VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV BETONOVÝCH A ZDĚNÝCH KONSTRUKCÍ FACULTY OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF CONCRETE AND MASONRY STRUCTURES DESKOVÝ MOST VE MĚSTĚ LITOVEL SLAB BRIDGE IN THE LITOVEL TOWN BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR DAVID MAJER ING. JOSEF PANÁČEK BRNO 2016
ABSTRAKT Cílem této bakalářské práce je návrh a posouzení kolmé, jednopolové mostní konstrukce přes elektrárenský náhon ve městě Litovel. Objekt leží na silnici II/449. Navrženy byly tři varianty - předpjatá lichoběžníková deska, předpjatá dvoutrámová konstrukce a konstrukce čtyř předpjatých nosníku tvaru I. Pro posouzení byla po zhodnocení vybrána varianta první s délkou nosné konstrukce 22,5 m. Výpočet účinků zatížení byl proveden v programu Scia Engineering 2013, porovnán ručním výpočtem a posouzení bylo provedeno ručně dle platných norem. ABSTRACT The subject of this bachelor s thesis is the design and analysis of perpendicular, one-span bridge construction across the millrace for electrical power station in the Litovel town. Object is located to 2nd class road II/449. Three variants were designed - prestressed trapezoidal slab, prestressed double-beam construction and construction of four prestressed girders of shape I. After these variants were weigh up and the first one, with the length of cantilevered construction 22,5 m, was chosen for analysis. Calculation of load effects was made by software Scia Engineering 2013, it was compared to a manual calculation and the analysis was made by manual calculation according to current standards. KLÍČOVÁ SLOVA Deskový silniční most, most z předpjatého betonu, předpjatá betonová deska, jednopolový most, statický výpočet, výkresová dokumentace, vizualizace. KEY WORDS Slab road bridge, prestressed concrete bridge, prestressed concrete slab, one-span bridge, statical analysis, drawing documentation, visualization.
Bibliografická citace VŠKP MAJER, David. Deskový most ve městě Litovel. Brno, 2016. 19 s. 113 s. příl. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav betonových a zděných konstrukcí. Vedoucí práce Ing. Josef Panáček.
Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci vypracoval samostatně a že jsem uvedl všechny použité informační zdroje. V Brně dne 22. 5. 2016................................ podpis autora Majer David
Poděkování Tímto bych chtěl poděkovat svému vedoucímu bakalářské práce Ing. Josefu Panáčkovi za ochotný přístup v časově náročných situacích a cenné rady, které mi pomohly tuto práci zkompletovat. V neposlední řadě také přítelkyni a rodině za podporu po celé studium.
Obsah Úvod 9 Průvodní a technická zpráva 10 1 Identifikační údaje 10 2 Základní údaje o mostu 10 3 Charakteristika území a stavebního místa 11 3.1 Poloha a údaje o stavbě.............................. 11 3.2 Údaje o křížení překážkou............................ 11 3.3 Geologické a hydrogeologické poměry...................... 11 4 Navrhované varianty řešení 11 4.1 Studie mostu................................... 