NEŠTANDARTNÉ POUŽITIE PREDPÄTIA PRI SANÁCII PORÚCH BETÓNOVÝCH MOSTOV

Transkript

1 NEŠTANDARTNÉ POUŽITIE PREDPÄTIA PRI SANÁCII PORÚCH BETÓNOVÝCH MOSTOV ABSTRAKT Chandoga Milan 1) - Čerňanský Ladislav 2) Príspevok sa zaoberá neobvyklým použitím predpätia pri sanácii porúch betónových mostných konštrukcii. V niektorých prípadoch sú poruchy betónových konštrukcií takého charakteru, resp rozsahu, že jednoduché pasívne zosilenie zvýšením množstva mäkkej výstuže, resp. zväčšenie plochy betónového prierezu je neúčinné a preto treba použiť silové zosilenie predpínacou výstužou. Z viacerých prípadov aplikácií predpätia pri sanácii porušených betónových konštrukcií, ktoré sme v uplynulých rokoch vykonali, vyberáme sanáciu porušeného priečnika estakády mosta Apollo a úpravu pohyblivosti konzoly objektu na Prístavnom moste v Bratislave. 1. Sanácia a zosilenie priečnika č.15 estakády mosta Apollo Pri realizácii predpínania nosnej konštrukcie lávky pre peších obj.204 došlo k porušeniu priečnika č.15. Lávka je navrhnutá ako samostatná trojpoľová doska obr.1. Predpäté sú prvé dve polia, tretie pole obj.205 tvorí trikrát zalomené železobetónové schodisko. Lávka bola budovaná dodatočne po ukončení výstavby hlavného mostného objektu č.203. Uloženie lávky je nasledovné : - v krajnej podpere č.14 je lávka zmonolitnená s konštrukciou mostného objektu č v podpere č.15 je lávka dodatočne zmonolitnená s konzolou priečnika obj na samostatnej podpere č.36 je lávka uložená na dvojicu pohyblivých ložísk - obj.205 železobetónové schodisko sa pripojilo ku konzole lávky až po predopnutí lávky 1 Doc. Ing. Milan Chandoga,PhD., Katedra betónových konštrukcií a mostov, Stavebná fakulta, Slovenská technická univerzita, Radlinského 11, Bratislava, tel , fax , chandoga@svf.stuba.sk 2 Ing.Ladislav Čerňanský, PROJSTAR PK, s.r.o., Nad Dunajom 50, Bratislava, tel , fax , projstar-pk@stonline.sk 1

2 Obr.1 Pôdorysná schéma Obj a pôdorysné vedenie káblov predpätia 1.1 Charakter a príčiny porušenia priečnika č.15 Lávka bola vybetónovaná na nezávislom podpernom debnení a dodatočne spriahnutá v podperách č.14 a 15 s hlavným mostným objektom č.203. Spojitosť nosnej konštrukcie bola dosiahnutá mäkkou výstužou vyčnievajúcou z priečnikov č.15,16 obj.203 a jedenástimi dodatočne predpätými 13 lanovými káblami, ktoré boli ukončené pasívne, resp. naspojkované na káble hotového obj.203 v priestore priečnika č.14. Nevysoká konzola priečnika podopierajúca lávku je tvarové prispôsobená obrysu nosnej konštrukcie lávky a preto je predopnutá siedmymi 13 lanovými káblami. Po napnutí deviatich káblov z opory č.36 a uvolneniu debnenia medzi podperami č došlo k značnému porušeniu priečnika č.15. V štádiu predpínania neboli na priečniku zaznamenané žiadne trhliny. Najväčšia trhlina (obr.3) bola zaznamenaná na povrchu priečnika medzi hlavným mostným objektom a lávkou. Maximálne roztvorenie trhliny na povrchu priečnika dosiahlo hodnoty 5 mm. Na oboch bočných povrchoch boli zaznamenané rozvetvené trhliny maximálnej šírky 2 mm (obr.5). Hĺbka hlavnej trhliny po výške priečnika nebola monitorovaná, vzhľadom na nebezpečie poškodenia predpínacej výstuže počas vŕtania. Zatečením trhliny, došlo k jej čiastočnému prekopírovaniu až na spodný povrch priečnika (obr.4). Z toho možno usúdiť, že trhlina je hlboká a možno siaha až k spodnému povrchu priečnika. Tesne pred porušením priečnika pôsobili na spojnicu objektov 203 a 204 tieto rozhodujúce sily (obr.2) : - horizontálna sila od predpätia priečnika Npp = 16,80 MN - ohybový moment od predpätia priečnika Mpp = 6,00 MNm - ohybový moment od vlastnej tiaže lávky Mgo = 6,00 MNm - priečna sila od vlastnej tiaže lávky Qgo = 1,80 MNm - horizontálna sila od predpätia lávky Np L = 21,60 MNm. Táto sila vyvolá v priečniku horizontálnu silu Qp L = Np L a moment Mp L = Np L.epl 2

