging, worden de aanloopstukken los van het geheel geproduceerd en op het plangebied aangesloten.

Pagina 51 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Figuur 83; aansluiten van aanloopstukken

5.1.6 MIDDEN LEUNING Nadat de draagconstructie van de voetbrug is gefixeerd op het landhoofd en zijn opleggingen worden de architectonische aanzetstukken, zoals de zijbeplating, balustrade, leuning in het midden en het loopoppervlak ter plekke op bestemming gemonteerd. De leuning in het midden zal voornamelijk als opstand functioneren, maar ook als leun en rustpunt van de voetbrug. Het materiaal voor de midden leuning kan vervaardigd worden uit RVS of hetzelfde materiaal als de voetbrug.

Figuur 84; de middenleuning

Pagina 52 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

5.1.7 EERSTE ARCHITECTONISCHE GOLF Het loopoppervlak zal de eerste golf van de voetbrug accentueren en wordt gekenmerkt door het Tech Wood 13 brugdek , de Tech Wood pultrusie panelen worden geplaatst op een dragende onderrails van GVP. Tech Wood is een pultrusie paneel bestaande uit houtvezels met een polyester hars, welke naderhand minimaal zal vergrijzen van kleur door het natuurlijke proces van de houtvezels. De brugdekking van Tech Wood zal verder gemiddeld vijfendertig jaar meegaan zonder extra onderhoud.

Figuur 85; aanbrengen van Tech Wood brugdekking

5.1.8 TWEEDE ARCHITECTONISCHE GOLF De tweede golfbeweging wordt geaccentueerd door het aanbrengen en bevestigen van de zijleuningen langs de zijkant van de voetbrug. De balustrade kan vervaardigd worden van RVS of GVP vanwege de lichte doorbuiging welke de leuning ondervindt.

Figuur 86; zijleuningen van de voetbrug

13

Zie: Hoofdstuk 3.4.3; Het loopoppervlak. Blz. 38

Pagina 53 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

5.1.9 DERDE ARCHITECTONISCHE GOLF De derde golfbeweging wordt geaccentueerd door de GVP zijplaten die aan de zijleuningen van de voetbrug zal worden bevestigd. Na het aanbrengen van de zijbeplating wordt de achterliggende constructie bedekt.

Figuur 87; aanbrengen van zijbeplating

Pagina 54 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

5.2

VERBETERINGEN CONCEPT OPBOUW

Na het presenteren van de GVP voetbrug is in samenwerking met Polyproducts besloten nog diverse aanpassingen te doen aan het ontwerp van de voetbrug om zowel de kosten te verlagen en de stijfheid en sterkte van de voetbrug te verbeteren.

Figuur 88; einddoorsnede opbouw GVP voetbrug

Voor het verstevigen van de kern van de GVP voetbrug en het garanderen van de stijfheid en sterkte zullen de PU schuimblokken met GVP laminaat maximaal 1,25 meter breed zijn om uiteindelijk de totale breedte van 2,50 meter voor de voetbrug te behalen. Ook zal elke schuimkern van 1,25 meter worden voorzien van zes houten balken voor een betere stijfheid, welke direct op de PU schuimblokken worden verlijmd zonder uitfrezen, om de kosten voor de voetbrug te verlagen. De dikte van het glasvezel versterkte polyester rondom de schuimkern zal verder een dikte van tien millimeter krijgen en heeft als voorkeur om beide 31 meter overspannende kernen met glasvezel laminaat in ruwe staat uit te voeren. Hierdoor krijgt de buitenkant van de voetbrug een reliëf, welke geen storend effect zal hebben op het uiterlijk van de voetbrug, doordat deze wordt bedekt door de zijbeplating en het loopoppervlak. Indien gewenst wordt dat de buitenkant glad afgewerkt moet zijn, zou er een extra mal nodig zijn, wat kostenverhogend is voor de productie van de voetbrug. De gesponsorde Tech Wood panelen voor het loopoppervlak zal verder een breedte krijgen van niet meer dan 1,20 meter, zodat het water er langs kan worden afgevoerd. De Tech Wood panelen zullen gedragen worden door een rails welke gelijmd wordt aan de voetbrug kern en welke zorgt voor de golfvorming over de gehele lengte van de voetbrug. Er is verder aan gedacht om het aanloopstuk niet op het land / straatwerk te plaatsen, maar deze in te bedden in het landschap zonder een extra aanloopstuk aan weerszijden van de voetbrug, wat wederom kosten besparend zal werken. Pagina 55 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

De zijplaten van de voetbrug zullen voor een groot deel de uitstraling en de golf van de voetbrug bepalen, daarom is het belangrijk deze verder te ontwikkelen. Gekeken zal worden naar het gebruik van verschillende kleuren en de vormvrijheid van GVP.

Figuur 89; kleurgebruik in GVP zijbeplating

Ook zal eventueel gekeken moeten worden naar het maken van uitsparingen in de zijplaten, zodat de achterliggende golven van de leuningen en de Tech Wood loopoppervlak ook zichtbaar en herkenbaar zijn.

Figuur 90; uitsparingen in GVP zijbeplating

Als laatst kan er ook gekeken worden naar de mogelijkheid om de zijleuningen te integreren met de zijplaten, welke de golfbeweging zou kunnen versterken.

Pagina 56 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

6. KRACHTSWERKING 6.1

HANDBEREKENING INTERNE BELASTINGEN

Bij de eerste handberekeningen is uitgegaan van de symmetrische hoofdvorm van de voetbrug en het eigen gewicht. De voetbrug wordt geconstrueerd als een simpele gebogen koker met een buitenkant van glasvezel versterkt polyester en een kern van PU schuim. Bij de handberekeningen zijn de volgende maten aangehouden, de breedte van de voetbrug is 2.500 millimeter en de hoogte is 500 millimeter welke van toepassing waren op 14 de presentatie van september 2007 .