12 4.1.1 Varianta A................................ 12 4.1.2 Varianta B................................ 12 4.1.3 Varianta C................................ 12 4.2 Podélný profil vybrané varianty.......................... 12 4.3 Statické schéma.................................. 12 5 Stavebně technické řešení mostu 13 5.1 Charakteristika navrženého mostu........................ 13 5.2 Založení objektu................................. 13 5.3 Spodní stavba................................... 13 5.4 Nosná konstrukce................................. 13 5.5 Ložiska...................................... 14 5.6 Římsy....................................... 14 5.7 Svodidla...................................... 14 5.8 Vozovka...................................... 14 5.9 Odvodnění..................................... 14 6 Použité materiály 15 6.1 Beton....................................... 15 6.2 Betonářská výztuž................................. 15 6.3 Předpínací výztuž................................. 15 6.4 Materiály pro zásypy............................... 15 7 Postup výstavby 15 Závěr 17 Seznam použitých zdrojů 18 Seznam příloh 19 Autor: David Majer 8 Ak. rok 2015/2016
ÚVOD V této bakalářské práci je za cíl položen návrh a posouzení předpjatého betonového mostu přes vodní náhon řeky Moravy ve městě Litovel. K tomuto zadání byla nejdříve vypracována studie tří možných variant, ze kterých byla po zhodnocení vybrána jako nosná kontrukce dodatečně předpjatá betonová deska o jednom poli. Výpočet byl proveden v programu Scia Engineer 2013 a ověřen také výpočtem ručním, v obou případech dle platných norem uvedených v seznamu použité literatury. Samotný statický výpočet je obsahem přílohy P3. Autor: David Majer 9 Ak. rok 2015/2016
PRŮVODNÍ A TECHNICKÁ ZPRÁVA 1 IDENTIFIKAČNÍ ÚDAJE Stavba: Betonový deskový most Název mostu: Most přes náhon ve městě Litovel Kraj: Olomoucký Katastrální území: Litovel, č. k. ú. 685909 Okres: Olomouc Obec: Litovel Investor: MÚ, Litovel 784 01 nám. Př. Otakara 778/1b Správce mostu: MÚ, Litovel 784 01 nám. Př. Otakara 778/1b Projektant: David Majer Pozemní komunikace (kat.): Komunikace II. třídy (S7,5/60) Předmět přemostění: vodní náhon Staničení křížení: km 30, 058 000 2 ZÁKLADNÍ ÚDAJE O MOSTU Délka přemostění: 20,400 m Délka mostu: 29,790 m Délka nosné konstrukce: 22,500 m Počet polí: 1 Šikmnost: kolmý, α = 100, 0000 g Šířka mezi svodidly: 7,500 m Šířka říms: 2 x 0,800 m Šířka nosné konstrukce: 8,600 m Šířka chodníků L/P: není/není Šířka mostu: 9,100 m Konstrukční výška mostu: 1,058 m (v ose mostu) Volná výška mostu: 1,210 m Stavební výška mostu: 1,206 m (vč. průhybu 28 mm) Výška mostu: 3,698 m Plocha mostu: 271,089 m 2 Plocha nosné konstrukce: 193,5 m 2 Zatížení mostu: skupina 1, dle ČSN EN 1991-1-2 Poloha mostovky: horní Autor: David Majer 10 Ak. rok 2015/2016
