Předpínání mostních konstrukcí

14. prosince 2007

Partneři sekce:

Mostní stavitelství poskytuje ze všech stavebních oborů nejširší pole působnosti pro využití předpjatého betonu. Je to dáno především vysokým stupněm využití mechanických vlastností betonu a oceli v souvislosti s velkým zatížením konstrukcí, jejich značnými rozpětími a rozličnými metodami výstavby mostních objektů, které by bez využití trvalého nebo dočasného předpětí nebylo vůbec možné realizovat.

Předpínací systémy používané v mostním stavitelství

V mostním stavitelství se využívá několika vesměs světově rozšířených předpínacích systémů renomovaných výrobců, kteří většinou disponují všemi potřebnými osvědčeními pro předepsaný systém prokazování shody. Technická úroveň systémů je v základních parametrech srovnatelná.
Z hlediska používané technologie a účelu můžeme předpínací systémy na mostech rozdělit na:

tyčové,
lanové,
mostní závěsy.

Tyčové předpínací systémy

Základním prvkem přenášejícím sílu je hladká nebo závitová tyč vyrobená z oceli s mezí pevnosti cca 1 000 MPa. Kotvení je realizováno pomocí matice přes podložku různých tvarů, která zajišťuje roznos předpínací síly do podkotevní oblasti v betonu. Podle účelu jsou používány různé typy kotev a spojek. Jedna předpínací tyč je schopna podle svého průřezu přenést sílu 400 až 1 000 kN.

Tyčový systém lze aplikovat buď se soudržností s okolní konstrukcí, které je docíleno injektáží kanálku po napnutí cementovou maltou, nebo bez soudržnosti, kdy je protikorozní ochrana tyče zajištěna speciálním tukem či voskem a předpínací výztuž lze dopínat či vyměnit.

Tyto systémy nacházejí uplatnění buď jako provizorní (montážní) předpětí např. u segmentových technologií, nebo jako trvalé předpětí či sepnutí v nosné konstrukci i spodní stavbě. Často se používají jako svislá předpětí pro zachycení hlavních tahů v extrémně namáhaných průřezech či pro přenesení příčných sil v hlavách pilířů a podobně.

Legislativní předpoklady pro používání předpínacích systémů v členských státech EU

Dodatečné předpínání betonových konstrukcí jako jeden z nejdůležitějších stavebních konstrukčních prvků, který rozhodující měrou ovlivňuje kvalitu, trvanlivost, stabilitu a bezpečnost stavebního díla, je v rámci Evropské unie upravováno celou řadou předpisů.

Základním dokumentem je Směrnice Rady Evropy 89/106/EHS O sbližování právních a správních předpisů členských států týkajících se stavebních výrobků. Tato směrnice obecně vymezuje podmínky pro uvedení stavebních výrobků na trh EU. Při prokazování shody výrobku v rámci jeho uvedení na trh EU musí výrobce postupovat podle harmonizované technické specifikace (harmonizované EN, ETAG, popřípadě CUAP). V případě předpínacích systémů, pro které harmonizovaná EN neexistuje, je základní technickou specifikací ETAG 013 (European Technical Approval Guideline). Jde o řídicí pokyn pro zpracování Evropského technického osvědčení, vypracovaný a vydaný Evropskou organizací pro technická schválení EOTA.

Na základě tohoto pokynu žádá výrobce o vydání Evropského technického osvědčení (ETA), které je pozitivním technickým hodnocením vhodnosti výrobku k určenému použití. Samotné ETA není však dokumentem ověřujícím vlastnosti daného výrobku, ale pouze předpisem na úrovni požadavkové normy. Teprve po splnění všech požadavků na prokázání shody v systému 1+ dle směrnice 89/106 EHS (tj. počáteční zkouška typu, ověření systému řízení výroby a provedení ověřovacích zkoušek notifikovanou osobou) může být vydáno ES prohlášení o shodě a na výrobek připojeno označení CE. V současné době je vydáno po celé Evropě 14 Evropských technických osvědčení (ETA) pro nejrůznější systémy dodatečného předpínání.

