Gång- och cykelbro i väderbeständigt stål över Rönne å i Ängelholm Kandidatarbete inom Samhällsbyggnadsteknik MAHMOUD ALHAMAD, WILMA ERIKSSON, EMIN GUSTAFSSON, MOHAMMAD SAMI RAAD, ALVA SVENSK & ARVID THEGERSTRÖM INSTITUTIONEN FÖR ARKITEKTUR OCH SAMHÄLLSBYGGNADSTEKNIK CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Göteborg, Sverige 2024 www.chalmers.se www.chalmers.se Kandidatuppsats 2024 Gång- och cykelbro i väderbeständigt stål över Rönne å i Ängelholm Kandidatarbete i Samhällsbyggnadsteknik MAHMOUD ALHAMAD WILMA ERIKSSON EMIN GUSTAFSSON MOHAMMAD SAMI RAAD ALVA SVENSK ARVID THEGERSTRÖM Institutionen för Arkitektur och Samhällsbyggnadsteknik Avdelningen för konstruktionsteknik ACEX11-24-053 Chalmers Tekniska Högskola Göteborg, Sverige 2024 Gång- och cykelbro i väderbeständigt stål över Rönne å i Ängelholm Förstudie och preliminär dimensionering MAHMOUD ALHAMAD, WILMA ERIKSSON, EMIN GUSTAFSSON, MOHAMMAD SAMI RAAD, ALVA SVENSK, ARVID THEGERSTRÖM. © MAHMOUD ALHAMAD, 2024. © WILMA ERIKSSON, 2024. © EMIN GUSTAFSSON, 2024. © MOHAMMAD SAMI RAAD, 2024. © ALVA SVENSK, 2024. © ARVID THEGERSTRÖM, 2024. Handledare: Marcus Davidson och Staffan Lindén, COWI Alexander Kjellgren, Arkitektur och Samhällsbyggnadsteknik Examinator: Carlos Gil Berrocal, Arkitektur och Samhällsbyggnadsteknik Kandidatarbete 2024 Institutionen för Arkitektur och Samhällsbyggnadsteknik Avdelningen för Konstruktionsteknik ACEX11-24-053 Chalmers Tekniska Högskola SE-412 96 Göteborg Telefon +46 31 772 1000 Skriven i LATEX, template by Kyriaki Antoniadou-Plytaria Institutionen för Arkitektur och Samhällsbyggnadsteknik Göteborg, Sverige 2024 iii Gång- och cykelbro i väderbeständigt stål över Rönne å i Ängelholm Kandidatarbete inom Samhällsbyggnadsteknik MAHMOUD ALHAMAD WILMA ERIKSSON EMIN GUSTAFSSON MOHAMMAD SAMI RAAD ALVA SVENSK ARVID THEGERSTRÖM Institutionen för Arkitektur och Samhällsbyggnadsteknik Chalmers Tekniska Högskola Sammanfattning Denna rapport avser dimensioneringen av en gång-och cykelbro över Rönne å i Äng- elholm. Bron erfordrar en spännvidd på 90 meter och ska sammanbinda ett na- turreservat med ett bostadsområde. Syftet är att ta fram ett lämpligt brokoncept, beskriva bakgrunden till valet samt dimensionera det valda konceptet. Utöver redan fastställda förutsättningar och begränsningar, har gruppen fått möjlighet att själva definiera och bestämma en betydande del av dem. Projektet är uppdelat i två delar bestående av en förstudie samt en dimensioneringsprocess. Förstudiens syfte är att välja ett lämpligt brokoncept för aktuell plats. Processen sker genom en urvalsprocess bestående av tre delar. Det första urvalet avser en samling av vanligt förekommande broar som kan tänkas fungera utifrån giva förutsättningar. De mest lämpade koncepten utvärderas ytterligare med hjälp av en viktningsmall för att slutligen landa i ett brokoncept. Det valda brokonceptet är en balkbro i väderbeständigt stål. Dimensioneringsprocessen fokuserar på de mest kritiska aspekterna för brons bär- förmåga. Beräkningar och dimensionering utförs i MATLAB och dess tillhörande programvara CALFEM, baserat på krav och råd från Eurokod. Dimensionering- en görs både i längsled samt tvärled på brons huvuddelar, mer specifikt undersöks primär- och sekundärstrukturerna samt temperatureffekter. Nyckelord: Brokonstruktion, Balkbro, Gång- och cykelbro, Samhällsbyggnad, Stål- bro, Preliminär dimensionering, Väderbeständigt stål iv Pedestrian and bicycle bridge made of Weathering steel over Rönne River in Ängelholm Bachelor’s thesis in Civil Engineering MAHMOUD ALHAMAD WILMA ERIKSSON EMIN GUSTAFSSON MOHAMMAD SAMI RAAD ALVA SVENSK ARVID THEGERSTRÖM Department of Architecture and Civil Engineering Chalmers University of Technology Abstract This report concerns the design of a pedestrian and bicycle bridge over the Rönne River in Ängelholm. The bridge will span 90 meters, connecting a nature reserve with a residential area. The purpose is to develop a suitable bridge concept, describe the rationale behind the choice, and provide the structural design for the chosen concept. In addition to established conditions and constraints, the group has been able to define and determine a significant portion of them. The project is divided into two parts: a preliminary study and a design process. The purpose of the preliminary study is to select a suitable bridge concept for the current location. The process unfolds through a selection process consisting of three stages. The first stage involves a collection of commonly used bridges that might be suitable given the conditions. The best-suited concepts are then identified for further evaluation according to a scoring matrix, concluding in a final bridge type. The chosen bridge concept is a weather-resistant steel beam bridge. The dimension process focuses on the most critical aspects of the bridge’s load- bearing capacity. Calculations and dimensioning are performed in MATLAB and its CALFEM software, based on requiriments and guidance outlined in Eurocode. The dimensioning is analyzed in both longitudinal and transverse directions, covering the main bridge components in terms of primary and secondary structure, as well as temperature effects. Keywords: Bridge Construction, Beambridge, Pedestrian- and bicyclebridge, Civil Engineering, Steelbridge, Preliminary dimensioning, Weathering Steel v Förord Denna rapport är en kandidatuppsats skriven av sex studenter som studerar civilin- genjörsprogrammet inom samhällsbyggnadsteknik på Chalmers tekniska högskola. Arbetet innefattar 15 högskolepoäng och sammanfattar tre års studier på program- met. Arbetet har varit mycket givande och lärorikt då studenterna har fått arbeta med ett verklighetsbaserat projekt. Under processens gång har vi fått en djupare förståelse för ingenjörsmässig metodik samt utvecklat förmågan att arbeta i en projektgrupp. Erfarenheterna från detta arbete har gett oss en bra grund som kommer kunna utnyttjas i kommande projekt och yrkeskarriärer. Kandidatgruppen vill rikta ett tack till alla som har bidragit med empirisk erfa- renhet, handledning och därmed väglett oss under arbetets gång. Ett stort tack till COWI AB, där vi vill uppmärksamma Marcus Davidson och Staffan Lindén som alltid ställt upp och erbjudit sin expertis på dimensioneringsfrågor. Vi vill även tac- ka Alexander Kjellgren på Chalmers som har varit vår handledare och hjälpt oss med att driva arbetet framåt. Slutligen så vill vi rikta ett tack till arbetslaget i A-verkstaden för deras passion och hjälp med modellbygget. Göteborg, Maj 2024 MAHMOUD ALHAMAD WILMA ERIKSSON EMIN GUSTAFSSON MOHAMMAD SAMI RAAD ALVA SVENSK ARVID THEGERSTRÖM vii Begreppslista COWI - Konsultföretag. Dimensionerande trafiklast - Lasten som bron ska klara av att bära. Eurokod - Europas allmänna dimensioneringsregler för byggnation. Fri höjd - Höjden på utrymmet mellan brons underkant och vattenytan. Geoteknik - Information och beräkningar som berör den jord inklusive underlig- gande berg som bron som byggas på. GC-bro - Gång- och cykelbro. Hållfasthet - Bärförmåga. Konceptuell dimensionering - Inledande dimensioneringsprocess där övergripan- de dimensioner och parametrar bestäms. MKB - Miljökonsekvensbeskrivning. Prefab - Prefabricerade material konstruerade på fabrik. Primärstruktur - Huvudbärverket. Preliminär dimensionering - Detaljerad dimensionering där exakta dimensioner och parametrar bestäms. Pråm - En båt eller ett fartyg som kan nyttjas för transporter över vattendrag. Pyloner - Vertikala element där kablar i hängande brokonstruktioner är förankrade. Radie på bron - Beskriver krökningen för bron, en större radie innebär en mindre krökning. Sekundärstruktur - Delar som ger stöd åt huvudbärverket och för vidare dess laster. Sondering - Geoteknisk mätmetod. Spännvidd - Avståndet mellan brons stöd. Svällning - Materialet ökar i storlek på grund av vattenupptag. Sättningar - Markens vertikala deformation vid belastning. Underbyggnad - Del av bron som bär överbyggnaden. Vippning - När tryckta sidan på en balk knäcker ut. VS - Väderbeständigt Stål. Överbyggnad - Del av bron som bär lasten från trafik. ix Innehåll Begrepp ix Figurer xiii Tabeller xv 1 Inledning 1 1.1 Bakgrund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Syfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.3 Problembeskrivning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.4 Avgränsningar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.5 Metod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.5.1 Förstudie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.5.2 Dimensionering av valt brokoncept . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.6 Samhälleliga och etiska aspekter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 Förutsättningar 4 2.1 Beställarens önskemål och krav . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.2 Konstruktionens förutsättningar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.3 Geografiska förutsättningar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.4 Geotekniska förutsättningar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.5 Ekosystemets förutsättningar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3 Urvalsprocess 6 3.1 Urval 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3.2 Urval 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3.2.1 Bågbro i stål . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3.2.2 Balkbro i förspänd betong . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3.2.3 Balkrambro i förspänd betong . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3.2.4 Snedkabelbro i trä . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3.2.5 Balkbro i väderbeständigt stål . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3.2.6 Fackverksbro i stål . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3.3 Urval 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.3.1 Kriteriemall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.3.2 Viktning av kriterier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.3.3 Slutligt resultat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 4 Valt brokoncept 14 4.1 Överbyggnad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 4.2 Underbyggnad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 4.3 Detaljer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 4.4 Produktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 4.5 Förvaltning och underhåll . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 x Innehåll 5 Beräkningsförutsättningar 18 5.1 Systemmodeller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 5.2 Laster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 5.2.1 Uteslutna laster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 5.2.2 Laster i längsled . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 5.2.3 Laster i tvärled . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 5.2.4 Vindlast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 5.3 Lastkombinationer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 6 Preliminär dimensionering 21 6.1 Lastintensitet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 6.2 Dimensionering av tvärsnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 6.2.1 Huvudbalkar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 6.2.2 Tvärbalkar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 6.3 Temperaturutvidgning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 7 Diskussion 25 7.1 Urvalsprocessen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 7.2 Dimensioneringsprocessen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 7.2.1 Överbyggnad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 7.2.2 Detaljer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 7.2.3 Underbyggnad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 7.2.4 Övriga kontroller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 7.3 Riskanalys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 7.4 Hållbarhet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 7.5 Källkritik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 8 Slutsats 30 Referenser 31 Bilagor I A Förslagshandling I B Beskrivning av kriterier II C Konstruktionsmaterial III C.1 Stål . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III C.1.1 Väderbeständigt stål . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III C.2 Trä . