Zatížení mostů větrem
8 Zatížení mostů větrem 8.1 Všeobecně Tento Eurokód je určen pro mosty s konstantní šířkou a s průřezy podle obr. 8.1, tvořenými jednou hlavní nosnou konstrukcí o jednom nebo více polích. Stanovení zatížení větrem pro ostatní typy mostů podle {NA} vyžaduje individuální odborné posouzení. Zatížení mostů větrem způsobuje síly ve směrech x, y a z, vyznačených na obr. 8.2. Síly ve vodorovných směrech x a y obvykle nepůsobí současně. Síly ve směru z mohou být způsobeny větrem vanoucím v širokém pásmu směrů; jestliže jsou nepříznivé a významné, mají se vzít v úvahu jako síly, působící současně se silami ve vodorovném směru. Na obr. 8.2 jsou definovány také symboly L, b a d v pořadí pro délku, šířku a výšku hlavní nosné konstrukce. Pokud se odkazuje na kap. 5 až kap. 7, musí být významy značek pro b a d odpovídajícím způsobem upraveny. b
otevřený nebo uzavřený
b
b
b
b
b
b
b
b
b b
příhradový nebo plnostěnný nosník
b
Obr. 8.1 Průřezy obvyklých hlavních nosných konstrukcí mostů
78
b
b
Zatížení mostů větrem b vítr
L z d
y x
Obr. 8.2 Směry zatížení větrem na mostech Pokud se uvažuje současné působení zatížení větrem a zatížení od silniční dopravy (viz EN 1990, příloha A2, A2.2.1 a A2.2.2), má se kombinační hodnota 0 Fwk zatížení mostu a vo* = 23 m s-1. zidel větrem omezit na hodnotu Fw* , která se podle {NA} určí pro rychlost vb,0 Pokud se uvažuje současné působení zatížení větrem a zatížení od železniční dopravy (viz EN 1990, příloha A2, A2.2.1 a A2.2.4), má se kombinační hodnota 0 Fwk zatížení mostu ** = 25 m s-1. a vlaků větrem omezit na hodnotu Fw** , která se podle {NA} určí pro rychlost vb,0
8.2 Výběr postupu výpočtu odezvy Nutnost dynamického výpočtu odezvy mostu se podle {NA} má konzultovat se specialisty. Z poznámek dále vyplývá, že dynamický výpočet odezvy obecně není nutný ke stanovení ekvivalentního statického zatížení větrem pro obvyklé hlavní nosné konstrukce mostů pozemních komunikací a železničních mostů s rozpětím menším než 40 m. Pro účely této normy patří mezi obvyklé hlavní nosné konstrukce mosty postavené z oceli, betonu, hliníku nebo dřeva, včetně kombinovaných konstrukcí, a tvary jejich průřezů jsou schematicky uvedeny na obr. 8.1. Jestliže není nutný dynamický výpočet odezvy, je cscd = 1,0.
8.3 Součinitele sil Součinitele sil pro zábradlí a portály na mostech se mají stanovit podle kap. 7.4.
8.3.1 Součinitele sil ve směru x – obecná metoda Eurokód definuje součinitele sil cf,x = cfx,0 pro zatížení větrem na nosnou konstrukci mostu ve směru x, kde cfx,0 je součinitel síly bez vlivu proudění kolem volných konců. Podle informací v poznámkách lze pro běžné mosty použít cfx,0 = 1,3, nebo se součinitel síly určí z grafu na obr. 8.3. Stanovení cfx,0 z grafu je vhodnější v případě, že b/dtot < 5. Pro b/dtot > 4 jsou v grafu uvedeny hodnoty součinitele síly pro dva případy: a) v etapě výstavby, prodyšná zábradlí (více než 50 % otvorů) a svodidla se svodnicí; b) s neprodyšnými zábradlími, protihlukovými stěnami, plnými svodidly nebo dopravou. 79
Zatížení mostů větrem Pokud úhel sklonu větru přesahuje 10° např. v důsledku sklonu terénu v návětrném směru, lze odvodit součinitel čelního odporu specializovanou studií. typ mostu
a)
d tot
d tot
b
b)
d tot b
b
d tot
d tot b
d tot b
b
c fx,0
d tot
2,5
příhradové nosníky odděleně
2
1,5 1,3
a) v etapě výstavby nebo prodyšné zábradlí (více jak 50% otvorů)
1,0
1
b) se zabradlími, protihlukovými stěnami nebo dopravou
0,5
0 0
2
4
6
Obr. 8.3 Součinitel síly pro mosty cfx,0
80
8
10
12
b /d tot
Zatížení mostů větrem Pokud jsou na stejné úrovni dvě obecně podobné nosné konstrukce mostu a jsou příčně odděleny mezerou nepřevyšující významně 1 m (např. dálniční mosty), sílu větru na návětrnou konstrukci lze počítat tak, jako by to byla jedna konstrukce. V ostatních případech musí být věnována zvláštní pozornost vzájemnému působení větru a konstrukce. Tam, kde je návětrná čelní plocha odkloněná od svislice (viz obr. 8.4), lze podle {NA} zmenšit součinitel čelního odporu cfx,0 o 0,5 % na stupeň sklonu 1 od svislice. Maximální zmenšení je 30 %. Toto snížení nelze použít pro síly větru Fw, definované v kap. 8.3.2.
