Algemene projectomschrijving
Passerelle Schijnpoort is een schakel van de Antwerpse Oosterweelverbinding en zorgt voor de ontsluiting vanuit Spoor Oost naar het welbekende Sportpaleis en de Lotto Arena. Via een sierlijke krul kruist de 180 m lange brug drukke verkeersaders en scheidt (grote groepen) voetgangers van autoverkeer en openbaar vervoer. In de nabije toekomst is een fietsbrug voorzien. In totaal worden zes overspanningen toegepast. Twee scherpe bochten en de grote overspanningen zorgen voor een ingewikkeld krachtenspel. De lange aaneengesloten lengten geven bijvoorbeeld grote voegverplaatsingen op de overgangen.
Beschrijving staalconstructie en/of gebruik van staal
De brugconstructie bestaat uit twee brugdelen die elk een stalen bovenbouw hebben en momentvast zijn verbonden met de kolommen. In totaal worden zes overspanningen toegepast die in lengte variëren tussen ±19 m tot ±43 m. De stalen dekconstructie is opgebouwd uit twee kokervormige hoofdliggers met ertussen een orthotroop dek bestaande uit troggen en een dekplaat. Door de slingerende vorm van de brug worden de troggen loodrecht op de hoofdliggers toegepast, zodat de overspanningsrichting van de troggen in de dwarsrichting ligt. De ruimte tussen de hoofdliggers bedraagt 6,0 m. Bij de pijlers zijn dwarskokers aanwezig die met de kolommen een portaal vormen. Door de relatief grote slankheid van de kolommen is het nodig deze te vullen met beton voor een grotere stijfheid, onder andere voor stabiliteit. Vanuit architectonisch oogpunt is ervoor gekozen om de brugdelen een zo groot mogelijke lengte te geven. Echter wordt de lengte beperkt door de verplaatsingen en krachten die kunnen ontstaan. Door de totale bruglengte van 180 m resulteert dit in twee opgeknipte delen. De lange aaneengesloten lengten geven grote voegverplaatsingen op de overgangen. Omdat de brugdelen bochten bevatten en onder een hoek aansluiten zijn met name de dwarsverplaatsingen in de voegen groot. Deze verplaatsingen in langs- en dwarsrichting worden in de hoofdliggers opgevangen met interne kokers, waarbij de ene koker over de andere kan schuiven. Hierdoor ontstaat tussen de brugdelen geen zichtbare opening wat visueel en vanuit veiligheid de gewenste situatie oplevert. In het dek is gebruik gemaakt van een schuifplaatconstructie.
De kokervormige hoofdliggers verzorgen de krachtsafdracht van het dek naar de kolommen. Deze liggers hebben een hoogte van 1470 mm en een breedte, die vanaf de bovenzijde tot de onderzijde schuin toeneemt, van 475 mm naar 800 mm. In de kokers zijn bij de dekplaat en de onderzijde van de troggen langsverstijvers aanwezig voor krachtsinleiding aan de zijde van het dek. Daarnaast zijn elke 0,6 m verticale verstijvingsschotten aangebracht. Om de drie verstijvingsschotten is een spant aan de binnenzijde toegepast voor vormvastheid van de koker. De lijven van de hoofdliggers zijn op deze manier gesteund zodat plaatplooien niet kan optreden. Omdat de binnenzijde van de kokers niet kan worden beschermd of geïnspecteerd en niet luchtdicht kan worden afgesloten, is rekening gehouden met afname van de staaldoorsnede door corrosie. De plaatdikte van de hoofdligger, afgezien van de onderzijde bij de kolommen, bedraagt daartoe 25 mm.