3 Obr.2 Rozhodujúce zaťaženie priečnika v spojnici objektov Obr.3 Trhlina na hornom povrchu priečnika Obr.4 Spodný povrch priečnika 3

4 Obr.5 Trhliny na bočných stenách priečnika Primárnou príčinou porušenia priečnika bolo vnesenie predpätia do nosnej konštrukcie lávky. Pri napínaní deviatich káblov prvej etapy predpínania lávky došlo medzi pevnými podperami č k obmedzeniu pružného skrátenia nosnej konštrukcie lávky. Teoretická hodnota skrátenia 30 m poľa od predpínacej sily 9 káblov je 7,5 mm. Na uvedené horizontálne zaťaženie Qpy nebol krátky konzolový priečnik č.15 dimenzovaný a preto došlo k jeho šmykovému porušeniu. Počiatočná malá trhlina sa po oddebnení lávky v inkriminovanom poli zväčšila na výsledných 5 mm, a to aj vplyvom ohybového momentu Mqy, ktorý pôsobí na konzolu ako krútiaci moment. 1.2 Návrh a realizácia sanácie a zosilnenia priečnika Trhlina rozdelila priečnik na dva bloky, ktoré boli v hornej časti oddelené a čiastočne prepojené zvislou a pozdĺžnou mäkkou výstužou, strmene boli pri hornom povrchu priečnika otvorené. Cez trhlinu prechádzalo sedem nezainjektovaných predpínacích káblov, ktoré pôsobili v trhline ako tuhé hmoždinky. Paradoxne, vďaka tomu, že káble neboli zainjektované, mohla sa predpínacia výstuž v kanáliku presunúť v smere napínania. Aj táto skutočnosť umožnila čiastočné vnesenie predpätia do votknutého poľa lávky. Prvým krokom pri návrhu sanácie priečnika bolo zistiť, či sú trhliny mŕtve. Sádrové terčíky ukázali, že po odstránení debnenia lávky, roztváranie trhliny nepokračuje (obr.6). Samozrejme, konzola priečnika bola po celú dobu monitoringu a sanácie poistená neaktivovanou pižmovou podperou. Po tomto zistení bola trhlina vyplnená epoxidovou živicou pomocou vákuovej injektáže (obr.7). 4

