Navrhování betonových železnčních mostů podle evropských norem Doc. Ing. Vladslav Hrdoušek, CSc., Stavební fakulta ČVUT v Praze Ing. Roman Šafář, Stavební fakulta ČVUT v Praze Do soustavy ČSN se postupně zavádějí evropské normy, které se dotýkají všech oblastí stavebnctví. Navrhování mostních konstrukcí je vždy obsahem Částí 2 příslušných návrhových norem (Eurokódů 2 až 7). Současně s návrhovým normam se mění zásadně normy pro zatížení, které je obsahem Eurokódu, jehož všechny část obsahují zvláštní oddíly pro mosty, kterým je třeba věnovat patřčnou pozornost. Zatížení dopravou je obsahem samostatné Část 2 Eurokódu. Všeobecně Zásady navrhování a posuzování konstrukce jsou obsaženy v EN 990, přčemž pro mosty také platí příloha A2, podle které se stanoví součntele kombnace a součntele zatížení. Všechny tyto evropské normy byly vydány překladem a k nm jsou přpojeny národní přílohy. Účelem národních příloh je uvedení tzv. národně stanovených parametrů, ovšem pouze k těm ustanovením, která jsou přímo v EN jmenovtě uvedena. Dosud platné ČSN nadále platí současně s normam pro zatížení a dalším českým normam. Z toho plyne, že v současné době platí souběžně dvě soustavy norem, jedna pro navrhování podle ČSN a druhá pro navrhování podle EN (ČSN EN), která je založena na metodce mezních stavů. Souběžná platnost dvou soustav norem je ovšem jen stav přechodný a evropské společenství zastoupené CEN (Comté Européen de Normalsaton) předpokládá, že platnost všech národních norem, které jsou v rozporu se soustavou EN (to se týká ČSN 73 6203, 05,06 a 07) skončí nejpozděj po tříleté souběžné platnost, tedy k. dubnu 200. Do tohoto termínu je třeba seznámt odbornou veřejnost s novou metodkou navrhování a vypracovat ukázkové nebo kontrolní příklady, na kterých se teprve ukáží přínosy, ale také obtížnost a složtost nové metodky navrhování. To není pro osvětu doba přílš dlouhá a proto probíhají k nové soustavě norem školení. Pro betonové mosty se na květen 2009 přpravuje vstupní školení, na které navážou školení další. Změny v EN oprot ENV Př transformac ENV na EN došlo pouze k formálním úpravám, které vedly k posílení základních částí norem. došlo k přečíslování EN pro zatížení, vznkl Eurokód EN 990 Zásady navrhování konstrukcí (dříve ENV 99-), pro mosty byla vytvořena samostatná Příloha A2 k EN 990, kde jsou defnovány kombnace zatížení, součntele kombnace ψ a součntele spolehlvost zatížení γ a požadavky na mezní stavy specfcké pro mosty, zejména mezní stavy použtelnost, byl rozšířen základní Eurokód pro navrhování betonových konstrukcí [9] (spojeny všechny část ENV a doplněno o ustanovení pro posouzení únavy), k EN 992-2 byly přpojeny Přílohy A až QQ, které jsou sce jen nformatvní, avšak obsahují doporučení pro posuzování (např. Příloha B popsuje přetvoření od dotvarování a smršťování, Příloha KK pojednává o vlvu časově závslého chování betonu, Příloha OO obsahuje řešení ztuždel pomocí příhradové analoge), 35
