VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ
Doc. Ing. MARCELA KARMAZÍNOVÁ, CSc.
KOVOVÉ MOSTY I MODUL M02 MATERIÁL KOVOVÝCH MOSTŮ, STABILITA POLOHY, MOSTNÍ SVRŠEK A MOSTOVKA ŽELEZNIČNÍCH MOSTŮ, PLNOSTĚNNÉ TRÁMOVÉ MOSTY
STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA
© Doc. Ing. Marcela Karmazínová, CSc., 2006
2
Obsah
OBSAH 1.
2.
3.
ÚVOD .........................................................................................................5 1.1
Cíle ......................................................................................................5
1.2
Požadované znalosti ............................................................................5
1.3
Doba potřebná ke studiu......................................................................5
1.4
Klíčová slova.......................................................................................5
Materiál kovových mostů............................................................................6 2.1
Hlediska pro výběr oceli .....................................................................6
2.2
Oceli obvyklých pevností....................................................................6
2.3
Oceli vysokých pevností .....................................................................7
Bezpečnost mostních konstrukcí.................................................................8 3.1
4.
5.
Mostní svršek a mostovka .........................................................................11 4.1
Svršek mostů pozemních komunikací...............................................11
4.2
Mostovka mostů pozemních komunikací..........................................11
4.3
Mostovka mostů drážních komunikací (žel.) ....................................14
Plnostěnné trámové mosty ........................................................................28 5.1
6.
Stabilita polohy ...................................................................................8
Mosty trámové – obecné poznámky..................................................28
5.1.1
Základní typy, výhody a nevýhody trámových mostů ..............28
5.1.2
Základní parametry trámových mostů.......................................29
5.2
Typy plnostěnných trámových mostů ...............................................30
5.3
Předběžný návrh a konstrukční zásady .............................................34
5.4
Výpočet plnostěnných hlavních nosníků...........................................35
5.5
Prostorové působení mostní konstrukce............................................36
5.6
Nosníkové rošty a ortotropní desky ..................................................42
5.7
Komorové mosty ...............................................................................47
Základní zásady navrhování spřažených ocelobetonových mostů............57 6.1 Uplatnění spřažených ocelobetonových konstrukcí v mostním stavitelství......................................................................................................57 6.2
7.
Závěr..........................................................................................................63 7.1
8.
Typy spřažených mostních konstrukcí..............................................57 Shrnutí ...............................................................................................63
Studijní prameny .......................................................................................64 8.1
Použitá literatura ...............................................................................64
8.2
Doplňková studijní literatura.............................................................64 - 3 (64) -
8.3
Odkazy na další studijní zdroje a prameny....................................... 64
4
Úvod
1.
ÚVOD
1.1 Cíle Cílem tohoto modulu je seznámení s materiálem kovových mostů a možnostmi jeho použití, se základními zásadami bezpečnosti mostních konstrukcí a základními typy ocelových mostů z hlediska typu mostmího svršku, mostovky a hlavních nosníků. Modul je zaměřen na problematiku mostů železničních i silničních s mostovkami prvkovými a deskovými a dále na základní typy trámových mostů s plnostěnnými hlavními nosníky. Student by měl zvlásnout základní orientaci v problematice působení ocelových mostních konstrukcí obvyklých tradičních typů s prvkovou nebo deskovou mostovkou a plnostěnnými hlavními nosníky.
1.2 Požadované znalosti Ke zvládnutí a pochopení následujícího učiva jsou důležité znalosti zejména z prvků kovových konstrukcí a kovových konstrukcí obecně z hlediska jejich základních zásad navrhování a posuzování, dále jsou potřebné znalosti základů stavební mechaniky a dobrá orientace v základech pružnosti a pevnosti, rovněž základní informace ze stavební dynamiky a pochopitelně znalost matematiky obecně, která usnadní orientaci v některých výpočetních postupech; zcela jistě jsou vhodné poznatky o typických vlastnostech běžných stavebních materiálů, a to zejména oceli a (s ohledem na problematiku spřažených ocelobetonových mostních konstrukcí) betonu.
1.3 Doba potřebná ke studiu Je velmi individuální a závisí zejména na intenzívnosti studia a soustředěnosti čtenáře na obsah textu, který je náročnější na vnímání a pochopení jeho obsahu. Podle toho v obvyklých případech dosahuje doba studia ne méně než 8 hodin.
1.4 Klíčová slova Spolehlivost mostních konstrukcí, bezpečnost ocelových mostů, materiál kovových mostů, mostní svršek, mostovka, prvková mostovka, desková mostovka, norníkové rošty, ortotropní desky, trámové mosty, plnostěnné hlavní nosníky, komorové nosníky, spřažené ocelobetonové nosníky.
- 5 (64) -
2.
Materiál kovových mostů
V této studijní opoře se budeme zabývat kovovými mosty z oceli, přestože zejména v posledním období se uplatňují pro jejich výrobu i jiné kovy, a to hlavně slitiny hliníku. Na materiál mostů jsou kladeny přísnější požadavky než na konstrukce pozemního stavitelství, které jsou vyvolány zejména náročnějšími podmínkami, v nichž se mostní konstrukce nacházejí a též závažnějšími důsledky, které plynou z jejich případného poškození či dokonce zřícení.
2.1 Hlediska pro výběr oceli Při volbě oceli je třeba respektovat zejména následující hlediska: - druh a účel mostu – železniční most vyžaduje ocel s vyšší houževnatostí než např. lávka pro chodce - závažnost (důležitost) dané konstrukční části z hlediska její nosné funkce v rámci celé mostní konstrukce - rozpětí mostu nebo jeho konstrukční části - vlastnosti použité oceli s ohledem na její cenu zvyšující se v závislosti na zlepšujících se vlastnostech (zejména pevnosti a tvrdosti) - tloušťka materiálu - vlivy prostředí, např. nízké teploty v zimním období - požadavky na ekonomiku Z hlediska zabezpečení spolehlivosti mostu mají jednotlivé konstrukční části různou závažnost: - hlavní nosné části, jejichž porušení má za následek okamžité přerušení provozu (hlavní nosný systém – části mostovky, hlavní nosníky) - vedlejší nosné části, jejichž porušení vyžaduje neodkladnou opravu, nemá však za následek okamžité přerušení provozu (např. ztužidla, nejsou-li součástí hlavního nosného systému) - podružné části (zábradlí, svodidla, revizní lávky apod.)