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV C.3 Betong . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV D Konceptuella figurer VI E Modell skala 1:100 VIII F Modell skala 1:20 IX xi Innehåll G Grundläggning XII H Kranmontering XIII I Lastfall längsled XIV J Lastfall tvärled XV K Koldioxidbesparing vid användning av väderbeständigt stål XVII L Bruks- och brottgränstillstånd XVIII L.1 Bruksgränstillstånd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XVIII L.2 Brottgränstillstånd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIX M Systemmodeller CALFEM XXI N MATLAB beräkning XXII N.1 Beräkning längsled . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXII N.2 Nedböjning längsled . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXVIII N.3 Tvärled . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXXIII N.4 Nedböjning tvärled . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XLIV N.5 Vindlast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LIII N.6 Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LIV N.7 Total area på huvudbalkar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LV O Projekterings-PM LVI xii Figurer 1.1 Karta som visar brons placering över Rönne å. . . . . . . . . . . . . . 1 2.1 Linjeföring av GC-väg. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3.1 Modell av bågbro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3.2 Modell av balkbro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3.3 Modell av balkrambro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3.4 Modell av snedkabelbro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3.5 Modell av balkbro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3.6 Modell av fackverksbro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 4.1 Konstruktionens lager vid respektive stöd i längsled. . . . . . . . . . . 15 5.1 Systemmodell i längsled. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 5.2 Systemmodell i tvärled. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 6.1 Slutliga dimensioner på huvudbalkar [mm]. . . . . . . . . . . . . . . . 23 D.1 Landfästets tänkta utformning. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI D.2 Mittstödets tänkta utformning. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI D.3 Bron sedd underifrån. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI D.4 Bron sedd ovanifrån. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI D.5 Över- och underbyggnad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII E.1 Modell i skala 1:100. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIII E.2 Detaljer på bron i skala 1:100. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIII F.1 Bild på bron i skala 1:20. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX F.2 Detaljer på bron i skala 1:20 ovanifrån. . . . . . . . . . . . . . . . . . X F.3 Bild på bron i skala 1:20 underifrån. . . . . . . . . . . . . . . . . . . XI H.1 Exempelbild på kranmontering på tillfälliga stöd. . . . . . . . . . . . XIII I.1 Lastfall 1 i längsled. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIV I.2 Lastfall 2 i längsled. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIV I.3 Lastfall 3 i längsled. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIV I.4 Lastfall 4 i längsled. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIV J.1 Lastfall 1 i tvärled. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XV J.2 Lastfall 2 i tvärled. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XV J.3 Lastfall 3 i tvärled. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XV J.4 Lastfall 4 i tvärled. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XV J.5 Lastfall 5 i tvärled. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XVI J.6 Lastfall 6 i tvärled. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XVI J.7 Lastfall 7 i tvärled. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XVI xiii Figurer K.1 Utsläpp av koldioxid vid målning av vanligt stål. . . . . . . . . . . . . XVII M.1 Systemmodell för CALFEM i längsled. . . . . . . . . . . . . . . . . . XXI M.2 Systemmodell för CALFEM i tvärled. . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXI N.1 Moment- och tvärkraftsdiagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXVII N.2 Nedböjning för lastfall 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXX N.3 Nedböjning för lastfall 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXXI N.4 Nedböjning för lastfall 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXXII N.5 Nedböjning för lastfall 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXXII N.6 Moment- och tvärkraftsdiagram för lastfall 1. . . . . . . . . . . . . . . XXXVII N.7 Moment- och tvärkraftsdiagram för lastfall 2. . . . . . . . . . . . . . . XXXVIII N.8 Moment- och tvärkraftsdiagram för lastfall 3. . . . . . . . . . . . . . . XXXIX N.9 Moment- och tvärkraftsdiagram för lastfall 4. . . . . . . . . . . . . . . XL N.10 Moment- och tvärkraftsdiagram för lastfall 5. . . . . . . . . . . . . . . XLI N.11 Moment- och tvärkraftsdiagram för lastfall 6. . . . . . . . . . . . . . . XLII N.12 Moment- och tvärkraftsdiagram för lastfall 7. . . . . . . . . . . . . . . XLIII N.13 Nedböjnings diagram för lastfall 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XLVI N.14 Nedböjnings diagram för lastfall 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XLVII N.15 Nedböjnings diagram för lastfall 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XLVIII N.16 Nedböjnings diagram för lastfall 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XLIX N.17 Nedböjnings diagram för lastfall 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L N.18 Nedböjnings diagram för lastfall 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LI N.19 Nedböjnings diagram för lastfall 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LII xiv Tabeller 3.1 Tabell över möjliga samt valda brokoncept i urval 1. . . . . . . . . . . 6 3.2 Kriteriemall. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.3 Viktningsmall. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 5.1 Beräknade laster som verkar på balkarna i bron, multiplicerade med ogynnsamma koefficienter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 6.1 Beräknade dimensionerande krafter i längsled . . . . . . . . . . . . . 21 6.2 Beräknade dimensionerande krafter i tvärled . . . . . . . . . . . . . . 21 6.3 Resultat av beräkningar i längsled. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 6.4 Resultat av beräkningar i tvärled. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 L.1 partialkoeffecienter och reduktionsfaktorer i bruksgränstillstånd. . . . XIX L.2 partialkoeffecienter och reduktionsfaktorer i brottgränstillstånd. . . . XX xv 1 Inledning Otillgänglig terräng kan utgöra hinder för framkomlighet och en lösning på ett så- dant problem kan vara väl utförd infrastruktur. Broar är exempel på konstruktioner som förbinder otillgängliga platser. Broprojektering innebär alltså stora möjlighe- ter för samhället och utgör en viktig del av dess utveckling. I detta projekt tas ett brokoncept fram med målet att förbinda ett bostadsområde med ett naturreser- vat i Ängelholm. Konstruktionen följer beställarens krav samt samhällets intressen med avsikt att göra området mer tillgängligt och därmed naturnära för områdets invånare. 1.1 Bakgrund Ängelholm är en tätort i Skåne och genom orten ringlar Rönne å. Staden växer och är i ständig utveckling för att bli mer attraktiv. I dagsläget finns det en gång- och cykelväg som går genom Nybroskogen och för att göra passagen komplett ska en bro byggas över ån. Denna bro ska förbinda Nybroskogen med bostadsområdet Haradal på andra sidan ån, vilket kan ses i figur 1.1. Figur 1.1: Karta som visar brons placering över Rönne å (Ängelholms Kommun, u. å). Återgiven med tillstånd. I grunden har konsultföretaget COWI fått i uppdrag att designa och konstruera denna passage och i verkligheten är uppdraget redan färdigställt och en bro är byggd. Företaget har i efterhand tillsammans med Chalmers tekniska högskola utformat detta kandidatarbete där ett alternativt brokoncept ska tas fram. Då bron redan är byggd har en del information krypterats för att ge utrymme åt nya idéer och tankar. Gruppen har därför behövt göra egna antaganden, grundade i uppgiften och informationen given från COWI. 1 1. Inledning 1.2 Syfte Syftet är att dimensionera ett optimalt brokoncept i avsikt att ge de boende närhet till naturen. Arbetet ska grunda sig i en iterativ metodik och beräkningar för att generera en konstruktion som är hållfast och gynnsam för det angivna området. 1.3 Problembeskrivning Projektet avser en gång- och cykelbro som ska sträcka sig mellan ett bebyggelse- område och ett naturreservat i Ängelholm. Arbetet är baserat på det förslag som tillhandahållits av COWI. Förslagshandlingen finns tillgänglig i bilaga A. Brobygg- nationen ska ge de boende i Hardal bättre tillgång och närhet till naturen. Enligt förslagshandlingen har bron en total längd på 90 meter och vägbanans bredd samt fria höjd är fastställd till minst tre meter (COWI, 2022). 1.4 Avgränsningar För att minska arbetsbelastningen samt komplexiteten under projektets gång har vissa faktorer försummats; områden som avgränsats är ekonomi, geoteknik och tidsåtgång. Enligt uppgiften finns inga ekonomiska begränsningar givna och krav gällande kalkyl finns ej. De ekonomiska aspekterna har dock forfarande beaktats och rimlighetsbedömts. Gällande geoteknik så har kvalificerade bedömningar gjorts kring grundläggningen utifrån förutsättningar i COWI:s material, se bilaga O. Där- emot har inga beräkningar utförts. Eftersom bron inte ska upprättas och därmed inte har någon projekt- eller slutförandetid har gruppen bedömt att tidsaspekten är irrelevant för detta projekt. 1.5 Metod Kandidatarbetet utfördes i form av två delar: den första delen innefattade en förstu- die och den andra delen behandlade dimensioneringen av brokonceptet. Fokus lades på tre olika delar och roller som ansågs vara viktiga i ett broprojekt: beställare, produktion samt förvaltning. Målet var att generera ett koncept som tog samhällets intressen i beaktning, hade en genomförbar produktionsmetod samt rimliga under- hållsförhållanden. Arbetsprocessen inleddes med en förstudie där en urvalsprocess användes som grund för valet av ett lämpligt brokoncept. Därefter genomfördes en preliminär dimensione- ring för utvecklandet av en bro med en teknisk livslängd på 80 år, enligt beställarens krav. 2 1. Inledning 1.5.1 Förstudie I förstudien definierades prioriteringar i form av urvalskriterier, dessa utvärderades och viktades sedan mot varandra för att skapa en tydlig målbild. Kriterierna basera- des på en sammanställning av information gällande förutsättningar, avgränsningar och möjligheter. Slutmålet var att välja ett brokoncept att gå vidare med. Förstu- dierna skedde i följande steg: 1. Sammanställning av information. 2. Målformulering: Kriterier togs fram för att definiera vad bron skulle uppfylla samt vad som skulle prioriteras. 3. Intuitivt skede: Flera alternativ på brokoncept togs fram. 4. Utvärdering: De alternativa koncepten viktades mot varandra. 5. Val av ett brokoncept. 1.5.2 Dimensionering av valt brokoncept Denna del av arbetet involverade en konceptuell dimensionering av det valda försla- get. Brokonceptet optimerades genom en iterativ och omprövande process, beskriven nedan. Detta genomfördes för att den mest optimala konstruktionen utifrån arbetets målbild skulle uppnås. Dimensioneringsprocessen utfördes i följande steg: 1. Detaljutformning och dimensionering: Beräkningar och en mer detaljerad ut- formning av bron genomfördes. 2. Utveckling: Avancerad analys med modifieringar för att uppnå bästa möjliga resultat. 3. Utvärdering: Kriterierna jämfördes ytterligare och konceptet optimerades. 1.6 Samhälleliga och etiska aspekter I ett broprojekt är såväl samhälleliga som etiska aspekter viktiga att beakta. För en sådan analys kan begreppet hållbar utveckling vara relevant och utgöra en bra bedömningsgrund. Hållbar utveckling omfattar tre huvuddimensioner: social, ekono- misk och ekologisk hållbarhet. Social hållbarhet innebär att demokratiska principer och rättvisa inte ska äventyras. Den ekonomisk dimensionen syftar till att främja ekonomisk tillväxt på ett långsiktigt sätt medan den ekologiska hållbarheten foku- serar på bevarandet av biologisk mångfald och att undvika miljöförstörelse. I denna rapport diskuteras det färdiga brokonceptet ur ett hållbarhetsperspektiv, där alla tre dimensioner analyseras översikligt, se delkapitel 7.4. Detta tillvägagångssätt syftar till att ge en mer omfattande konsekvensanalys som kan bidra till en tydligare förståelse av de effekter som gruppens designval kan ha på samhället, ekonomin och miljön. 