Structural Engineering
Sandwichelement av stål
– ett robust alternativ till ortotropa brodäck … (mm)
Mohammad Al-Emrani
Joakim Hedegård
Structural Engineering
Ortotropa brodäck
Däckplåt
Öppen ribba
Sluten längsgående ribba
Tvärbalk
Huvudbalk
Structural Engineering
Ortotropa brodäck
Bron över Götakanal vid Lyrestad
San Francisco Oakland Bay Bridge
Structural Engineering
Ortotropa brodäck
o  Hög produktionskostnad
o  Komplexa detaljer
o  En hel del manuell svetsning
o  Svårt att verifiera kvalité, måla, etc..
Structural Engineering
Ortotropa brodäck
Utmattningskänsliga detaljer
Problem med beläggning
Structural Engineering
Sandwich Elements
”Superior” styvhet och bärighet i förhållande till vikt!
2011
?
A-A
3 -‐ 5 m
5 -‐ 8 m
Best Practice Guide for Sandwich Structures in Marine Applications
A
A
Structural Engineering
Sandwich element av stål
•  1951 – tidigt koncept inom flygindustrin..
•  1980-1990 US-navy: koncept för däck i hangarfartyg
•  2000s Meyer Werft: lasersvetsning
av sandwichplattor inom skeppsbyggnad
- Relativt låg skjuvstyvhet
- ” Vierendeel effekter”
- Snäva toleranser
- Högre plåttjocklek inom bro
Structural Engineering
Steel Sandwich Elements – Hybrid-Laser svetsning
• 
• 
• 
• 
• 
Mycket snabb och helt automatiserad svetsning
Stor penetreringsdjup
Ingen kantbearbetning
Låg värmetillförsel
Hög utmattningshållfasthet
Kleven Verft
Structural Engineering
Steel Sandwich Elements – Tillverkning
1
Top deck plate
Structural Engineering
Steel Sandwich Elements – Tillverkning
2
Bottom deck plate
Top deck plate
Structural Engineering
Steel Sandwich Elements
”Konventionell” ortotrop platta
Stålsandwich platta
Structural Engineering
Sandwich element av stål
En första fallstudie .. En klaffbro
Bron över Götakanal vid Lyrestad
Structural Engineering
Sandwich element av stål - Fallstudie
Optimeringsproblem
Minimera A
Bruksgränstillstånd
Brottgränstillstånd
Utmattning
Structural Engineering
Sandwich element av stål - Fallstudie
•  ”Plate action” i två riktningar
•  Högre böjstyvhet (x2)
à varannan tvärbalk sparas!
Structural Engineering
Sandwich element av stål - Fallstudie
•  Större effektivbredd (x2)
•  Högre axial- och skjuvstyvhet
à Bättre material utnyttjande
Vikt och materialbesparing:
Brodäck
Hela bron
28%
44%
Structural Engineering
Jämförelse .. Olika brodäckalternativ
* Material and production costs
Structural Engineering
Technical Readiness Level (TRL)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Produktion
Dimensionering, beräkningsmodeller
Utmattning
Utförandekontroll, Kvalitetssäkring
Konstruktion/uppbyggnad
Förband/skarvar
Structural Engineering
Utmattning
Lokala laster
Skjuvning i tvärriktning
Structural Engineering
Sandwichelement av stål
– ett robust alternativ till ortotropa brodäck … mm