2.2 Oceli obvyklých pevností K ocelím obvyklých pevností řadíme, u mostních konstrukcí zvláště, nejenom ocel pevnostní třídy S 235, ale též ocel pevnostní třídy S 355, které z hlediska meze kluzu a meze pevnosti patří dnes již k běžným materiálům. Vývalky z oceli S 355 jsou sice přibližně o 10 až 20 % dražší než z oceli S 235, ale hmotnost konstrukce se použitím oceli S 355 sníží asi o 15 až 20 %, a tedy cena konstrukce se prakticky nezmění, v některých případech se i při použití oceli S 355 sníží ve srovnání s ocelí S 235. Menší hmotnost konstrukce vede také ke snížení nákladů na spodní stavbu. Tyto důvody vedou v posledním období u ocelových mostů v oblasti ocelí obvyklých pevností téměř výhradně k použití oceli S 355 a v daleko menší míře oceli S 235, nepoužijí-li se ovšem oceli vyšších pevností.
6
2.3 Oceli vysokých pevností Použitím ocelí vyšších pevností se mohou významně zmenšit dimenze konstrukčních prvků, což vede ke snížení hmotnosti konstrukce někdy až o 50 %.
2.3.1 Konstrukční vlastnosti ocelí vysokých pevností Oceli vysokých pevností mají sice vysokou pevnost, mají však stejný modul pružnosti a rovněž únavová pevnost se nijak významně nemění ve srovnání s ocelemi obvyklých pevností. Naopak se snižuje tažnost a může se zhoršovat vrubová houževnatost, svařitelnost a také odolnost proti křehkému lomu. Vyšší pevnost lze tudíž využít hlavně u těch případů namáhání, kdy únosnost nezávisí na modulu pružnosti, tzn. zejména u tažených prutů. Vyšší pevnost oceli nelze zcela využít u tlačených prutů, u nichž se nepříznivě uplatňuje vliv vzpěru a též u ohýbaných prutů, u nichž se nepříznivě uplatňuje vliv klopení nosníku. V obou případech hodnota součinitele vzpěrnosti, eventuelně součinitele (vzpěrnosti při) klopení, klesá se vzrůstající štíhlostí rychleji než u ocelí obvyklých pevností; prut z oceli vysoké pevnosti může navíc být štíhlejší, čímž se dále součinitel vzpěrnosti snižuje. U tlačených a ohýbaných prutů se také nepříznivě uplatňuje vliv boulení tlačených stěn (průřezy 4 třídy, v některých případech i 3. třídy). Konstantní hodnota modulu pružnosti má navíc u ohýbaných nosníků za následek zvětšení průhybu, protože zmenšením dimenzí nosníku (z důvodu využití vyšší pevnosti) se také zmenší jeho tuhost. Kromě toho únavová pevnost vzrůstá pomaleji než mez kluzu, u detailů s většími vruby nevzrůstá prakticky vůbec.
2.3.2 Kombinace ocelí různých pevností Oceli různých pevností lze v nosných konstrukcích ocelových mostů kombinovat v zásadě třemi způsoby: -
různé konstrukční části jsou vyrobeny z ocelí různých pevností v závislosti na jejich namáhání a též s přihlédnutím k ekonomice konstrukce – např. hlavní nosníky z oceli vyšších pevností, méně namáhané prvky z ocelí obvyklých pevností;
-
ocel vyšší pevnosti se použije na některé více namáhané oblasti téže konstrukční části – např. spojitý hlavní nosník většího rozpětí lze v úsecích nad uprostřed polí a nad vnitřními podporami navrhnout z oceli vyšší pevnosti než v ostatních úsecích (viz např. obr. 2.1); u příhradových nosníků lze pevnostní třídu oceli přizpůsobit podle velikosti vnitřních sil a způsobu namáhání (tah, tlak) v jednotlivých prutech (viz např. obr. 2.2);
-
oceli různých pevností se kombinují v rámci jednoho průřezu – např. stojinu ohýbaného nosníku lze navrhnout z oceli S 235 a jeho pásnice z oceli S 355; v tom případě hovoříme o tzv. hybridním nosníku (příklad namáhání – napětí v průřezu viz obr. 2.3.
7
Obr. 2.1 Kombinace ocelí různých pevností u spojitého plnostěnného nosníku
Obr. 2.2 Kombinace ocelí různých pevností u spojitého příhradového nosníku
Obr. 2.3 Napětí v průřezu hybridního nosníku
3.
Bezpečnost mostních konstrukcí
3.1 Stabilita polohy 3.1.1 Bezpečnost konstrukce proti překlopení Vodorovné příčné síly mohou způsobit překlopení zvláště v případě úzkých konstrukcí, které jsou časté zejména u jednokolejných železničních mostů s horní mostovkou a u lávek pro chodce. Aby byla konstrukce bezpečná z hlediska překlopení, musí platit podmínka Mstab > Mkl ,
8
(3.1)
kde Mstab je moment stabilizující polohu konstrukce a Mkl je klopící moment. Podle obr. 3.1a) je stabilizující moment dán tíhou konstrukce G a případně pohyblivým zatížením P na ramenech r uvažovaných vodorovně k ose ložiska hlavního nosníku; klopící moment je důsledkem působení říčných vodorovných sil H na ramenech z uvažovaných k ploše ložiska, v níž dochází k pohybu, např. vahadla. Pro vystižení nejnepříznivějšího působení se stabilizující moment uvažuje minimální návrhovou hodnotou, zatímco klopící moment naopak maximální návrhovou hodnotou. Potom dostaneme podmínku ve tvaru γG,min · rG · G + γP,min · rP · P > γc Σ γH,max · z · H ,
(3.2)
kde γG,min, γP,min, γH,max jsou dílčí součinitele spolehlivosti zatížení, γc je součinitel kombinace zatížení.
a) posouzení stability b) zvětšení stability snížením úložné výšky Obr. 3.1 Stabilita konstrukce proti překlopení Při posouzení stability jsou významné zvláště tyto zatěžovací případy: - most není zatížen vozidly a působí na něj vítr maximální intenzity - most je zatížen prázdnými vozidly a působí na něj a na vozidla vítr, při němž se ještě udržuje železniční provoz; boční rázy a dynamické účinky se neuvažují, u mostů v oblouku se počítá s odstředivou silou - u mostovky uložené v příčném směru zčásti na konzolách se most zatíží na závětrné straně nejúčinnějším pohyblivým zatížením; počítá se i s tlakem větru a s odstředivou silou Není-li splněna podmínka (3.1), event. (3.2), je třeba bezpečnost konstrukce proti překlopení zvětšit. Toho lze dosáhnout různými způsoby: - zmenšením klopícího momentu např. snížením úložné výšky (viz obr. 3.1b) nebo zapuštěním mostovky - zvětšením stabilizujícího momentu např. zvětšením vzdálenosti hlavních nosníků (viz obr. 3.2a) nebo nakloněním stojin hlavních nosníků (viz obr. 3.2b), příp. vysunutím ložisek na krátké konzoly (viz obr. 3.2.c); stabilizující moment lze zvětšit také umělou zátěží (balastem) umístěnou na koncích konstrukce - podepřením konstrukce ve vodorovném směru nebo kotvením ložisek; oba tyto způsoby jsou však konstrukčně obtížnější a nákladnější
9
Obr. 3.2 Řešení zvětšující stabilizující moment
3.1.2 Bezpečnost konstrukce proti nadzdvižení z ložisek U konstrukce se spojitými hlavními nosníky, zejména s krátkými krajními poli, může při nepříznivém rozložení pohyblivého zatížení docházet k nadzvedávání nad krajními ložisky (viz obr. 3.3). Aby konstrukce byla bezpečná z hlediska nadzdvižení z ložisek, musí platit podmínka AG > δ AP ,
(3.3)
kde AG je reakce vyvozená tíhou konstrukce, δ AP je negativní reakce vyvozená pohyblivým zatížením. Pro vystižení nejnepříznivějšího působení se reakce vyvozená tíhou konstrukce uvažuje minimální návrhovou hodnotou, zatímco negativní reakce vyvozená pohyblivým zatížením naopak maximální návrhovou hodnotou. Potom dostaneme podmínku ve tvaru γG,min · AG > γP,max · δ · AP ,
(3.4)
kde δ je dynamický součinitel, γG,min, γP,max součinitele spolehlivosti zatížení.
