LÁVKA PRO PĚŠÍ PRSTEN František Opletal, Radek Šiška 1 Úvod Pro oživení mostních objektů nad rychlostní komunikací R25,5/130 sil. I/48 Rychaltice Frýdek-Místek byla navržena lávka pro pěší s antimetrickým průběhem jednoho oblouku překračující šikmo mostovkový pás. Mostovka připomíná prst šikmo provlečený prstenem (obloukem). Konstrukce je řešena se skrytým vnitřním podepřením, krátkodobým pevným podepřením na opěrách (stoppery), a pružným podepřením v patách oblouku. Byl proveden podrobný statický výpočet a dynamická analýza prostorového tvaru konstrukce. Obr. 1 Příčný řez lávkou 519
2 Prostorový tvar konstrukce Nosná konstrukce lávky se skládá z železobetonového oblouku průřezu 0,70 0,70 m a deskového pásu mostovky lávky tloušťky 0,40 m. Deskový pás je šířky 2,50 m a délky 47,60 m. Je v podélném konstantním sklonu 4,84 %. Tento pás šikmo překračuje oblouk s rozpětím pat 41,67 m a vzepětím ~9,44 m. Obr. 2 Podélný řez a půdorys lávky 520
Deskový pás je podepřen na svých koncích na opěrách vždy na dvou ložiscích. V místě průchodu oblouku kolem pásu je jednostranně podepřen monolitickým spojením a v šestinách průchodu oblouku nad pásem jsou jednostranné závěsy mezi obloukem a pásem mostovky (tj. do poloviny rozpětí jsou závěsy z jedné strany příčného řezu a v druhé polovině pak z druhé strany příčného řezu). Toto je způsobeno šikmým přechodem oblouku nad mostovkovým pásem tak, aby závěsy nezasahovaly do průchozího průřezu lávky. Monolitické propojení mostovkového pásu tužšího ve vodorovném směru s obloukem a pevné uložení pásu na opěrách vytváří prostorově provázanou konstrukci se stabilizačním faktorem pro oblouk. 3 Popis konstrukce lávky Lávka se skládá z krajních opěr, deskového mostovkového pásu, oblouku a závěsů. Železobetonový oblouk z betonu C35/45 průřezu 0,70 0,70 m je vetknut do základových patek podepřených na mikropilotách. V místě křížení s mostovkovým pásem je oblouk monoliticky propojen protažením desky až k oblouku. Oblouk je s rozpětím pat 41,67 m a vzepětím ~9,44 m. V šestinách délky oblouku nad mostovkou jsou jednostranné závěsy mezi obloukem a mostovkou. Pro umožnění oboustranného zavěšení v polovině rozpětí je oblouk oboustranně plynule rozšířen o 0,50 m. Obr. 3 Vizualizace lávky 521
Nosná konstrukce je deskový pás z předpjatého betonu C35/45 uložený na opěrách a s jednostranným podepřením na oblouku. Deskový pás je tloušťky 0,40 m a základní šířky 2,5 m. Příčný řez je přizpůsoben funkci tj. lávce pro pěší. Po obou krajích jsou zvýšené římsy šířky 400 mm a výšky obrubníku 70 mm. Příčný sklon pochozí části je 2,5 %, říms 4,0 % směrem do středu. Podhled je pro zlepšení aerodynamických vlastností profilován snížením ve středu řezu o 100 mm. Po obou stranách příčného řezu je ocelové mostní zábradlí výšky 1,10 m. V jehož horní části pod madlem jsou v podélné trubce osazena svítidla osvětlení lávky. Výřezy v trubce jsou v takové poloze, aby světlo dopadalo pouze na povrch lávky a neoslňovalo řidiče projíždějící pod lávkou. Pro umožnění zakotvení závěsů do mostovkového pásu je v místech závěsů jednostranně plynule rozšířen o 0,50 m. Toto zesílení je oboustranné ve středu rozpětí. Závěsy jsou ocelové tyčové z ušlechtilé oceli, φ 60 mm. 4 Statický návrh a chování konstrukce Konstrukce byla prověřena metodou konečných prvků na prostorovém modelu. Mostovkový pás byl modelován jako deskostěnová konstrukce, oblouk prutovými prvky. V místě křížení obou konstrukcí bylo vymodelováno propojení. Závěsy jsou prutové prvky s kloubovým připojením k oblouku i deskovému pásu. Oblouk byl pružně vetknut v jeho patách. Pružné podepření bylo modelováno mírou tuhosti proti natočení a posunutí s ohledem na poddajnost založení. Podepření deskového pásu bylo řešeno za předpokladu zabránění nadzdvižení z ložisek. Vzhledem k antimetrickému jednostrannému podepření vnitřní části deskového pásu obloukem bylo nutno řešit kroutící namáhání průběhem předpínacích kabelů po délce mostu. Podepření deskového pásu v místě vetknutí do oblouku je na