23. česká a slovenská medzinárodná konferencia
Oceľové konštrukcie a mosty 2012 Podbanské, Slovensko, 26. ‐ 28. september
Kategória: Mosty, veže, stožiare Priemyselné a technologické konštrukcie Občianske a športové stavby Stavba – konštrukcia: Názov: Povodně MSK 2010 – silnice I/59 – most ev. č. 59‐008 přes řeku Olši v Karviné Lokalita: Karviná, Moravskoslezský kraj, Česká Republika Dátum dokončenia stavby: 11/2011 Údaje o spracovateľoch:
Projektant: Výrobca OK: Montážna firma: Generálny dodávateľ: Investor:
Dopravoprojekt Ostrava spol. s r.o., fa. Ing. Antonín Pechal, CSc., Projektové a inženýrské služby, Brno FIRESTA – Fišer, rekonstrukce, stavby a.s. a Bögl a Krýsl, k.s. Bögl a Krýsl, k.s. FIRESTA – Fišer, rekonstrukce, stavby a.s. Ředitelství silnic a dálnic ČR, správa Ostrava
Prihlášku podáva: Meno, priezvisko, titul: Adresa: Telefón: E‐mail:
Antonín Pechal CSc., Ing., Vojtěch Konečný, Ing. Lidická 42, 602 00 Brno +420 545 213 466
[email protected]
Rozsah dokumentácie: Stručná charakteristika Koncepčné a konštrukčné riešenie Výpočet Technológia výroby Montáž Spotreba ocele Prílohy (grafická časť, resp. fotodokumentácia) Uzávierka prihlášok je 31.7.2012. Vyplnený formulár prihlášky spolu s prílohami (vo formáte *.pdf, *.jpg) posielajte elektronicky na adresu konferencie
[email protected].
OCELOVÝ OBLOUKOVÝ MOST U KARVINÉ PŘES ŘEKU OLŠI V květnu roku 2010, po dlouhých a vydatných deštích, zasáhly severní Moravu a Slezsko rozsáhlé povodně, přehrady v povodí řek Odra (Šance, Morávka, Olešná, Žermanice, Těrlicko a Kružberk) a Morava (Bystřička, Bojkovice, Ludkovice, Opatovice a Výrovice) byly plné, voda tekla přes bezpečnostní přelivy a situace na některých místech začala nápadně připomínat katastrofální povodně z července roku 1997. V rámci České republiky bylo nejvíce postiženou oblasti Karvinsko a FrýdeckoMístecko, kde bylo zdevastováno mnoho staveb v okolí řek a několik mostních konstrukcí. Mezi takto zasažené konstrukce patřil i původní železobetonový trámový most přes řeku Olši, na silnici I/59 spojující města Karvinou a Ostravu, postavený v roce 1961. Tehdy byl tento most vybudován jako čtyřpolový se středním pilířem umístěným přímo v řečišti Olše. Při povodních zde řeka dosahovala více než stoletého průtoku, došlo k částečnému zaplavení mostu a pro podezření z porušení stability středního pilíře a nebezpečí havárie, byl most na jeden den dokonce zcela uzavřen. Jelikož se jedná o páteřní komunikaci a prakticky jediné spojení mezi Karvinou a moravskoslezskou metropolí byl po prohlídce statikem most následně provizorně otevřen v zúženém polovičním profilu. Po vypracování posudků a zjištění rozšíření trhliny na středním pilíři, v důsledku jeho podemletí, bylo rozhodnuto o demolici celého mostu a nahrazení novým, který by bezpečně odolal případné další povodni. Zásadním rozdílem v koncepci nového mostu byl požadavek na překonání toku řeky pomocí jednoho pole a odstranění původního středního pilíře, nevhodně umístěného přímo v řečišti. Tyto podmínky splňoval návrh trámového ocelového mostu s dolní spřaženou ocelobetonovou mostovkou, s hlavními nosníky v nejdelším poli vyztuženými ocelovými oblouky.