Obr. 3.3 Nadzdvižení konstrukce nad krajními ložisky Nebezpečí nadzdvižení z ložisek vzniká častěji u mostů železničních, u nichž poměr pohyblivého zatížení ke stálému je nepříznivější než u mostů silničních. Není-li splněna podmínka (3.3), event. (3:4), je třeba bezpečnost konstrukce proti nadzdvižení z ložisek zvětšit. Toho lze dosáhnout různými způsoby: - úpravou poměru rozpětí polí, tzn. zkrácením středního pole a prodloužením krajních polí - popuštěním středních podpor, aby se zvětšila krajní reakce - balastem poblíž krajních podpor, aby se zvětšila tíha krajních polí - kotvením krajních ložisek - u zavěšených mostů kotvením krajních závěsů do kotevních bloků nebo kotvením ložisek, příp. zvětšením tíhy krajních polí betonovou mostovkou
10
4.
Mostní svršek a mostovka
Mostovka je nosná konstrukce, která slouží pro uložení mostního svršku a přenáší zatížení z mostního svršku do hlavních nosníků mostu. Mostní svršek je část mostu, která slouží k zajištění průběhu mostního provozu (vozidla, chodci) a má splňovat podmínky bezpečného a spolehlivého provozu. Charakter mostního svršku by měl být stejný jako má komunikace i v okolí mostu. S ohledem na specifické uspořádání mostní konstrukce dané možnostmi statického a konstrukčního řešení jsou však nevyhnutelné některé odchylky.
4.1 Svršek mostů pozemních komunikací Vozovka na mostě pozemní komunikace by měla mít stejné jízdní vlastnosti jako mimo most; u ocelových mostů k tomu přistupují další požadavky: - nízká hmotnost v návaznosti na malou hmotnost nosné konstrukce - dobrá ochrana ocelové nosné konstrukce proti atmosférické korozi - přilnavost mostního svršku k nosné konstrukci Nejčastěji se pro svršek mostů pozemních komunikací užívá vozovka živičná nebo betonová, v některých případech také mostovka dřevěná mostinová, dřevěná špalíková nebo i z ocelových roštů. Nejčastějším nosným podkladem vozovky je železobetonová deska (běžně spřažená s ocelovou nosnou konstrukcí) nebo vyztužená plechová deska.
4.2 Mostovka mostů pozemních komunikací Nosný podklad vozovky v podobě desky (viz výše) nejčastěji také plní funkci mostovky, tj. část nosné konstrukce přenášející zatížení z vozovky do hlavní nosné konstrukce mostu; potom hovoříme o deskové mostovce, a to s betonovou nebo ocelovou deskou. V jiných případech je deska jen jednou ze součástí mostovky tvořené podélníky a příčníky; potom hovoříme o prvkové mostovce.
4.2.1 Prvková mostovka mostů pozemních komunikací Prvkové mostovky se u mostů pozemních komunikací uplatňují mnohem méně než mostovky deskové, zejména proto, že jsou typické převážně pro mosty s mostovkou dolní, avšak ta u silničních mostů není příliš častá z důvodů, které jsou zřejmé bezprostředně z dalšího textu. Prvková mostovka v poloze dolní vede na uspořádání se dvěma hlavními nosníky (viz obr. 4.1), což při obvykle velkých šířkách silničních komunikací znamená jejich velkou vzdálenost.
Obr. 4.1 Prvková mostovka mostů pozemních komunikací
11
Vzdálenost podélníků se pohybuje v rozsahu od 2,5 m do 4,5 m v závislosti na tloušťce zpravidla betonové desky mostovky, která bývá obvykle od 140 mm do 200 mm; výška podélníků se navrhuje v rozmezí 1/12 až 1/8 jejich rozpětí. Výška příčníků se pohybuje mezi 1/12 až 1/8 jejich rozpětí; v případě, že příčník tvoří s hlavními nosníky tuhé polorámy, které zajišťují tuhost příčného řezu (což je v těchto případech časté, neboť malá výška hlavních nosníků neumožňuje provedení horního podélného ztužení), opak je jejich výška až 1/6 rozpětí. Vynecháme-li podélníky a desku mostovky uložíme přímo na příčníky ve vzdálenostech cca 3 m, hovoříme o mostovce příčníkové. Úsporu materiálu u obou uvedených typů prvkových mostovek můžeme dosáhnout spřažením desky s podélníky nebo s příčníky. 4.2.1.1 Zásady výpočtu prvkové mostovky Zatížení je třeba umístit na mostovku do nejúčinnější polohy tak, aby vyvodilo nejnepříznivější namáhání jak v podélnících, tak v příčnících mostovky. Nejúčinnější poloha zatížení v příčném směru pro stanovení namáhání příčníku je dána průběhem příčinkové čáry příčného roznášení, nejúčinnější poloha zatížení v podélném směru pro stanovení namáhání podélníku je dána průběhem příčinkové čáry vyšetřované statické veličiny podélníku (podstata viz obr. 4.2).