Figuur 91; doorsnede voetbrug

6.1.1 UITWERKING HANDBEREKENING De schuimkern (A) van de voetbrug kan bestaan uit PU, Polystyreen of EPS schuim en heeft een soortelijke 3 massa van 40 kg/m . 3

qschuim = 40 kg/m * 2,5 meter * 0,5 meter = 50 kg/m = 500 N/m Een vurenhouten balk (B) heeft een soortelijke massa van 450 kg/m3. Tijdens het ontwerpen is aangenomen dat er zes vurenhouten balken nodig zijn om de stijfheid in de voetbrug te garanderen. De genomen afmetingen per balk is 200 mm breed en 50 mm hoog. 3

qbalk1 = 450 kg/m * 0,2 meter * 0,05 meter = 4,5 kg/m = 45 N/m De q-last vooralle zes vurenhouten balken welke is: qbalk6 = 4,5 kg/m * 6 = 27 kg/m = 270 N/m Voor de harslaag met glasvezels (C) welke over de schuimkern wordt aangebracht is een soortelijke massa van 1800 kg/m3 aangehouden, de harslaag en vezellaag wordt verder met een dikte van tien millimeter aangebracht op de schuimkern van de voetbrug. Het GVP vormt zich als een koker om de schuimkern heen. De omtrek van de schuimkern is verder 2x 2.500 mm + 2x 500 mm. 3

qgvp = 1800 kg/m * 0,01 meter * ( 2 * 2,5 meter + 2 * 0,5 meter) = 108 kg/m = 1080 N/m

14

Zie: Hoofdstuk 5.1; Opbouw Voetbrug 5 september 2007. Blz. 49

Pagina 57 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

De totale q belasting van de voetbrug is een optelling van de afzonderlijke q lasten (A), (B) en (C) qtotaal = 500 N/m + 270 N/m + 1080 N/m = 1850 N/m

6.1.2 EIGEN GEWICHT EN OPLEGREACTIES De oplegreacties ten behoeve van de interne belasting is te berekenen doormiddel van de totale q-last van 1.850 Newton per strekkende meter te nemen over de gehele overspanning van de voetbrug en deze te verdelen over de twee landhoofden waar de voetbrug wordt opgelegd. F = 1.850 N/m * 31 m = 57.350 N F1 = F2 = 57.350 / 2 = 28.675 N = 29 kN = 2.900 kg

Figuur 92; eigen gewicht en oplegreactie

Het totale gewicht van de 31 meter overspannende en gebogen opbouw van de voetbrug, bestaande uit de schuimkern, het glasvezel met hars en de houten verstijvingribben heeft een totale gewicht van afgerond 5.800 kilogram en zorgt ervoor dat er op elk betonnen landhoofd 2.900 kilogram rust.

6.1.3 KABEL SPANNING Om de trekspanning in de staalkabels onder de voetbrug te kunnen berekenen moet kracht H binnen de voetbrug worden bepaald. In geval van het gebogen loopvlak wordt kracht H berekend door het moment te delen door de totale hoogte van de voetbrug.

Figuur 93; schema voor berekenen van kracht H

Pagina 58 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Het moment is te berekenen met de volgende formule en de reeds berekende q-last 1850 N/m. De totale hoogte van de voetbrug is verder twee meter. 2

2

M = 1/8 * q * l = 1/8 * 1850 N/m * (31) = 222.231 Nm = 222 kNm H = 222 kNm / 2 m = 111 kN Doordat de horizontaal kracht H nu bekend is kan de spanning in de kabels, namelijk kracht F en het verticale component berekend worden. De hoek van zes graden is de helling die wij genomen hebben voor de voetbrug.

Figuur 94; schema voor het berekenen van de kabelspanning

F2 = H = 111 kN o

F1 = tan (6 ) * 111 kN = 10,7 kN 2

2

2

2

F = √((F1) + (F1) ) = √((10,7) + (111) ) = 111,51 kN Door het eigengewicht van de 31 meter overspannende GVP draagconstructie zal er een kracht werken van ongeveer 112 kN op de staalkabels. Omdat de voetbrug twee gespannen staalkabels heeft onder de voetbrug zal elke staalkabel minimaal 56 kN moeten opvangen aan trekkracht.

6.1.4 OVERZICHT VERTICALE KRACHTEN Er ontbreekt verder nog één kracht, namelijk F5, welke berekend kan worden door de som van alle momenten op te tellen. Als uitgangspunt om F5 te berekenen wordt het scharnierpunt S als draaipunt genomen.

Figuur 95; schema voor het berekenen van kracht F5

Pagina 59 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

∑Ms = 0 ∑Ms = F1 * 15,5 m - F2 * 7,75 m - F3 * 1 m - F4 * 15,5 m + F5 * 7,75 m ∑Ms = 28,68 kN * 15,5 m - 28,68 kN * 7,75 m – 111 kN * 1 m - 10,7 kN * 15,5 m + F5 * 7,75 m ∑Ms = F5 * 7,75 – 54,58 kN = 0 F5 = 54,58 kN / 7,75 = 7,04 kN Nu de verticaal werkende drukkracht van de schotten op de kern van de voetbrug bekend is kan een samenvatting gegeven worden van alle optredende verticale krachten met in acht genomen alleen het eigen gewicht, doormiddel van handberekeningen.

Figuur 96; samenvatting verticaal werkende krachten

F1 = F7 = 28,75 kN F2 = F6 = 10,7 kN F3 = F4 = F5 = 7,04 kN F8 = 57,35 kN

6.2

IDIANA SIMULATIE INTERNE BELASTINGEN

Voor het gebruiken van het simulatieprogramma iDiana is het nodig een Autocad tekening te maken van de voetbrug en deze in te lezen in het programma. Na het inlezen is het mogelijk de uitkomsten van de simpele handberekening na te berekenen.

Figuur 97; totaal schema druk- en trekkrachten

Pagina 60 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

De door iDiana berekende normaalkrachten die op de voetbrug werken zijn als volgt: N1 = N4 = 92800 N = - 93 kN N2 = N3 = 107000 N = - 107 kN N5 = N7 = 5410 N = - 5,4 kN N6 = 6890 N = - 6,9 kN N8 = N11 = 91900 N = 92 kN N9 = N10 = 107000 N = 107 kN Uit de iDiana simulaties kan geconcludeerd worden dat de handberekeningen redelijk in de buurt komen, verder is uit de simulatie op te maken dat de maximale drukkracht op de GVP voetbrug kern 107 kN zal zijn en de spankabels onder de voetbrug elk een trekkracht van 54 kN aan moeten kunnen, als resultaat van het eigen gewicht van de 31 meter overspannende voetbrug.

6.3

HANDBEREKENING EXTERNE BELASTINGEN

De externe en variabele belastingen waar rekening mee is gehouden en invloed hebben op de berekeningen en simulaties in iDiana zijn: - Verticale belasting bestaande uit onder andere het eigen gewicht, rustende belasting en de mobiele belasting op de voetbrug. - Transversale horizontale belasting veroorzaakt door wind, middelpuntvliegende krachten, aanrijd- en aanvaarkrachten en de ijsbelasting op de onderbouw. - Longitudinale horizontale belasting veroorzaakt door remkrachten, wind, voorspanning, kruip, krimp en temperatuurseffecten.