vznkly další EN, takže lze konstatovat, že exstuje kompletní soubor evropských norem. Přpojená národní příloha k [0] většnou nemění doporučení EN, avšak po provedení dalších výpočtů nelze určté změny vyloučt. Měnt by se měly pouze parametry, které jsou prokazatelně nevyhovující. Zásady s ohledem na stupeň vlvu prostředí Př volbě materálu se vychází z ČSN EN 206-, ve které se volí mnmální pevnostní třída betonu podle stupně vlvu prostředí (svp). Současně je třeba, aby byly splněny požadavky příslušných TKP (kap. 8) a požadavky na třídu konstrukce S podle ČSN EN 992-- (vz Tab. 4.3N až 4.5N). Do těchto tabulek je třeba dohodnout začlenění prostředí XF. Pro třídu konstrukce S a svp jsou uvedeny mnmální tloušťky krycí vrstvy betonářské výztuže (Tab. 4.4N) a předpínací výztuže (Tab. 4.5N). Zde byly převzaty hodnoty doporučené v EN, ale pokud by to bylo vhodné - je možné je v národní příloze upřesnt. Doporučené hodnoty přípustných šířek trhln w max a odpovídající kombnační pravdla pro vybraná prostředí podle ČSN EN 992-2 jsou uvedeny v tab.. Stupeň vlvu prostředí Železobetonové prvky a prvky předpjaté nesoudržnou výztuží Kvaz-stálá kombnace zatížení Prvky předpjaté soudržnou výztuží Častá kombnace zatížení X0, XC 0,3a) 0,2 XC2, XC3, XC4 XD, XD2, XD3, XS, XS2, XS3 0,3 0,2b) dekomprese a) POZNÁMKA Pro stupně vlvu prostředí X0, XC nemá šířka trhlny vlv na trvanlvost a uvedená hodnota má zajstt přjatelný vzhled. Pokud nejsou kladeny požadavky na vzhled, lze uvedenou hodnotu zvětšt. b) POZNÁMKA 2 Pro tyto stupně vlvu prostředí má být kromě toho posouzena dekomprese př kvaz-stálé kombnac zatížení. Tab. Požadavky na omezení trhln Zatížení Zásady pro uplatnění vlastní tíhy konstrukce jsou uvedeny v [2], Tab.A., podle které lze uvažovat pro obyčejné vyztužené betony (železobeton předpjatý beton) objemovou tíhu jednotně hodnotou 25 kn/m 3. Objemové tíhy nenosných částí mostů jsou uvedeny v Tab. A.6 [2]. Zatížení štěrkovým ložem se má uvažovat jako zatížení stálé a př navrhování je nutné uvážt jeho přerozdělení, avšak současně se požaduje, aby se na železnčních mostech uvažovala odchylka od nomnální hodnoty ± 30%. Tento požadavek je třeba zvážt a vhodnou hodnotu uvést v národní příloze. Podobně je tomu také u dalších ostatních zatížení stálých. Pro zatížení dopravou je základním zatěžovacím schématem tzv. Model zatížení 7 (LM7), který odpovídá vlaku UIC-7 podle ČSN 73 6203. Obdobně jako vlak UIC-7, 36
schéma LM7 se obvykle nepoužívá se základním nomnálním hodnotam sl, ale přenásobené součntelem α podle traťové třídy. Třídy tratí jsou uvedeny ve Věstníku dopravy č. 6/987. Zatížení přenásobené tímto součntelem se nazývá klasfkované zatížení. Pokud se Model zatížení 7 násobí součntelem α, je nutné stejným součntelem násobt další zatížení dopravou na železnčních mostech. Dále se na železnčních mostech uvažuje zatěžovací schéma: SW/0 je nutno uvažovat na všech spojtých konstrukcích, SW/2 jedná se o schéma používané na tratích s těžkým provozem, nezatížený vlak (jako rovnoměrné zatížení s charakterstckou hodnotou 0 kn/m, v ENV bylo 2,5 kn/m), vykolejení na mostě (ve dvou mmořádných návrhových stuacích). Traťová třída α. LM7 SW.,2.LM7 SW/2 2.,2.LM7,2.SW/0 *) 3.,0.LM7,0.SW/0 *) Mostní provzora,00.lm7 - *) pro spojté nosníky Tab.2 Základní modely zatížení dopravou uvažované na železnčních mostech Dynamcká analýza je