Obr. 4.2 Nejúčinnější poloha zatížení na prvkové mostovce
12
Zanedbáme-li spojitost desky v příčném směru (desky s malou ohybovou tuhostí, např. dřevěné mostinové mostovky) a předpokládáme-li, že je nad podélníky přerušena, a tedy prostě podepřena, bude např. střední podélník zatížen podle příčinkové čáry podporové reakce prostého nosníku (viz obr. 4.2a). Probíhá-li deska spojitě přes podélníky, které uvažujeme jako její pevné podpory, je zatížení vyšetřovaného středního podélníku dáno podle příčinkové čáry podporové reakce spojitého nosníku na tuhých podporách (viz obr. 4.2b). Je-li podepření desky poddajné vlivem malé tuhosti podélníků a velké ohybové tuhosti desky, je zatížení vyšetřovaného (středního) podélníku dáno podle příčinkové čáry podporové reakce spojitého nosníku na poddajných (pružných) podporách (viz obr. 4.2c). Tvar příčinkové čáry závisí na relacích mezi tuhostmi podélných a příčných prvků mostovky; často se problém převádí na řešení nosníkových roštů. Tento případ je v mostní praxi nejčastější. V podélném směru mohou být podélníky uvažovány jako prosté nosníky nebo jako spojité nosníky na tuhých, příp. na poddajných podporách. Pak např. příčinkové čáry ohybových momentů mají tvar podle obr. 4.2d, 4.2e, 4.2f).
4.2.2 Desková mostovka mostů pozemních komunikací Je-li deska mostovky podepřena přímo na hlavních nosnících, hovoříme o deskové mostovce. V tomto případě nemá deska jen funkci mostovky jako takové (bez podélníků a příčníků), ale často je pásem hlavních nosníků a současně také plní funkci podélného (někdy i příčného) ztužení mostu. Betonovou mostovkou se zabývá zejména problematika spřažených ocelobetonových mostů, o plechové mostovce a jejím výpočtu pojednává kapitola o ortotropních deskách; zde se zaměříme pouze na základní konstrukční zásady uplatňované u plechových mostovek, jejichž vývoj započal po 2. světové válce. Plechové mostovky mají obvykle tloušťku desky 12 mm (s ohledem na případnou korozi, jinak by postačovala tloušťka 10 mm), tlustší bývá jen zřídka. Obvyklá vzdálenost podélných výztuh je 300 mm, vzdálenost příčných výztuh se pohybuje od 1,5 m do 2,0 m při podélných výztuhách otevřeného průřezu, při podélných výztuhách uzavřeného průřezu je od 2,0 m do 3,5 m. I při malé tloušťce plechu mají ortotropní desky jako pás hlavního nosníku velkou průřezovou plochu, ale přitom malou hmotnost ve srovnání s jinými mostovkami. Podélné výztuhy plechu mostovky, jejichž nejčastěji používané tvary ukazuje obr. 4.3, jsou přivařeny k plechu a procházejí průběžně výřezy ve stěnách příčných výztuh, k nimž jsou připojeny nejčastěji koutovými svary (viz obr. 4.4). Příčné výztuhy mají obvykle svařovaný průřez, horní pás tvoří plech mostovky.
Obr. 4.4 Podélné výztuhy plechu ortotropní desky
13
4.3 Mostovka mostů drážních komunikací (žel.) 4.3.1 Prvková mostovka mostů drážních komunikací Prvková mostovka železničních mostů se také často nazývá mostovkou otevřenou z důvodů jejího „otevřeného“ konstrukčního uspořádání; někdy se můžeme setkat s názvem klasická mostovka, protože byla prakticky prvním typem mostovek; v poslední době se dává často přednost názvu mostovka s mostnicemi z důvodu uložení kolejnic v železničním svršku pomocí tzv. mostnic, které jsou obdobou pražců používaných u železničního svršku s kolejovým ložem. Mostnice jsou pak uloženy zpravidla na podélnících, v některých případech u mostů s horní mostovkou přímo na hlavních nosnících; pak jsou však zcela vynechány podélníky a příčníky klasické mostovky. Ve srovnání např. s mostovkou s kolejovým ložem (viz dále kap. …) je výhodou prvkové mostovky malá hmotnost, na druhé straně je jednou z jejích nevýhod poměrně tvrdá a hlučná jízda.
Obr. 4.5 Příčný řez železničního mostu s dolní prvkovou mostovkou
14
Obr. 4.6 Příčný řez železničního mostu s horní prvkovou mostovkou
Obr. 4.7 Příčný řez železničního mostu s mezilehlou prvkovou mostovkou
15
Obr. 4.6(I) Vzorový list ČD – příklad konstrukčního řešení příčného řezu železničního mostu s prvkovou mostovkou v poloze horní (most bez mostovky – bez příčníků a podélníků)
16
Obr. 4.7(I) Vzorový list ČD – příklad konstrukčního řešení příčného řezu železničního mostu s prvkovou mostovkou v poloze mezilehlé (most s mostovkou – podélníky nasazené na příčníky)
17
Obr. 4.8(I) Vzorový list ČD – příklad konstrukčního řešení příčného řezu železničního mostu s prvkovou mostovkou v poloze dolní (most s mostovkou – podélníky vsazené (zapuštěné) mezi příčníky)
18
4.3.1.1 Podélníky Podélníky mohou být vsazeny (zapuštěny) mezi příčníky (příklady řešení viz obr. 4.8, 4.9) nebo na ně nasazeny (viz obr. 4.10). Z hlediska působení při přenosu svislého zatížení jsou zpravidla považovány za spojité nosníky, čemuž musí odpovídat i konstrukční řešení, tzn. styk pásnic musí být dimenzován na podporový moment. Na obr. 4.11 je zobrazen typický detail připojení mostnice na podélník pomocí úložné lišty, která je přivařena na horní pásnici podélníku.
Obr. 4.8 Podélník vsazený mezi příčníky – horní hrana příčníku přesahuje nad horní hranu podélníku, dolní hrany příčníku a podélníku lícují
Obr. 4.9 Podélník vsazený mezi příčníky – horní hrany příčníku a podélníku lícují, dolní hrana příčníku přesahuje pod dolní hranu podélníku
19
Obr. 4.10 Podélník nasazený na příčník – mezilehlá mostovka
Obr. 4.11 Typický detail připojení mostnice na podélník
Obr. 4.12 Zatížení podélníků větrem Kromě svislého zatížení přenáší podélníky také účinky příčných vodorovných sil (boční rázy a vítr). Z účinků větru přenáší podélníky pouze vítr působící na vozidla a na části konstrukce, ze kterých se přímo vnáší do podélníků (viz obr. 4.12), tzn. bez účinků větru působícího na hlavní nosníky. Pro přenos příčných vodorovných sil a pro zvětšení prostorové tuhosti mostovky jsou podélníky opatřeny příčným ztužidlem, zpravidla průřezu U, které je spojeno s podélným ztužením mostu (viz obr. 4.13). Podélníky s rozpětím do
20
2,0 m, příp. do 1,6 m u mostů v oblouku, nemusí být tímto ztužidlem opatřeny. Obvykle je toto řešení vhodné pro maximální rozpětí podélníků do 4,0 m (pak je vzdálenost ztužidel 2,0 m), u mostů v oblouku do 3,2 m.
Obr. 4.13 Příčné ztužidlo mezi podélníky a jeho připojení a spolupůsobení s podélným ztužením mostu Zajištění tuhosti u podélníků s větším rozpětím si vyžaduje doplnění diagonál tak, že vznikne příhradový nosník představující samostatné podélné vodorovné ztužidlo mezi podélníky (viz obr. 4.14) se svislicemi ve vzdálenosti maximálně 2 m.