1. KONCEPČNÍ A KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ Most převádí čtyřpruhovou směrově nerozdělenou komunikaci I/59 přes řeku Olši a přilehlá inundační území na okraji města Karviné. Prostřední (nejdelší) pole mostu je přes koryto řeky Olše, krajní pole jsou přes inundační území. Hladina Q100 je v nejnižším místě nosné konstrukce 1,8 m pod navrženou niveletou, což vedlo k návrhu mostu s dolní mostovkou. Silnice I/59 je na mostě navržena jako čtyřpruhová, směrově nerozdělená, se světlou šířkou mezi svodidly 15,5 m. Na mostě silnice probíhá ve směrovém složeném kružnicovém oblouku o poloměrech 20000 m a 1300 m. Příčný sklon je střechovitý 2,5%. Podélný sklon nivelety je 0,8 % a stoupá ve směru staničení (na Karvinou). Kvůli tvaru nosné konstrukce a statickému působení je most navržen přímý a římsy za svodidly mají kvůli komunikaci v oblouku proměnné šířky. Půdorysné vzepětí, o které bylo takto nutné rozšířit most, činí cca 450 mm. Most rovněž převádí chodníky pro pěší na obou stranách silnice, šířky 1,5 m na levé straně a 2,5 m na pravé straně.
Nosná konstrukce je navržena jako spojitá třípolová s dolní mostovkou, která je spřažená ocelobetonová. ŽB deska mostovky spolupůsobí s ocelovými příčníky, které přenáší zatížení do hlavních nosníků. Příčníky jsou kolmé, jejich rozpětí (vzdálenost hlavních nosníků) je 18,16 m. Vozovka je uvnitř mezi hlavními nosníky, chodníky jsou vně hlavních nosníků, vynesené na ocelových konzolách. Hlavní nosníky jsou tvořeny ocelovými trámy I-profilu, v nejdelším poli vyztuženy ocelovými oblouky. Na obloucích jsou trámy zavěšeny prostřednictvím táhel. S ohledem na šikmost mostu a velké vzdálenosti oblouků nejsou tyto oblouky spojeny žádným ztužením, jde o tzv. volné oblouky. Použitím volných oblouků bez zavětrování v kombinaci se štíhlými táhly vznikla konstrukce, která vyniká vzdušností a čistými nenásilnými tvary, které mají své opodstatnění jak statické tak estetické. Konstrukční návrh obloukového mostu s dolní mostovkou při dané šikmosti a pro 4 jízdní pruhy je v rámci ČR první svého druhu. Základním nosným prvkem je dvojice plnostěnných svařovaných trámů tvaru I o výšce 2200 mm a šířce pásnic 800 mm. Osová vzdálenost hlavních nosníků je již zmíněných 18,16 m a teoretické rozpětí hl. nosníků je 24,255 + 67,375 + 26,950 = =118,580 m. Trámy jsou ve středním nejdelším poli vyztuženy ocelovými parabolickými oblouky (parabola 2°) o vzepětí 10 000 mm - jedná se tedy o tzv. Langerův trám. Oblouky jsou navrženy s výškovým náběhem jako svařované a uzavřené, výška průřezu oblouku je 670 - 930 mm, šířka je pak konstantní 1000 mm. Trám a oblouk jsou vzájemně propojeny šesti svislými táhly Macalloy M90 - plného profilu průměru 87 mm. V místě příčníků je stěna trámu vyztužena příčnými výztuhami z plechu tloušťky 15 mm. Příčníky jsou k hlavním nosníkům připojeny pomocí svařovaného styku. Montážní styky trámu i oblouku jsou rovněž svařované. Pro nosnou konstrukci mostu je použit materiál S355J2+N. Pro zbylé nenosné části mostu je použit materiál S235JR a pro táhla je použit materiál S460N. Ocelová konstrukce mostu je uložena na podporách prostřednictvím deseti hrncových ložisek. Na každé opěře jsou 3 ložiska (vždy pod hl. nosníky a uprostřed pod opěrovým příčníkem), na pilířích je pak konstrukce uložena pod hlavními nosníky, tzn. že jsou dvě ložiska na každém pilíři. U ložisek musela být vzhledem k charakteru území, kde dochází k poměrně výrazným projevům důlní činnosti, zohledněna