EXTRADOSED MOST PŘES NÁDRAŽÍ V BOHUMÍNĚ EXTRADOSED BRIDGE ACROSS THE RAILWAY STATION AT BOHUMIN

Transkript

1 EXTRADOSED MOST PŘES NÁDRAŽÍ V BOHUMÍNĚ EXTRADOSED BRIDGE ACROSS THE RAILWAY STATION AT BOHUMIN 1 Lenka Zapletalová, Vladimír Puda, Jiří Stráský, Gabriela Šoukalová Extradosed most přes nádraží v Bohumíně je popsán s ohledem na architektonické a konstrukční řešení, statickou a dynamickou analýzu a technologii výstavby. Most celkové délky 140,3 m má tři pole s rozpětími m, která jsou zavěšena na nízkých pylonech situovaných nad vnitřními podpěrami. Osa mostu je v půdorysném oblouku s poloměrem 256 m. Mostovku tvoří krajní komorové nosníky vzájemně spojené příčníky a spřaženou mostovkovou deskou. Ocelová konstrukce mostovky byla postupně smontována za opěrou a následně vysunuta do projektované polohy. An extradosed bridge across the railway station is described in terms of the architectural and structural solution, static and dynamic analysis and technology of construction. The bridge of the total length of m has three spans of length of m that are suspended on low pylons situated above intermediate supports. The bridge axis is in a plan curvature with a radius of 256 m. The deck is formed by two edge box girders that are mutually connected by floor beams and a composite deck slab. The deck s steel structure was incrementally assembled beyond an abutment and consequently launched into the design position. Most převádí přeložku silnice I/67 přes trať ČD Přerov Žilina, ulici Jana Palacha s chodníkem a cyklostezkou, obslužnou komunikaci a koryto Bohumínské stružky (obr. 1). Most je postaven v místě původního zdemolovaného mostu. Silnice I/67 představuje důležitou komunikaci regionálního významu se silnou dopravní zátěží ve směru na Karvinou. Komunikace kategorie MS 9/50 s jednostranným chodníkem a cyklostezkou je v pravostranném půdorysném oblouku s poloměrem 256 m. Výškově je niveleta vedena ve vrcholovém zakružovacím oblouku poloměru m. Příčný sklon vozovky na mostě je jednostranný 2,5 %. ARCHITEKTONICKÉ A KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ S ohledem na stísněné prostorové podmínky bylo nutno navrhnout konstrukci minimální stavební výšky. Při požadovaném rozpětí 70 m tak bylo nutno navrhnout konstrukci BETON technologie konstrukce sanace 4/2012

2 4 5a 5b Obr. 1 Most přes nádraží v Bohumíně Fig. 1 Bridge across the railway station at Bohumin Obr. 2 Konstrukční řešení Fig. 2 Structural arrangement Obr. 3 Podélný řez Fig. 3 Elevation Obr. 4 Mostovka: příčný řez Fig. 4 Deck: cross section Obr. 5 Vnitřní podpěra: a) příčný řez, b) podélný řez Fig. 5 Intermediate support: a) cross section, b) partial elevation Obr. 6 Kotvení závěsů v mostovce Fig. 6 Stays anchoring at the deck příčníky spřaženými s betonovou deskou. Výška nosníků je 1,5 m, z toho přibližně 0,75 m nad a 0,75 m pod vozovkou. Příčníky jsou osově vzdáleny 3 m, spřažená železobetonová deska má tloušťku 220 mm (obr. 4 a 5). 