Obr. 4.14 Samostatné podélné vodorovné ztužidlo mezi podélníky a jeho návaznost na podélné ztužení mostu
21
Při výpočtu prvků otevřené prvkové mostovky je třeba uvážit jejich vzájemné spolupůsobení a též spolupůsobení mostovky s hlavními nosníky. Nepočítá-li se přesněji, lze podélníkům a příčníkům přisoudit pouze ty účinky zatížení, které bezprostředně přenášejí, a jejich vzájemné spolupůsobení zanedbat. Na obr. 4.14 vidíme schématické dispoziční řešení železničního mostu s prvkovou mostovkou v poloze dolní a podélníky ztuženými příhradovým ztužidlem. Na tomto příkladu si ukažme jak působí jednotlivé prvky tohoto konstrukčního systému při nejdůležitějším zatížení, které je rovněž na obr. 4.14 znázorněno. Podélníky jsou podepřeny na příčnících, které jsou připojeny k hlavním nosníkům. Oba pásy podélníků jsou spojeny ztužením buď ve formě příčných ztužidel nebo jako samostatné vodorovné podélné ztužidlo mezi podélníky, hlavní nosníky jsou spojeny podélným ztužením mostu. Na most působí svislé a vodorovné zatížení. Ze svislých účinků zatížení je kromě stálého (vlastní tíha nosné konstrukce) a nahodilého dlouhodobého zatížení (v podstatě kolejový svršek) nejdůležitější nahodilé krátkodobé zatížení v podobě svislých tlaků kol P1 železničních vozidel. Z vodorovných účinků zatížení patří k nejdůležitějším nahodilá krátkodobá zatížení v příčném směru větrem w1 působícím na vozidla (vítr w2 působící na konstrukci mostu zachycuje hlavní nosník a do konstrukce mostovky se přímo nepřenáší) a bočním rázem S (viz také obr. 4.15), v podélném směru brzdnými a rozjezdovými silami Ba.
Obr. 4.15 Princip zatížení podélníků bočními rázy Zjednodušený výpočet je založen na těchto zásadách: podélníky se navrhují na účinky stálého a nahodilého dlouhodobého zatížení a na svislé účinky zatěžovacího vlaku; jsou-li ztuženy příčným ztužidlem a je-li kolejový svršek uložen pomocí přivařené úložné lišty, není třeba posuzovat podélníky na vodorovné příčné zatížení (vítr, bočí rázy, odstředivé síly – u mostů v oblouku) ani svislé přitížení od těchto účinků; brzdné síly se uvažují pouze při posouzení podélníků tvořících součást brzdného ztužidla. Podélník je silami Ba namáhán osově, ale protože je zpravidla do brzdného ztužidla zapojen s excentricitou, je namáhán navíc ohybovým momentem těchto sil k rovině podélného ztužidla. To ukazuje obr. 4.16, který uvádí dvě varianty zapojení podélníků do brzdného ztužidla začleněného do konstrukce vodorovného podélného ztužení mostu. Podrobněji se brzdnými ztužidly zabývá kapitola Ztužidla.
22
Obr. 4.16 Zapojení podélníků do brzdného ztužidla a účinek brzdných sil Z hlediska působení při svislém zatížení se podélníky uvažují jako spojité nosníky, a to buď na pevných podporách nebo na poddajných podporách. U spojitých podélníků vsazených mezi příčníky musí horní pásnice se svými přípoji sama přenést tahovou sílu vyvozenou momentem nad podporou; přitom za rameno vnitřních sil se považuje vzdálenost těžišť pásnic, v případě řešení podle obr. 4.17 se zesilující konzolou se rameno zvětšuje o třetinu výšky konzoly.
Obr. 4.17 Rameno vnitřních sil
Obr. 4.18 Příčinkové čáry osových sil v diagonálách příhradového podélného ztužidla mezi podélníky
23
Podélné ztužení přenáší zatížení větrem w1 a bočním rázem Br a předpokládá se, že toto zatížení působí přímo v rovině příhradového nosníku. Přitom svislé přitížení v podélnících od momentu způsobeného excentricitou vodorovného příčného zatížení k rovině ztužidla se v obvyklých případech zanedbává (viz výše); rovněž se zanedbává vodorovný ohyb podélníků od mimostyčného zatížení a osová síla vznikající v horních pásech podélníků, které jsou současně pásy jejich podélného ztužení. Svislice tvoří tuhá příčná ztužidla průřezu U, takže zbývá navrhnout pouze diagonály. Příklady příčinkových čar osových sil v diagonálách uvádí obr. 4.18. 4.3.1.2 Příčníky Příčníky se navrhují pouze na svislé účinky stálého, nahodilého dlouhodobého a nahodilého krátkodobého zatížení (zatěžovací vlak). Nepočítá-li se přesněji, navrhují se příčníky jako prosté nosníky a jejich přípoj k hlavnímu nosníku musí přenést kromě podporové reakce také ohybový moment o velikosti poloviny maximálního momentu v poli. Jsou-li příčníky částí tuhých příčných rámů nebo polorámů, musí jejich přípoj přenést účinky plynoucí z rámového působení. Není-li na mostě brzdné ztužidlo, musí příčníky přenést vodorovný ohyb vlivem působení brzdných a rozjezdových sil. Přesto však je třeba si uvědomit, že příčníky přenášejí kromě svislého zatížení i účinky příčných vodorovných sil, větru a bočních rázů, plynoucí z funkce příčníků jako svislic podélného podmostovkového ztužení (viz obr. 4.19).
Obr. 4.19 Zatížení příčníků větrem
24
4.3.2 Desková mostovka s přímým uložením koleje Železniční svršek lze připojit přímo na betonovou nebo ocelovou desku. Tím se eliminuje poměrně velké zatížení kolejovým ložem, desku lze také lépe kontrolovat a udržovat, avšak na druhé straně má toto řešení nevýhody – velkou hlučnost a tvrdost pojezdu na komunikaci.
Obr. 4.20 Příklady konstrukčního řešení železničních mostů s deskovou ocelovou mostovkou Betonová deska se nejčastěji spřahuje s hlavními nosníky, vyztužený plech ocelové mostovky (ortotropní deska) tvoří zpravidla také součást hlavních nosníků. Uplatnění ortotropní desky u mostů s dolní, event. zapuštěnou mostovkou není příliš vhodné, protože hlavní nosníky jsou od sebe příliš vzdáleny a deska tak není plně využita. Nejlépe se uplatní ocelová deska u mostovek v poloze horní, a to zejména u komorových mostů (tato problematika zde není řešena). Vyztužení podélnými výztuhami se soustřeďuje pod kolejnice. Některé příklady konstrukčního uspořádání uvádí obr. 4.20.