Obr. 8.4 Most se šikmou návětrnou plochou Tam, kde je nosná konstrukce mostu skloněná příčně, má se podle čl. (3) součinitel síly cfx,0 zvýšit o 3 % na stupeň sklonu, ale ne více než o 25 %. Referenční plochy Aref,x pro kombinace zatížení bez zatížení dopravou mají vycházet z relevantní hodnoty dtot, definované na obr. 8.5 a v tab. 8.1 takto [2, Opr. 2]: a) pro nosné konstrukce s plnostěnnými nosníky jako součet: 1. čelní plochy předního hlavního nosníku; 2. čelní plochy těch částí průmětů ostatních hlavních nosníků, vyčnívajících pod prvním nosníkem; 3. čelní plochy části jedné římsy nebo chodníku nebo koleje se štěrkovým ložem, převyšující čelo hlavního nosníku; 4. čelní plochy neprodyšných svodidel nebo protihlukových stěn nad plochou popsanou v 3); při absenci takových zařízení, 0,3 m pro každé prodyšné svodidlo nebo stěnu.
300 mm prodyšné zábradlí
svodidlo se svodnicí
neprodyšné zábradlí, protihluková stěna nebo plné svodidlo
d1
d
Obr. 8.5 Výšky použité pro Aref,x
81
Zatížení mostů větrem b) pro nosné konstrukce s příhradovými nosníky jako součet: 1. čelní plochy jedné římsy nebo chodníku nebo koleje se štěrkovým ložem; 2. neprodyšné části všech hlavních příhradových nosníků, jejichž průměty do svislé roviny jsou nad nebo pod plochou popsanou v 1); 3. čelní plochy neprodyšných svodidel nebo protihlukových bariér nad plochou popsanou v 1), nebo při absenci takových zařízení, 0,3 m pro každé prodyšné zábradlí nebo stěnu. Celková referenční plocha nemá přesahovat plochu získanou uvážením ekvivalentního trámového nosníku stejné celkové výšky, zahrnujícího průměty všech částí. c) pro nosné konstrukce s několika hlavními nosníky v průběhu výstavby před položením desky mostovky jako čelní plochy dvou hlavních nosníků. Referenční plochy Aref,x pro kombinace zatížení větrem se zatížením dopravou jsou podle stejné jako plochy pro kombinace zatížení bez zatížení dopravou s následujícími úpravami. Místo ploch popsaných výše v položkách a3), a4) a b3) mají být uváženy dále uvedené plochy, pokud jsou větší: a) pro mosty pozemních komunikací výška 2 m od úrovně vozovky na nejméně příznivé délce, nezávisle na umístění svislých zatížení od dopravy; b) pro železniční mosty výška 4 m od temene kolejnic na celé délce mostu. Referenční výška ze je vzdálenost od nejnižší úrovně terénu ke středu hlavní nosné konstrukce mostu bez ohledu na ostatní části referenčních ploch (např. zábradlí).
Tab. 8.1 Výšky dtot použité pro Aref,x (viz také [2, Opr. 2]) Silniční záchytný systém Prodyšné zábradlí nebo svodidlo se svodnicí Neprodyšné zábradlí nebo plné svodidlo Prodyšné zábradlí a svodidlo se svodnicí
Na jedné straně
Na obou stranách
d + 0,3 m d + d1 d + 0,6 m
d + 0,6 m d + 2d1 d + 1,2 m
Účinky tlaku větru od projíždějících vozidel nejsou náplní této normy (viz [5]).
8.3.2 Síly ve směru x – zjednodušená metoda Pokud není nutný dynamický výpočet odezvy, lze sílu větru ve směru x stanovit z výrazu: Fw
1 vb2 C Aref,x 2
je kde vb C = cecf,x ce cf,x Aref,x
82
základní rychlost větru; součinitel zatížení větrem z tab. 8.2; součinitel expozice; součinitel síly; referenční plocha; hustota vzduchu.