6 s hlavním nosným systémem situovaným nad mostovkou. Zvažovány byly konstrukce příhradové, obloukové a zavěšené. Daným podmínkám nejlépe vyhovovala konstrukce s mostovkou zavěšenou na nízkých pylonech (obr. 2). Tato konstrukce je v zahraničí nazývána extradosed. Nízké pylony umožnily návrh konstrukce, která odpovídá měřítku města, konstrukci, která nepřehlušuje okolí a současně vytváří výraznou architekturu obohacující město. S ohledem na půdorysné zakřivení mostu jsou pylony příčně skloněny vně tak, aby po architektonické stránce otevřely prostor a při malém půdorysném a zakružovacím oblouku nebránily volnému výhledu řidiče. Sklon pylonu je navržen tak, aby jeho tíha vyrovnávala příčné ohybové momenty vyvolané příčnou výslednicí sil v závěsech, která vyplývá z půdorysného zakřivení mostu. Geometrie pylonů tak splňuje statická, provozní a estetická hlediska. Snahou autorů projektu bylo navrhnout úspornou a transparentní konstrukci, jejíž krása vychází ze statické funkce, a současně bezpečnou konstrukci, která nevyvolává u chodců nepříjemné pocity způsobené vibrací od pohybu aut, chůze a větru. Proto, s ohledem na zajištění aerodynamické stability, je mostovka tvořena parapetními nosníky komorového průřezu proudnicového tvaru. Most má tři pole s rozpětími m, jeho celková délka je 140,3 m (obr. 3). Mostovka je tvořena dvěma ocelovými parapetními nosníky vzájemně spojenými nízkými Mostovka Hlavní nosníky z oceli třídy S355 jsou tvořeny základním I průřezem se šikmou stojinou, který je doplněn skruženou kapotáží. Proti boulení je nosník vyztužen podélnými a příčnými výztuhami. Příčníky z oceli třídy S355 rozpětí 13,3 m jsou vevařeny mezi podélníky radiálně ke směrovému oblouku, dolní pásnice příčníku navazuje na dolní pásnici podélníku, horní pásnice příčníku je připojena ke stojině hlavního nosníku, která je v tomto místě vyztužena lokálně zesíleným diafragmatem. Příčníky v polích jsou jednostěnné, podporové jsou dvoustěnné, komůrkové. Spřažená železobetonová deska tloušťky 220 mm je umístěna přibližně v těžišti hlavních ocelových nosníků. Šířka desky mezi hlavními nosníky je 13,5 m, v podélném směru působí deska jako spojitá konstrukce s rozpětím 3 m mezi příčníky. Materiál desky je beton C35/45 XF1 se speciálně upravenou recepturou pro omezení vzniku smršťovacích trhlin. Spojení desky s příčníky je realizováno svislými spřahovacími trny na horních pásnicích příčníků, propojení se stěnami hlavních nosníků je zajištěno vodorovnými spřahovacími trny, přivařenými ke stěně hlavních nosníků. Závěsy Závěsný systém tvoří celkem padesát šest tyčových zavěsů systému Macalloy z jemnozrnné uhlíkové oceli, z toho čtyřicet osm je typu Macalloy 460 a osm Macalloy 520 (s mezí kluzu 460, resp. 520 MPa). Z každého ze čtyř pylonů je spuštěno po sedmi závěsech na obě strany. Jsou použity tři průměry závěsů M100 (osm Macalloy 460), M90 (osm Macalloy 520) a M85 (čtyřicet Macalloy 460). Každý závěs je opatřen dvojicí systémových koncovek s krytkou. Z důvodu maximální výrobní délky tyčí 12 m jsou závěsy sestaveny ze tří částí spojených systémovými spojkami s napínáky Macalloy, umožňujícími dopnutí a rektifikaci závěsů (obr. 6). 4/2012 technologie konstrukce sanace BETON 37