4.3.3 Mostovka s průběžným kolejovým ložem Kolejové lože je jedním z nejvýhodnějších typů mostovek železničních mostů, protože kromě nevýhody v podobě relativně velké hmotnosti má převážně výhody: uspořádání kolejového svršku mostovky s kolejovým ložem odpovídá
25
uspořádání v přilehlých úsecích trati; pojezd po mostovce s kolejovým ložem je pružný, mostovka tlumí vibrace a snižuje hlučnost provozu; umožňuje snadnou výškovou i směrovou úpravu koleje, umístění výhybek apod. Příklady uspořádání mostovky s kolejovým ložem uvádí obr. 4.21, 4,22 a 4.23.
Obr. 4.21 Příklady řešení příčných řezů mostem s kolejovým ložem s mostovkou v poloze horní Kolejové lože lze uložit na ocelovou nebo betonovou desku, která je vhodně vytvarována tak, aby umožňovala uložení štěrku. Použití betonové desky je nejvýhodnější u mostů s horní mostovkou, protože pak umožňuje spřažení desky s hlavními nosníky. Vzhledem k tomuto omezení a dále k velké hmotnosti kolejového lože a betonové desky je toto řešení méně časté než použití ocelové desky. Mostovka s kolejovým ložem s ocelovou ortotropní deskou se navrhuje z plechu tloušťky 14 mm (z důvodu koroze), podélné výztuhy, jejichž horní pás tvoří plech mostovky, se navrhují nejčastěji otevřené jednostěnné obdélníkového průřezu nebo průřezu T (z důvodu jednoduchosti provádění s ohledem na
26
tvar výřezů ve stěně příčné výztuhy – viz ortotropní desky odst. …). Vzdálenost podélných výztuh se nejčastěji pohybuje v rozsahu 300 mm až 600 mm, v posledním období se jako nejobvyklejší ustálila vzdálenost 400 mm. Příčné výztuhy, jejichž horní pás rovněž tvoří plech mostovky, mají zpravidla svařovaný průřez T a jsou ve vzdálenostech cca od 1,5 m do 3,0 m. U průběžného kolejového lože výšky 500 mm se v příčném směru předpokládá, že zatížení od zatěžovacího vlaku se roznáší jako spojité rovnoměrné zatížení na šířku 3,0 m, výjimečně, při menší výšce lože, na šířku 2,8 m; pro posouzení lokálního namáhání plechu mezi výztuhami se toto zatížení zvyšuje o 55 %.
Obr. 4.221 Kolejové lože u mostu s horní mostovkou
Obr. 4.23 Kolejové lože u mostu s dolní mostovkou
27
5.
Plnostěnné trámové mosty
5.1 Mosty trámové – obecné poznámky 5.1.1 Základní typy, výhody a nevýhody trámových mostů Mosty trámové se používají jak při stavbě betonových mostů, tak při návrhu mostů ocelových i ocelobetonových, ale též pro mosty dřevěné. Betonové trámové mosty Nevýhody deskových betonových mostů lze odstranit opatřením desky žebry – tzv. trámy. Působení konstrukce jako trámové je navíc podmíněno poměrem šířky a rozpětí do 1/3, v opačném případě se jedná o desky. Nejčastější jsou mosty dvoutrámové používané hlavně pro silniční a dálniční mosty středních rozpětí. Pro malé stavební výšky se navrhují mosty o několika nosnících (trámech), zpravidla však ne více než pěti. V některých případech se používají i konstrukce s jedním trámem. Kromě otevřených průřezů se u betonových trámových mostů ve velké míře uplatňují průřezy uzavřené – komorové nosníky, jejichž výhodou je zejména velká tuhost v kroucení. Jsou proto vhodné i pro mosty šikmé a půdorysně zakřivené. Ocelové a ocelobetonové trámové mosty U trámových mostů ocelových, příp. ocelobetonových tvoří hlavní nosnou konstrukci ocelové trámy – tzv. hlavní nosníky, které přenášejí zatížení z mostovky prostřednictvím ložisek do spodní stavby. Hlavní nosníky mohou být plnostěnné nebo příhradové, staticky mohou působit v zásadě jako prosté nosníky, příp. jako nosníky spojité. Mostovka ocelových mostů je ocelová (prvková, desková – viz [2]), u ocelobetonových mostů tvoří mostovku betonová deska (často spřažená s ocelovými hlavními nosníky – viz [2]). a)
b)
Obr. 5.1 Typy trámových mostů Plnostěnné hlavní nosníky (obr. 5.1) mohou být v příčném směru řešeny jako otevřené (obr. 5.1a) nebo uzavřené – komorové nosníky (obr. 5.1b). Příhradové hlavní nosníky se v průběhu času vyvíjely od složitějších tvarů k jednodušším (obr. 5.2a), postupně od mnohonásobně staticky neurčitých soustav přes systémy několikrát staticky neurčité až po soustavy staticky určité. V současné době se dává přednost jednodušším systémům (staticky určitým nebo s nízkým stupněm statické neurčitosti), a to s přímými pásy – nosníky
28
přímopásové (obr. 5.2b), příp. se zakřiveným horním nebo dolním pásem – nosníky křivopásové (obr. 5.2c). přímopásové
a)
křivopásové
c) Obr. 5.2 Tvary příhradových hlavních nosníků
b)
Dřevěné trámové mosty Dřevěné trámové mosty se používají omezeně, ale mají své opodstatnění např. při přemostění otvorů menších světlostí pro převedení méně zatížených komunikací zejména v přírodním prostředí, kde je jejich působení ekologičtější a estetičtější než u mostů betonových či ocelových.