nepodepřené straně příčného řezu eliminováno skrytým vnitřním podepřením radiálními silami od průběhu předpínacích kabelů. Tímto se zmenšuje kroutící namáhání mostovkového pásu hlavně od vlastní tíhy a tím i dlouhodobé deformace na této antimetricky podepřené konstrukci. S ohledem na prostorové propojení konstrukce bylo nutno řešit namáhání od rovnoměrného i nerovnoměrného oteplení či ochlazení a též vliv smršťování a dotvarování betonové předpjaté konstrukce. Vzhledem k účinkům, od těchto zatížení bylo nutno volit poddajné podepření v patě oblouku a dlouhodobě poddajné podepření na vodorovné zatížení na opěrách. Z dynamické analýzy vyplynul požadavek na zajištění pevného podepření na opěrách pro krátkodobé zatížení včetně zatížením od vynuceného kmitáním konstrukce. Dlouhodobě jednosměrně a všesměrně kluzné a současně krátkodobě pevné podepření je docíleno kombinaci hrncových kluzných ložisek doplněných stoppery. Pro zajištění spolehlivosti funkce ložisek je navrženo přikotvení nosné konstrukce svislými táhly k opěře. 5 Dynamická analýza konstrukce Vzhledem ke štíhlosti a neobvyklé konstrukci lávky bylo nutno prověřit její chování dynamickou analýzou konstrukce. Byly provedeny výpočty vlastních frekvencí konstrukce a dále velikosti amplitud při vynuceném kmitání na prostorovém modelu metodou konečných prvků. 522
Vzhledem k první vlastní frekvenci 1,956 Hz, která je v oblasti intervalu 1,4 až 3,4 Hz, bylo nutno prověřit konstrukci i na vynucené dynamické zatížení.dle [2] byla konstrukce vyšetřována na zatížení svislé a to osamělou silou reprezentující zatížení lávky skupinou 8 až 15 chodců. Toto zatížení bylo použito pro ověření kritérií přijatelnosti vibrací z hlediska komfortu chodců. Zatížení bylo definováno jako harmonicky proměnná síla. Dále byla konstrukce zatížena rovnoměrným zatížením reprezentujícím zatížení způsobené proudem chodců tzn. lávka je jimi zaplněna. Zatížení bylo definováno jako plošné harmonicky proměnné zatížení působící na celé ploše mostovky. Obdobně byla konstrukce vyšetřena na vodorovné budící síly. Obr. 4 První vlastní tvar lávky 1,956 Hz Byla vyšetřována odezva konstrukce z hlediska kmitání: svislého vodorovného kroutivého V našem případě bylo kroutivé kmitání součástí svislého. Dle [2] a [5] kritéria přijatelnosti vibrací z hlediska použitelnosti jsou definovány maximální přípustnými hodnotami zrychlení a max deskového pásu a to zvláště pro svislé vibrace a pro vibrace vodorovné. Dynamická odezva zrychlení ve směru vodorovném (podélně 5,7 mm/s 2 a příčně 44,5 mm/s 2 ) byla menší než 140 mm/s 2. Dynamická odezva zrychlení ve směru svislém (88,2 mm/s 2 ) byla menší než 699 mm/s 2. 523
6 Zúčastnění na projektu Objednavatelem a investorem projektové dokumentace k DSP+DZS bylo Ředitelství silnic a dálnic ČR správa Ostrava. Projektantem objektu i celé stavby byla firma Moravia consult Olomouc, a. s. 7 Závěr Statickým výpočtem i dynamickou analýzou byla tato antimetricky podepřená konstrukce prověřena na zatížení dle ČSN 73 6203 i na chování při dynamickém zatížení chodci. Bylo prověřeno, že i takto neobvyklou konstrukci lze bezpečně navrhnout. Literatura [1] Studničková, M.: Dynamická zatížení lávek pro chodce a hodnocení jejich účinků, Stavební obzor 10/99, ČVUT - Kloknerův ústav Praha [2] Studničková, M.: Posouzení vibrací lávek pro chodce podle evropských norem, Stavební obzor 10/2001 ČVUT - Kloknerův ústav Praha [3] Studničková, M.: Kmitání lávek pro chodce, Stavební obzor 4/2003 ČVUT - Kloknerův ústav Praha [4] Studničková, M.: Dynamický tlumič na lávce pro chodce,stavební obzor 5/2003 ČVUT - Kloknerův ústav Praha [5] Konečný návrh pren 1990 Eurocode: Basis of Structural Desing Annex A2: Application for Bridges. CEN. červenec 2001 Ing. František Opletal MCO, a. s. Legionářská 8 772 00 Olomouc 585 570 492 721 327 412 halvonik@svf.stuba.sk URL opletal@moravia.cz Ing. Radek Šiška MCO, a. s. Legionářská 8 772 00 Olomouc 585 570 484 721 327 412 siska@moravia.cz URL www.moravia.cz, www.ssvw.cz/siska 524