3 7 8 Pylony Pylony z oceli třídy S355 vysoké 13,01 m jsou umístěny nad vnitřními podpěrami mostu a spolu s podporovým příčníkem tvoří příčný polorám přenášející příčné a svislé účinky od závěsů. Pylon má pětistěnný uzavřený průřez. Vnitřní prostor pylonu je vyplněn betonem spojeným se stěnami spřahovacími trny. Kotvení závěsů je umístěno v horní zeslabené třetině pylonu (obr. 5b a 7). Koncovky tyčí jsou připojeny na kotevní plechy. Po betonáži výplně byly zakryty krycími plechy. Pylony byly navrženy pro působení ostatního stálého a nahodilého zatížení jako ocelobetonové průřezy ocelový profil vyplněný betonem C30/37 XF1. Ve fázi napínání závěsů působil pouze průřez ocelový. Betonáž pylonu byla provedena dvěma plnicími otvory vytlačováním betonu odspodu nahoru, v horní části pylonů byl ponechán odvzdušňovací otvor. Založení a spodní stavba Spodní stavbu tvoří dvě krajní opěry a dvě vnitřní podpěry, všechny hlubině založené na pilotách průměru 900 mm. Podpěry z betonu C30/37-XF2 jsou v příčném směru mostu tvaru písmene U se zaoblenou vnitřní částí a podkosením bočních stěn (obr. 8). Tloušťka podpěr je 2 m. Příčný ohyb pilířů je redukován předpětím vyvozeným sedmilanovými kabely 15,7 Y1680S2 systému BBV. Výstavba dříků pilířů proběhla v jednom pracovním taktu bez pracovní spáry. Krajní opěry jsou železobetonové z betonu C30/37-XF2, členěné, svým tvarem korespondují s vnitřními podpěrami, a to včetně sešikmeného bočního líce zavěšených mostních křídel. Křídla jsou vytažena do úrovně horního povrchu hlavních nosníků ocelové nosné konstrukce, na niž plynule navazují a respektují její zaoblený tvar. Horní část křídel byla vyrobena jako prefabrikát, který byl přesně osazen do potřebné polohy před betonáží monolitické části křídel. V opěrách je pod oběma hlavními nosníky provedeno vybrání pro osazení ocelových táhel sloužících k zachycení tahových reakcí z nosné konstrukce (obr. 9). Kotvení táhel je zajištěno předepnutými HPT tyčemi 36 mm, pro každé táhlo po čtyřech tyčích. HPT tyče byly osazeny při betonáži základů opěr, co nejpřesnější poloha byla zajištěna jejich osazením do speciálních kotevních ocelových přípravků, jež byly přesně vytyčeny a zůstaly v opěrách zabetonovány. Nosná konstrukce je na spodní stavbu uložena na hrncová ložiska, na vnitřních podpěrách jsou ložiska pevná, na opěrách vždy jedno ložisko podélně a jedno všesměrně posuvné. Mostní příslušenství a vybavení Na obou okrajích nosné konstrukce byly provedeny monolitické římsy z betonu C30/37-XF4. Šířka levé římsy je 1,52 m, pravé 4 m. Prostor nad římsami pod horní pásnicí hlavních nosníků je vyplněn monolitickým betonem C30/37-XF4. Dobetonávka byla prováděna v pracovních celcích odpovídajících rozdělení pracovních spár říms. V dobetonávce jsou vedeny PE chráničky pro uložení napájecích kabelů veřejného osvětlení s vyvedením do stožárů veřejného osvětlení. Pro odvodnění mostu slouží devět odvodňovačů 500/300 mm typu Labe. Kapacita odvodnění povrchu vozovky je zvětšena zřízením sníženého odvodňovacího žláb BETON technologie konstrukce sanace 4/2012

4 11a 11b 11c 11d 11e 11f 11g 11h Obr. 7 Kotvení závěsů v pylonu Fig. 7 Stays anchoring at the pylon Obr. 8 Vnitřní podpěra Fig. 8 Intermediate support Obr. 9 Kotvení mostovky k opěře Fig. 9 Deck anchoring to the abutment Obr. 10 Geometrie vysouvané konstrukce Fig. 10 Geometry of the launched structure Obr. 11 Postup stavby Fig. 11 Construction sequences ku z litého asfaltu hloubky 20 mm a šířky 250 mm podél obrubníku na nižší straně vozovky. Z odvodňovačů je voda odváděna podélným svodným potrubím. Potrubí prochází otvory vytvořenými