Most typu extradosed přes nádraží v Bohumíně
Most typu extradosed přes nádraží v Bohumíně je popsán s ohledem na architektonické a konstrukční řešení, statickou a dynamickou analýzu a technologii výstavby. Most celkové délky 140,30 m má tři pole s rozpětími 30,0 + 70,0 + 30,0 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.
Architektonické a konstrukční řešení
S ohledem na stísněné prostorové podmínky bylo nutno navrhnout konstrukci minimální stavební výšky. Při požadovaném rozpětí 70 m tak musela být navržena konstrukce 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.
Obr. 2 Konstrukční řešení
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 řidiči ve volném výhledu. 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 vzniklou pohybem aut, chůzí a větrem. Proto je mostovka tvořena parapetními nosníky komorového průřezu proudnicového tvaru, samozřejmě s ohledem na zajištění aerodynamické stability.
Most má tři pole s rozpětími 30,0 + 70,0 + 30,0 m, jeho celková délka je 140,3 m (obr. 3). Mostovka je tvořena dvěma ocelovými parapetními nosníky, které jsou vzájemně spojeny nízkými příčníky spřaženými s betonovou deskou. Výška nosníků je 1,5 m, z toho přibližně 0,75 m nad vozovkou a 0,75 m pod ní. Příčníky jsou osově vzdáleny 3,0 m, spřažená železobetonová deska má tloušťku 220 mm (obr. 4 a 5).
Obr. 3 Podélný řez
Obr. 4 Mostovka – příčný řez
Obr. 5 Vnitřní podpěra
a – příčný řez, b – podélný řez
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 a o 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 13,50 m, v podélném směru působí deska jako spojitá konstrukce s rozpětím 3,0 m mezi příčníky.
Materiál desky je beton C 35/45-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 56 tyčových zavěsů systému Macalloy z jemnozrnné uhlíkové oceli, z toho 48 závěsů typu Macalloy 460 a 8 závěsů typu Macalloy 520 (s mezí kluzu 460, respektive 520 MPa). Z každého ze čtyř pylonů je spuštěno 7 + 7 kusů zavěsů. Jsou použity závěsy se třemi průměry – M100 (8 kusů Macalloy 460), M90 (8 kusů Macalloy 520) a M85 (40 kusů Macalloy 460). Každý závěs je opatřen dvojicí systémových koncovek s krytkou. Vzhledem k maximální výrobní délce tyčí 12 m jsou závěsy sestaveny ze tří částí, spojených systémovými spojkami s napínáky Macalloy, umožňujícími dopnutí a rektifikaci závěsů (obr. 6).
Obr. 6 Kotvení závěsů v mostovce
Obr. 7 Kotvení závěsů v pylonu
Pylony
Pylony z oceli třídy S355 o výšce 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. 5a a 7). Koncovky tyčí jsou připojeny ke kotevním plechům. Po betonáži výplně byly zakryty krycími plechy. Pylony byly navrženy pro působení ostatního stálého a nahodilého zatížení jako ocelobetonové průřezy – ocelový profil vyplněný betonem C 30/37 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 hlubinně založené na pilotách o průměru 900 mm. Podpěry z betonu C 30/37 XF2 jsou v příčném směru mostu tvaru písmene U se zaoblenou vnitřní částí a podkosením bočních stěn (obr. 8). Tloušťka podpěr je 2,00 m. Příčný ohyb pilířů je redukován předpětím vyvozeným sedmi lanovými kabely o průměru 15,7 – Y1680S2 systému BBV. Výstavba dříků pilířů proběhla v jednom pracovním taktu bez pracovní spáry.
Obr. 8 Vnitřní podpěra
Krajní opěry jsou železobetonové z betonu C 30/37-XF2, členěné, svým tvarem korespondují s vnitřními podpěrami, a to včetně zešikmeného 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 tyčemi HPT o průměru 36 mm, pro každé táhlo v počtu 4 kusy. Tyče HPT byly osazeny při betonáži základů opěr, co nejpřesnější poloha byla zajištěna jejich osazením do speciálních kotevních ocelových přípravků, jež byly přesně vytyčeny a zůstaly zabetonovány v opěrách.
Nosná konstrukce je na spodní stavbu uložena na hrncová ložiska, na vnitřních podpěrách jsou ložiska pevná, na opěrách je vždy jedno ložisko podélně a jedno všesměrně posuvné.
Obr. 9 Kotvení mostovky k opěře
Mostní příslušenství a vybavení
Na obou okrajích nosné konstrukce byly provedeny monolitické římsy z betonu C 30/37-XF4. Šířka levé římsy je 1,52 mm, pravé 4,00 mm. Prostor nad římsami pod horní pásnicí hlavních nosníků je vyplněn monolitickým betonem C 30/37-XF4. Dobetonávka byla prováděna v pracovních celcích odpovídajících rozdělení pracovních spár říms. V dobetonávce jsou vedeny chráničky z PE pro uložení napájecích kabelů veřejného osvětlení s vyvedením do stožárů veřejného osvětlení.