3 2 Förutsättningar COWI har tillhandahållit krav och geotekniska förutsättningar för den aktuella plat- sen. Nedan beskrivs det mest relevanta innehållet samt gruppens bedömningar uti- från materialet. 2.1 Beställarens önskemål och krav Detta är en fiktiv konstruktion vilket innebär att beställarens önskemål och krav inte stämmer helt överens med vad som vanligtvis gäller i verkliga projekt. Som tidigare nämnt är den ekonomiska aspekten viktig inom infrastruktur, men i detta projekt har beställaren värderat andra aspekter så som brons gestaltning och miljöpåverkan högre. Samma sak gällande tidsaspekten som inte heller beaktas. Beställarens krav och prioriteringar framgår i en viktningsmall, se avsnitt 5.3. 2.2 Konstruktionens förutsättningar Bron ska ha en spännvidd på 90 meter och vägbanans bredd och nivå över högsta vattennivå är fastställd till minst tre meter vardera (COWI, 2022). Bron anpassas för gång- och cykeltrafik och behöver därmed uppfylla en dimensionerande trafiklast på 3.6 kN/m2, beräknad enligt ekvation 5.1. Konstruktionen ska dimensioneras för en livslängd på 80 år och dessutom är det endast tillåtet med ett stöd i vattnet. Slutligen anges en radie på bron, bestämd till 875 meter, samt en fri höjd på minst tre meter (COWI, 2022), se bilaga A. Figur 2.1 visar en preliminär linjeföring av gång- och cykelvägen. 2.3 Geografiska förutsättningar Skogen i omgivningen består till största delen av lövskog (COWI, 2022). Slänterna ner mot vattnet är relativt branta, där den västra slänten är något brantare än den östra, se bilaga A och O. Brofästet på den östra sidan är beläget på ungefär +6 meter och den västra på +3-4 meter. Marken där brofästena planeras sitta är relativt platt. Vägarna i anslutning till samhället kan utnyttjas för transporter under byggnation, se figur 2.1. Figur 2.1: Linjeföring av GC-väg (COWI, 2022). 1: Rönne å som bron ska byggas över, 2: Planerad placering av bro, 3: Bostadsområde, 4: Stig i naturreservat. 4 2. Förutsättningar 2.4 Geotekniska förutsättningar I området har förstudier utförts för att erhålla vetskap gällande områdets geoteknis- ka förutsättningar. Förstudierna visar på en jordlagerföljd bestående av svämsedi- ment, lera, friktionsjord samt morän (COWI, 2022). Tjockleken på svämsedimentet är 1 till 2 meter på östra sidan och 0.3 meter på den västra, se bilaga O. Leran under har en mäktighet mellan 6 till 9 meter och enligt sonderingarna är den överkonsoli- derad vilket innebär att den inte är lika känslig för sättningar som lera i många fall kan vara. Friktionslagret under detta varierar i mäktighet mellan 0.5 och 2.5 meter och underföljs av morän ner till ett djup på ungefär 30 meter. Mer om grundläggning på denna marktyp kan läsas om i bilaga G. 2.5 Ekosystemets förutsättningar Då bron ska passera över ett vattendrag behöver ekosystemets förutsättningar be- aktas. Gruppen har bedömt att vattendraget är en vattentäkt för djurliv samt att det vistas människor i området, men att det inte förekommer någon vandringsfisk. Vid byggnation som kan påverka dricksvatten finns det flera risker att analysera: geologiska utredningar om markens egenskaper, analys av potentiell påverkan från användning av mark- och vattenområden samt översvämningsutredningar (Bover- ket, 2024). Enligt instruktioner från COWI (Personlig kommunikation, 2 februari 2024) så er- håller miljön korrosivitetsklass C4 vilket innebär att salter och lutföroreningar före- kommer i måttliga mängder i atmosfären (Svensk Byggtjänst, 2004). Enligt Jan Sandberg (Personlig kommunikation, 22 februari 2024) behöver egent- ligen Länsstyrelsen kontaktas för att genomföra en korrekt miljöbedömning, detta eftersom de har ansvar för området. Länsstyrelsen ska i sin tur fatta ett beslut om en miljökonsekvensbeskrivning (MKB) ska upprättas eller inte. När en MKB skickas in till länsstyrelsen ska det framgå om det finns några specifika miljökonsekvenser vid byggnation i vattendraget. När MKB:n är granskad fås information om rådande vattenresurstillgång och vilken miljöbestämning det är som gäller. 5 3 Urvalsprocess I detta kapitel presenteras den urvalsprocess som användes för att ta fram det lämp- ligaste brokonceptet. Urvalsprocessen bestod av tre delar: I det första urvalet valdes broar med passande koncept från trafikverkets handbok BATMAN (Trafikverket, 2014). I det andra urvalet utvärderades dessa baserat på spännvidd, komplexitet och ekonomi. Utifrån andra urvalet utsågs sex brokoncept vars detaljer analysera- des mer ingående utifrån utseende och verkningssätt. I det tredje urvalet användes en viktningsmall som till slut genererade ett slutligt brokoncept. 3.1 Urval 1 I det första urvalet listades vanligt förekommande broar tillsammans med byggnads- material, se tabell 3.1. Byggnadsmaterialen trä, stål samt betong kan läsas mer om i bilaga C. Koncepten valdes ut om den tekniskt möjliga spännvidden angiven i BATMAN (Trafikverket, 2014) uppfyllde COWI:s krav på 90 meter med ett stöd, se bilaga A. Dessutom gallrades brokoncept bort via utvärdering av dess komplex- itet under både projektering och byggnation, samt hurvida kostnaden förhöll sig gentemot de andra alternativen. Tabell 3.1: Tabell över möjliga samt valda brokoncept i urval 1. 6 3. Urvalsprocess 3.2 Urval 2 De återstående brokoncepten från tabell 3.1 i kolumnen ”Valda brokoncept” gick vidare till andra urvalet. De sex valda brokoncepten utvecklades ytterligare med avsikt att möjliggöra en jämförelse dem emellan och därigenom undvika förhastade slutsatser om vilket brokoncept som var bäst lämpat. Brokonceptens utseende och verkningssätt beskrivs nedan. 3.2.1 Bågbro i stål Bågbroar i stål är kända för sin imponerande design och hållbarhet. De består av bågar som är sammanlänkade med tvärbalkar och förbundna med vertikala stäng- er eller linor för att fördela lasterna till bågarna, se figur 3.1 (Trafikverket, 2014). Denna konstruktion tillåter spännvidder upp till 260 meter utan behov av mittstöd, vilket gör den särskilt lämplig för att överbrygga breda vattendrag. En bågbro i stål erbjuder inte bara funktionell hållbarhet utan även estetiska fördelar (Trafikverket, 2022). Med sin slanka och eleganta design kan den bli ett landmärke i miljön och skapa en visuell attraktion för både lokalbefolkningen och besökare. Dessutom ger stålets flexibilitet möjlighet till en varierad utformning och kreativ design. Genom att integrera konstnärliga och estetiska element kan bågbroar i stål bli mer än bara en del av infrastrukturen - de kan också utgöra en del av samhällets identitet och stolthet. För att minimera materialåtgången och dimensionerna på stängerna och bågarna, hade ett stöd kunnat placeras i mitten av bron. Detta hade lett till två efterföljande bågar, var och en med en spännvidd på 45 meter, se figur 3.1. Genom att införa detta stöd hade bron kunnat byggas med mindre komponenter samtidigt som dess strukturella stabilitet säkerställts. Figur 3.1: Modell av bågbro. Under byggprocessen prefabriceras de olika komponenterna i fabriken för att garan- tera hög kvalitet och effektivitet. Därefter monteras de på plats och fästs för att skapa den slutliga konstruktionen (Trafikverket, 2022a). Ett noggrant korrosions- skyddssystem krävs för att skydda bron från väder och vind under dess livslängd, vilket innefattar regelbunden underhållsmålning och inspektion av konstruktionen (Trafikverket, 2022a). 7 3. Urvalsprocess 3.2.2 Balkbro i förspänd betong Balkbroar i förspänd betong är en viktig del av dagens brobyggnadsteknik och har många fördelar. Några av fördelarna är att de kan ha längre spännvidder, kräver mindre konstruktionsdimensioner och deformeras även mindre jämfört med tradi- tionella betongelement utan förspänning. Det krävs däremot mer omfattande be- räkningar för förspända balkar än för icke-förspända betongelement. Vanligtvis kan balkbroar i betong ha spännvidder upp till 25 meter, medan förspända balkbroar kan sträcka sig över 150 meter (Trafikverket, 2014). En balkbro i förspänd betong utgörs av huvudelement i form av betongbalkar som sträcker sig över ett spann. Dessa bärs upp av antingen fundament, integrerade landfästen eller pelare i olika former, se figur 3.2. Figur 3.2: Modell av balkbro. Idén bakom förspända betongelement är att en kraft appliceras på strukturen un- der tillverkningsprocessen genom spännkablar som sträcks ut tills en förutbestämd spänning uppstår. Metoden ger extra styrka åt strukturen vilket resulterar i lång hållbarhet, motståndskraft mot korrosion samt minskat underhållsbehov. Denna typ av konstruktion används ofta inom väg- och järnvägsinfrastruktur för korta till me- dellånga spännvidder. Deras flexibilitet möjliggör anpassning för olika geometriska former och lastkrav, vilket gör dem passande för olika projektbetingelser och plats- specifika krav (Broo, 2024). Vid långa spännvidder är det vanligt att balkar designas med antingen låd- eller T-tvärsnitt. Balkarna kan gjutas på plats men är ofta prefabricerade, vilket innebär en flexibel produktionsmetod som optimerar både kvalitet och tidsåtgång. I det- ta fall är spännvidden 45 meter och gör att transporten av prefabricerade balkar till byggplatsen blir komplicerad. En sådan transport kräver ansökan om undantag samt utförande av väganalys och planering av transportutrustning inklusive special- fordon och kvalificerade team (Sveriges Kommuner och Regioner, 2023). Ett möjligt och bättre alternativ i detta scenario kan vara att etablera en temporär byggplats vid sidan om broplatsen där balkarna prefabriceras och monteras senare. Byggandet av bron kan också göras med två närliggande balkar per spännvidd. Ge- nom att ha en bredd på 1.5 meter per balk säkerställs att den angivna bredden för bron är 3 meter. Detta gör det möjligt att undvika behovet av temporära ställningar vid gjutning av plattan över balkarna. 8 3. Urvalsprocess 3.2.3 Balkrambro i förspänd betong De mest elementära delarna av en balkrambro utgörs av en brobana uppburen av en eller flera balkar (Trafikverket, 2014), se figur 3.3. Balkarna kan i sin tur vila på antingen pelare eller skivor där armeringen går kontinuerligt över alla stöd. Vid änd- stöden placeras en frontmur som har till uppgift att ta upp de krafter jordmassorna genererar samt att göra bron mer styv i sidled (Trafikverket, 2014). Gällande grund- läggning är de vanligaste metoderna platta på mark eller pålning. Med förspänd betong som byggnadsmaterial kan en spännvidd på 50 meter uppnås (Trafikver- ket, 2014). Vanligtvis används balkrambron då plattrambrons egenskaper anses som otillräckliga eller när en balkbro innebär en överdimensionering. Gjutning av bal- kar och brobana kan antingen ske på plats eller i fabrik i form av prefabricerade element. Med större spännvidder innebär prefab material komplicerade transporter med långa balkar som måste innehålla kontinuerlig armering. Figur 3.3: Modell av balkrambro. 3.2.4 Snedkabelbro i trä Snedkabelbroar har blivit en allt mer vanlig brotyp för stora spännvidder, kon- kurrerande med traditionella fackverksbroar, bågbroar och hängbroar (Trafikverket, 2022a). En snedkabelbro är särskilt lämplig när behovet av långa spännvidder upp- står på grund av faktorer som underliggande farleder, vattendjup eller grundlägg- ningsförhållanden (Trafikverket, 2022a). Den typiska strukturen för en snedkabelbro inkluderar kablar, pyloner och förstyv- ningsbalk (brobana), se figur 3.4. Kablarna bär enbart dragkrafter medans pyloner- na utsätts för stora tryckkrafter (Trafikverket, 2022a). De olika systemen för att arrangera kablar påverkar broarnas estetik och konstruktionskomplexitet. Solfjäder- formen, halv-solfjäderformen och harpliknande formen erbjuder olika fördelar och utmaningar beroende på spännvidd och antal kablar (Trafikverket, 2022a). Pyloner- nas utformning varierar och kan göras av betong eller stål beroende på brostorlek och krav (Ronnerbrant & Glans, 1996). Själva brodäcket kan vara i trä eller en sam- verkanskonstruktion mellan stål och trä för att minska den resulterande egenvikten. 