6.3.1 VERTICALE BELASTING De gelijkmatig verdeelde belasting per oppervlakte (qfk)

15

bedraagt:

2

qfk = 2,0 + 120 / ( L + 30 ) kN/m 2

2

Waarbij geldt: 2,5 kN/m ≤ qfk ≤ 5,0 kN/m

Bij de GVP voetbrug wordt er niet uitgegaan dat het kan vollopen met een mensenmenigte, zoals bij voetbalstadions. Het is dus niet nodig het maximum van 5,0 kN/m2 aan te houden voor de voetbrug. qfk = 2,0 + (120 / (31 + 30)) = 3,97 kN/m2

15

[8]. NEN-EN 1991-2 (2003). Belastingen op constructies / Verkeersbelasting op bruggen. Blz. 65

Pagina 61 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Figuur 98; gelijkmatig verdeelde belasting qfk over het loopoppervlak

De voetbrug is verder 2,5 meter breed waardoor de werkende gelijkmatige verdeelde belasting over de lengte van de brug als volgt zal worden: q1 = 3,97 kN/m2 * 2,5 meter = 9,925 kN/m

6.3.2 HORIZONTALE BELASTINGEN Voor voetgangers- en fietsbruggen geldt een horizontale belasting op het niveau van de slijtlaag, dat aangrijpt 16 langs de as van de bovenbouw. Deze horizontale belasting is 10% van de q1 belasting, voor minder valide mensen met een rolstoel is dezelfde berekening aangehouden. q2 = 9,925 kN/m * 10% = 0,99 kN/m

Figuur 99; werking horizontale belasting als gevolg van een gelijkmatig verdeelde bealsting

16

[8]. NEN-EN 1991-2 (2003). Belastingen op constructies / Verkeersbelasting op bruggen. Blz. 66

Pagina 62 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

6.3.3 WINDBELASTING Bij de voetbrug zal ook rekening worden gehouden met een door de wind getroffen oppervlak welke loodrecht 17 op de brug as een horizontale belasting van prep van 1,5 kN/m2 zal werken. Fwk = prep * Aw Aw is de oppervlakte van de voetbrug, doordat de hoogte van de kern 500 millimeter is zal horizontale gelijkmatige verdeelde belasting q als volgt worden berekend: q3 = 1,5 kN/m2 * 0,5 = 0,75 kN/m

Figuur 100; horizontaal werkende windbelasting op de voetbrug

In de lengte en dwarsrichting van de voetbrug treedt eveneens windkracht op. De grootte van de deze waarde 17 bedraagt 40% van de totale windkracht loodrecht op de brug as.

Figuur 101; windkracht werkend op de lengte en dwarsrichting

q4 = q5 = 0,75 * 40% = 0,3 kN/m Nog niet in meegenomen belastingfactoren voor de fiets / voetbrug is een dienstvoertuig en de incidentele belastinggevallen bij aanrijdingen of botsingen.

17

[15]. NEN 6706 (2007). Technische grondslagen voor bouwconstructies (vervallen). Blz 142

Pagina 63 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

6.4

SIMULATIE EIGEN GEWICHT EN EXTERNE BELASTING MET IDIANA

Nadat alle interne en externe belastingen aan de hand van de NEN normen zijn berekend kunnen alle gegevens in het model van de voetbrug in het programma iDiana worden geplaatst om deze vervolgens te simuleren.

Figuur 102; schema van normaalkrachten voor de voetbrug

De door iDiana berekende en gesimuleerde normaalkrachten zijn als volgt: De opleg reacties op de uiteinden van de voetbrug = 184 kN. De normaalkrachten: N1 = N4 = -56700 N = - 567 kN N2 = N3 = -673000 N = - 673 kN N5 = N7 = -35300 N = - 35,3 kN N6 = -44700 N = - 44,7 kN N8 = N11 = 599000 N = 599 kN N9 = N10 = 695000 N = 695 kN Deze berekende en gesimuleerde interne druk- en trekkrachten zijn nodig voor berekenen en bepalen van de brugoplegging en spankabels en het eventuele bezwijken van de voetbrug.

6.5

DE BRUGOPLEGGING

Een brug oplegging is een onderdeel van de constructie van de voetbrug welke de verbinding vormt tussen de bovenbouw en de onderbouw van de GVP voetbrug. Doordat de voetbrug een geavanceerd kunstwerk is zal er bij de oplegging rekening moeten worden gehouden met rotaties in alle richtingen en grotere translaties. De voetbrug zal zowel horizontaal als verticaal worden belast en deze belastingen zullen moeten worden afgedragen via de opleggingen op de tussen en eindsteunpunten van het landhoofd. De relevante brugopleggingen voor de GVP voetbrug zijn als volgt onder te verdelen: - Klassieke opleggingen: rol, scharnier en strip opleggingen - Moderne teflon opleggingen: pot en bolsegment opleggingen - Moderne rubberen opleggingen: rubberblok opleggingen - Glijdelementen en geleidingen.

Pagina 64 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

6.5.1 NEN NORMEN VOOR BRUGOPLEGGINGEN 18

De NEN normen gelden voor de onderzochte brugopleggingen welke een verbinding vormen tussen de boven en onderbouw en de volgende krachten en bewegingen moeten kunnen overbrengen of opvangen: - Verticale krachten ten gevolge van de statische (gewicht van de brug) als de dynamische (verkeer) belasting. - Horizontale krachten en verplaatsingen veroorzaakt door krimp en kruip, temperatuur en voorspanning en anderzijds de verkeersbelasting, windbelasting etc. - Hoekverdraaiingen en rotaties. 19

Bij rotatie van de voetbrug moet rekening worden gehouden met de minimale rotatie capaciteit van de oplegging namelijk: - α = 0.017 rad ter plaatse van de pijlers - α = 0.035 rad ter plaatse van de landhoofden

6.5.2 KLASSIEKE OPLEGGINGEN De klassieke opleggingen vangen alleen de translaties of rotaties op. Ze laten slecht hoekverdraaiingen toe in één richting en hebben een relatief grote inbouwhoogte wegens onderhoudsredenen. Klassieke opleggingen zijn voornamelijk toegepast in oudere (stalen en/of betonnen) kunstwerken en worden door hun hoekverdraaiing in één richting niet voor het ontwerp van de voetbrug gekozen als oplegging.