Pro odvodnění mostu slouží odvodňovače 500/300 mm typu Labe (celkem 9 kusů). Kapacita odvodnění povrchu vozovky je zvětšena zřízením sníženého odvodňovacího žlábku z litého asfaltu o hloubce 20 mm a šířce 250 mm podél obrubníku na nižší straně vozovky. Z odvodňovačů je voda dále 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 s maximální šířkou dilatační spáry 80 mm. Na horní pásnice ocelových hlavních nosníků je osazeno zábradlí vysoké 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 zabraňuje nebezpečnému dotyku nad tratí ČD.
Postup výstavby nosné konstrukce
Ocelová konstrukce mostovky byla vysouvána od opěry č. 4 ve dvou etapách pomoci hydraulického tažného zařízení. Protože most je v půdorysném oblouku o poloměru 256 m a ve vrcholovém oblouku o poloměru 1 200 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.
Obr. 10 Geometrie vysouvané konstrukce
Výsun probíhal po kluzných ložiscích umístěných na sedmi provizorních podporách. Nejprve byla na předmontáži ve zvýšené poloze přibližně 2 m nad definitivní niveletou z jednotlivých montážních dílců svařena první část ocelové konstrukce, která byla následně vysunuta (obr. 11a, 11b a 12). Poté byla svařena druhá část ocelové konstrukce a opět vysunuta (obr. 11c a 11d). 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.
Obr. 11 Postup stavby a) – h)
Obr. 12 Vysouvání ocelové konstrukce
Obr. 13 Napínání závěsů
Statická a dynamická analýza
Veškeré modely pro návrh a posouzení všech prvků nosné konstrukce byly vytvořeny v programovém systému MIDAS Civil 2006. Vysoká hladina napětí v závěsech umožnila lineární analýzu konstrukce a superpozici výsledků řešení. Síly v závěsech byly navrženy tak, aby vyrovnávaly účinky stálého zatížení, to znamená, že velikost a průběh momentů od obou zatížení byly stejné, ale opačného znaménka. Most byl analyzován jako prostorová konstrukce, v níž byly podélné nosníky, příčníky, pylony a závěsy modelovány jako pruty, spřažená betonová deska jako deskostěna. Takto modelovaná konstrukce byla využita pro analýzu jak postupu výstavby, tak i provozního stavu. Časově závislá analýza zahrnula sestavení ocelového roštu, postupnou betonáž mostovky, osazení pylonů, postupné napínání jednotlivých párů závěsů, zhotovení vozovky i 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 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 z hlediska 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 tun 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. 14 Most přes nádraží v Bohumíně
Závěr
Stavba mostu byla zahájena v červnu 2009, dokončena v říjnu 2011 (obr. 14). Most je kladně hodnocen jak laickou, tak i odbornou veřejností. V soutěži Česká dopravní stavba, dopravní technologie a výrazná inovace v dopravě získal most Cenu předsedy ČKAIT pro projektanta a Cenu časopisu Silnice Železnice za konstrukční detail.
Autorem architektonického a konstrukčního řešení je firma Stráský, Hustý a partneři, s. r. o., která také vypracovala všechny stupně projektové dokumentace. Projekt ocelové konstrukce byl vypracován ve spolupráci s kanceláři FEVIA, s. r. o. Zhotovitelem mostu byla společnost FIRESTA-Fišer, rekonstrukce, stavby, a. s., dodavatelem tyčových závěsů byla společnost Tension systems, s. r. o.
V projektu mostu byly využity výsledky řešení projektu Ministerstva průmyslu a obchodu Impuls FI – IM5/128 Progresivní konstrukce z vysokohodnotného betonu. Příspěvek byl vypracován v rámci výzkumného záměru MSM 0021630519 Progresivní spolehlivé a trvanlivé nosné stavební konstrukce.
TEXT: Ing. Lenka Zapletalová, Ing. Vladimír Puda, prof. Ing. Jiří Stráský, DSc., Ing. Gabriela Šoukalová
FOTO: Stráský, Hustý a partneři
Jiří Stráský je jedním ze zakladatelů společnosti Stráský, Hustý a Partneři a zároveň pracuje v Ústavu betonových a zděných konstrukcí na Stavební fakultě VUT v Brně.
Lenka Zapletalová a Vladimír Puda jsou projektanti ve společnosti Stráský, Hustý a Partneři, s. r. o.
Gabriela Šoukalová je technická ředitelka ve společnosti FIRESTA-Fišer, rekonstrukce, stavby, a. s.
Článek byl uveřejněn v časopisu Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.