ve všech příčnících a je vyústěno u opěr svislým svodem do žlábku v přídlažbě a do vývařišť. Na obou koncích mostu jsou osazeny jednoštěrbinové mostní závěry maximální šířky dilatační spáry 80 mm. Na horní pásnice ocelových hlavních nosníků je osazeno zábradlí výšky 1,4 m tvořené ocelovými sloupky, ocelovým madlem ve výšce 1,1 m nad povrchem chodníku a plnou výplní z polykarbonátu čiré barvy s vyleptanými svislými proužky. Zábradlí současně plní funkci zábrany proti nebezpečnému dotyku nad tratí ČD. POSTUP VÝSTAVBY NOSNÉ KONSTRUKCE Ocelová konstrukce mostovky byla vysouvána od opěry č. 4 ve dvou etapách pomocí hydraulického tažného zařízení. Protože most je v půdorysném oblouku s poloměrem 256 m a ve vrcholovém oblouku s poloměrem m, bylo nutno nahradit projektovanou geometrii vysouvané konstrukce kružnicí s poloměrem 250,5 m situovanou ve skloněné rovině. Naklonění roviny kružnice je 12,1 (obr. 10). Půdorysný oblouk a podélný profil pak tvořily elipsy. Odchylky v geometrii jsou do 3 mm. Výsun probíhal po kluzných ložiscích umístěných na sedmi provizorních podporách. Nejprve se na předmontáži ve zvýšené poloze přibližně 2 m nad definitivní niveletou svařila z jednotlivých montážních dílců první část ocelové konstrukce, která se následně vysunula (obr. 11a, b a 12). Poté se svařila druhá část ocelové konstrukce a opět vysunula (obr. 11c a d). Následně proběhla betonáž spřažené železobetonové desky (obr. 11e). Po vybudování desky byla konstrukce spuštěna do výsledné výškové polohy (obr. 11f), směrově zrektifikována, zafixována na jedno pevné ložisko na podpěře č. 3 a uložena na všechna ložiska na opěrách (vždy jedno podélně a jedno všesměrně posuvné). Následovalo osazení ocelových pylonů (obr. 11g). Před zavěšením mostovky byla aktivována ocelová táhla na opěrách. Poté byly instalovány a napnuty tyčové závěsy (obr. 11h a 13). Po aktivaci závěsů byly pylony vyplněny betonem a zajištěno uložení nosné konstrukce na ostatní pevná ložiska na podpěrách. Dále byly provedeny veškeré dokončovací práce. Statická a dynamická analýza Veškeré modely pro návrh a posouzení všech prvků nosné konstrukce byly vytvořeny v programovém systému MIDAS Civil Vysoká hladina napětí v závěsech umožnila lineární analýzu konstrukce a superpozici výsledků řešení. Síly v závěsech byly navrženy tak, aby vyrovnávaly účinky zatížení stálého, tzn. že velikost a průběh momentů od obou zatížení byl stejný, ale opačného znaménka. Most byl analyzován jako prostorová konstrukce, v které by- 4/2012 technologie konstrukce sanace BETON 39

5 f(1),c = 1,400 Hz f(1),m = 1,400 Hz f(2),c = 2,071 Hz f(2),m nebyl vybuzen Obr. 12 Vysouvání ocelové konstrukce Fig. 12 Launching of the steel structure f(3),c = 2,079 Hz f(3),m = 2,115 Hz Obr. 13 Napínání závěsů Fig. 13 Stay s tensioning Obr. 14 Výpočtový model globální analýza Fig. 14 Calculation model global analysis Obr. 15 Vypočítané (c) a změřené (m) první vlastní frekvence Fig. 15 Calculated (c) and measured (m) first natural frequencies fc(4) = 3,354 Hz f(4),m = 3,770 Hz ly podélné nosníky, příčníky, pylony a závěsy modelovány jako pruty, spřažená betonová deska jako deskostěna (obr. 14). Takto modelovaná konstrukce byla využita jak pro analýzu postupu výstavby, tak i pro analýzu provozního