možnost nerovnoměrného sedání opěr a pilířů. Vliv vodorovného přetvoření je eliminován návrhem mostních závěrů a ložisek s dostatečnou schopností dilatace. Dle vyjádření zástupce společnosti OKD dojde k projevům důlní činnosti zejména na levé straně řeky, tj. na straně Ostravské. Do roku 2015 až 2018 se předpokládá, že v místě mostu proběhne 50% celkových deformací od poddolování. Nosná konstrukce je navržena tak, že jednu třetinu z 50-ti procent celkových poklesů konstrukce bezpečně přenese. Ložiska jsou navržena tak, aby zbylé dvě třetiny z 50% celkových poklesů byly vyrovnány odebráním nadložiskových rektifikačních desek – ty byly vloženy nad pilíře 2 a 3. Po roce 2018 se provede aktualizace poklesů a na jejich základě se upraví četnost sledování mostu. Pokud by došlo po roce 2018 k dalším poklesům vlivem poddolování, muselo by dojít i k rektifikaci ložisek na opěrách, což by si vyžádalo i vybourání a opravu mostních závěrů a závěrných zídek. Pro most byl vypracován podrobný plán prohlídek a opatření s ohledem na vlivy poddolování. Dilatační pohyb ložisek byl zvětšen tak, aby ložiska nemusela být přednastavována v podélném ani příčném směru, zároveň byla u ložisek zvětšena rotační kapacita s ohledem na dále popisovanou montáž.
Zvedání mostu při výměně ložisek je předpokládáno v místě opěr pod opěrovým příčníkem a v místě pilířů vždy před a za ložiskem pod hlavním nosníkem, který byl za tímto účelem rovněž vyztužen. Výrobní nadvýšení trámu a oblouku bylo realizováno plynule. Vzhledem k značné šířce mostu a absenci ztužení oblouků, bylo při výpočtech zjištěno, že vlivem montáže a betonáže dojde k sevření oblouků směrem k ose mostu o cca 80 mm. Z tohoto důvodu byly trámy a oblouky kromě tradičního svislého výrobního nadvýšení ještě výrobně vodorovně vykloněny směrem od osy mostu a to o uvedenou hodnotu 80 mm ve vrcholu oblouku. Toto řešení s sebou přineslo některé geometrické komplikace a zejména požadavek na zvýšenou rotační kapacitu ložisek na pilířích, která byla aktivována ještě před betonáží desky mostovky. Během realizace mostu vznikl požadavek firmy Dalkia na osazení dvou horkovodů vnějšího průměru 1,0 m na mostní konstrukci pod chodníkové konzoly. Za tímto účelem muselo dojít k úpravám konstrukce (zesílení a zvednutí chodník. konzol) tak, aby tento pro mostaře nepopulární požadavek mohl být splněn.
2. VÝPOČET Pro výpočet byl vytvořen prostorový model. Ocelové části byly modelovány 1D prvky, železobetonové mostovkové desky byla modelovány jako 2D prvek. Spřažené příčníky byly modelovány jako žebra. Fáze výstavby (montáž, betonáž) byly v modelu zohledněny zadáním absencí 2D prvků pro jednotlivé fáze. Rozhodující detaily ocelové konstrukce byly modelovány samostatně pomocí 2D prvků. Šlo především o přípoje táhel a s tím spojené konstrukční detaily. Zvláštní pozornost byla dále věnována posudkům rozhodujících detailů na únavu. Stabilita oblouků byla posuzována rovněž teorií II. řádu při vnesení excentricit dle ČSN EN 1993-2. Součástí realizační dokumentace bylo rovněž posouzení jednotlivých fází montáže především s ohledem na pojezd jeřábu HM320P. Výpočet vnitřních sil a deformací konstrukce byl proveden na PC ve výpočtovém programu IDA- NEXIS (MKP) – ver. 3.80.185. Nosná konstrukce byla kompletně posouzena v souladu s planou soustavou Eurokódů. Provedená zatěžovací zkouška o celkem třech zatěžovacích stavech prokázala velmi dobrou shodu zvolených modelů s reálným chováním nosné konstrukce.