Door de globale krachtswerking, de vorm van de dwarsdoorsnede en de positie van de dekplaat, kan de dekplaat zowel op druk als trek worden belast. De dekplaat ligt boven het normaalkrachtencentrum van de doorsnede waardoor dit in het midden van de overspanning resulteert in een drukkracht. Het
uitknikken van de dekplaat wordt voorkomen door de troggen. Deze zijn om de 0,6 m aangebracht en verstijven de dekplaat voldoende zodat dit verschijnsel niet kan optreden. Tussen de troggen is de dekplaat zelf voldoende stijf om uitknikken te voorkomen. Het dek ligt in een dakprofiel zodat hemelwater richting de hoofdliggers afwatert. Aan de onderzijde van het dek is de hwa bevestigd, afgewerkt met een verlaagd plafond waardoor deze niet zichtbaar zijn. Het overgrote deel van de afwerking is vooraf aan de brugelementen gemonteerd alvorens deze op de positie zijn geplaatst.
Bijzondere aspecten bouwkundig concept / ontwerp
Dynamische analyse
Bij fiets- en voetgangersbruggen zouden vibraties van het brugdek voor discomfort kunnen zorgen, onder andere door menselijke invloeden. Indien de eigenfrequentie van de brugconstructie overeenkomt met de frequentie van de belasting door voetgangers, zal (mogelijk hinderlijke) resonantie in de constructie plaatsvinden. In België zijn in de vigerende normen geen eisen opgenomen voor de trillingen door joggers. Dit betekent dat enkel de voetgangersstromen in rekening gebracht hoeven te worden voor de beschouwing van comforttrillingen. Doordat de brug de verbinding vormt tussen een parkeerterrein en het Antwerps Sportpaleis, passeren grote groepen mensen de brug. Door de relatief lage stijfheid van de kolommen hebben de eigenfrequenties die behoren tot de eigenmodes van de dwarsverplaatsing en langsverplaatsing de laagste waarden. De eerste tien eigenfrequenties van beide brugdelen vallen hierdoor in het spectrum van de stapfrequenties. De eigenfrequenties van de eigenmodes met verticale verplaatsingen vallen in de tweede stapfrequentie. Dit betekent dat de constructie tweemaal een harmonische beweging ondergaat in de tijdsperiode dat de stapbelasting een enkele harmonische beweging ondergaat. De verticale trilling heeft hierdoor een beperkte versnelling. De berekening is uitgevoerd met de SDOF-methode (Single Degree of Freedom). Het systeem is omgezet naar een vereenvoudigd model met één vrijheidsgraad. Naast de dynamische effecten door menselijke invloeden, zijn windinvloeden ook gecontroleerd. Door fluctuatie van de windsnelheid kunnen trillingen in het brugdek ontstaan. Deze trillingen kunnen zowel evenwijdig aan de vector van de windsnelheid ontstaan als loodrecht hierop. Dit betekent dat het brugdek door wind zowel in horizontale als in verticale richting kan gaan trillen. De eigenfrequenties en de bijbehorende eigenmodes zijn bepaald met een eindige-elementenmodel. De constructie is voor de
analyse van de gevoeligheid voor fluctuerende windsnelheden wederom gemodelleerd als een 1-massa-veer-dempings systeem, waarin de eigenschappen vanuit de modale analyse
zijn geïmplementeerd. De acceleratie van de constructie is bepaald via een spectrale analyse, waarin de standaard afwijking is berekend door integratie over het responsspectrum. Door het beton in de kolommen en door rekening te houden met de gecombineerde horizontale demping voor het beton- en staalwerk, is gebleken dat de rekentechnische acceleraties voldoende laag zijn voor discomfort.
Bijzondere constructieve slimmigheden / detailleringen
Kolomaansluiting
Vanwege onderhoudbaarheid en architectuur zijn geen bouten aan de bovenzijde van de voetplaten van de kolommen zichtbaar. Om dit detail uitvoerbaar te krijgen is ervoor
gekozen om voetplaat en kolom in verschillende fasen in het werk aan te brengen. Aan de onderzijde van de voetplaat zijn schroefbussen gelast waarin de draadeinden van de
ankers zijn aangebracht. Voor de verankering in het beton is een ankerplaat opgenomen. De kolomvoet is gesteld waarna het beton van de opstort tot net boven de onderzijde van de
voetplaat is aangebracht. Met een trilnaald is het beton onder de voetplaat verdicht. Op de voetplaat met ankers is al een buisprofiel met kopplaat gelast. Dit buisprofiel, met een kleinere diameter dan de kolom, dient als tijdelijk montagemiddel. Aan de onderzijde van de kolom is eenzelfde buisprofiel met voetplaat bevestigd. Bij het monteren van de kolommen sluiten de twee kopplaten op elkaar aan en kunnen deze tijdelijk worden bevestigd met een boutverbinding. De hoogte van de kolommen is te stellen door vulplaten aan brengen tussen de kopplaten. Nadat de kolom is gesteld is het onderste deel van de buis in twee halve delen aangebracht en afgelast.