Figuur 103; voorbeelden klassieke opleggingen

6.5.3 MODERNE OPLEGGINGEN De moderne opleggingen zijn vanaf de jaren zeventig, voornamelijk toegepast op middelgrote en grote kunstwerken. Deze type opleggingen worden samengesteld uit stalen, kunststoffen en rubberen delen. De mechanische functie is veelal niet uit de vorm te herleiden.

Figuur 104; schema bestaande moderne opleggingen

18

[9] NEN-EN 1337 (2004). Structural Bearings

19

Zie: Bijlage iv; Verplaatsingen en rotaties van opleggingen. Blz. 82

Pagina 65 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Voordelen van de moderne opleggingen ten opzichte van de klassieken opleggingen zijn: - De geringe bouwhoogte - Een gering eigen gewicht - Hoekverdraaiing in alle richtingen mogelijk - Ruimer toepassingsgebied dan de klassieke opleggingen

6.5.3.1

TEFLON OPLEGGINGEN

Het toepassingsgebied van een teflon oplegging ligt qua opneembare belasting tussen ongeveer 1.000 kN en 50.000 kN. Bij het gebruiken van een teflon oplegging gaat veel aandacht uit naar: - Slijtage ten gevolge van wisselende belastingen - Aantasting van de conservering van de stalen onderdelen - Afdichting van het glijdelement - Vuil rondom het glijdelement

6.5.3.2

NEOPREEN POTOPLEGGINGEN

Een van de teflon opleggingen zijn de potopleggingen welke bestaan uit een pot gevormd deel, de zogeheten onderzadel, welke een stalen bodemplaat en een stalen ring, met een rubberelement heeft waar een stalen zuig element als deksel op rust (de tussenzadel).

Figuur 105; neopreen potoplegging

Bij het ontwerpen van de voetbrug met neopreen potopleggingen moet rekening worden gehouden met het niet overschrijden van de minimale waarden van de rotatie. Er moet namelijk rekening worden gehouden met een minimale oplegreactie welke invloed heeft op de maximale rotatie, door het overschrijden van deze waarden van de voetbrug zullen er te hoge contactspanningen ontstaan en zal de oplegging bezwijken.

Pagina 66 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

6.5.3.3

BOLSEGMENT OPLEGGINGEN

Een bolsegment oplegging heeft een uitgenomen holvormende onderzadel met een bolvormig bovenzadel dat in het onderzadel vrij kan glijden. Tussen de onder- en bovenzadel van het bolsegment is een teflonlaag aangebracht waarover de bovenzadel kan glijden. Bolsegment opleggingen kunnen de maximale hoekverdraaiing wel aan, maar zijn vrij prijzig.

Figuur 106; bolsegment oplegging

6.5.3.4

RUBBERBLOK OPLEGGINGEN

Belangrijke voordelen om te kiezen voor een rubber oplegging is de zeer eenvoudige constructie, de eenvoudige montage, het geringe gewicht en de lage kostprijs. Voornamelijk zouden deze opleggingen toegepast worden op kleine kunstwerken maar tegenwoordig wordt ook overwogen om deze toe te passen bij grotere belastingen. De rubber opleggingen bestaan uit natuur of chloropeen rubber met ingevulcaniseerde stalen platen, eventueel omgeven met een dunne laag neopreen. De opleggingen hebben vaak een ronde, rechthoekige of elliptische vorm en zijn soms voorzien van een glijdelement waardoor ze hoekverdraaiingen in meerdere richtingen toelaten. De rubberen opleggingen worden verder toegepast op kleine en middelgrote kunstwerken. Rubber opleggingen worden verder toegepast op werken met opneembare belastingen die per oplegging variëren tussen de 150 kN en 20.000 kN.

Figuur 107; rubberen opleggingen

Belangrijke aandachtspunten voor de rubberen opleggingen zijn: - Het inscheuren ten gevolge van extreme vormveranderingen - Beschadiging door vandalisme - Indien een glijdplaat wordt toegepast, zal deze in goede conditie moeten worden gehouden - kwaliteit van het rubber met waarnemingen en metingen rapporteren, om voortijdige vervanging van de opleggingen te voorkomen, welke ver boven de productiekosten zal zijn

Pagina 67 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

6.5.4 KEUZE BRUGOPLEGGING De keuze van het type oplegging voor de voetbrug is afhankelijk van de volgende factoren: - Belastingen (verticaal, transversaal en longitudinaal) - De constructie van de bovenbouw met als belangrijkste eigenschappen de buig- en wringstijfheid - Stabiliteit van de bovenbouw - Hoekverdraaiingen - Lengte van de overspanning - Bouwmethode en de bouwfasering - Vormgeving van de bovenbouw (recht of gebogen) - De onderbouw In de praktijk ontstaat de schade aan de oplegging vaak door overbelasting en slijtage, daardoor moet een goede ontwerpkeuze gemaakt worden voor de oplegging. Belangrijk is verder te weten dat de uiteindelijke 31 meter overspannende voetbrug behoort tot de categorie middelgrote kunstwerken.

Figuur 108; schema keuze oplegging20

Bij het doorlopen van het schema valt de keuze op een rubber oplegging, vanwege zijn voordelen ten opzichte van de andere opleggingen. Een rubberen oplegging vraagt om weinig onderhoud en aandacht vraagt en dus minder onderhoudskosten en laten hoekverdraaiingen toe in meerdere richtingen.

20

[7] Veldhoven, J.P. (1984). Rapport brug opleggingen: directie bruggen.

Pagina 68 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Verder hebben rubberen opleggingen een langere levensduur in vergelijking met klassieke en andere moderne opleggingen. Soort Oplegging

Levensduur (min)

Levensduur (max)

Klassiek

20 jaren

90 jaren

Modern (grote kunstwerken)

20 jaren

60 jaren

Modern (klein en middelgrote kunstwerken

20 jaren

90 jaren

Rubber

25 jaren

100 jaren

Tabel 5; levensduur opleggingen

Indien naderhand de verplaatsingen, hoekverdraaiingen of horizontale krachten groter zijn dan aangenomen, kan er in een later stadium van het ontwerp voor een combinatie van rubber met teflon oplegging worden gekozen. Hierbij is het mogelijk de rubberen oplegging aan de bovenkant te voorzien van een teflonlaag welke de horizontale krachten kan opnemen.