5.1.2 Základní parametry trámových mostů V závislosti na rozpětí se volí vhodný materiál a výška hlavního nosníku. Betonové trámové mosty prosté: max. rozpětí L = 20 m s jedním nosníkem – výška trámu h = 1/12 až 1/25 L se 2 nosníky (dvoutrám) – nejčastěji předpjaté silniční a dálniční mosty pro rozpětí L = 30 až 45 m s několika nosníky – různý počet, zpravidla ne více než 5 Ocelové a ocelobetonové trámové mosty: plnostěnné hlavní nosníky otevřeného průřezu - prosté nosníky – ekonomické rozpětí L do 30 až 40 m výška hlavního nosníku h = 1/10 až 1/12 L pro železniční mosty h = 1/15 až 1/20 L pro silniční mosty - spojité nosníky – vhodné pro rozpětí pole L do 50 m, v některých případech efektivní až do 150 m výška hlavního nosníku h = 1/14 až 1/18 L pro železniční mosty h = 1/20 až 1/40 L pro silniční mosty plnostěnné hlavní nosníky uzavřeného průřezu vhodné pro rozpětí L až do 150 m příhradové hlavní nosníky - prosté nosníky – ekonomické pro rozpětí L větší než 40 m výška hlavního nosníku 1/7 až 1/10 L pro přímopásové nosníky 1/5,5 až 1/8 L pro křivopásové nosníky - spojité nosníky – nejčastěji o 3 polích, rozpětí středního pole L běžně 100 až 200 m, největší mosty dosahují až 500 m výška hlavního nosníku 1/9 až 1/15 L pro přímopásové nosníky 1/12 až 1/18 L pro křivopásové nosníky 29
Plnostěnné trámové mosty mají na rozdíl od příhradových výhody v menší pracnosti při výrobě i montáži, snadněji se udržují, mají větší rezervu únosnosti, též jsou obecně považovány za estetičtější než mosty příhradové. Na druhé straně se u nich uplatňují teoretické problémy, které se ve svých důsledcích dříve mohly projevit jako nevýhody, a to např. problémy ztráty stability štíhlých stěn a desek, únosnost širokých pásů s ohledem na smykové ochabnutí; dnes jsou však z větší části teoreticky velmi dobře vyřešeny. Nevýhodou může být i nižší tuhost vedoucí k větším deformacím než u příhradových mostů.
5.2 Typy plnostěnných trámových mostů Trámové plnostěnné mosty lze dělit podle různých hledisek: podle druhu dopravy na mostě na mosty silniční, železniční, lávky pro chodce; podle statického systému na prosté a spojité, konstantního nebo proměnného průřezu (s náběhy), spojité s klouby; podle prostorového uspořádání; podle příčné tuhosti na otevřeně uspořádané, deskové mosty, roštové konstrukce, komorové mosty; podle polohy mostovky atd. Nejlépe charakterizuje most jeho příčný řez.
5.2.1 Mosty pozemních komunikací Jedná se o mosty dálničních, silničních i jiných komunikací určených pro kolová vozidla, z čehož vyplývá požadavek průběžné deskové mostovky větší šířky. Na obr. 5.3 jsou dva příklady silničních mostů s betonovou deskou s horní a dolní mostovkou. V případě podle obr. 5.3a) je mostovka tvořena deskou, u níž je výhodné spřažení s hlavními nosníky (v tomto případě zcela chybí prvky mostovky, podélníky a příčníky). Deska plní funkci mostovky a je také pásem hlavních nosníků, nahrazuje podélné ztužení a částečně plní také funkci roštového ztužidla, ačkoliv roštové působení konstrukce především zajišťují ocelová příčná ztužidla mezi hlavními nosníky. Tato ztužidla se navrhují v místě podpor a dále minimálně ve čtvrtinách a polovině rozpětí pole mostu, zpravidla ve vzdálenostech cca 6 až 8 m; výška mezilehlých ztužidel je obvykle čtvrtina až třetina výšky hlavních nosníků, u podporových ztužidel větší. Obr. 5.3b) pak uvádí řešení s mostovkou v poloze dolní uspořádanou jako prvková s vynechanými podélníky, jedná se o tzv. příčníkovou mostovku. V tomto případě jsou dva hlavní nosníky mnohem mohutnější a mají velkou vzdálenost, což vede na velké rozpětí příčníků nesoucích desku mostovky. Kromě toho volné horní tlačené pásy nejsou vhodné z hlediska nebezpečí klopení. Výhodou tohoto řešení je malá stavební výška. Snížení stavební výšky lze však dosáhnout i u mostů s horní mostovkou, použijeme-li uzavřené průřezy – komorové hlavní nosníky. Některé příklady řešení jsou uvedeny na obr. 5.4: starší typy s komorovými nosníky se svislými stěnami buď uspořádanými jako tzv. vícesvazný průřez podle obr. 5.4a) nebo několik komorových nosníků jednosvazného průřezu podle obr. 5.4b), novější typ s jedním komorovým nosníkem lichoběžníkového průřezu podle obr. 5.4c), který je sice náročnější na výrobu, ale ekonomičtější a estetičtější.
30
a)
b) Obr. 5.3 Příklady silničních mostů s betonovou deskou s mostovkou v poloze horní a dolní
a)
b)
c)
Obr. 5.4 Komorové mosty 31
5.2.2 Železniční mosty K trámovým mostům řadíme železniční mosty otevřeného průřezu s prvkovou mostovkou, které se v praxi vyskytují velmi často, protože jsou ekonomické z hlediska spotřeby materiálu (oceli). Největší spotřebu oceli má most s dolní mostovkou vzhledem k velké vzdálenosti hlavních nosníků, z čehož vyplývá velké rozpětí příčníků a velké délky prutů podélného ztužení. Nejhospodárnější je most s horní mostovkou bez podélníků a příčníků, ale vzhledem k malé vzdálenosti hlavních nosníků může být náchylný na překlopení. Stabilitu je pak třeba zvětšit některým ze způsobů uvedených v kap. 2 . Jednu z možností řešení – naklonění stojin hlavních nosníků – ukazuje obr. 5.5 na příkladu komorového železničního mostu přes údolí řeky Jaun v Rakousku.
Obr. 5.5 Komorový most s nakloněnými stojinami hlavních nosníků Na obr. 5.6 jsou uvedeny další příklady komorových mostů s přímým uložením koleje; obr. 5.6a) ukazuje most se svislými stojinami, u něhož stabilitu polohy zajišťují konzoly pro uložení na ložiska v podporovém průřezu; na obr. 5.6b) je jiný příklad mostu s nakloněnými stojinami pro zajištění stability polohy. Obr. 5.7 ukazuje příklad příčného řezu mostem s průběžným kolejovým ložem s betonovou deskou spřaženou s hlavními nosníky.
32
a)
b) Obr. 5.6 Příklady komorových železničních mostů s přímým uložením koleje
Obr. 5.7 Příklad spřaženého železničního mostu s průběžným kolejovým ložem
33
5.3 Předběžný návrh a konstrukční zásady 5.3.1 Předběžný návrh Výšku hlavních nosníků ve vztahu k rozpětí mostního pole volíme obvykle podle tab. 5.1. U spojitých nosníků se údaje vztahují k rozpětí hlavního pole, u spojitých nosníků proměnného průřezu lze výšku uprostřed rozpětí podstatně snížit u silničních mostů např. až na 1/65 rozpětí pole. Tab. 5.1 Doporučené výšky hlavních nosníků
Tloušťku stojiny hlavního nosníku volíme s ohledem na nebezpečí koroze (minimálně 8 mm), dále s ohledem na pevnost ve smyku a na boulení. Běžně se pohybuje kolem 10 mm až 12 mm, u velkých mostů však obvykle ne více než 20 mm. Pásnice hlavních nosníků jsou limitovány hlavně výrobními důvody; jejich tloušťka zpravidla nebývá větší než 50 mm až 60 mm, aby byla dodržena zaručená mez kluzu; u svařovaných konstrukcí je materiál velkých tlouštěk při svařování citlivý ke křehkému lomu. Šířka pásnice je omezena jejich štíhlostí z hlediska případného boulení, nebezpečí velkých deformací při svařování a též výrobními možnostmi; proto nemá být poměr šířky a tloušťky větší než 20.