9 3. Urvalsprocess Figur 3.4: Modell av snedkabelbro. Snedkabelbroar utformas för att klara egenvikten som den dominerande lasten (Tra- fikverket, 2022a). Detta för att möjliggöra byggnad utan ställning och för att säker- ställa självförankring i varje byggskede. Under senare år har snedkabelbroar utvecklats med fler kablar och mindre centru- mavstånd, vilket möjliggör ännu större spännvidder (Ronnerbrant & Glans, 1996). Bron i detta fall valdes att vara i ett spann, alltså utan behov av stöd i mitten, se figur 3.4. 3.2.5 Balkbro i väderbeständigt stål Balkbron består av två spann på 45 meter vardera där stålbalkar och stålplåt kom- mer att användas för brodäcket och övriga konstruktionsdelar, se figur 3.5. Verk- ningssättet är samma som för balkbron i förspänd betong, vilket står beskrivet i kapitel 3.2.2. Figur 3.5: Modell av balkbro. För att minimera byggtiden på plats kan bron prefabriceras i moduler. Detta möj- liggör en effektiv och miljövänlig montering av bron. Eftersom VS är ett återvin- ningsbart material kan bron demonteras och återvinnas när dess livslängd är slut (SSAB, u. å). Dessutom ger den mörka rostbruna ytan på VS bron en vacker och naturlig estetik som smälter väl in i omgivningen. 10 3. Urvalsprocess 3.2.6 Fackverksbro i stål Fackverksbroar i stål är en alternativ lösning för att övervinna långa spännvidder med minimalt antal stöd. Denna brotyp utgörs av en komplex struktur där samman- kopplade stänger och balkar effektivt fördelar lasten över bron. Enligt Trafikverket (2014) konstrueras fackverksbroar vanligtvis i spann mellan 50 och 100 meter och kan vara enkelspända eller flerspända. För att minska dimensioner på stänger och balkar och därmed materialåtgången appliceras ett stöd i mitten av bron, vilket resulterar i två spännvidder på vardera 45 meter, se figur 3.6. Figur 3.6: Modell av fackverksbro. En av de betydande fördelarna med fackverksbroar är deras möjlighet till hög grad av prefabricering och snabb montering på plats, vilket effektiviserar byggprocessen och minskar störningar på omgivningen (Ronnerbrant & Glans, 1996). Fackverken tillverkas vanligtvis i fabrik och transporteras sedan till byggplatsen, där de svetsas samman och lyfts på plats med hjälp av kranar (Mohammad Al-Emrani, Personlig kommunikation, 2024). Stål är det primära materialet som används för fackverkskonstruktioner på grund av dess höga hållfasthet både i drag och tryck (Trafikverket, 2014). Dock medför stål höga kostnader för underhåll och korrosionsskydd, vilket har begränsat an- vändningen av fackverksbroar till främst gång- och cykelbroar samt tillfälliga broar (Ronnerbrant & Glans, 1996). För att motverka korrosion och säkerställa broarnas långsiktiga hållbarhet krävs regelbunden underhållsmålning av stålkonstruktionerna (Trafikverket, 2022a). 11 3. Urvalsprocess 3.3 Urval 3 I det tredje urvalet togs ett slutligt brokoncept fram med hjälp av en viktningsmall. Utvärderingen och de olika kriteriernas viktningsprocent baserades på en kriteri- emall som följde den målbild och krav som formulerats under förstudien. Mallen skapades genom en iterativ process för att få fram de mest relevanta och utslags- givande kriterierna. De sex kvarvarande brokoncepten från andra urvalet viktades mot varandra i tabell 3.3 där ett slutligt brokoncept sedan korades. 3.3.1 Kriteriemall För att kunna vikta olika brokoncept mot varandra togs åtta kriterier fram, dessa är beskrivna i bilaga B. I grunden utgick kriterierna från de tre kategorierna pro- jektering, produktion och förvaltning. Miljöpåverkan och ekonomi ansågs dock för breda för att kunna placeras in under en av dessa kategorier och därför tillämpa- des även en allmän kategori. Kravet var att kriterierna skulle kunna användas för att jämföra olika broar, och inte väga lika tungt för de möjliga brokoncepten. Av denna anledning uteslöts de kriterier som ansågs likvärdiga, oavsett brotyp. Något som diskuterades under processen var arbetsmiljöfaktorn, men då denna ansågs lika viktig oavsett brokoncept så tillämpades kriteriet inte i mallen. Arbetsmiljön är en fundamental aspekt som säkerställs och garanteras genom lagstiftning. Den utgör vanligtvis en central komponent som etableras och utvecklas av företag och orga- nisationer. Följaktligen är det en parameter som inte kan ifrågasättas och därför uteslöts den som ett kriterium. 3.3.2 Viktning av kriterier Viktningen mellan två kriterier gjordes med ett betygssystem med poäng mellan ett till tre. Betyget ”1” avsåg att kriteriet var mindre viktigt i förhållande till det andra kriteriet. Betyget ”2” avsåg att de var lika viktiga och ”3” att det ena var viktigare, se tabell 3.2. De olika kriterierna fick utifrån detta system ett visst antal poäng. Denna dividerades med totalpoängen för att få fram en procentsats som beskriver hur viktiga de olika delarna bedöms vara. Resultatet av denna viktning användes för att jämföra de olika brokoncepten mot varandra. Tabell 3.2: Kriteriemall som används för att vikta olika kriterier mot varandra. 12 3. Urvalsprocess 3.3.3 Slutligt resultat De sex brokoncepten bedömdes var för sig utifrån de åtta kriterierna i ett slutgil- tigt urval. Varje betyg multiplicerades med den procentandel som kriteriet erhöll under viktningsprocessen. Detta genererade ett nytt procentuellt värde för varje brokoncept med avseende på de olika kriterierna, se tabell 3.3. Procentvärdena sam- manställdes så att varje bro erhöll ett slutligt viktvärde, där den bro med högst summa blev det valda brokonceptet. Tabell 3.3: Viktningsmall. De kvarvarande brokoncepten har betygsatts utifrån kriteriemallen och fått ett betyg mellan 1 till 3. 13 4 Valt brokoncept Enligt urvalsprocessen är det valda brokonceptet en balkbro i väderbeständigt stål. Nedan beskrivs brons utseende mer detaljerat i form av dess överbyggnad, under- byggnad samt detaljer. Exakta dimensioner beskrivs i kapitel 6. Dessutom beskrivs produktionsmetoden samt hur bron ska förvaltas och underhållas. 4.1 Överbyggnad Överbyggnaden inkluderar brons huvudbärverk som utgörs av tre stycken balkar i väderbeständigt stål. Ovanpå huvudbärverket vilar träbalkar med ett avstånd på 60 centimeter (Träguiden, 2019-10-22). Dessa dimensioneras i limträ då materialet har bättre hållfasthet än konstruktionsvirke av samma storlek (Ågren, 2017). Bron kommer att luta något eftersom den enligt förslagshandlingen ska ha en radie på 875 meter, se bilaga A. Detta är fördelaktigt då det medför minskad vattenansamling på bron, vilket innebär längre livslängd och även mindre underhåll av träbanan. Ett impregnerat slitplank ska placeras som farbana för att göra bron mer estetiskt tilltalande men även för att förbättra vattenavrinningen. För att transportera de horisontella krafter som verkar på bron, exempelvis vind- last, appliceras korsstag, se figur D.3. Dessa består av smala upp och nedvända L-balkar satta i form av kryss mellan huvudbalkarna. För att motverka vippning, att huvudbalkarna böjer ut i sidled, appliceras även tvärbalkar med I-tvärsnitt mel- lan huvudbalkarna (Al-Emrani m. fl., 2013). Resultatet av dessa är att den kritiska lasten för vippning inte längre blir dimensionerande (Al-Emrani m. fl., 2013). På hu- vudbalkarna placeras även avstyvningar med ett mellanrum på två meter, se figur 6.1. Syftet med dessa är att skapa ett större motstånd mot skjuvbuckling (Al-Emrani m. fl., 2020). 4.2 Underbyggnad Brons underbyggnad utgörs av ändstöd och en betongpelare som sträcker sig upp till överbyggnaden på mitten av bron. Ändstöden, se figur D.1, är i form av lättare fundament vilket leder till att majoriteten av den vertikala lasten på bron kommer att bäras av mittpelaren i vattnet. Pelaren är utformad med Y-tvärsnitt, se figur D.2. 14 4. Valt brokoncept 4.3 Detaljer Över- och underbyggnaden är sammanbundna genom lager vars funktion är att uppta samt överföra krafter och rörelser (AB, u. å). Det finns varianter av lager som tillåter rörelser i olika riktningar. Dessa är fast lager, allsidigt lager samt ensidigt lager (AB, u. å). Det bäst anpassade lagret för det valda brokonceptet bedöms vara av typen TOBE potlager (Personlig kommunikation, COWI). I figuren 4.1 visas lagerkombinationen för bron. Denna kombinationen tillåter utvidgning bland annat på grund av temperaturförändringar, utan att onödiga och påfrestande spänningar skapas vid mittpelaren. Figur 4.1: Figuren visar vilka lager som används vid konstruktionens tre stöd i längsled, som kan ses i figur 5.1. De två vänstra visar rullstödens lager för respektive balk medan den högra visar triangelstödets lager för respektive balk. Räcket på bron består av stolpar inklusive överliggare och dessa ska precis som hu- vudbalkarna vara i väderbeständigt stål. Mellan räckets stolpar fästs horisontella vajrar och med jämna mellanrum är dessa ersatta av en platt skiva med en utsku- ren prästkrage. Detta förväntas ge bron en mer estetiskt tilltalande och unik design med koppling till Ängelholm; prästkragar är Skånes landskapsblomma. Då bron går över en å krävs en räckeshöjd på 1.4 meter (Trafikverket, 2022b). För att säkerställa säkerheten för de som vistas på bron så kommer det även placeras en genomskinlig plastskiva framför vajrarna. Räckena är tänkta att fästas på utsidan av de tvärgåen- de limträbalkarna. De ska monteras med hjälp av bultar för att undvika breddning av farbanan. Balkarna som bär upp bron kan endast transporteras i spann om maximalt 12 meter (Sveriges Kommuner och Regioner, 2023), vilket innebär att det krävs flera etapper av balkar för att nå den önskade spännvidden. Skarvarna bör placeras där balken erhåller minst moment för att förhindra extra påfrestningar. Balkdelarna kommer från början att ha ett fastsvetsat förband av formen kälsvets i ena änden. Andra änden har förband i form av bultar och balkdelarna kommer därmed att bultas ihop med varandra på byggplatsen. Detta är fördelaktigt ur ett arbetsmiljöperspektiv eftersom svetsning sker under bättre förhållanden i fabrik och det enbart krävs bultning ute på arbetsplatsen. 15 4. Valt brokoncept 4.4 Produktion Produktionsprocessen inleds med att maskiner och arbetsbodar transporteras till byggplatsen. En temporär väg behöver anläggas i naturreservatet för att ge fram- komlighet åt en lyftkran, den ska i ett senare skede lyfta bron på plats. Därefter inleds byggnationen med pålning för att förstärka marken vid landfästen och stöd. Detta diskuterats vidare i bilaga G. Efter pålningen gjuts betongpelarens grund som ska stå i vattnet. Detta sker med hjälp av en pråm från land ut till vattnet. Betongpumpen kommer på detta sätt kunna stå på land och enbart en slang vilar på pråmen. Resterande del av pelaren prefabriceras och monteras efter det att grunden är gjuten. Brons huvudbalkar är som tidigare nämnt prefabricerade och kommer därmed enbart behöva skarvas ihop med bultförband på byggplatsen. När huvudbalkarna har satts ihop i två delar på vardera 45 meter, lyfts dessa ut från respektive sida av ån. Detta ska ske med hjälp av två lyftkranar, läs mer om bakgrunden till val av metod samt processen i bilaga H. När mittpelare samt huvudbalkarna är klara konstrueras de sista detaljerna i form av träbalkar, slitplank och räcke. Brobanans limträbalkar bultas fast på huvudbalkarna och slitplanket spikas fast ovanpå. Räcket förankras med hjälp av bultar på limträbalkarna. När de slutgiltiga detaljerna är monterade och konstruktionen kontrollerad är bron redo att användas. 4.5 Förvaltning och underhåll För att bron ska behålla sin bärförmåga och se välbehållen ut bör den inspekte- ras och förvaltas med jämna mellanrum. Bron dimensioneras för en livslängd på 80 år och det kommer därmed krävas underhåll då utomhusmiljön sliter på kon- struktionen. Då bron består av olika material så kräver detta olika slags underhåll. Konstruktionen kräver även ett underhåll på en global nivå och inte endast utifrån de enskilda materialen. Brons säkerhet får inte äventyras och därmed behöver de enskilda komponenterna samverka och fungera i sin helhet. Väderbeständigt stål bygger upp ett skyddande lager när det rostar, läs mer om detta i bilaga C. Jämfört med vanligt stål som behöver målas så innebär material- valet mindre underhållsbehov vilket också är fördelaktigt i miljösyfte. I bilaga K.1 presenteras en lättare beräkning av hur mycket koldioxid som besparas vid använd- ning av VS. Brobanans limträbalkar det överliggande slitplanket löper en betydande risk för mögelbildning och röta (Ågren, u. å-a). Jämfört med stålkomponenter så kräver brobanan fler inspektioner och ett mer omfattande underhåll. Under brons livslängd kommer brobanan behöva bytas ut med jämna mellanrum, hur ofta beror på mäng- den underhåll samt det omgivande klimatet. Slitplanket utsätts för mer slitage än limträbalkarna och kommer därför behöva bytas ut oftare. För att skydda träet ska det ytbehandlas, vilket även ställer krav på en regelbunden rengöring (Ågren, u. å-b). 