Figuur 109; toevoegen van teflonlaag en bovenplaat

6.5.5 BEREKENING RUBBEREN BRUGOPLEGGINGEN Bij het kiezen van een rubberen oplegging zal eerst worden gekeken naar een glijoplegging met glijkern en glijplaat. Er is gerekend met een gewicht van 40.000 kg voor de voetbrug dit is inclusief de interne en externe 21 belastingen . Bij het berekenen is een glijoplegging genomen met een oppervlak van ongeveer 150 x 150 mm 2 = 22.500 mm . 2

2

De totale drukspanning van de voetbrug = 400.000 N / 22.500 mm = 17,78 N/mm De totale drukspanning zal verdeeld worden over vier oplegpunten onder de voetbrug. 2 2 Drukspanning per glijoplegging = 17,78 N/mm / 4 = 4,45 N/mm 22

Geschikte glijopleggingen hiervoor zijn bijvoorbeeld de Menhir type K, glijoplegging met of zonder wapening . Deze glijopleggingen zijn geschikt voor hoekverdraaiingen, wrijvingen, verplaatsingen tussen +20 mm en -20 2 mm en kunnen een drukspanning hebben van maximaal 5 tot 8 N/mm .

21

Zie: Hoofdstuk 6.4; Simulatie eigen gewicht en externe belasting met iDiana. Blz. 64

22

[32] www.mavotrans.nl – Menhir type K-glijoplegging

Pagina 69 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Figuur 110; Menhir type K glijoplegging

Voor een rubberoplegging wordt ook gerekend met een gewicht van 40.000 kg voor de voetbrug. Bij het berekenen is een 10 mm dikke rubberen oplegging genomen met een oppervlak van ongeveer 100 x 150 mm = 2 15.000 mm 2

2

De totale drukspanning van de voetbrug = 400.000 N / 15.000 mm = 26,67 N/mm De totale drukspanning zal verdeeld worden over vier oplegpunten onder de voetbrug. 2 2 Drukspanning per glijoplegging = (26,67 N/mm ) / 4 = 6,67 N/mm Een rubber oplegging welke geschikt voor de voetbrug is zal bijvoorbeeld de Menhir T-3100 met textiel 23 gewapend rubber zijn. Deze rubberen opleggingen zijn geschikt voor wrijvingen en hoge drukspanningen. Deze opleggingen zijn alleen minder geschikt voor grote verplaatsingen en hoekverdraaiingen.

Figuur 111; Menhir T-3100 gewapende rubber oplegging

6.6

SPANKABELS

De GVP voetbrug met een overspanning van 31 meter zal moet worden onderspannen met roestvast stalen kabels welke op spanning worden gebracht door eventuele wiggen of een ankerkop. De totale maximale 24 trekspanning onder de GVP voetbrug is 700 kN , doordat de voetbrug uit twee banen bestaat, zullen er twee voorgespannen spankabels onder de voetbrug worden geplaatst. Elke stalen spankabel zal dan ruim 350 kN aan trekkracht moeten kunnen opnemen.

Figuur 112; voorbeeld aansluiting van spankabels

23

[32] www.mavotrans.nl – T-3100 met textiel gewapend rubber

24


Pagina 70 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Bij het voorspannen van de kabels zal hoogst waarschijnlijk gebruik moeten worden gemaakt van een 25 voorspansysteem met aanhechting . Verankering van elke bundel bestaat verder uit een totaal van vijf mono strengen, elke mono streng zal een diameter van 15,7 mm hebben. Een keuze van het verankeren bestaat uit: - Spanankers en vaste ankers - In te storten ankers (blinde ankers), spreidankers en lusankers - Koppelankers Het geschikte systeem voor de voetbrug zijn de spanankers en vaste ankers, welke bestaat uit een plaatanker. Een plaatanker is samengesteld uit een vierkante ankerplaat waarop een ronde wig plaat rust, het zogeheten ankerkop. De ankerkop is voorzien van vier of meerdere taps toelopende gaten waarin de twee- of driedelige, inwendige getande wiggen worden vastgezet met de voorspanstrengen. De casting is samengesteld als plaatanker en wordt gebruik als een gietijzeren trechtervormige casting.

6.7

CONCLUSIES KRACHTSWERKING

Wat als eerst opvalt is dat het gewicht van het ontwerp van de GVP voetbrug redelijk overeenkomt met het 26 eerdere geschatte gewicht van 6.000 kilogram in vergelijking met de GVP voetbrug te Harlingen van Polyproducts. Het ontwerp van de 31 meter overspannende voetbrug had uiteindelijk een eigen gewicht van 5.800 kilogram voor de kern, laminaat en houten verstijvingribben. Opvallend uit de berekeningen is verder dat op de drietal GVP schotten onder de voetbrug een kleine drukkracht wordt uitgeoefend van 45 kN. Dat terwijl de drukkracht die wordt uitgeoefend op de PU schuimkern met laminaat nagenoeg gelijk is aan de trekkrachten die de spankabels onder de voetbrug ondervinden, namelijk ruim 700 kN. 27

Opvallend is verder dat het ontwerp van de GVP voetbrug een oplegreactie heeft op het landhoofd van 184 kN, waardoor elke brugoplegging 92 kN zal moeten dragen. Dit gegeven is vele malen lager dan het normale toepassingsgebied voor teflon opleggingen, daarom gaat de keuze al snel naar de rubber opleggingen, welke al direct in een lagere prijsklasse ligt. Andere belangrijke voordelen om voor een rubber oplegging te gaan is de zeer eenvoudige constructie, montage en geringe gewicht allemaal factoren die uiteindelijk de kostprijs van de voetbrug positief zullen beïnvloeden. Verder zijn er voor elke spankabels slechts vijf mono strengen nodig, welke de trekkrachten van 700 kN zonder probleem aan kunnen. Er is wel een speciale en op maat gemaakte aansluiting vereist voor de spankabels op de kopstukken van de voetbrug om te voorkomen dat het GVP kern van de voetbrug gaat scheuren of bezwijken.

25

Zie: Bijlage v; Gegevens CONA-Multi voorspansystemen met aanhechting. Blz. 82

26

Zie: Hoofdstuk 4.5.2; Keuze van de hars. Blz. 48

27


Pagina 71 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

7. KOSTEN BEGROTING VOETBRUG Na alle voor- en nadelen te hebben afgewogen en de interne krachten berekend te hebben is het mogelijk om een complete kostenrealisatie van het eindontwerp te maken met alle onderdelen onafhankelijk van elkaar genomen.