stavu. Časově závislá analýza zahrnula sestavení ocelového roštu, postupnou betonáž mostovky, osazení pylonů, postupné napínání jednotlivých párů závěsů, zhotovení vozovky a chodníků a betonáž pylonů. To vše s odpovídajícím podepřením (v průběhu výstavby se mění fixace nosné konstrukce na jednotlivých podpěrách) a zohledněním reologického chování betonu. Při analýze provozních stavů byly určeny statické účinky od nahodilého zatížení, vliv teplotních změn a zatížení větrem, brzdnými, rozjezdovými a odstředivými silami. Závěsy jsou modelovány prutovými prvky přenášejícími pouze normálovou sílu, na nichž je zadáno předpětí. Závěsy byly rovněž posouzeny na namáhání koncových částí ohybovým momentem a posouvající silou. Důležité detaily byly analyzovány na výsecích konstrukce modelované deskostěnovými prvky. V rámci dynamické analýzy byly stanoveny frekvence vlastních tvarů kmitání nosné konstrukce. Pro vyšetření dynamické odezvy chování mostu byl rovněž stanoven hmotný moment setrvačnosti a kritická rychlost větru, při níž dojde k rozkmitání konstrukce. Výpočty prokázaly, že z hlediska dynamického chování je mostní konstrukce navržena bezpečně. Předpoklady projektu a kvalita prací byly ověřeny zatěžovacími zkouškami, statickou i dynamickou. Obě provedla firma Inset, s. r. o., Praha. Most byl zatížen vozidly Tatra 815 o hmotnosti 24 t ve dvou zatěžovacích stavech. V prvním bylo šest vozidel situováno ve středním poli symetricky k ose mostu, v druhém byla tři vozidla situována podél obslužného chodníku. Maximální deformace byly 39 mm. Mostní konstrukce se chovala pružně a při zkoušce nebyly odhaleny žádné závady anebo poruchy. Při dynamické zkoušce byla funkce mostu ověřena přejezdem vozidel přes normovou překážku a kontrolou vlastních tvarů a frekvencí vybuzených budičem. Také dynamická zkouška prokázala správnou funkci mostu a dobrou shodu vypočtených a změřených frekvencí (obr. 15). ZÁVĚR Stavba mostu byla zahájena v červnu 2009, dokončena v říjnu 2011 (obr. 16). Most je kladně hodnocen jak laickou, tak i odbornou veřejností. V soutěži Česká dopravní stavba, dopravní technologie a výrazná inovace v dopravě získal most 40 BETON technologie konstrukce sanace 4/2012

6 16a 16b 16c Cenu předsedy ČKAIT pro projektanta a Cenu časopisu Silnice Železnice za konstrukční detail. 16d Architektonické a konstrukční řešení Stráský, Hustý a partneři, s. r. o. Projektová dokumentace (všechny stupně) Stráský, Hustý a partneři, s. r. o. Spolupráce na projektu ocelové konstrukce Fevia, s. r. o. Zhotovitel Firesta-Fišer, rekonstrukce, stavby, a. s. Dodavatel tyčových závěsů Tension systems, s. r. o. Termín výstavby červen 2009 až říjen 2011 V projektu mostu byly využity výsledky řešení projektu MPO Impuls FI IM5/128 Progresivní konstrukce z vysokohodnotného betonu. Příspěvek byl vypracován v rámci výzkumného záměru MSM Progresivní spolehlivé a trvanlivé nosné stavební konstrukce. Ing. Vladimír Puda Ing. Lenka Zapletalová Prof. Ing. Jiří Stráský, DSc. všichni: Stráský, Hustý a partneři, s. r. o. Ing. Gabriela Šoukalová Firesta Fišer, rekonstrukce, stavby, a. s. Obr. 16 Most přes nádraží v Bohumíně, a), b), c), d) Fig. 16 Bridge across the railway station at Bohumin, a), b), c), d) 4/2012 technologie konstrukce sanace BETON 41