5 Pri realizácii sanácie a zosilnenia priečnika sme vychádzali z nasledovného: - únosnosť priečnika na zvislé zaťaženie vyhovuje. Možno ju zvýšiť zväčšením výšky prierezu s použitím výstuže, ktorá trčí z dosky hlavného mostného objektu č.203. Táto výstuž sa doplnila a zvarmi prepojila s odkrytou výstužou lávky (obr.8); - otvorené strmene pri hornom povrchu priečnika sa doplnili sponami, ktoré sa po osekaní bočných stien k nim privarili. Týmto spôsobom bola primárne zvýšená torzná tuhosť priečnika (obr.8); - aby nedochádzalo k ďalšej koncentrácii účinkov vodorovného zaťaženia len na porušený priečnik, bolo zabetónované zrkadlo medzi lávkou a hlavným objektom. Dobetonávka zrkadla bola rozdelená na dve časti. Doska D1 bola predpätá lanami Monostrand, ktoré vzhľadom na malú dĺžku boli kotvené v bezpokĺzových kotvách Projstar. Predpätie vnieslo do trhlinou porušeného priečnika značnú spínaciu tlakovú silu potrebnú na jej stabilizáciu (obr.9). Dobetónovaním druhej časti dosky vznikla dostatočne veľká transferová plocha na prenos nevyrovnaných horizontálnych účinkov zaťaženia, teploty a dobiehajúcej reológie betónu medzi lávkou a hlavným mostným objektom. Veľmi dobrá účinnosť sanácie bola potvrdená zaťažovacou skúškou lávky. Koncepciu a projekt sanácie priečnika vypracovala firma Projstar-PK, s.r.o. na objednávku gen. proj. mosta firmy Dopravoprojekt, a.s. Sanačné práce vykonali firma Doprastav,a.s., OZ Mlynské nivy v spolupráci s firmou Projstar-PK, spol.s r.o. Obr.6 Monitoring trhlín Obr.7 Vákuová injektáž trhliny 5

6 Obr.8 Zosilnenie ohybovej a torznej tuhosti priečnika Obr.9a Doska D1 predpätá lanami MONOSTRAND 6

7 Obr.9b Dobetonávka zrkadla obj Ťahové kotvenie konzoly estakády č Prístavného mosta v Bratislave V súvislosti s výstavbou Diaľnice D61, Viedenská cesta bolo potrebné riešiť dve pripojenia kozol starých objektov k novobudovaným mostným objektom. Pripojenie pravého mostného objektu bolo realizované pomocou ťahového kotvenia krátkej konzoly k združenému pilieru č.17. Ťahové spojenie koncového priečnika konzoly s pilierom bráni nadvihovaniu konzoly od účinkov nerovnomerného otepľovania nosnej konštrukcie a náhodilého zaťaženia v susednom poli konzoly a zároveň umožňuje vodorovné pohyby mosta. Od uvedených účinkov dosiahne voľný priehyb konzoly = 15 mm. Vyplnením komôr konzoly prostým betónom dôjde k redukcii priehybu na 12 mm. Na zamedzenie zvislej deformácie 12 mm je potrebné vyvodiť ťahovú silu 2000 kn. Pre návrh konštrukcie ťahového kotvenia sme použili nasledovné údaje generálneho projektanta Geoconsult, s.r.o., Bratislava: - maximálna ťahová sila 2000 kn - maximálny vodorovný pohyb v mieste kotvenia +/- 60 mm 2.1 Koncepcia technického riešenia ťahového kotvenia konzoly Vzhľadom na požadovanú silu a pohyb bola prijatá koncepcia kotvenia pomocou tiahla z predpínacej výstuže. Vzhľadom na charakter zaťaženia boli pre návrh tiahla použité kritéria platné pre závesy z predpínacej výstuže podľa doporučení fib [1]. - kapacitu ťahových káblov vypočítame z kritéria: Fp max = 0,45Rp.Ap - pre požadovanú maximálnu silu Fd = 2000 kn bolo potrebné použiť 2 káble zostavené z 12 lán 0,6". 7

8 - kábel má potom parametre Fpo = 2129 kn, čo je viac ako max Fd = 2000 kn dfpd = 679 kn, požadovaná rezerva na dynamickú zložku zaťaženia dspd = 200 Mpa Horizontálny pohyb konzoly v mieste uloženia určuje potrebnú dĺžku závesu. Vychádzame z kritéria pre maximálnu uhlovú výchylku závesu-kritérium 4.4 [1]. max ab = +/- 1,4 pre u = +/- 60 mm je dĺžka tiahla lmin = 2455 mm Na bezpečné zakotvenie tiahel v pilieri č.14, boli použité dva sedem lanové káble, ktoré samotné pokryli požadovanú kotevnú reakciu. Káble spínajú oceľové kotevné kozlíky, ktoré sú umiestnené na šikmej časti piliera obr.10. Kozlíky - oceľové krabice boli k pilieru prikotvené až po vyplnení vnútorného priestoru plastbetónom. Na zvýšenie šmykovej únosnosti kotvenia boli v priestore krabice použité lepené oceľové kotvy z výstuže fi 32 mm. Obr.10 Schéma ťahového kotvenia konzoly objektu Diaľnica D61 8