7.1

KOSTEN REALISATIE EINDONTWERP GVP VOETBRUG

7.1.1 HET GLASVEZEL, HARS EN SCHUIMKERN Een ruim genomen schatting van de kosten voor de schuimkern en de composieten onderdelen voor de 31 meter overspannende voetbrug is begroot op 297.500 euro inclusief BTW door Polyproducts. Onder deze begroting valt naast de schuimkern en GVP lamineerlagen ook de zijbeplating voor de derde golfbeweging, het vervoer van het 31 meter lange gehele brugdeel, het goed positioneren van de schuimblokken voor het lamineren en de verankering aan de kopstukken van de voetbrug voor de staalkabels welke worden voorgespannen en de onderrails voor het dragen van de brugdekking. De mal welke nodig zou zijn in eerdere ontwerpen was begroot op 120.000 euro, deze kosten blijven nu bespaard.

7.1.2 SPANKABELS De onderspanning van de voetbrug bestaat uit een totaal van twee op spanning gebrachte stalen spankabels. Als er wordt uitgegaan van de ruim berekende 350 kN trekkracht welke hij moet opnemen, zijn de kosten per spankabel begroot op ongeveer 4.000 tot 7.500 euro per stuk.

7.1.3 BRUGOPLEGGING Voor de opleggingen op het betonnen landhoofd is gerekend met een totale gewicht van 40.000 kg / 400.000 N voor de voetbrug, inclusief de interne en externe belastingen. Kosten van een ongewapende glijoplegging (150x150mm) is ± 50 euro, ps. Kosten van een gewapende glijoplegging (150x150mm) is ± 100 euro, ps. Gewapende rubberoplegging (100x150mm): ± 25 euro, ps. Het maximale bedrag dat we kwijt zouden zijn voor vier brugopleggingen zou ongeveer 400 euro zijn.

7.1.4 BRUGDEKKING Na gesprekken met het bedrijf Tech Wood en goedkeuring van docenten en derde partijen is besloten dat de brugdekking zal worden gesponsord. De onderrails van GVP welke de brugdekking zal dragen zijn inbegrepen bij de kosten van Polyproducts.

7.2

KOSTEN STALEN VOETBRUG

Naast het ontwerp van de GVP voetbrug is er door dhr. M. van Thiel, van Belin Projectontwikkeling een ontwerp laten maken voor een stalen voetbrug.

7.2.1 ONTWERP STALEN VOETBRUG Het ontwerp voor de stalen voetbrug bestaat uit een ontwerp vervaardigd uit staalprofielen. En heeft een vakwerk als draagconstructie om de gehele overspanning te behalen. De kern, tussenliggers, balustrade, loopvlak en het gekleurde plaatmateriaal worden ook geheel uit staal vervaardigd.

Pagina 72 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

Figuur 113; stalen voetbrug

7.2.2 KOSTEN STALEN VOETBRUG De levering van de stalen voetbrug zal uit het volgende bestaan: -

Werkplaatstekeningen Bevestigingsmiddelen Anker stelplaten met anker bouten Kraankosten Dertig meter lange en tweeënhalve meter brede draagconstructie, samengesteld uit hoofdliggers, vakwerkspanten, tussenliggers en staalplaten loopgedeelten van tien millimeter Balustrade met een uitloop van twee meter en totale lengte van zeventig meter en samengesteld uit vier RVS spankabels met een diameter van tien millimeter Conservering van het loopvlak van de voetbrug met instrooien van Amaril ten behoeve van het antipslip Conservering overige staalconstructie en onderdelen van de voetbrug

Bij de stalen voetbrug moeten de kosten van de fundering en wapening nog worden bijgeteld en de overige bouwkundige werkzaamheden. De kosten voor de hierboven genoemde voetbrug is begroot op 121.000 euro (inclusief BTW).

Pagina 73 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

8. CONCLUSIE Naast dat er een unieke GVP voetbrug is ontworpen is het afstudeerproject ook een unieke ervaring geweest. Tijdens het gehele traject heeft de kostprijs van de voetbrug de grootste rol gespeeld in de ontwikkeling van het ontwerp. Er is naast theoretische kennis over voetbruggen ook veel praktijk kennis over de bestaande en nieuwe ontwikkelingen gedaan van het innovatie materiaal GVP, doormiddel van het bezoeken van beurzen en bezoeken aan diverse bedrijven gespecialiseerd in het vervaardigen van composieten. Verder is het goed mogelijk geweest om de voetbrug met een simpele boog als draagconstructie welke door stalenkabels wordt onderspannen architectonisch aan te kleden, zodat het alsnog een eye catcher en een unieke voetbrug zal worden en een toevoeging zal bieden aan het plangebied “Lambrasse” en zijn bewoners en gebruikers. Maar het afstappen en wegdoen van de houten mal is een groot keerpunt in het gehele afstudeerproject geweest. Een groot deel van wat het ontwerp ooit spannend, interessant en mensen enthousiast maakte is daardoor deels verdwenen. Dezelfde strakke vorm en vloeiende golf is in het eindontwerp niet volledig behaald. Wat uiteindelijk stand heeft gehouden is de manier van het onderspannen van de GVP voetbrug doormiddel van staalkabels. Het opvallende van het materiaal glasvezel versterkt polyester is dat deze makkelijk is aan te brengen op verschillende manieren en dat uitgeharde delen vervolgens gemakkelijk aan elkaar zijn te verlijmen. Daarnaast is het goed te verwerken met andere materialen zoals hout en PU schuim tijdens het lamineer proces, zonder dat er negatieve chemische reacties zullen ontstaan. Het realiseren en plaatsen van de voetbrug in het plangebied “Lambrasse” heeft in handen van dhr. M. van Thiel, van Belin Projectontwikkeling gelegen. Welke uiteindelijk de voorkeur heeft gegeven voor de stalen voetbrug met een lagere kostprijs. Citaat dhr. Mark van Tiel (10-2-2008): Tot mijn spijt moet ik je melden dat we besloten hebben om het door jouw vervaardigde concept ontwerp van de brug in het project Lambrasse niet uit te voeren en wel om financiële redenen. Het verschil in prijs tussen een kunststof brug (minimaal € 250.000,-) en een stalen brug (circa € 100.000,-) is zodanig groot dat het niet verantwoord is om het hogere bedrag uit te geven. Ook hebben we geen andere kanalen voor extra financiële mogelijkheden kunnen vinden. De kosten voor de hierboven genoemde stalen voetbrug is begroot op 121.000 euro (inclusief BTW) het verschil met de GVP voetbrug van 297.500 euro (inclusief BTW) is dan 176.500. Wat inderdaad een groot verschil is in kostprijs. Maar welke in mijn ogen niet opwegen tegen de voordelen van het materiaal GVP, zoals een goede duurzaamheid en minder vervuiling tijdens het productie proces. Maar waarop echt achteruit wordt gegaan is het ontwerp van de voetbrug. Het ontwerp van de stalen voetbrug heeft geen unieke eigenschappen en is een kant en klaar product welke meer bestemd is voor massa productie en welke niet zal zorgen voor een wezenlijke toevoeging aan het plangebied “Lambrasse” wat eigenlijk het doel van de voetbrug is. Verder waren wij nog niet in de eindfase van het voetbrug ontwerp, er zouden nog diverse ontwikkelingen kunnen worden gemaakt om de kosten te verlagen, door bijvoorbeeld het gebruiken van andere vezels of hars. Of het maken van een keuze om gelamineerde voetbrug delen te combineren met pultrusie profielen. Verder is het ook niet uit te sluiten dat delen van de voetbrug zouden kunnen worden gesponsord door bedrijven, net als de Tech Wood brugdekking. Uiteindelijk is de vraagstelling wel behaald en beantwoord, maar is het realiseren van de voetbrug wegens kostenprijstechnische redenen helaas niet behaald.