16 4. Valt brokoncept Betongstödet kommer att inspekteras för att upptäcka eventuella skador och större sprickor som kan påverka hållfastheten negativt. Allt för stora sprickor kan behö- va åtgärdas, dessutom kan fundamentet behöva rengöras från växtlighet som kan uppstå i form av exempelvis mossa. Utöver brons huvudbärverk behöver även and- ra delar av inspekteras och underhållas. Detta avser bland annat räcken men även andra detaljer och olika slags infästningar. Det senare nämnda kan innebära dels en komplex inspektion men även komplexa underhållsförhållanden då detaljer och infästningar inte är lika lättillgängliga som exempelvis räcken och farbana. 17 5 Beräkningsförutsättningar Detta kapitel utgör grunden för de beräkningar som har gjorts för det valda bro- konceptet. Här presenteras brons beräkningsmodell samt vilka laster som beaktas under den preliminära dimensioneringen. 5.1 Systemmodeller Bron är kontinuerlig med en längd på 90 meter. Med ett mittstöd blir den uppdelad i två spann på vardera 45 meter. Det högra brofästet är ledat inspänd och resterande stöd är försedda med rullager, se figur 5.1 för en systemmodell i längsled. Figur 5.1: Systemmodell i längsled. Bron har en bredd på 3 meter. Mellan stöden är det 1 meter och konsolerna på vardera sida sticker ut 0.5 meter. En systemmodell över bron i tvärled visas i figur 5.2. Figur 5.2: Systemmodell i tvärled. 5.2 Laster För att säkerställa att kontrollen av brons bärförmåga överensstämmer med verk- ligheten, analyseras de laster som verkar på bron samt olika lastkombinationer. En- ligt Eurokod bör både permanenta och variabla laster beaktas (Swedish Standard Institute, 2003). Permanent last utgörs enbart av egentyngden för bron, g. För att förenkla antas egenvikten endast bero på vikten från balkar, vägbana och räcke. Räc- ken beräknas med egentyngden 1 kN/m (Trafikverket, 2019). Egenvikten för balkar och vägbana beräknas i bilaga N.1. Övriga konstruktionsdelar så som detaljutform- ningar, bedöms försumbara. Variabla laster som beaktas är trafiklast, vindlast och egentyngd från ett servicefordon såsom ambulans eller fordon för underhåll samt en trafiklast. 18 5. Beräkningsförutsättningar 5.2.1 Uteslutna laster Snölast är sällan beaktad för stålbroar, med vissa undantag i områden där mycket snö förekommer (Lebet & Hirt, 2013). Utifrån brons geografiska placering blev be- dömningen att snölasten inte behöver ses över. Det enda fordon som planeras vistas på bron är ett servicefordon. Ett sådant fordon har en låg hastighet och genererar därför små bromskrafter. Dessa krafter försummas i beräkningsgången då de bedöms vara tillräckligt små för att inte vara dimensione- rande. 5.2.2 Laster i längsled I längsled belastas bron av den permanenta egentyngden, en ogynnsam punktlast i form av ett servicefordon och trafiklast. Servicefordonet beaktas som en punktlast i längsled då dess utbredning i förhållande till brons totala längd är liten. Storleken för punktlasten uppgår till Qservice = 120kN (Swedish Standard Institute, 2003), verkande i fordonets tyngdpunkt. Den utbredda trafiklasten given från Eurokod är qd = 3.6kN/m2 (Swedish Standard Institute, 2003), beräknad med formeln i ekvation 5.1 nedan där belastade längden L är brons spännvidd på 45 meter. qd = 2, 0 + 120 L + 30 kN/m2 qd ≥ 2, 5 kN/m2; qd ≤ 5, 0 kN/m2 (5.1) Utbredd last där L är den belastade längden [m] (Swedish Standard Institute, 2003). De variabla lasterna som bron dimensioneras för kan kombineras på olika sätt, vilket resulterar olika lastfall. Då bron har två spann på vardera 45 meter så kan den be- aktas som symmetrisk vilket reducerar antalet lastfall. Antagande om att servicefor- donet inte befinner sig på bron samtidigt som gång- eller cykeltrafikanter reducerar också antalet lastfall. Detta antagande gör att den permanenta egentyngden endast verkar tillsammans med antingen den utbredda lasten, qd, eller punktlasten, Qserv. Då servicefordonets punktlast kan verka på hela bron har de två mest kritiska och därmed dimensionerande positionerna valts ut för kontroll. Dessa är mitt i brospan- net där maximalt moment erhålls, samt över mittstöd där maximal tvärkraft ges. De lastfall som beaktas kan ses i bilaga I. 5.2.3 Laster i tvärled I tvärled verkar den permanenta egentyngden, trafiklast, punktlast från servicefor- don och vindlast (Sören Lindgren, 2016). Vindlasten behöver tas upp av räcken, farbana samt en huvudbalk. Egentligen verkar vindlasten i alla tre riktningar men den blir mest kritisk i tvärled där den långa spännvidden medför en betydlig kraft jämfört med övriga riktningar. I tvärled bidrar även servicefordonet med en last, men i denna riktning behandlas den som två punktlaster där varje kraft represente- rar två hjul på vardera 40 kN. Att den i tvärled inte beaktas som en enda punktlast 19 5. Beräkningsförutsättningar beror på att avståndet mellan hjulen i förhållande till brons totala bredd på tre me- ter inte är försumbart. Avståndet mellan dessa ansattes till 1.5 meter istället för 1.3 meter som det ska vara enligt Eurokod (Swedish Standard Institute, 2003). Denna förenkling genomfördes för att reducera antalet lastfall och innebar ett konservativt antagande. De olika lastfallen i tvärled kan ses i bilaga J. 5.2.4 Vindlast Vindlasten som verkar på bron i tvärled tas fram med hjälp av ekvation 5.2 (Sören Lindgren, 2016). Vindlasten som påverkar bron i tvärled qvind är beräknad till 586.26 N/m. För fullständig beräkning se bilaga N.5. qvind = cp · qp · Aref (5.2) Formel för vindlast, qvind [N/m] där cp är en formfaktor som används för vindlast, qp är karakteristisk hastighetstryck och Aref är en referensarea (Swedish Standard Institute, 2003). 5.3 Lastkombinationer Under en konstruktions livslängd kommer den att utsättas för olika typer av laster. Dessa kan kombineras på olika sätt och varierar ofta både i tid och rum vilket ger oändligt många lastkombinationer (Al-Emrani m. fl., 2013). Detta innebär att en konstruktion måste undersökas för flera olika lastfall för att den mest ogynnsamma och därmed dimensionerande kombinationen ska tas fram. Laster kontrolleras dels i bruksgränstillstånd vilket avser normal användning, men även i brottgränstillstånd som avser konstruktionens maximala belastning. Dessa beskrivs mer i bilaga L och framtagna laster som verkar på bron redovisas i tabell 5.1. Lasttyp Brottsgräns Bruksgräns Egenvikt på huvudbalkar, g [kN/m] 2.72 3.21 Egenvikt på tvärbalkar, g [kN/m] 1.64 1.93 Trafiklast, qk [kN/m] 2.36 1.58 Servicefordon, P [kN ] 60 30 Vindlast, qvind [kN/m] 0.59 Tabell 5.1: Beräknade laster som verkar på balkarna, multiplicerade med ogynnsamma koefficienter. Se bilaga N.5, N.1 och N.3 för fullständiga beräkningar. 20 6 Preliminär dimensionering Det slutgiltiga brokonceptet som kommer utvecklas genom dimensionering och be- räkningar är en balkbro i väderbeständigt stål. Nedan presenteras brons exakta dimensioner på de huvudsakliga bärverken samt hur dessa har tagits fram. För ex- empelbilder i skala 1:100 se bilaga E och skala 1:20 se bilaga F. 6.1 Lastintensitet Laster redovisade i tabell 5.1 användes för att bestämma dimensionerande moment och tvärkraft. Olika lastfall analyserades för att finna den mest kritiska kombinatio- nen. Resultatet togs ut från moment- och tvärkraftsdiagram i figur N.1 och N.6-N.12. Maximala värden är sammanställda i tabell 6.1 och 6.2. Lastfall MEd [kNm] VEd [kN] 1 1236.3 137.4 2 962.9 131.3 3 942.6 112.2 4 689.5 76.6 Tabell 6.1: Beräknade dimensionerande krafter för alla antagna lastfall i längsled, se bilaga N.1 för fullständiga beräkningar. Lastfall MEd [kNm] VEd [kN] 1 0.5 2.3 2 0.5 2.2 3 0.5 2.2 4 0.5 2.0 5 0.27 2.1 6 30.2 60.8 7 12.2 36.3 Tabell 6.2: Beräknade dimensionerande krafter för alla antagna lastfall i tvärled, se bilaga N.3 för fullständiga beräkningar. Enligt tabellerna ovan är lastfall 1 mest kritiskt i längsled och lastfall 6 dimensio- nerande i tvärled. Lastfallskombinationerna presenteras i bilaga I och J. Vanligtvis utförs både en statisk och dynamisk analys, men i detta fall har enbart bron un- dersökts för reaktioner på konstanta laster, vilket motsvarar en statisk analys. På en lång GC-bro kan vibrationer och rörelser äventyra komforten och orsaka obehag. De dynamiska effekterna kan därmed vara avgörande för utformningen av bron men har i detta fall inte beaktats, vilket diskuteras vidare i kapitel 7.2.4. 21 6. Preliminär dimensionering 6.2 Dimensionering av tvärsnitt De kontroller som genomförts på tvärsnittet är momentkapacitet, tvärkraftskapaci- tet, nedböjning samt interaktion mellan moment och tvärkraft. Moment- och tvär- kraftskapacitet beräknades i brottsgränstillstånd och nedböjningen i bruksgränstill- stånd (Al-Emrani m. fl., 2020). Dimensioneringen samt kontrollerna har i längsled gjorts på huvudbalkarna och i tvärled på tvärbalkarna. Beräkningar har utförts med hjälp av MATLAB och dess programvara CALFEM. Hur bron har modellerats upp i CALFEM kan ses i bilaga M. 6.2.1 Huvudbalkar Huvudbärverket i bron utgörs av tre huvudbalkar, se bilaga D. Dessa har dimensio- nerats och därefter kontrollerats enligt krav i Eurokod. Kraven innebar att kvoten mellan dimensionerande last och kapacitet, η, behövde understiga 100% för moment och tvärkraft. Dessutom fick nedböjningen, wnet, ej överstiga L/400 (Al-Emrani m. fl., 2020). Balkarnas dimensioner framgår i figur 6.1 och det slutgiltiga resulta- tet för beräkningarna är sammanställt i tabell 6.3. Det dimensionerande kriteriet var nedböjning, vilket är oberoende av stålets kvalitet. Detta innebar att det minst hållfasta stålet för brokonstruktion kunde användas, vilket enligt COWI motsvarar S355 (Personlig kommunikation, 9 april). Fullständiga beräkningar för huvudbalkar- na finns i bilaga N.1. På balkarna bildas ett korrosionsskikt som behövde beaktas; de delarna av balken som rostar är ej bärande. Genom att addera 1 millimeter på balkens samtliga ytor så underskattades inte bärförmågan enligt COWI (Personlig kommunikation, 9 april). MEd [kNm] 1236.3 MRd [kNm] 4427.2 ηmoment [%] 27.9 VEd [kN] 137.4 VRd [kN] 3115.3 ηtvärkraft [%] 4.4 wnet [mm] 110.5 L/400 [mm] 112.5 Tabell 6.3: Resultat av beräkningar i längsled för dimensionerande lastfall där MRd och VRd beskriver kapacitet, η beskriver utnyttjandegrad och wnet slutlig nedböjning. 22 6. Preliminär dimensionering Figur 6.1: Slutliga dimensioner på huvudbalkar [mm]. 6.2.2 Tvärbalkar Brons sekundärbärverk består av tvärgående limträbalkar. Dimensioneringen av des- sa krävde en analys som liknande den för huvudbalkarna, men med andra mate- rialparametrar. Materialet trä påverkas av fukt, krypning och tillverkningsmetod. Dessa faktorer togs hänsyn till genom koefficienterna kmod och γM (Al-Emrani m. fl., 2020). Värdet på kmod baserades på lastens varaktighet samt den geografiska plat- sens klimatklass (Al-Emrani m. fl., 2020). Lastens varaktighet bestämdes utifrån den dominerande lasten och dess varaktighet enligt COWI (Personlig kommunikation, 9 april). Under beräkningsgången jämfördes andelen egentyngd med trafiklasten för att interpolera en lastvaraktighet som resulterade i ett viktat kmod på 0.65. Brons geografiska placering innebar klimatklass 3 och eftersom balkarna bestod av limträ ansattes γM till 1.25 (Al-Emrani m. fl., 2020). Dimensionerande hållfasthet beräk- nades enligt ekvation 6.1. fd = kmod · fk γM (6.1) Ekvation för beräkning av dimensionerande hållfasthet, fd [Pa] (Al-Emrani m. fl., 2020). 