obecně požadována, pokud: častá provozní rychlost skutečného vlaku je rovna rezonanční rychlost konstrukce ([8], a pokud nejsou splněna krtéra uvedená v Příloze F), první vlastní frekvence n 0 překračuje horní mez (), obr. 6.0 [8] (vz též obr. 3 ČSN 73 6203). Pokud není dynamcká analýza požadována, pak se musí účnky Modelu zatížení 7, SW/0 a SW/2 násobt dynamckým součntelem Φ, který závsí na náhradní délce (obdobně jako v ČSN 73 6203) a na kvaltě údržby koleje. Podle národní přílohy k ČSN EN 99-2 se používá dynamcký součntel Φ 3, což je hodnota pro standardně udržovanou kolej. Další proměnná zatížení: zatížení teplotou - v EN [5] je mostům věnována kap. 6 s drobným úpravam oprot dnes platné ČSN 73 6203, zatížení větrem - pro většnu mostů bude postačující postupovat zjednodušenou metodou podle [4]. zatížení př provádění - tato zatížení jsou defnována v [6]. Jsou uvedeny kombnace zatížení včetně zatížení stavenštních (osoby a ruční nářadí, přemísttelná skládka, dočasné vybavení, přemísttelné strojní zařízení) a také mmořádná zatížení (např. pád zavěšeného břemena, náraz vozdla). 37
Kombnace zatížení a) pro mezní stavy únosnost: - pro trvalé a dočasné návrhové stuace může být obecně vyjádřena buď jako: j γ G, jg k, j PP" Q,Qk," Q, ψ 0, Qk, nebo alternatvně pro mezní stavy STR a GEO (vz mezní stavy únosnost) jako méně příznvá kombnace z následujících dvou výrazů: j γ G, jg k, j PP" Q,ψ 0,Qk," Q, ψ 0, Qk, j ξ G k, j PP" Q,Qk," Q, ψ 0, Qk, kde ξ je redukční součntel pro nepříznvá stálá zatížení G, - pro mmořádné návrhové stuace se sestaví podle následujícího pravdla: G k, j" + " P" + " Ad " + "( ψ,neboψ 2, ) Qk," + ψ 2, Qk, j b) pro mezní stavy použtelnost - charakterstcká kombnace zatížení (obvykle se používá pro nevratné stavy): G k, j" + " P" + " Qk," + ψ 0, Qk, j - častá kombnace zatížení (obvykle se používá pro vratné - opakované stavy): G k, j + " P" + " ψ,qk," + " ψ 2, Qk, j - kvazstálá kombnace zatížení (obvykle se používá pro dlouhodobé účnky a deformace - vzhled konstrukce): G k, j" + " P" + ψ 2, Qk, j Navrhování a posuzování mostů V mezních stavech použtelnost se posuzuje zejména: - Mezní stav omezení napětí: předmětem posouzení konstrukce v tomto mezním stavu je ověření,že konstrukce v provozním stavu působí pružně. Podle 7.2 [0] nemá napětí betonu př charakterstcké kombnac zatížení překročt hodnotu k.f ck. EN Doporučuje k = 0,6, přčemž je možné tuto hodnotu upravt v národní příloze. V ČR se tato hodnota nemění. - Mezní stav omezení trhln: pro omezení šířky trhln je třeba navrhnout alespoň mnmální průřezovou plochu výztuže a splnt podmínky podle 7.3.2 a 7.3.3 [0] nebo posoudt šířku trhln výpočtem, např. podle 7.3.4 [9]. 38