(8.1)
Zatížení mostů větrem Tab. 8.2 Doporučené hodnoty součinitele zatížení větrem C pro mosty b/dtot
ze 20 m
ze = 50 m
0,5 4,0
6,7 3,6
8,3 4,5
Tato tabulka byla zpracována pro kategorie terénu II, součinitel síly cf,x podle kap. 8.3.1, součinitel orografie co = 1,0 a součinitel intenzity turbulence kI = 1,0. Pro mezilehlé hodnoty b/dtot a ze lze použít lineární interpolaci.
8.3.3 Síly od větru na nosnou konstrukci mostu ve směru z Součinitele sil cf,z pro zatížení větrem nosné konstrukce mostu ve směru z jsou definovány jak pro směr nahoru, tak dolů. Podle {NA} se mohou použít maximální doporučené hodnoty cf,z = 0,9. Souhrnně vyjadřují vliv příčného sklonu mostovky, sklonu terénu a fluktuací směru větru vzhledem k nosné konstrukci mostu v důsledku turbulence. Součinitele sil se nemají používat pro výpočet kmitání nosné konstrukce ve svislém směru. Alternativně lze určit přesnější hodnoty cf,z z obr. 8.6. Při jejich použití: lze výšku dtot omezit na výšku nosné konstrukce mostu nezávisle na dopravě a zařízení mostu; lze pro plochý, vodorovný terén v důsledku turbulence použít úhel větru s horizontálou = 5°. Jestliže je hlavní nosná konstrukce mostu nejméně 30 m nad zemí, platí tyto hodnoty i pro kopcovitý terén. Poznámka: Tato síla má významné účinky pouze tehdy, jestliže je stejného řádu jako stálé zatížení (zatížení vlastní tíhou).
Referenční plocha Aref,z je rovna průmětu plochy (viz obr. 8.2):
Aref,z = b L
(8.2)
Referenční výška ze je vzdálenost od nejnižší úrovně terénu ke středu hlavní nosné konstrukce mostu bez ohledu na ostatní části referenčních ploch (např. zábradlí). Pokud není uvedeno jinak, lze excentricitu síly ve směru x vzít jako e = b/4. Referenční plocha Aref,z je rovna průmětu plochy (viz obr. 8.2):
Aref,z = b L
(8.2)
Referenční výška ze je vzdálenost od nejnižší úrovně terénu ke středu hlavní nosné konstrukce mostu bez ohledu na ostatní části referenčních ploch (např. zábradlí). Pokud není uvedeno jinak, lze excentricitu síly ve směru x vzít jako e = b/4.
83
Zatížení mostů větrem
e
A ref,z= b ⋅ L β θ
d tot
α
b
θ =α+β
1
α je úhel větru od vodorovné β je příčný sklon
0,9
c f,z
10°
0,8
6°
0,6 0,4 0°
0,2
0,15
b /d tot
0 0 -0,2
01
4
8
12
16
20
0°
-0,4 -0,6 -6°
-0,8 -0,9
-10°
-1
Obr. 8.6 Součinitel síly cf,z pro mosty s příčným náklonem a při šikmo nabíhajícím větru
8.3.4 Síly od větru na hlavní nosnou konstrukci mostu ve směru y Pokud je to nutné, mají se uvažovat podélné síly od větru ve směru y. Podle {NA} lze použít doporučené hodnoty sil: 25 % sil od větru ve směru x pro plnostěnné mosty; 50 % sil od větru ve směru x pro příhradové nosníky.
84
Zatížení mostů větrem
8.4 Pilíře mostu 8.4.1 Směry větru a návrhové situace Zatížení větrem hlavní nosné konstrukce mostu a jejich podpěr se má počítat pro nejméně příznivý směr větru pro celou konstrukci a pro uvažované účinky. Oddělený výpočet zatížení větrem se má provést pro dočasné návrhové situace v průběhu fází výstavby, kdy není možný žádný přenos nebo přerozdělení zatížení větrem ve vodorovném směru na hlavní nosnou konstrukci mostu. Jestliže v průběhu těchto fází může pilíř podpírat konzolovitou část hlavní nosné konstrukce nebo lešení, má se uvažovat možná asymetrie zatížení větrem takových prvků. Dočasné návrhové situace při provádění jsou obvykle více kritické pro pilíře a některé typy nosných konstrukcí mostu, vystavené zvláštním metodám provádění, než trvalé návrhové situace. Charakteristické hodnoty pro dočasné návrhové situace jsou podle {NA} uvedeny v EN 1991-1-6 [4]. Pro lešení viz kap. 7.11.
8.4.2 Účinky větru na pilíře Účinky větru na pilíře se mají počítat použitím obecného postupu, definovaného v této normě. Pro celkové zatížení se mají použít ustanovení v kap. 7.6, kap. 7.8 nebo kap. 7.9.2. Podle {NA} se asymetrické zatížení uváží tak, že se úplně zanedbá návrhové zatížení větrem na těch částech, kde by se účinky tohoto zatížení uplatnily příznivě.
85