3. TECHNOLOGIE VÝROBY Most byl zařazen do výrobní skupiny „Aa“ - dynamicky namáhaná mostní konstrukce s požadavkem dílenského sestavení. Konstrukce byla navržena jako celosvařovaná s výjimkou montážního ztužení, jež bylo k nosné konstrukci připevněno šroubovými přípoji a po montáži konstrukce a betonáži mostovky bylo demontováno. Vhledem k rozměrům nosné konstrukce a možnostem výroby a přepravy, byl most rozdělen na jednotlivé montážní dílce. Trámy byly rozděleny na 2×7 dílců o velikosti 16,2 – 22,2 metrů a hmotnosti od 13,5 t do 26,9 t; oblouky byly rozděleny na 2×3 dílce o velikosti 20,1 – 21,9 metrů a hmotnosti od
20,5 t do 21 t. Dále bylo vyrobeno 48 kusů jednotlivých příčníků a 92 chodníkových konzol. Výrobu nosné OK zajišťovaly firmy Firesta, a.s. (trámy) a Bögl a Krýsl, k.s. (příčníky, oblouky, chodníkové konzoly) ve svých mostárnách. Dílce byly na stavbu přepraveny nákladní kamionovou soupravou pro nadměrné náklady.
4. MONTÁŽ Montáž pak prováděla firma Bögl a Krýsl, k.s., která měla k dispozici portálový jeřáb HM302P, pro nějž byl přizpůsoben postup montáže konstrukce. Ta probíhala tak, že nosná ocelová konstrukce byla postupně montována v mostním otvoru pomocí mobilního jeřábu a pomocí portálového jeřábu HM320P, který pojížděl po příčnících, na nichž byla osazena jeřábová dráha. Příčníky byly v místě osazení jeřábové dráhy ztuženy podélným ztužidlem vytvořeným z křížů z profilu L100/100/10, zároveň byla na horní pásnici příčníků byla přerušena spřahovací lišta, aby nebránila osazení dráhy. Levý i pravý trám hlavního nosníku byl rozdělen na sedm montážních dílců, oblouk na 3 montážní dílce, největší montážní dílec (vzniklý spojením dvou dílců na předmontáži) měl délku 34,5 m a hmotnost do 54 tun (trám nad pilířem 3). Stávající střední pilíř mostu v korytě řeky Olše byl během montáže ponechán a využit jako montážní podpora. Spřažená betonová deska byla betonována bez využití montážních podpor v jednom taktu, po betonáži byla podlita a aktivována také ložiska na opěrách a bylo demontováno montážní ztužení mezi příčníky. Most byl dokončen a uveden do provozu v listopadu r. 2011.
5. SPOTŘEBA OCELI Celkem bylo na konstrukci mostu použito 657 tun oceli S355J2+N a 40,5 tun oceli S235JR. Hmotnost táhel Macalloy z materiálu S460N je 5,53 tun. Parametrická spotřeba oceli na plochu mostu je 250 kg/m2, což je vzhledem k typu mostu a rozpětí polí poměrně příznivá hodnota.
Titul, jméno, příjmení autorů: Ing. Antonín Pechal, CSc., Ing. Vojtěch Konečný, Ing. Lukáš Křižan, Ing. Aleš Kozelka Adresa firmy – pracoviště: PIS – Ing. Antonín Pechal, CSc., Lidická 42, 602 00 Brno Telefon: 545 213 466 E-mail:
[email protected] WWW: www.pechal.cz