3 CHARAKTERISTIKA ÚZEMÍ A STAVEBNÍHO MÍSTA 3.1 POLOHA A ÚDAJE O STAVBĚ Most je situován v intravilánu města Litovel v dostatečné vzdálenosti od zastavěné plochy. Vzhledem k pravděpodobné rekonstrukci mostu v minulosti došlo k odlišnostem v podkladech a současným stavem. Z důvodu zhotovené lávky v těsné blízkosti mostu byly chodníky po obou stranách zrušeny a nahrazeny zpevněnou krajnicí a ŽB zábradlí bylo nahrazeno železným. Nosná konstrukce mostu byla změněna z roštové desky na předpjatou desku. Směrové i výškové řešení bylo navrženo tak, že most leží v přímé. Dále most převádí silnici II/449 a plynule navazuje na příčné uspořádání její návrhové kategorie S7,5/60. PŘIBLIŽNÉ STÁVAJÍCÍ ŠÍŘKOVÉ USPOŘÁDÁNÍ: Železné zábradlí: Chodník: Jízdní pruh: Jízdní pruh: Chodník: Železné zábradlí: Celkem: 0,25 m 0,75 m 3,0 m 3,0 m 0,75 m 0,25 m 8,0 m 3.2 ÚDAJE O KŘÍŽENÍ PŘEKÁŽKOU Most kříží vodní náhon řeky Moravy o přibližné šířce 14 m. Normální úroveň hladiny od terénu je 1,0 m. Úhel křížení α = 100, 0000 g. 3.3 GEOLOGICKÉ A HYDROGEOLOGICKÉ POMĚRY Informace o geologických a hydrogeologických podmínkách nebyly v podkladech doloženy. Z veřejně dostupných geologických map bylo zjištěno, že daná oblast je zastoupena nezpevněnými fluviálními sedimenty, zejména hlínou, pískem a štěrkem. 4 NAVRHOVANÉ VARIANTY ŘEŠENÍ Od současného stavu se všechny uvažované varianty odlišují prodloužením a rozšířením mostu o betonové římsy a přesunutím zábradlí ze zpevněných krajnic na tyto římsy, vybavením mostu svodidly a dále výměnou současných ložisek za ložiska elastomerová. Parametry úhlu křížení α = 100, 0000 g a podélný sklon 1,5 % zůstaly zachovány. Autor: David Majer 11 Ak. rok 2015/2016
4.1 STUDIE MOSTU 4.1.1 VARIANTA A Pro návrh mostu je v této variantě uvažována předpjatá deska tloušťky 1000 mm na krajích nosné konstrukce, v polovině šířky je tloušťka zvětšena o 58 mm kvůli potřebnému dostřednému sklonu vozovky 2,5 %. Z hlediska ekonomických a estetických požadavků je zamýšleno zkosení na obou stranách, ve vertikálním směru 650 mm a horizontálním směru 1000 mm. Deska je uložená na obou koncích na dvou elastomerových ložiskách o rozměru 600 x 300 mm. Tato varianta byla vybrána pro návrh mostu kvůli nevýhodám následujících variant. 4.1.2 VARIANTA B V této variantě byla navržena předpjatá dvojtrámová konstrukce. Trámy mají výšku 1000 mm a jejich šířka je proměnná kvůli lichoběžníkovému tvaru. Jsou spřaženy s deskou proměnné výšky 300 až 358 mm kvůli potřebnému příčnému sklonu 2,5 %. Deska je na obou stranách vykonzolovaná na délku 1500 mm. Dvojtrámová konstrukce je zasazena do koncových příčných nosníků o šířce 1000 mm, které jsou uloženy na 2 elastomerových ložiskách o rozměru 600 x 400 mm v místě vetknutí trámu do příčného nosníku. Varianta byla zamítnuta z hlediska náročnějšího bednění. 4.1.3 VARIANTA C Ve třetí variantě je zamýšlena konstrukce čtyř předpjatých nosníků tvaru I, výšky 1200 mm. Šířka horní příruby je navržena na 1550 mm, šířka dolní příruby 600 mm, šířka stojiny 250 mm. Na nosnících bude uložená betonová deska proměnné tloušťky 231 až 288 mm kvůli dostřednému sklonu 2,5 %. Nosníky jsou na obou koncích vetknuty do příčných nosníků o šířce 1000 mm, které jsou uloženy na 4 elastomerových ložiskách o rozměru 600 x 400 mm v místě vetknutí nosníků do příčného nosníku. Varianta byla zamítnuta z hlediska náročnějšího ukládání nosníků na místo vzhledem k omezenému prostoru a kvůli větší konstrukční výšce mostu, která je omezena hladinou stoletého průtoku. 