23 6. Preliminär dimensionering Samtliga kontroller som utfördes på huvudbalkarna gjordes även på tvärbalkarna. Även nedböjning i balkarnas ändar på den del som agerar konsol har kontrolle- rats. De framtagna dimensionerna på träbalkarna är 140 x 495 x 3000 millimeter med ett avstånd på 600 millimeter och limträkvalité GL36k. Slutgiltigt resultat för beräkningarna redovisas i tabell 6.4. Fullständiga beräkningar kan ses i bilaga N.3. MEd [kNm] 30.2 MRd [kNm] 33.3 ηmoment [%] 90.7 VEd [kN] 60.8 VRd [kN] 69.2 ηtvärkraft [%] 87.9 wnet,konsol [mm] 2.1 wnet,upplag [mm] 0.45 L/150 (konsol) [mm] 3.3 L/300 (upplag) [mm] 3.3 Tabell 6.4: Resultat av beräkningar i tvärled för dimensionerande lastfall där MRd och VRd beskriver kapacitet, η beskriver utnyttjandegrad och wnet slutlig nedböjning. 6.3 Temperaturutvidgning Stål är ett material som påverkas av temperaturförändringar genom förlängning och förkortning. I Ängelholm är Tmax 35°C och Tmin -28°C (Gunnar & Robert, 2011). Enligt ekvation 6.2 var den största expansionen som kunde ske för huvudbalkarna 5.2 centimeter, se bilaga N.6 för beräkningar. ∆L = αT · L · ∆T (6.2) Ekvation för beräkning av längdförändring i stål orsakad av temperaturförändringar där αT är termiska expansionskoefficienten för stål, ansatt till 10−5 / °C (Lebet & Hirt, 2013). 24 7 Diskussion I detta kapitel diskuteras de antaganden och beslut som har gjorts under arbetets gång, samt hur dessa har påverkat resultatet. Majoriteten av dem gjordes framförallt i urvalsprocessen och under den preliminära dimensioneringen. Det fattades även beslut i förstudien gällande avgränsningar eftersom brons geografiska placering från början var okänd. 7.1 Urvalsprocessen Valet av brokoncept genomfördes i en urvalsprocess bestående av tre delar. De två första urvalen anses vara oberoende av gruppens värderingar då de baserades på teknisk genomförbarhet och de krav som tillhandahållits. Under denna del så styrde främst begränsningarna gällande spännvidden och kravet på att konceptet maximalt fick ha ett stöd i vattnet. Det tredje urvalet baserades på åtta urvalskriterier. Valet av vilka kriterier som skul- le ingå i viktningsmallen samt hur dessa viktades mot varandra gjordes så objektivt som möjligt. Detta gjorde gruppen genom att se det ur olika perspektiv samt ta hänsyn till olika åsikter och värderingar. Även projektets förutsättningar hade en påverkan på hur kriterierna och koncepten viktades mot varandra, då det inte fanns några konkreta krav på exempelvis kostnad och byggtid. Dessutom analyserades kriterierna vid viktningen mot koncepten, se tabell 3.3, endast enkla uppskattningar gjordes. För en bättre bedömning hade en mer noggrann analys och beräkningar krävts. Trots att projektets process skulle grunda sig i objektivitet, har konceptvalet troli- gen påverkats av arbetsgruppens åsikter, även om detta skedde oavsiktligt. Detta kan påvisas genom att jämföra den bro som COWI valde att bygga för det aktuella projektet; trots samma förutsättningar resulterade det i olika slutresultat. Subjekti- vitet är en mänsklig faktor som är svår att undvika. Arbetsprocessen har dessutom behövt förenklas genom de aktiva val som gjorts för att fastställa antaganden och förenklingar. För ett verkligt projekt hade processen krävt djupare analyser och mer exakt metodik. 7.2 Dimensioneringsprocessen I detta delkapitel beskrivs de antaganden och förenklingar som gjordes under dimen- sioneringsprocessen. De förenklingar som gjordes var främst avsedda att underlätta beräkningarna eftersom detta arbete endast behandlar den inledande dimensione- ringen. Nedan diskuteras resultatet, ifall andra lösningar hade kunnat tillämpas och vad som återstår att dimensionera. 25 7. Diskussion 7.2.1 Överbyggnad En farbana kan designas på flera olika sätt. I detta fall valdes en design där ett slitplank i trä vilar ovanpå limträbalkar. Dessa balkar har mellanrum mellan sig och samma centrumavstånd används över hela bron. Ett annat alternativ som diskute- rades var att enbart ha limträbalkar utan något mellanrum och på så vis inte behöva slitplanket. Valet grundade sig i materialeffektivitet och faktumet att ett sekundärt bärverk kan skydda tvärbalkarna. Dessutom ansågs ett slitplank vara mer estetiskt tilltalande och bättre ur ett underhållsperspektiv om det designas så att det lätt kan bytas ut. Farbanan hade även kunnat asfalterats men trä ansågs mer passande för en GC-bro som befinner sig i ett naturområde. Vid dimensioneringen har varken slitplanket eller infästningarna såsom bultar kon- trollerats. I ett verkligt projekt är dessa aspekter avgörande för både utformning och hållfasthet och bör egentligen kontrolleras noggrannare. Då detta projektarbe- te är förenklat ansågs inte dessa detaljer vara avgörande för resultatet och fokuset riktades därför mot huvudbärverken istället. Gruppen bedömde att dessa förband inte skulle styra bron i sin helhet utan enbart i liten skala såsom antalet bultar. Vid dimensioneringen av nämnda delar hade dock en annan design kunnat vara bättre anpassad beroende på framräknat centrumavstånd. Beroende på vilket byggnadsmaterial huvudbalkarna består av kan de utformas på olika sätt. För balkar i väderbeständigt stål är en vanlig form I-balkar, dessa har ett smalt liv och en bredare fläns. I-balkar erhåller en hög styrka i förhållande till sin egenvikt och är bra på att motstå böjning och andra belastningar. En av anled- ningarna till att I-balkar valdes är att den omgivande marken mestadels består av lera, och därför ansågs det vara viktigt att minska huvudbalkarnas egenvikt i syfte att minimera behovet av pålning. För att säkerställa god komfort för brons användare har ett krav ställts på balkarna avseende nedböjning. I detta fall blev detta krav dimensionerande och innebar att huvudbalkarnas utnyttjandegrad för moment och tvärkraft fick låga värden, 27.9% för moment respektive 4.4% för tvärkraft. Kravet för nedböjningen är däremot upp- fyllt med liten marginal, där slutgiltiga nedböjningen beräknades till 110.5 millime- ter och maximalt godkända är 112.5 millimeter. Ur ett hållbarhetsperpektiv är en låg utnyttjandegrad negativt, eftersom balkarna då blir överdimensionerande gällande bärförmåga. Detta innebär att de får större dimensioner och därmed större materi- alåtgång än vad som egentligen hade behövts om man bortsåg från kravet gällande nedböjning. För att åtgärda problemet kan en mindre hållfast stålkvalité användas, men för bärande konstruktioner är det som tidigare nämnt ej rekommenderat att använda stål under klassen S355. 7.2.2 Detaljer Räckena fästs på utsidan av de tvärgående limträbalkarna och monteras med hjälp av bultar för att undvika breddning av farbanan. Denna typ av infästning kan med- föra vissa problem, eftersom vatten som kan samlas vid ändarna av limträet löper 26 7. Diskussion stor risk att tränga in och orsaka fuktskador. Ett sätt att motverka detta är att placera ett ogenomträngligt material mellan räcket och limträbalken. Det finns flera olika sätt att montera räcket på där ett annat alternativ är att montera de ovanpå bron. Detta hade dock krävt en bredare bro för att fortfarande uppnå 3 meter far- bana. Bron har ett rullager över mittstödet och är därför helt rörlig över mittstödet, vilket ger både för- och nackdelar. Om mittstödet hade varit fast inspänt med rullager, skulle bron expanderat lika mycket i längsled på båda sidor. Detta kan vara fördel- aktigt men orsakar samtidigt inre spänningar i mittpelaren, vilket är något man vill undvika eftersom pelaren är placerad i vatten. För att hantera sådana spänningar skulle mittpelaren behövt vara betydligt robustare än vad som krävs när ett rullager används. 7.2.3 Underbyggnad Brons underbyggnad består av landfästen i brons ändar samt en pelare som bär upp bron i dess mitt. Konceptuell utformning ser ut enligt figur D.1 och D.2 och både ändstöd och pelare består av armerad betong. Materialet betong har en hög tryck- hållfasthet i förhållande till andra material och bedömdes därför vara bäst anpassat till tryckkrafterna som verkar i stöden. Underbyggnadens bärförmåga uttryckt i mot- stånd mot knäckning är ej kontrollerad vilket innebär att inga exakta dimensioner har tagits fram. Utformningen för pelaren togs fram efter analys av vanliga former och övervägning av olika alternativ såsom en skiva, tre pelare eller en pelare med Y-form. Dessa alternativ utvärderades för att säkerställa att bron fick det högsta möjliga estetiska värdet enligt gruppen. I ett verkligt projekt är även detta något som hade behövts kontrolleras. 7.2.4 Övriga kontroller En statisk analys har utförts på bron, medans en dynamiska analys har uteslutits. Då bron har en lång spännvidd så finns det risk att vibrationer och svängningar uppkommer i bron. Det är därför viktigt att kontrollera att dessa inte sammanfaller med den frekvens som människors fotsteg genererar på bron, i syfte att undvika resonans som kan skada konstruktionen och leda till brott. 7.3 Riskanalys Ett stort byggprojekt innebär alltid många risker, inte minst under själva produk- tionsskedet. Vid ett projekt är det viktigt att förutse dessa i syfte att kunna före- bygga dem. En risk kan avse konstruktionen i sig, exempelvis att något går sönder eller inte går som planerat. Men det kan även avse skador på omgivningen såsom personer som befinner sig på byggarbetsplatsen men även negativ påverkan på na- turen och ekosystemet. I ett vanligt byggprojekt kan även överskridning gällande tid eller ekonomi ses som potentiella risker, men i detta projekt där tydliga riktlinjer 27 7. Diskussion för dessa faktorer saknas är detta inget att befara. Byggprocessen innebär som sagt en hel del orosmoment. Ett sätt att minska dessa är att använda prefabricerade element eftersom risken för negativ inverkan av fukt under byggprocessen då minskar. Att organisera och ha en väl uppbyggd arbetsplats är även det en viktig faktor för att göra byggarbetsplatsen säker. Ett kritiskt moment för själva konstruktionen under byggskedet är när huvudbalkarna ska lyftas ut då de är så pass långa, där minsta lilla fel kan leda till en skada på konstruktionen. För att säkra upp detta moment krävs därför god planering och en väl anpassad arbetsplats. 7.4 Hållbarhet Enligt Boverket (2020) så ska en bebyggd miljö bidra till välmående och en hälsosam livsmiljö. Utifrån dessa aspekter anses bron prestera bra inom hållbarhetens sociala dimension då den bidrar till ökad tillgänglighet till naturen. Utifrån de ekologiska aspekterna så har gruppen gjort ett materialval vars miljöpå- verkan är liten med hänsyn till underhåll. Det väderbeständiga stålet behöver inte målas och kräver därmed mindre underhåll än vanligt stål. Oavsett materialval så är det svårt att göra konstruktioner som inte ger något slags avtryck på miljön. I detta fall behandlades två miljöer (vattentäkt och naturreservat) som båda är känsliga för påverkan. För att minska inverkan på vattentäkten så är ett möjligt alternativ att dimensionera en bro utan ett stöd i vattnet. På grund av den långa spännvidden hade det då krävts ett helt annat brokoncept än det valda, vilken även det hade bidragit med konsekvenser på miljön. Den ekonomiska dimensionen i hållbarhetsaspekten är svår att analysera då den har varit en försumbar faktor i urvalsprocessen. I verkliga projekt är den dock essenti- ell och har därför fortfarande beaktats. Det väderbeständiga stålet och dess höga stålkvalitet är dyrt vid inköp. Sett ur ett långsiktigt perspektiv kan det dock bli billigare än andra materialval, då bekostnaden på miljön blir mindre. Det är viktigt att det hållbara byggandet appliceras tidigt i processen då resultatet formas för och av framtiden. Ju tidigare i processen som valen görs, desto effekti- vare blir dem och mycket resurser kan sparas genom ett bra konceptval (Lebet & Hirt, 2013). Att genomföra efterstrukturella åtgärder är mer komplicerat, därför blir urvalsprocessen avgörande med en utgångspunkt i en hållbar utveckling. För ytter- ligare evaluering av konceptvalet så hade det varit aktuellt att genomföra livscykel- och livscykelkostnadsanalyser. 28 7. Diskussion 7.5 Källkritik I arbetet har det varit viktigt att följa byggsektorns standarder och riktlinjer samt sammanställa ämnesrelevant information. Sammanställningen utgjorde en grund för urvalsprocessen och bidrog med nödvändig information för viktningen av olika bro- koncept. De källor som främst har använts är publikationer som tilldelats av hand- ledare samt kurslitteratur från tidigare kurser. Majoriteten av publikationerna har utgetts av den svenska myndigheten Trafikverket och kurslitteraturen grundar sig i Eurokod. Arbetet har även baserats på vetenskapliga artiklar samt hemsidor. De källor som inte följer en etablerad standard eller kommer från en myndighet, granska- des källkritiskt; informationen jämfördes mellan olika informatörer för att säkerställa akademisk trovärdighet. 