V souběhu s tímto systémem bylo možno do února 2005 prokazovat shodu předpínacího systému též podle národních předpisů každého státu. Leč i do současné doby je ve většině států EU paralelní prokazování shody dle národních technických specifikací tolerováno. To znamená, že na trhu existují vedle sebe systémy posouzené dvojím způsobem. Jedny označené značkou CE na základě ES prohlášení shody s ETA a jiné, na které vydává prohlášení o shodě výrobce na základě certifikátu výrobku vydaného dle národních technických specifikací. Zkoušení a posuzování systémů podle evropského systému (dle ETAG 013) je komplexnější a rozsáhlejší než podle národních předpisů.

Lanové předpínací systémy

Předpínací sílu v těchto systémech přenáší lano spletené ze sedmi drátů s průměrem 15,3 nebo 15,7 mm a s mezí pevnosti nad hranicí 1 750 MPa. Kotvení je realizováno pomocí dělených kuželovitých čelistí zapadajících do kuželových otvorů kotevních objímek.

V mostním stavitelství se pro podélné předpětí nejčastěji používají předpínací jednotky složené z 19 lan, ale běžné jsou již i jednotky s 22 lany, kde předpínací síla v jednom kabelu dosahuje více než 4 000 kN. Od dříve běžně používaných 12- a 13-lanových kabelů se dnes již upouští, a to kvůli jejich nižší efektivitě a nákladům na jednotku předpínací síly, které jsou o cca 10 až 15 % vyšší než u vícelanových jednotek. Pro používání jednotek s 19 a více lany hovoří i možnost snadněji vést kabelové kanálky, možnost umístit výztuž v jedné vrstvě a tím optimálně využít její excentricitu i snadnější bednění čel a výztuž podkotevní oblasti. Pro příčné předpětí mostovek či dodatečné předpínání nosníků se používají jednotky s menším počtem lan v závislosti na potřebné síle.

Samostatným typem předpínací výztuže používané v mostech je externí předpínací výztuž, tzv. volné kabely, které procházejí volně mimo průřez konstrukce. Kabely jsou s nosnou konstrukcí spojeny v tzv. deviátorech, ve kterých mění svůj směr a vnášejí tím do konstrukce deviační síly působící proti zatížení. Využívají se často i při rekonstrukcích a zesilování mostů. Konstrukci volného kabelu zpravidla tvoří několik lan s několikanásobnou protikorozní ochranou vytvořenou tukem a obalem z HDPE. Celý svazek je umístěn v rouře z HDPE a bývá ještě zainjektován cementovou maltou. Volnou předpínací výztuž možno dopínat a měnit.


Pohled na vahadlo	Kotvení kabelů spojitosti

Mostní závěsy

Mostní závěsy jsou samostatnou disciplínou v oblasti využití předpínacích technologií v mostním stavitelství. Tato technologie umožňuje navrhovat mosty s poměrně velkým rozpětím polí a zajímavým architektonickým ztvárněním. Mostní závěsy jsou zpravidla tvořeny svazkem předpínacích lan s trojnásobnou protikorozní ochranou (pozinkování, výplň tukem nebo voskem a obal z HDPE), který je uložen v obalové trubce. plnící estetickou, protikorozní i statickou funkci. Svazek může obsahovat 6 lan u malých lávek pro pěší nebo i přes 100 lan u velkých dálničních mostů. Konstrukce závěsu musí přenášet nejen zatížení od vlastní tíhy a pohyblivého zatížení mostovky, ale pomocí elastomerových ložisek i dynamické zatížení působící kolmo k ose závěsu, vyvolané např. větrem.

V poslední době byla ve světě vybudována celá řada zavěšených mostů; z nejznámějších lze uvést most v Dubrovníku nebo most Ziegelgrabenbücke (Strelasund) nedaleko Rostocku v SRN. Na našem území je z poslední doby znám zavěšený Mariánský most v Ústí nad Labem, Most přes Labe u Nymburka nebo most na D47 přes Odru, na Slovensku pak Most Apollo přes Dunaj v Bratislavě.

Ing. Miloš Šimler
Foto: archiv autora

Autor je absolventem Fakulty stavební ČVUT Praha, obor konstrukce a dopravní stavby se specializací na betonové mosty. Je autorizovaným inženýrem v oboru mosty a inženýrské konstrukce.
Od roku 2003 pracuje ve společnosti SM 7, a. s., jako technický náměstek.