4.2 PODÉLNÝ PROFIL VYBRANÉ VARIANTY V podélném směru niveleta mostu klesá v jednotném sklonu 1,5 % ve směru staničení. Délka nosné konstrukce je 22,500 m a kolmá délka přemostění 20,400 m. Konstrukční výška desky v podélném směru je konstantní, a sice 1058 mm v ose mostu. Na každé opěře bude deska uložena na dvou elastomerových ložiskách. Deska bude dodatečně předepnuta v podélném směru tak, aby vhodně kompenzovala vnější zatížení od vlastní tíhy a proměnného zatížení. 4.3 SCHÉMA STATICKÉHO PŮSOBENÍ Pro návrh předpjaté desky byl použit výpočetní program Scia Engineer 2013. Byl vytvořen model desky o délce 22,500 m a náhradní tloušťce 1,008 m se zkosenými bočními hranami v poměru 650:1000 mm. Podpory byly zvoleny tak, aby odpovídaly uložení na ložiskách. Autor: David Majer 12 Ak. rok 2015/2016
5 STAVEBNĚ TECHNICKÉ ŘEŠENÍ MOSTU 5.1 CHARAKTERISTIKA NAVRŽENÉHO MOSTU Niveleta mostního objektu byla zachována v sestupném sklonu 1,5 % ve směru staničení. Uspořádání příčného směru bylo upraveno tak, aby odpovídalo technickému řešení mostu. S chodníky nebylo uvažováno, pěší provoz bude převeden po již zhotovené lávce vedle mostního objektu. NOVÉ ŠÍŘKOVÉ USPOŘÁDÁNÍ: Betonová římsa: Zpevněná krajnice: Vodicí proužek: Jízdní pruh: Jízdní pruh: Vodicí proužek: Zpevněná krajnice: Betonová římsa: Celkem: 0,8 m 0,5 m 0,25 m 3,0 m 3,0 m 0,25 m 0,5 m 0,8 m 9,1 m 5.2 ZALOŽENÍ OBJEKTU Založení opěr bylo navrženo plošné, v podobě základových pasů - stejným způsobem jako stávající stav. Mostní křídla jsou zavěšená. Základový pás je uložen na podkladní beton třídy C 12/15 tloušťky 100 mm. Samotný základový pás je tvořen prostým betonem třídy C 30/37 XC2, šířky 2,7 m a délky opěry, tedy 8,6 m. Hloubka založení byla navržena 5,667 m opěry č.1 a 5,391 m opěry č.2 vzhledem k relativní výšce ±0,000 m v ose křížení. 5.3 SPODNÍ STAVBA Opěry jsou navrženy jako monolitické, masivní, gravitační z železobetonu C30/37 XF2. Délka opěr je 8,6 m a šířka 1,7 m. Na opěrách jsou nasazeny úložné prahy z železobetonu C30/37 o šířce a délce opěr, tloušťky 0,5 m. Horní povrch je ve sklonu 4,0 % kvůli odvodu vody do žlábku u vetknutí závěrné zídky do úložného prahu. Závěrná zídka má výšku 1,3 m a tloušťku také 0,5 m. Mostní křídla jsou zavěšená, tvarem lichoběžníková, monoliticky spojená s opěrami, z železobetonu třídy C30/37 XF2 a jejich tloušťka je 0,40 m. Přechodové desky nejsou uvažovány, jelikož spodní stavba je v menším náspu než 3,0 m. 5.4 NOSNÁ KONSTRUKCE Nosná konstrukce je tvořena železobetonovou, monolitickou, dodatečně předpjatou deskou. Deska má délku 22,500 m, šířku 8,6 m a tloušťku v ose mostu 1,058 m (na koncích 1,0 m). Boční hrany jsou po celé délce zkoseny výškově 650 mm a vodorovně 1000 mm. Předpětí zajišťují předpínací kabely umístěné při dolním okraji desky v podélném směru. Autor: David Majer 13 Ak. rok 2015/2016