Modelleren
Voor het constructiemodel en de tekeningen is gebruik gemaakt van een uitwisseling tussen Autodesk software Civil3D en Revit. De dubbele kromming de Passerelle maakt het direct modelleren in Revit niet optimaal. Daarom zijn de sterke punten van beide software benut. Civil3D is goed in lijngeoriënteerde elementen en Revit in het modelleren van bijvoorbeeld de tussensteunpunten en landhoofden. Met Subassembly Composer (interface), is een dynamische, parametergestuurde tweedimensionale doorsnede ontworpen. Deze doorsnede is de basis van het model van de hoofddraagconstructie. Door de doorsnede in Civil3D over het alignement te laten verlopen is een driedimensionale vorm gemaakt, de ‘Corridor’. De troggen zijn eveneens over het alignement gepositioneerd, met een vaste hart-op-hart afstand. De parametrisch aangestuurde modellering zorgt ervoor dat bijvoorbeeld een aanpassing van de plaatafmeting, geometrie van de hoofdliggers of wijziging van het alignement snel verwekt kan worden. Hiervoor hoeven enkel andere waardes van parameters ingevoerd te worden en kan vervolgens de Corridor (her)geregenereerd worden. Na het definitief maken van de vorm en het alignement is het model bevroren en geëxporteerd naar solids.In Revit zijn de solids vervolgens als separate Familys (blocks) ingeladen en is informatie zoals materialen en coderingen toegekend om bijvoorbeeld gestructureerd hoeveelheden uit het model te halen. De elementen die niet op een lijn georiënteerd zijn, zoals bijvoorbeeld de steunpunten, opleggingen en voegovergangen zijn apart gemodelleerd.
Omwille van de technische uitvoerbaarheid zijn alle staaldetails 3D gemodelleerd tot op niveau van bouten en moeren. Nadat alle elementen fysiek in het model aanwezig waren, zijn clashcontroles uitgevoerd met kabels en leidingen, het bestaande en toekomstige onderliggend wegennet en de nabijgelegen toekomstige R1-autosnelweg.
Bijzondere aspecten uitvoering
De fundering van de brugconstructie heeft veel raakvlakken met de aanwezige objecten in de bodem. Bij het ontwerp van de fundering is rekening gehouden met de aanwezige kabels en leidingen, afwateringskokers, leidingschacht en metrobuizen. Voor de uitvoering van de fundering is hierdoor gekozen voor diepwandpanelen. De positie van de diepwanden is bepaald op basis van in het werk opgemeten gegevens.
Het tweede deel van de Passerelle Schijnpoort zal over een aantal jaar, nadat de overkluizing over de R1 voltooid is, uitgevoerd kunnen worden. In de huidige situatie betekent dit dat een gedeelte van het brugdek in de eindsituatie een andere positie zal krijgen. In het ontwerp en tijdens de uitvoering zijn voorzieningen opgenomen om dit mogelijk te maken.
Bijzondere functionele aspecten van het bouwwerk
De huidige trapconstructie zal worden vervangen waarna boven straatniveau een splitsing komt tussen fietsers richting het sportpaleis en het Ringfietspad. Vanuit het huidige deel zal ongeveer 85 m worden aangebouwd over de toekomstige R1. Op de T-splitsing is zowel een trap gepositioneerd als een spiraalvormige hellingbaan. Richting het oosten komt een 300 m lange fietsbrug naar het Ringfietspad. De totale lengte van de Passerelle Schijnpoort en fietsbrug wordt hiermee ruim 550 m.