Pagina 74 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

AANBEVELINGEN De eerste indrukken voor het verwerken van GVP zijn vrij positief het is relatief goedkoop en makkelijk aan te brengen eventueel in combinatie met hout of andere schuim materialen. Het is alleen niet aan te raden om het toe te passen in eigen huis, vanwege de stank en kans op vrijkomen van giftige gassen. Een goede afzuiging, hoge ruimte en kennis is nodig. Het is dus verstandig om een bedrijf aan te stellen om te assisteren bij het productieproces. Het mengen van polyester of epoxy met de harder vergt verder ook enig inzicht en toezicht. Een van de problemen waar ik tegenaan ben gelopen is dat er rekening moet worden gehouden met een kleine twintig uur om het polyester goed uit te laten harden. Het is verder veel handwerk en arbeidsintensief qua productie. Belangrijk is verder te weten dat als je een gladde buitenkant wilt hebben op het eindproduct je niet direct moet kiezen voor een houten mal, maar moet overwegen om deze van een ander materiaal te maken, zodat het eindproduct niet hoeft te worden nabewerkt, wat veel tijd kost. Het lossen van de voetbrug delen uit de mal heeft hier en daar wat beschadigingen achtergelaten op de voetbrug, eventueel herinzien van het ontwerp van de mal is dus vereist. Voorbeelden geven aan dat het ook mogelijk is een folie aan de binnenkant van de mal te plaatsen voordat het lamineerproces van start gaat, deze methode wordt momenteel in de scheepsbouw toegepast. Indien de GVP voetbrug zou mogen worden gerealiseerd is het aan te raden van belangrijke delen een prototype te maken om daar vervolgens diverse druk en trekproeven mee te doen en deze te testen op bezwijken, doordat GVP een innovatief materiaal is en de GVP voetbrug welke onderspannen wordt door staalkabels een uniek onderzoeksproject is, zal er dus weinig concrete informatie over te vinden zijn. Punten van belang zijn de aangrijppunten van de stalen spankabels aan de kopstukken van de voetbrug en de aansluiting van de schotten onder de voetbrug welke onder de GVP voetbrug een drukkracht uitoefenen op de lijmverbindingen.

Pagina 75 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

LITERATUURLIJST BOEKEN/DIKTATEN: 1.

Chapman & Hall (1996). Structural Adhesives; directory and databook. Suffolk: St Edmundsbury Press. (in Engeland)

2.

Chung, D.L. (2002). Composite materials; Science and Applications. Manchester: Springer. (in Engeland)

3.

Eggert, Helmut (2002). Structural Bearings. Berlijn: Ernst & Sohn A Wiley Company. (in Duitsland)

4.

Keller, T (2003). Structural Engineering Documents; use of fiber reinforced polymers in bridge constructions. Zurich: ETH Hönggerberg. (in Zwitserland)

5.

Rosato, D.V. (1997). Designing with reinforced composites; technology – performance economics. Canada: Hanser/Gardner Publications. (in Amerika)

6.

Stichting Centrum voor Regelgeving en Onderzoek in de Grond-, Water- en Wegenbouw en de Verkeerstechniek (2004). ASVV Aanbevelingen voor verkeersvoorzieningen binnen de bebouwde kom.

7.

Veldhoven, J.P. (1984). Rapport brug opleggingen: directie bruggen. Alphen a/d Rijn: Ultra Studio b.v.

NORMEN: 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.

NEN-EN 1991-2 (2003). Belastingen op constructies / Verkeersbelasting op bruggen NEN-EN 1337 (2004). Structural Bearings NEN 1775 (1991). Bepaling van de bijdrage tot brandvoortplanting van vloeren NEN 2873 (1982). Beproeving van steenachtige materialen NEN 6065 (1997). Bepaling van de bijdrage tot brandvoortplanting van bouwmateriaal NEN 6066 (1997). Bepaling van de rookproduktie bij brand van bouwmateriaal NEN 6702 (1991). Technische grondslagen voor bouwconstructies NEN 6706 (2007). Technische grondslagen voor bouwconstructies (vervallen)

ARTIKELEN, DOCUMENTEN EN RAPPORTEN: 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23.

Agrabeton (2006). Welke eisen zijn er voor stroefheid en anti-slip van vloeren. Eurocomp (1996). Design manual (supplemented), Tabel 5.2. Hillen, J. (2006). Easy-Fix connectors. TU Delft. Kiwa N.V. (1998). CONA-Multi voorspansystemen met aanhechting. Kiwa Rijswijk. Kiwa N.V. (2002). CONA-Multi voorspansystemen met en zonder aanhechting. Kiwa Rijswijk. Leendertz, J.S. (2004). Eisen voor brugopleggingen. Bouwdienst Rijkswaterstaat. Verbeek, A (1998). Lichte brug voor snelle boot. Architectuur en Bouwen. Zon, Q.F. van (2000). Bepaling van de stroefheid van Tech-Wood panelen. TNO (Delft: TNO).