5.5 LOŽISKA Předpjatá železobetonová deska je celkově uložena na 4 elastomerových ložiskách firmy Freyssinet, typu B o rozměrech 300 x 600 mm a maximálním namáhání v tlaku 3082 kn. Ložiska obsahují 7 výztužných desek a jejich celková tloušťka dosahuje 105 mm. Dvě ložiska na opěře č. 1 a dvě ložiska na opěře č. 2 (ve směru staničení). Na opěře č. 1 bude na návodní straně ložiško posuvné v podélném směru, na povodní straně všesměrně posuvné. Na opěře č. 2 bude na návodní straně ložisko pevné a na povodní straně posuvné v příčném směru. 5.6 ŘÍMSY Římsy jsou prefabrikované, železobetonové, z betonu C30/37 XF4, XD3. Tloušťka říms je 250 mm, výška vnějších částí je 675 mm a šířka horní části 800 mm. Horní povrch říms je vyspádovaný sklonem 4,0 % směrem do vozovky. Římsy jsou osazeny železným zábradlím se svodidly. 5.7 SVODIDLA Jako záchytné zařízení mostu bylo navrženo zábradelní, ocelové svodidlo typu ZSNH4/H2 (úroveň zádržnosti svodidel H2, pro nárazovou rychlost v 70 km/h a celkovou hmotnost vozidla m 13 t). Sloupky budou rozmístěny po 2 m. 5.8 VOZOVKA Skladba vozovky byla navržena dle ČSN 73 6242 Navrhování a provádění vozovek na mostech pozemních komunikací jako dvouvrstvá. Na nosnou konstrukci mostu bude použit adhezní nátěr z nízkoviskózních modifikovaných asfaltů doplněný skelnou mřížovou textilií. SKLADBA VOZOVKY: Asfaltový beton pro obrusnou vrstvu: ACO 11+ 40 mm ČSN 73 6242 Spojovací postřk asfaltovou emulzí: PS-E 0,50 kg/m 2 ČSN 73 6129 Asfaltový beton pro podkladní vrstvu: ACP 16+ 70 mm ČSN 73 6242 Adhezní nátěr z modifik. asfaltů: 10 mm ČSN 73 6242 Celkem: 120 mm 5.9 ODVODNĚNÍ Odvod vody z povrchu vozovky je zajištěn pomocí příčného sklonu 2,5 % (římsy 4,0 %) a podélného sklonu 1,5 %. Voda z konstrukčních vrstev vozovky bude svedena po hydroizolaci ke krajům do kanálků z drenážního plastbetonu šířky 100 mm, odtud pomocí odvoňovacích trubek pod nosnou konstrukci mostu. Povrchová voda bude odvedena dešťovými vpustěmi (ACO HSD- 2 300x500 mm) osazenými v rigolu, vybavenými připojovacími trubkami (DN100) na odtokové potrubí (DN200). Součástí vpustí jsou také lapače splavenin. Autor: David Majer 14 Ak. rok 2015/2016
6 POUŽITÉ MATERIÁLY 6.1 BETON Konstrukční prvek Třída Třída prostředí f ck [MPa] f ctm [MPa] E cm [GPa] Podkladní beton C 12/15 XC2 12 1,6 27 Základové pasy C 30/37 XC2 30 2,9 30 Opěry, křídla C 30/37 XF2 30 2,9 30 Úložné bloky C 30/37 XF2 30 2,9 30 Nosná konstrukce C 35/45 XC4, XD1, XF2 35 3,2 34 Římsy C 30/37 XF4, XD3 30 2,9 30 6.2 BETONÁŘSKÁ VÝZTUŽ Betonářská výztuž žebírková bude vyrobena z oceli třídy B500B (dle ČSN: 10505). Stanovení minimálního krytí je součástí statického výpočtu v příloze P3. 6.3 PŘEDPÍNACÍ VÝZTUŽ Jako předpínací systém bude použit systém Freyssinet, předpínací lana ocelová sedmidrátová, kotvy typu VSL-E a kruhové kabelové kanálky typu Plyduct z polyethylénu. Počet lan v každém kabelu bude sedm. Předpínací lana f pk [MPa] f p0,1k [MPa] E p [GPa] A p1 [mm 2 ] Y1860-S7-15,7-A 1860 1640 195 150 6.4 MATERIÁLY PRO ZÁSYPY Materiály pro zásyp za mostními opěrami a přechodové oblasti z násypového tělesa na most se použijí v souladu s ČSN 73 6244 Přechody mostů pozemních komunikací a ČSN 73 6133 Navrhování a provádění zemního tělesa pozemních komunikací. 7 POSTUP VÝSTAVBY Skrývka ornice na staveništi v tloušťce 0,25 m Demolice stávajícího mostu včetně spodní stavby Výkopové práce, rozšíření koryta vodního náhonu, úprava základové spáry Betonáž podkladní vrstvy pro základové pasy Zhotovení bednění a následná betonáž základových pasů Zhotovení armokoše, bednění a následná betonáž opěr se zavěšenými křídly Zhotovení armokoše, bednění a následná betonáž úložných bloků a závěrných zídek Zřízení drenážních trubek a hydroizolací, zásyp spodní stavby a zhutnění Autor: David Majer 15 Ak. rok 2015/2016