- ověření železnčních mostů s ohledem na přetvoření a kmtání z hledska bezpečnost dopravy, tzn. posoudt: - svslé zrychlení nosné konstrukce, - zkroucení hlavní nosné konstrukce, - svslá přetvoření hlavní nosné konstrukce, - příčná přetvoření a kmtání hlavní nosné konstrukce, - podélné posunutí hlavní nosné konstrukce, - ověření mezních hodnot maxmálních svslých průhybů z hledska pohody cestujících. V mezních stavech únosnost zejména: a) EQU: ztráta statcké rovnováhy E d,dst E d,stb kde E d,dst je návrhová hodnota účnku destablzujících zatížení, E d,stb je návrhová hodnota účnku stablzujících zatížení. b) STR: porucha konstrukce nebo nosných prvků včetně základových patek, plot, podzemních stěn atd., kde rozhoduje pevnost konstrukčních materálů; E d R d kde E d je návrhová hodnota účnku zatížení, jako je vntřní síla, moment nebo vektor několka vntřních sl nebo momentů, R d je návrhová hodnota příslušné únosnost. c) GEO: porucha základové půdy, kde pevnost zemny nebo skalního podloží jsou významné pro únosnost; d) FAT: únavová porucha konstrukce nebo nosných prvků. Př posouzení na únavu je třeba provést: - posouzení betonu: Odolnost na únavu betonu namáhaného tlakem lze považovat za dostatečnou, pokud je splněna podmínka: kde 4. R equ E R equ Ecd,mn, equ =, E 6 E cd,mn, equ σ cd,mn, equ = γ sd, f cd, fat E = γ sd σ f cd, fat σ cd,max,equ, σ cd,mn,equ jsou horní a dolní napětí poškozujícího ekvvalentního napěťového spektra pro počet cyklů N = 0 6. 39
- posouzení výztuže (betonářské, přepínací): Poškozující ekvvalentní rozkmt napětí pro betonářskou a přepínací výztuž se vypočítá podle vztahu Δσ s,equ = λ s.φ.δσ s,7 kde Δσ s,7 je rozkmt napětí od modelu zatížení 7 (a od SW/0, pokud je to požadováno), umístěného v nejnepříznvější poloze pro uvažovaný konstrukční prvek, avšak bez součntele α podle [8]. U konstrukcí nesoucích více kolejí se model zatížení 7 umísťuje maxmálně na dvě koleje, λ s je opravný součntel pro výpočet poškozujícího ekvvalentního rozkmtu napětí z rozkmtu napětí vyvolaného Φ.Δσ s,7, Φ je dynamcký součntel podle [8]. Lteratura: [] ČSN EN 990 (73 0002) Eurokód: Zásady navrhování konstrukcí [2] ČSN EN 99-- (73 0035) Eurokód : Zatížení konstrukcí - Část -: Obecná zatížení - Objemové tíhy, vlastní tíha a užtná zatížení pozemních staveb [3] ČSN EN 99--3 (73 0035) Eurokód : Zatížení konstrukcí - Část -3: Obecná zatížení - Zatížení sněhem, vč. Změny NA ed. A (2005), NA/Z ed. A (2006) a Z (2006) [4] ČSN EN 99--4 (73 0035) Eurokód : Zatížení konstrukcí - Část -4: Obecná zatížení - Zatížení větrem [5] ČSN EN 99--5 (73 0035) Eurokód : Zatížení konstrukcí - Část -5: Obecná zatížení - Zatížení teplotou, vč. Změny NA ed. A (2005) [6] ČSN EN 99--6 (73 0035) Eurokód : Zatížení konstrukcí - Část -6: Obecná zatížení - Zatížení během provádění, vč. Změny NA ed. A (2007) [7] ČSN EN 99--7 (73 0035) Eurokód : Zatížení konstrukcí - Část -7: Obecná zatížení - Mmořádná zatížení [8] ČSN EN 99-2 (73 6203) Eurokód : Zatížení konstrukcí - Část 2: Zatížení mostů dopravou", vč. Změny NA ed. A (2005) [9] ČSN EN 992-- (73 20) Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí - Část -: Obecná pravdla a pravdla pro pozemní stavby, vč. Změny NA ed. A (2007) [0] ČSN EN 992-2 (73 6208) Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí Část 2: Betonové mosty - Navrhování a konstrukční zásady [] ČSN EN 997- (73 000) Eurokód 7: Navrhování geotechnckých konstrukcí Část : Obecná pravdla [2] ČSN EN 206- (73 2403) Beton - Část : Specfkace, vlastnost, výroba a shoda Tento příspěvek vznkl za fnančního přspění MŠMT ČR, projekt M0579, v rámc čnnost výzkumného centra CIDEAS. 40