29 8 Slutsats Syftet med rapporten var att ta fram ett brokoncept för en gång- och cykelbro som skulle binda samman ett bostadsområde med ett naturreservat i Ängelholm. Med hjälp av en förstudie och ett system med viktningskriterier utarbetades ett brokoncept. Resultatet blev en balkbro med tre huvudbalkar i väderbeständigt stål. Detta koncept uppfyller projektets målbild och avklarar därmed syftet med avseende på hållfasthet och utformning. Utifrån hållbarhetsperspektivet så uppfyller bron inte alla dimensioner likvärdigt, framför allt så kräver den ekonomiska aspekten utvärdering. Då konceptet endast har dimensionerats översiktligt med huvudfokus på överbyggnad så fodras en mer genomgående detaljutformning för ett komplett brokoncept. 30 Referenser AB, S. S. (u. å). TOBE FR4 potlager. Al-Emrani, M., Engström, B., Johansson, M., & Johansson, P. (2013). Bärande konstruktioner del 1. Chalmers tekniska högskola, avdelningen för konstruk- tionsteknik. Al-Emrani, M., Engström, B., Johansson, M., & Johansson, P. (2020). Bärande konstruktioner del 1. Chalmers tekniska högskola, avdelningen för konstruk- tionsteknik. Beräkna din koldioxidbesparing [Hämtad från SSAB Weathering]. (n.d.). https:// www.ssab.com/sv-se/varumarken-och-produkter/ssab-weathering/berakna- din-koldioxidbesparing Betongföreningen. (2013). Hållbart byggande med betong [PDF]. Svenska Betongför- eningen. Boverket. (2024). Risker i vattenförsörjningen. Hämtad 22 februari 2024, från https: / / www . boverket . se / sv / PBL - kunskapsbanken / planering / detaljplan / temadelar-detaljplan/vattenforsorjning/risker/ Broo, H. (2024). Preliminär dimensionering av förspända betongbroar [Efterspända betongbroar]. Brynhildsen, H. (2020). Advantages of steel as a building material from a sustaina- bility perspective [examensuppsats, Chalmers University of Technology, Divi- sion of Structural Engineering]. COWI. (2022). Projekterings PM Geoteknik (Technical Report). COWI. Fastighetsverk, S. (2023). Trä som byggnadsmaterial. Statens Fastighetsverk. https: //www.sfv.se/media/h3xfv4fs/sfv-tra-som-byggnadsmaterial-2005.pdf Group, H. C. (2022). Kalkcement - En del av lösningen. https : //www.cement . heidelbergmaterials . se / sites /default /files /assets /document/ e1/c3/kc_ kalkcement.pdf Gunnar, M., & Robert, R. (2011). I Trafikverket (Red.), Trafikverkets författarsam- ling TRVFS 2011:12. Trafikverket. Jernkontoret. (2019a). Energi - Jernkontoret. Hämtad 25 februari 2024, från https:// www.jernkontoret.se/sv/stalindustrin/tillverkning-anvandning-atervinning/ energi/ 31 https://www.ssab.com/sv-se/varumarken-och-produkter/ssab-weathering/berakna-din-koldioxidbesparing https://www.ssab.com/sv-se/varumarken-och-produkter/ssab-weathering/berakna-din-koldioxidbesparing https://www.ssab.com/sv-se/varumarken-och-produkter/ssab-weathering/berakna-din-koldioxidbesparing https://www.boverket.se/sv/PBL-kunskapsbanken/planering/detaljplan/temadelar-detaljplan/vattenforsorjning/risker/ https://www.boverket.se/sv/PBL-kunskapsbanken/planering/detaljplan/temadelar-detaljplan/vattenforsorjning/risker/ https://www.boverket.se/sv/PBL-kunskapsbanken/planering/detaljplan/temadelar-detaljplan/vattenforsorjning/risker/ https://www.sfv.se/media/h3xfv4fs/sfv-tra-som-byggnadsmaterial-2005.pdf https://www.sfv.se/media/h3xfv4fs/sfv-tra-som-byggnadsmaterial-2005.pdf https://www.cement.heidelbergmaterials.se/sites/default/files/assets/document/e1/c3/kc_kalkcement.pdf https://www.cement.heidelbergmaterials.se/sites/default/files/assets/document/e1/c3/kc_kalkcement.pdf https://www.cement.heidelbergmaterials.se/sites/default/files/assets/document/e1/c3/kc_kalkcement.pdf https://www.jernkontoret.se/sv/stalindustrin/tillverkning-anvandning-atervinning/energi/ https://www.jernkontoret.se/sv/stalindustrin/tillverkning-anvandning-atervinning/energi/ https://www.jernkontoret.se/sv/stalindustrin/tillverkning-anvandning-atervinning/energi/ Referenser Jernkontoret. (2019b). Slutprodukter av stål. Hämtad 25 februari 2024, från https:// www.jernkontoret.se/sv/stalindustrin/tillverkning-anvandning-atervinning/ slutprodukter-av-stal/ Jernkontoret. (2022). Processernas Miljöpåverkan. Jernkontoret. Hämtad 25 februari 2024, från https : / / www . jernkontoret . se / sv / stalindustrin / tillverkning - anvandning-atervinning/processernas-miljopaverkan/ Lebet, J.-P., & Hirt, M. A. (2013). Steel Bridges (1st). EPFL Press English Imprint. Ronnerbrant, R., & Glans, L.-Å. Broprojektering : en handbok ([Rev. uppl.]). Bor- länge, 1996. SSAB. (u. å). SSAB väderbeständigt stål för långlivade broar och konstruktioner. Hämtad 22 februari 2024, från https://www.ssab.com/sv-se/varumarken- och-produkter/ssab-weathering/konstruktioner-och-broar Swedish Standard Institute. (2002). Eurokod: Grundläggande dimensioneringsregler för bärverk. Swedish Standard Institute. Swedish Standard Institute. (2003). Eurokod 1: Laster på bärverk - del 2: Trafiklast på broar. Swedish Standard Institute. Svensk Byggtjänst. (2004). Korrosivitetsklasser – ett sätt att beskriva miljöns ag- gressivitet [PDF]. Hämtad 28 februari 2024, från http://static.byggtjanst. se/amadocs/anyvvs_2-2004_17-19.pdf Svensson, A. (2002). Undersökning av olika rostskydd hos armering och ingjutnings- gods [examensuppsats, Linköpings Universitet]. Sveriges Kommuner och Regioner. (2023). Undantag för tunga, breda och långa transporter. Advant. Sällfors, G. (2013). Geoteknik. Cremona. Sören Lindgren. (2016). Brolaster. Trafikverket. (2014). Batman - Kodförteckning och beskrivning av brotyper. Trafikverket. (2019). Krav Brobyggande. Trafikverket. (2022a). Broprojekteringshandboken. Trafikverket. (2022b). Krav - VGU, Vägars och gators utformning (Rapport Nr 2022:001) (Kontaktperson: Kenny Dolleris). Trafikverket. Borlänge. Hämtad 22 mars 2024, från https://www.trafikverket.se 32 https://www.jernkontoret.se/sv/stalindustrin/tillverkning-anvandning-atervinning/slutprodukter-av-stal/ https://www.jernkontoret.se/sv/stalindustrin/tillverkning-anvandning-atervinning/slutprodukter-av-stal/ https://www.jernkontoret.se/sv/stalindustrin/tillverkning-anvandning-atervinning/slutprodukter-av-stal/ https://www.jernkontoret.se/sv/stalindustrin/tillverkning-anvandning-atervinning/processernas-miljopaverkan/ https://www.jernkontoret.se/sv/stalindustrin/tillverkning-anvandning-atervinning/processernas-miljopaverkan/ https://www.ssab.com/sv-se/varumarken-och-produkter/ssab-weathering/konstruktioner-och-broar https://www.ssab.com/sv-se/varumarken-och-produkter/ssab-weathering/konstruktioner-och-broar http://static.byggtjanst.se/amadocs/anyvvs_2-2004_17-19.pdf http://static.byggtjanst.se/amadocs/anyvvs_2-2004_17-19.pdf https://www.trafikverket.se Referenser Träguiden. (2019-10-22). Balkar och ytbärverk. Hämtad 18 april 2024, från https: //www.traguiden.se/konstruktion/dimensionering/barverk/barverk/balkar- och-ytbarverk/?previousState=1 Winsnes Sunnemark, G., & Tinnerstedt, G. (2020). Återvinning av betong - för en cirkulär materialanvändning [examensuppsats, Sveriges lantbruksuniversitet, SLU]. Zhang, Y., Zheng, K., Zhu, J., Lei, M., & Feng, X. (2021). Research on corrosion and fatigue performance of weathering steel and High-Performance steel for bridges. Construction and Building Materials, 289, 123108. https://doi.org/ 10.1016/J.CONBUILDMAT.2021.123108 Ågren, A. R. (u. å-a). Träbroar. Svenskt Trä. https://www.svenskttra.se/bygg-med- tra/byggande/olika-trakonstruktioner/trabroar/ Ågren, A. R. (u. å-b). Ytbehandling av utvändigt trä. Svenskt Trä. https://www. svenskttra.se/bygg-med-tra/byggande/ytbehandling/ Ågren, A. R. (2017). Limträ som konstruktionsmaterial. Svenskt Trä. https : / / www . traguiden . se / konstruktion / limtrakonstruktioner / projektering - av - limtrakonstruktioner/limtra-som-konstruktionsmaterial1/ Ängelholms Kommun. (u. å). Ny gång- och cykelbro vid Haradal. Hämtad 11 april 2024, från https://www.engelholm.se/trafik-och-stadsplanering/kommunala- bygg--och-infrastrukturprojekt/projekt/2022-10-21-ny-gang--och-cykelbro- vid-haradal.html 33 https://www.traguiden.se/konstruktion/dimensionering/barverk/barverk/balkar-och-ytbarverk/?previousState=1 https://www.traguiden.se/konstruktion/dimensionering/barverk/barverk/balkar-och-ytbarverk/?previousState=1 https://www.traguiden.se/konstruktion/dimensionering/barverk/barverk/balkar-och-ytbarverk/?previousState=1 https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2021.123108 https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2021.123108 https://www.svenskttra.se/bygg-med-tra/byggande/olika-trakonstruktioner/trabroar/ https://www.svenskttra.se/bygg-med-tra/byggande/olika-trakonstruktioner/trabroar/ https://www.svenskttra.se/bygg-med-tra/byggande/ytbehandling/ https://www.svenskttra.se/bygg-med-tra/byggande/ytbehandling/ https://www.traguiden.se/konstruktion/limtrakonstruktioner/projektering-av-limtrakonstruktioner/limtra-som-konstruktionsmaterial1/ https://www.traguiden.se/konstruktion/limtrakonstruktioner/projektering-av-limtrakonstruktioner/limtra-som-konstruktionsmaterial1/ https://www.traguiden.se/konstruktion/limtrakonstruktioner/projektering-av-limtrakonstruktioner/limtra-som-konstruktionsmaterial1/ https://www.engelholm.se/trafik-och-stadsplanering/kommunala-bygg--och-infrastrukturprojekt/projekt/2022-10-21-ny-gang--och-cykelbro-vid-haradal.html https://www.engelholm.se/trafik-och-stadsplanering/kommunala-bygg--och-infrastrukturprojekt/projekt/2022-10-21-ny-gang--och-cykelbro-vid-haradal.html https://www.engelholm.se/trafik-och-stadsplanering/kommunala-bygg--och-infrastrukturprojekt/projekt/2022-10-21-ny-gang--och-cykelbro-vid-haradal.html A Förslagshandling I B Beskrivning av kriterier Miljöpåverkan: Avser effekter som byggandet och användningen kan ha på miljön och det omgivande ekosystemet under brons hela livscykel. Miljöpåverkan bedömdes framför allt utifrån genererad mängd koldioxidekvivalenter. Ekonomi: Innefattar kostnader som uppkommer under hela brons livslängd. Gestaltning: Syftar på brons estetiska intryck och hur välintegrerad bron är i omgivningen. Komplexitet: Innefattar den komplexa designen och byggmetoden. Avser de kom- plexa detaljerna, samt tekniska utmaningar under hela livscykeln. Projektering, pro- duktion, förvaltning och underhåll beaktas. Produktionsteknik: Avser de metoder, tekniker och processer som används för att bygga en bro. Omfattar allt från planering och förberedelse av arbetsplatsen till själva konstruktionen och färdigställande av bron. Produktionstid: Avser den tid det tar att planera, bygga och färdigställa en bro. Inkluderar alla steg i processen från förstudier till att bron officiellt öppnas upp för användning av allmänheten. Inspekterbarhet: Innebär förmågan att effektivt men samtidigt noggrant kunna genomföra inspektioner för att upptäcka samt förhindra skador och brister på bron. Beror på utformning och komplexitet av brostrukturen. Underhåll: Avser hur ofta och genomgående konstruktionen behöver repareras och förstärkas för att säkerställa dess funktionalitet, prestanda och säkerhet över livs- längden. Beror främst på materialval. II C Konstruktionsmaterial För broar är de tre materialen stål, trä och betong ofta av intresse. Nedan beskrivs materialens egenskaper samt för-och nackdelar som kan finnas dem. C.1 Stål Stål är en legering av järn, kol och tillsatta legeringsämnen (Jernkontoret, 2022). Legeringsämnena kan väljas för att materialet ska erhålla specifika egenskaper som bland annat påverkar hållfasthet, hårdhet, seghet och beständighet mot korrosion. Materialval och produktionsmetod kan alltså anpassas för att erhålla ett optimalt stål utifrån givna förutsättningar för aktuell konstruktionstyp. Detta bidrar till att en stålbro kan utformas för en längre livslängd och anpassas för att klara av den specifika miljön som den ska upprättas i (Jernkontoret, 2019b). Stål karakteriseras av en god hållfasthet i drag såväl som tryck och har dessutom en god termisk ledningsförmåga (Al-Emrani m. fl., 2013). Jämfört med trä och betong så kan man skapa slanka konstruktioner med låg egentyngd. Konstruktionsdelar av stål kan produceras som färdiga komponenter som sedan enkelt kan monteras på aktuell plats. För brokonstruktioner som kräver en stor spännvidd är detta fördelaktigt ur ett ekonomiskt perspektiv. Sett ur ett hållbarhetsperspektiv är ståltillverkningen en energi- och resurskrävan- de process (Jernkontoret, 2019a), och produktionsfaktorer så som energi, miljöpå- verkan och resursanvändning blir därför viktiga att beakta. Kol står för ca 50 % (Jernkontoret, 2022) av energianvändningen inom stålproduktionen vilket genererar ett koldioxidutsläpp som är större än det från trä och betong (Brynhildsen, 2020). Jernkontoret (2024) framför å andra sidan att stål är ett cirkulärt materialval; av de restprodukter som genereras under produktion och demontering av konstruktioner så återbrukas ca 80 %. C.1.1 Väderbeständigt stål När stål utsätts för en marin atmosfär eller vägsalt så ökar korrosionshastigheten hos materialet avsevärt (Zhang m. fl., 2021). Detta påverkar utmattningshållfastheten som är en viktig parameter styrd av bland annat ståltyp men även korrosionstid. Då det framtagna brokonceptet ska konstrueras i en miljö med korrosivitetsklass C4 så blir det aktuellt att överväga att använda ett stål med specifika egenskaper. Väderbeständigt stål (VS) är ett låglegerat stål med hög korrosionshärdighet. Jäm- fört med konventionellt stål så kan VS bilda ett lager med skyddande egenskaper som minskar korrosionshastigheten. Det finns även ett så kallat högpresterande stål; en typ av värderbeständigt stål som erhåller ännu bättre kapacitet. III C. Konstruktionsmaterial VS kan bidra med både fördelar så som ökad prestanda och minskat krav på under- håll, men även nackdelar i form av exempelvis ökade kostnader. Yu Zhang m.fl.