Pagina 76 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

INTERNET: 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36.

nl.wikipedia.org – handlamineren, sproeilamineren en pultrusie www.architectenwerk.nl/architectenpraktijk02/Pythonbrug - voetbrug Borneo Sporenburg www.fiberline.com – toepassingen, informatie glasvezel versterkte polyester profielen www.freepatentsonline.com/4004050.pdf - patent GVP verlijmen www.freyssinet.be – spankabels www.halfen.be – spankabels www.infracore.nl – Infracore voetbrug www.lambrasse.nl – plangebied www.mavotrans.nl – brug opleggingen www.sp-bac.nl/?id=60 – epoxy vs polyester www.spanstaal.nl – spankabels www.tech-wood.com – tech wood panelen www.vilton.nl – brug opleggingen

Pagina 77 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

BIJLAGEN i. ii. iii iv v

Prijsopgave materialenlijst van Polyservice Leroux getallen Richtwaarden treksterkte Verplaatsingen en rotaties van opleggingen Gegevens CONA-Multi voorspansystemen met aanhechting

Pagina 78 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

I

PRIJSOPGAVE MATERIALENLIJST VAN POLYSERVICE

Indien het materiaal voor de voetbrug maquette niet door Polyproducts zou worden gesponserd was het mogelijk om de verschillende benodigdheden zelf aan te schaffen bij Polyservice, nieuwerkerk a/d Ijssel: Pasta: een benzoylperoxyde is een pasteuze verharder welke tussen de kieren van de mal moet worden geplaatst zodat het polyester zich geen weg erin kan banen. 20 gram voor 1 euro. Poly Plamuur: een polyplamuur met snelle doorharding welke na 20 minuten schuurbaar is, een soort afwerkplamuur welke de Pasta nodig heeft als verharder. PU Hars: dit is een ééncomponentige polyurethaanhars voor het afcoaten en dusdanig beschermen van hout, beton, gips of klei bestemmend voor de mal. Goed uit laten drogen en hard laten worden. 500 ml voor 6,80 euro. Lossing / Was: een wasachtige losmiddel dat met een zachte doek of spons op het maloppervlak moet worden gewreven, direct daarna kan het ook hoogglanzend worden uitgepoetst. 311 gram voor 16,50 euro. Poly-Pol: slagvaste polyesterhars, welke toegepast kan worden in combinatie met de glasvezelmatten. 750 ml voor 6,50 euro. Glasvezels: een glasmat van 300 gram/m2. 1m2 voor 3,90 euro. PU Schuimplaat 1 cm: een sandwich constructieve plaat van 1 cm dik die als kern voor de maquette moet dienen. 1m2 voor 12,30 euro De totale materiaal kosten voor de voetbrug maquette (1:20) zijn 70 euro. Uiteindelijk is gekozen om in samenwerking met het bedrijf Polyproducts de voetbrug maquette (1:20) te ontwikkelen, met hun goede expertise, juiste materialen en samenwerking is het mogelijk om een goede maquette te realiseren zonder veel kosten te maken.

Pagina 79 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

II

LEROUX GETALLEN

Een zekere rangorde opgesteld van ‘goed’ tot ‘slecht’ geïndexeerd door Leroux getallen. Door de uitkomsten van deze metingen te leggen naast het oordeel van de deskundigen, kan een koppeling worden gemaakt tussen een Leroux getal en de verwachte mate van beloopbaarheid. Het resultaat is niet in de norm zelf opgenomen, maar wel is aangegeven aan welke waarden ongeveer moet worden gedacht. Het resultaat is dat voor een ongebruikt vloerelement een gemiddelde waarde van ten minste 63 moet worden gehaald. Leroux Getal

Waardering

Lager dan 40

Slecht

40 – 50

Onvoldoende

50 – 60

Voldoende

60 – 70

Goed

70 – 80

Zeer goed

Tabel 6; Leroux getallen

Pagina 80 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

III

RICHTWAARDEN TREKSTERKTE

Type materiaal

Treksterkte (MPa)

E-Modulus (GPa)

Thermische 28 uitzetting (ppm )

Spec. sterkte 3 (MPa x m / kg)

Glasvezelmat laminaat

120

8

25

0,075

Glasweefsel laminaat

270

16

17

0,15

Bidirectionaal glaslegsel laminaat

460

20

17

0,23

Glasvezel profiel

versterkt

1150

40

7

0,575

Aramide versterkt profiel

1400

75

-2

1

Koolstofvezel profiel

1700

150

0,5

1,133

Naaldhout

70

10

4

0,14

Constructiestaal

240

210

12

0,031

Onversterkt kunststof PE

20

1

200

0,021

Onversterkt PVC

60

3

80

0,043

2

25

12

0,001

versterkt

kunststof

Beton

28

PPM = splijting van het aantal delen per miljoen (door uitzetting van het materiaal)

Pagina 81 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

IV

VERPLAATSINGEN EN ROTATIES VAN OPLEGGINGEN

De verplaatsingen en rotaties die bestaan uit belastingen en dienen bij het berekenen van de belasting in de opleggingen vermenigvuldigd te worden met de coëfficiënten in de volgende tabel. Belastingbron

Belastingfactor (ongunstige zin)

Belastingfactor (gunstige zin)

1.

Eigen Gewicht (in bouwfase)

1.35 1.25

0.8 0.8

2.

Verkeer (bouwverkeer)

1.35 1.25

0.8 0.8

3.

Wind (externe belasting)

1.5

0.8

4.

Temperatuur

1.1

0.8

5.

Afkoeling tijdens verharden

1.1

0.8

6.

Krimp

1.1

0.8

7.

Kruip

1.1

0.8

8.

Zettingen

1.5

0.8

Tabel 7; belastingfactoren voor rotaties van brug opleggingen

Bij een alzijdige beweegbare oplegging zoals een potoplegging en een bolsegment oplegging kunnen de bovenzadels gaan roteren om de verticale as ten gevolge van langs bewegingen in de oplegging en ongelijkmatige wrijving in het glijdelement. Indien rotatie leidt tot dwangkrachten op afdichtingen of het aanlopen van bevestigingspunten dient het te worden voorzien van een aanslag. De eventuele aanslag dient op de volgende wijze te worden berekend: Mz = 0,25 * Fz * Δµ * r

Pagina 82 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

V

GEGEVENS CONA-MULTI VOORSPANSYSTEMEN MET AANHECHTING

Figuur 114; plaatsen van het anker of casting voor het voorspansysteem

Figuur 115; voorspansystemen met anker of casting

Pagina 83 van 83

- Kam Wen Lee -

TU Delft

LOOPBRUG

Recommend Documents