Betonáž nosné konstrukce mostu Předepnutí desky Osazení mostu římsami, položení vrstev vozovky Osazení říms zábradelními svodidly, instalace dešťových vpustí a odtokového potrubí Zhotovení mostních závěrů Dokončovací práce, zhotovení revizních schodišť Ohumusování potřebných ploch Uvedení objektu do provozu Autor: David Majer 16 Ak. rok 2015/2016
ZÁVĚR V této práci byl navržen mostní objekt přes vodní náhon ve městě Litovel. Součástí jeho návrhu bylo mimojiné rozšíření vodního koryta a tedy i prodloužení nosné konstrukce mostu. Na základě teorie mezních stavů byl také proveden posudek dle platných norem. Vzhledem k rozsahu bakalářské práce byl statický výpočet zjednodušen zanedbáním vodorovných účinků brzdných a rozjezdových sil, zatížení teplotou, klimatického zatížení větrem a sněhem. Autor: David Majer 17 Ak. rok 2015/2016
SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ LITERATURA: [1] NAVRÁTIL J. Předpjaté betonové konstrukce. 2. vyd. Brno, Cerm 2008. ISBN 978-80- 7204-561-7. [2] STRÁSKÝ J., NEČAS R. Betonové mosty I - modul M01 - Základní principy navrhování. Brno, 2006. [3] KLUSÁČEK L. Betonové mosty I - modul M02 - nosné konstrukce mostů. Brno, 2006. [4] PANÁČEK J. Betonové mosty I - modul M03 - spodní stavba a příslušenství mostních objektů. Brno, 2006. NORMY: [5] ČSN EN 1992-1-1 Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí. Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby. Praha, ČNI 2005. [6] ČSN EN 1991-2 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí. Část 2: Zatížení mostů dopravou. Praha, ČNI 2005. [7] ČSN EN 1992-2 Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí. Část 2: Betonové mosty - navrhování a konstrukční zásady. Praha, ČNI 2007. INTERNETOVÉ ZDROJE: [8] Mapová aplikace. Česká geologická služba. [online] Naposled změněno 3. 5. 2016 (cit. 7. 12. 2015). Česky. Dostupné z: http://www.geology.cz/extranet/mapy/mapy-online/mapove-aplikace [9] BL12 - Betonové mosty I. Ústav betonových a zděných konstrukcí. [online] (cit. 18. 1. 2016). Česky. Dostupné z: http://www.fce.vutbr.cz/bzk/kolacek.j/bl12.html [10] Freyssinet CS, a.s. Freyssinet. [online] (cit. 25. 1. 2016). Česky. Dostupné z: http://www.freyssinet.cz/ [11] Odvodnění mostů ACO Stavební prvky. [online] (cit. 12. 3. 2016). Česky. Dostupné z: http://www.aco.cz/70-mostni-odvodneni.html Autor: David Majer 18 Ak. rok 2015/2016
SEZNAM PŘÍLOH P1 Podklady, studie a vizualizace P1.1 Podklady P1.2 Studie (M 1:100, 1:50) P1.3 Vizualizace P2 Přehledné a podrobné výkresy P2.1 Půdorys (M 1:100) P2.2 Podélný řez A-A (M 1:50) P2.3 Příčný řez B-B (M 1:50) P2.4 Příčný řez C-C (M 1:50) P2.5 Výkres betonářské výztuže (M 1:25) P2.6 Výkres předpínací výztuže (M 1:25, 1:10) P3 Statický výpočet Prohlášení o shodě listinné a elektronické fotmy VŠKP Popisný soubor závěrečné práce Autor: David Majer 19 Ak. rok 2015/2016