(2021) förklarar att trots ett flitigt användande av VS inom brokonstruktion så medför den marina miljön, alltså den högre korrosivitetsklassen, vissa begränsningar. C.2 Trä Trä är ett naturligt byggnadsmaterial som ingår i naturens kretslopp (Fastighets- verk, 2023). Detta innebär att materialets livscykel inte bidrar med några ökade mängder koldioxid i atmosfären och kan därför beaktas som miljövänligt. Likt andra material generar dock tillverkningen av träprodukter och transporter stora mängder utsläpp, vilka kan minimeras med miljövänligare produktions-och transportmetoder. Trä är enkelt att använda igen, antingen genom återanvändning eller återvinning. Om det inte är i skick för att användas igen kan det förbrännas vilket generar värme som bland annat kan användas för uppvärming av hus. Nackdelen med det naturliga materialet är dock dess känslighet för fukt och risk för angrepp av mikroorganismer (Fastighetsverk, 2023). Detta kan leda till mögel, att materialet ruttnar och en minskad hållfasthet. För att träkonstruktioner ska vara beständiga med långa livslängder så krävs det att de skyddas, exempelvis genom impregnering. Ytterligare en aspekt som är väsentlig att beakta är att trä är ett anisotropt material; egenskaperna skiljer sig i olika riktningar, vilket bland annat gäller krympning, svällning och hållfasthet. Trä är ett lätt men starkt material, det har därför förmågan att bära stora laster trots en låg egentyngd (Ågren, u. å-a). Jämfört med exempelvis betongkonstruktioner krävs det därför inte lika massiva träkonstruktioner för att kunna bära likvärdiga krafter. Broar av trä är ofta fördelaktiga när det gäller kortare spännvidder. Utöver svängningar så är ofta nedböjningen dimensionerande för broar av trä (Ågren, u. å- a). C.3 Betong Betong är ett av de mest använda byggnadsmaterialen världen över och utmärks av dess starka tryckhållfasthet, långvariga beständighet och höga energieffektivitet (Al-Emrani m. fl., 2020). Jämfört med andra material, såsom stål, kräver betong en betydlig mängd mindre energi för att producera en likvärdig kapacitet, vilket gör det till ett mer ekonomiskt och miljövänligare alternativ jämfört med andra material (Al-Emrani m. fl., 2020). Ett karakteristiskt drag hos betong är dess formbarhet, vilket möjliggör skapandet av olika konstruktionsformer på ett effektivt sätt (Al-Emrani m. fl., 2020). För att minimera risken för sprickbildning, som är vanligt förekommande i betongkonstruk- tioner, används ofta förspända armeringsstänger som gjuts in i betongelementen (Al-Emrani m. fl., 2020). Betong består huvudsakligen av cement, ballast, vatten och tillsatsmedel, och olika IV C. Konstruktionsmaterial proportioner av dessa ingredienser resulterar i olika önskade egenskaper (Al-Emrani m. fl., 2020). Ett av materialets främsta kännetecken är den betydligt lägre drag- kapaciteten jämfört med dess tryckkapacitet, vilket motiverar användningen av ar- meringsstänger i stål i syfte att förstärka betongtvärsnitten i dragzonen (Al-Emrani m. fl., 2020). Även om betong är ett hållbart byggmaterial på grund av dess långa livslängd, är risken för korrosion av armeringen en viktig faktor att beakta då det kan förkorta livslängden (Svensson, 2002). Korrosion kan leda till en minskad bärförmåga och är främst ett resultat av kloridinträngning och karbonatisering (Svensson, 2002). Återvinning av betong och armeringsstål efter demontering av konstruktionen är en fördelaktig strategi både ur miljö- och ekonomisk synvinkel. Även om tillverk- ningen av cement genererar stora utsläpp av koldioxid, kan betongens förmåga att binda koldioxid och dess återvinningspotential delvis kompensera för dess negativa miljöpåverkan (Winsnes Sunnemark & Tinnerstedt, 2020). I sammanhanget av brokonstruktioner är betong ett populärt val på grund av dess höga hållfasthet i tryck och möjlighet att skapa långa spännvidder som är este- tiskt tilltalande (Betongföreningen, 2013). Genom att beakta betongens egenskaper och dess potentiella miljöpåverkan, kan hållbara byggmetoder och konstruktioner utvecklas för att möta framtidens behov inom infrastruktur- och byggsektorn. V D Konceptuella figurer Figur D.1: Landfästets tänkta utform- ning. Figur D.2: Mittstödets tänkta utform- ning. Figur D.3: Bron sedd underifrån. Figur D.4: Bron sedd ovanifrån. VI D. Konceptuella figurer Figur D.5: Över- och underbyggnad. VII E Modell skala 1:100 Figur E.1: Modell i skala 1:100. Figur E.2: Detaljer på bron i skala 1:100. VIII F Modell skala 1:20 Figur F.1: Bild på bron i skala 1:20. IX F. Modell skala 1:20 Figur F.2: Detaljer på bron i skala 1:20 ovanifrån. X F. Modell skala 1:20 Figur F.3: Bild på bron i skala 1:20 underifrån. XI G Grundläggning Överkonsoliderad lera är inte lika känslig mot sättningar som annan lera kan vara, men det förekommer fortfarande en risk för skred. Definitionen för överkonsoliderad lera är att den har utsatts för större historiska belastningar och har därmed en lägre vattenhalt än vad den för närvarande befinner sig i (Sällfors, 2013). Detta fenomen uppstår vanligtvis när marken har genomgått perioder av snabb nedbrytning och avlastning, vilket resulterar i en jordmån som är mer tät än vad dess nuvarande belastning skulle kräva. En av de främsta utmaningarna med grundläggning på överkonsoliderad lera är mar- kens beteende under belastning. Eftersom jorden redan har genomgått betydande kompression i det förflutna kan den reagera på ett komplex och ibland svårförutsäg- bart sätt när den utsätts för ytterligare belastning från grundläggningskonstruktio- ner (Sällfors, 2013). Vid grundläggning på överkonsoliderad lera kan det därför vara nödvändigt att vidta åtgärder för att kompensera för markens tidigare kompression för att säkerställa att konstruktionen upprätthåller stabilitet över tid. Detta kan inkludera användning av förstärkningsmetoder såsom pålning eller injektion av sta- biliserande material för att öka markens bärförmåga och minska risken för sättningar eller deformationer. En lämplig grundläggningsmetod för bron baserat på dess geoförutsättningar är kalkcementpålar då dessa pålar ökar markens bärförmåga och minskar risken för sättningar (Group, 2022). Kalkcementpålar, även kallat KC-pelare, är en form av pålningsteknik som används för att förstärka marken och ger en stabil grundlägg- ning för konstruktioner. Metoden innebär att hål borras i marken och dessa fylls sedan med en blandning av kalk och cement, men ibland andra tillsatser beroende på markens specifika egenskaper. Denna blandning reagerar kemiskt med den omgi- vande leran och bildar en förstärkt pelare som ökar markens bärighet och stabilitet. KC-pelare har fördelen att de kan installeras även i trånga utrymmen och på platser där andra grundläggningsmetoder kanske inte är lämpliga. XII H Kranmontering Vid byggnation av broar är det viktigt att beakta monteringsprocessen. För upp- rättning av stålstrukturer så finns det huvudsakligen tre metoder att välja mellan: kranmontering från mark, upprättning med konsol och montering via lansering (Le- bet & Hirt, 2013). Kranmontering innebär att en kran används för att lyfta upp stålelement från mar- ken. Dessa kan sedan monteras direkt på pelare eller temporära stöd som bör vara kontinuerliga eller diskreta. Ett kontinuerligt stöd verkar utmed hela konstruktio- nen medan ett diskret stöd verkar i en fast punkt där rörelser och förskjutningar är förhindrade i en specifik riktning. Denna metod är fördelaktig när avstådet till marknivån är relativt litet (<15 meter) vilket gör den passande för det aktuella projektet. Figur H.1: Exempelbild på kranmontering på tillfälliga stöd. Exempelbild på kranmontering på tillfälliga stöd (temporary support) och pelare (piers). Bilden är tagen från (Lebet & Hirt, 2013). XIII I Lastfall längsled Figur I.1: Lastfall 1. Egentyngd, g, samt utbredd last, qk, över hela bron. Lasterna i figuren är ej skalenliga. Figur I.2: Lastfall 2. Egentyngd, g, samt utbredd last, qk, över halva bron. Lasterna i figuren är ej skalenliga. Figur I.3: Lastfall 3. Egentyngd, g, samt punktlast, Qservice verkande mitt i bronspannet. Lasterna i figuren är ej skalenliga. Figur I.4: Lastfall 4. Egentyngd, g, samt punktlast, Qservice verkande vid mittstöd. Lasterna i figuren är ej skalenliga. XIV J Lastfall tvärled Figur J.1: Lastfall 1. Egentyngd, g, samt utbredd last, qk, över hela bron. Vindlast, qvind verkande horisontellt. Lasterna i figuren är ej skalenliga. Figur J.2: Lastfall 2. Egentyngd, g, samt utbredd last, qk. Vindlast, qvind verkande horisontellt. Lasterna i figuren är ej skalenliga. Figur J.3: Lastfall 3. Egentyngd, g, samt utbredd last, qk. Vindlast, qvind verkande horisontellt. Lasterna i figuren är ej skalenliga. Figur J.4: Lastfall 4. Egentyngd, g, samt utbredd last, qk. Vindlast, qvind verkande horisontellt. Lasterna i figuren är ej skalenliga. XV J. Lastfall tvärled Figur J.5: Lastfall 5. Egentyngd, g, samt utbredd last, qk. Vindlast, qvind verkande horisontellt. Lasterna i figuren är ej skalenliga. Figur J.6: Lastfall 6. Egentyngd, g, samt punktlaster, Qservice. Vindlast, qvind verkande horisontellt. Lasterna i figuren är ej skalenliga. Figur J.7: Lastfall 7. Egentyngd, g, samt punktlaster, Qservice. Vindlast, qvind verkande horisontellt. Lasterna i figuren är ej skalenliga. XVI K Koldioxidbesparing vid använd- ning av väderbeständigt stål Konventionellt stål kräver vanligtvis målning eller behandling med jämna mellan- rum. Väderbeständigt stål däremot kräver varken målning eller någon annan slags ytbehandling. Under en konstruktions livslängd behöver konventionellt stål målas flera gånger, vilket innebär att en betydande mängd färg används för att skydda balkarna. Enligt SSAB:s verktyg ”Beräkna din koldioxidbesparing” genererar ytbe- handlingen av vanligt stål 1062,1 kg koldioxid varje gång den utförs, se figur K.1. Genom att använda väderbeständigt stål istället för konventionellt, kan man därmed spara cirka 1000 kg koldioxid för varje gång det vanliga stålet skulle behöva målas. Den totala ytan för huvudbalkarna har beräknats med hjälp av MATLAB, se N.7, och med personlig kommunikation från Staffan Lindén på COWI kan färgskiktets tjocklek vid målning variera mellan 40 och 110 mikrometer. Gruppen fann att en färgtjocklek på 80 mikrometer var lämplig med tanke på brons exponering för utom- husförhållanden. Detta innebär att balkarna bör målas med ett tjockare skyddslager jämfört med en inomhusplacering, vilket innebär att koldioxidbesparingen inte blir lika hög som den maximalt skulle kunna bli. Figur K.1: Utsläpp av koldioxid vid målning av vanligt stål. Utsläpp av koldioxid vid målning av vanligt stål (“Beräkna din koldioxidbesparing”, n.d.). XVII L Bruks- och brottgränstillstånd I ekvationerna nedan står G för permanenta laster som alltid finns på konstruktionen medans Q står för