9 2.2 Realizácia ťahového kotvenia Kotevný záves vo voľnej dĺžke pozostáva z 12 lán chránených proti korózii extrudovanou vrstvou polyetylénu. Tieto laná sa používajú pri spínaní betónových zvodidiel. Paralelne usporiadané laná sú chránené nerezovou rúrou fi 154/2 mm. Rúra nie je vyplnená injektážnou hmotou. Záves je kotvený v kotve Projstar CH-12 pomocou trojdielnych čeľustí PAUL T30C, ktoré splňajú kritéria [1] pre únavové namáhanie. Kotevná objímka a prechodová oblasť kotvenia je chránená proti korózii antikoróznym mazivom Injekt HKL. V prechodovej oblasti dolného kotvenia sú umiestnené EM snímače sily, pomococh ktorých bola kontrolovaná rovnomernosť napínania lán jednolanovým predpínacím lisom. Obr.11 Pohľad na kotevné tiahlo Najväčší problém pri realizácii ťahového kotvenia bolo navŕtanie dvojice otvorov pre sedem lanové káble kotvenia dolných kotevných kozlíkov. Vrty priemeru 100 mm dĺžky 6,35m, naprieč pilierom č.17 sa podarilo realizovať so značnou odchýlkou. A preto muselo dôjsť k preprojektovaniu oceľových kozlíkov. Projekt a výrobu oceľových prvkov kotvenia realizovala firma Projstar - PK, spol.s.r.o. Montážne práce vykonala firma Doprastav,a.s., OZ Petržalka. 9

10 3. Závery Záverom treba pripomenúť stále platnú zásadu, predpätie sa do konštrukcie vnesie, len ak sa konštrukcia voľne stlačí a voľne deformuje. Ak je zabránené stlačeniu, konštrukcia nedostane potrebné tlakové napätie a na prenose zaťaženia sa podieľajú len zdvihové účinky predpätia, čo zvyčajne na zabezpečenie požadovanej únosnosti konštrukcie nepostačuje. Porušenie priečnika č.15 paradoxne napomohlo k vneseniu predpätia do inkriminovaného poľa lávky. Prípady obmedzenia zvislej deformácie konštrukcie v mieste uloženia na ložisko nie sú až tak bežné. Štandartne sa riešia použitím špeciálnych ťahových ložísk. Trochu zložitejšie riešenie musí byť prijaté, ak je v mieste prikotvenia dilatačné zariadenie s väčším rozsahom pohybu, ako tomu bolo v tomto prípade. V oboch prípadoch bolo použité predpätie veľmi efektívne. Pri návrhu množstva predpínacej výstuže boli použité jednoduché kritéria, ktoré sú jednoznačne na strane bezpečnosti konštrukcie. Pri tomto spôsobe sanácie musíme dôsledne analyzovať aj postupnosť prác, aby sa nestalo, že zlým postupom predpínania konštrukciu ešte väčšmi porušíme. Literatúra : [1] Acceptance of stay cable systems using prestressing steels. Recommendation fib No.30, ISBN , January 2005 [2] Chandoga,M. a kol. : Koncepcia a projekt sanácie priečnika č.15, most Košická. Projstar PK s.r.o., Január 2005 [3] Chandoga,M., Čerňanský,L. : Koncepcia a projekt ťahového kotvenia konzoly obj , Diaľnica D61, Viedenská cesta- Prístavný most.projstar-pk s.r.o., Marec