5.3.2 Konstrukční zásady Při konstrukčním řešení plnostěnných hlavních nosníků trámových mostů je třeba dodržovat obecné konstrukční zásady, které jsou však upřesněny konkrétními požadavky vyplývajícími zejména z funkce a účelu mostní konstrukce. Zpravidla jsou tyto požadavky na železniční mosty přísnější než požadavky na mosty silniční, především proto, že řada konstrukčních úprav je nutná pro zmírnění nebo eliminaci únavy, která je významná právě u mostů železničních. Konstrukční zásady a úpravy předepisují normy pro navrhování, ale zejména pro provádění, v oblasti ocelových mostů jsou to ČSN 73 6201, ČSN 73 6205, pro železniční mosty navíc tzv. Vzorové listy. Na obr. 5.8 a 5.9 jsou některé obvyklé konstrukční úpravy plnostěnných hlavních nosníků.
Obr. 5.8 Odstupňování tloušťky pásnic hlavního nosníku
34
Obr. 5.9 Připojení příčných výztuh
5.4 Výpočet plnostěnných hlavních nosníků 5.4.1 Obecné poznámky Základní zásady navrhování a posuzování vycházejí z ustanovení českých technických norem, za všechny uveďme zejména ČSN 73 1401 Navrhování ocelových konstrukcí, příp. ČSN EN 1993-1-1: Eurokód 3 Navrhování ocelových konstrukcí, Část 1-1 a ČSN 73 6205 Navrhování ocelových mostů, příp. ČSN EN 1993-2: Eurokód 3 Navrhování ocelových konstrukcí, Část 2 Ocelové mosty. Obsáhlejší výčet norem v této oblasti uvádí část Studijní prameny na konci tohoto textu. Zde pouze upozorníme na základní problémy plnostěnných hlavních mostních nosníků při navrhování a dimenzování s odkazy na další kapitoly nebo jejich části, které se těmito otázkami zabývají podrobněji.
5.4.2 Specifické problémy navrhování a posuzování plnostěnných hlavních nosníků ocelových mostů Plnostěnné hlavní nosníky ocelových mostů jsou převážně ohýbané pruty často otevřeného průřezu I značné výšky nebo uzavřeného komorového průřezu se svislými nebo šikmými (nakloněnými) stojinami. Z toho vyplývají (kromě dalších) dva základní problémy, kterými je třeba se zvlášť zabývat. Únosnost takových průřezu nepříznivě ovlivňuje boulení štíhlých stěn (viz modul M03), které se v nich často vyskytují, a dále smykové ochabnutí širokých pásů (viz modul M03), které jsou rovněž časté u těchto průřezů.
35
5.5 Prostorové působení mostní konstrukce Neuvažujeme-li přesněji mostní konstrukci jako celek, jehož části přenáší společně veškeré zatížení, lze při výpočtu vycházet ze zjednodušujícího předpokladu, že se mostní konstrukce skládá z jednotlivých nosných částí, které mají své specifické funkce. Tyto části jsou posuzovány odděleně a navrhovány na účinky zatížení vyplývající z funkce, kterou mají plnit. Deska mostovky, příp. podélníky a příčníky roznášejí zatížení do hlavních nosníků, hlavní nosníky přenášejí zatížení prostřednictvím ložisek do podpor, podélné ztužení zachycuje vodorovné účinky (vítr, boční rázy, brzdné a rozjezdové síly, odstředivé síly), příčné ztužení zabezpečuje tvar příčného řezu mostu, výztuhy stojin vysokých plnostěnných nosníků zabezpečují stojinu proti boulení apod. Ve skutečnosti je působení mostní konstrukce jako celku prostorové a je snaha po kumulaci funkcí nosných částí využíváním jejich prostorového působení a omezováním těch prvků, jejichž funkce je pouze roznášecí nebo vyztužující. Např. deska mostovky kromě přenosu zatížení na hlavní nosníky zpravidla také nahrazuje podélné ztužení (v některých případech částečně i příčné ztužení) a může se spolu s hlavními nosníky podílet i na přenášení zatížení do podpor. Podélné výztuhy širokých pásů a stojin jsou součástí nosného průřezu hlavních nosníků. Na druhé straně i ztužující části konstrukce mohou ovlivnit namáhání hlavních nosných prvků konstrukce; např. vhodné příčné ztužení může změnit statický systém mostu s netuhým příčným řezem v uzavřený průřez s velkou tuhostí v kroucení a přispět k příznivějšímu namáhání hlavních nosníků; jednoduchou a vhodnou konstrukční úpravou podélného ztužení lze např. mostovku zapojit do spolupůsobení s hlavními nosníky apod.
5.5.1 Princip spolupůsobení železniční prvkové mostovky s hlavními nosníky 5.5.1.1 Mosty bez brzdného ztužidla nebo s jedním brzdným ztužidlem uprostřed rozpětí Princip spolupůsobení si ukážeme na příkladu mostu s plnostěnnými hlavními nosníky podle obr. 5.10, v němž jsou znázorněny následující veličiny: a, b, c vzdálenosti prvků mostu; n počet polí hlavního nosníku vymezených příčníky; ∆ai prodloužení jednotlivých polí hlavního nosníku od svislého zatížení v úrovni těžiště podélníků; dhi zkrácení jednotlivých polí hlavního nosníku od jednotkové síly působící v úrovni těžiště podélníků; dpi prodloužení jednotlivých podélníků od jednotkové síly; uqi vodorovný průhyb jednotlivých příčníků od jednotkových sil působících v ose podélníků v místě jejich připojení na příčník. Účinky spolupůsobení vyšetřujeme v úrovni těžiště podélníků. Od svislého zatížení dochází k průhybu podélníků a hlavních nosníků a tím k jejich prodloužení, ale vlivem menší tuhosti podélníků je jejich průhyb, a tedy i prodloužení, větší než u hlavních nosníků. To způsobuje vodorovný ohyb příčníků, v důsledku něhož vznikají v jednotlivých podélnících tahové síly Xi a stejně velké tlakové síly v jednotlivých odpovídajících polích hlavního nosníku.
36
Neznámé síly Xi lze získat pomocí silové metody sestavením přetvárných rovnic na základě obr. 5.10 a řešením vzniklé soustavy rovnic.
Obr. 5.10 Princip spolupůsobení mostovky s hlavními nosníky U mostů, které nemají brzdné ztužidlo, musí jednotlivé příčníky přenést kromě sil Xi i část brzdných sil B, a to úměrně svým tuhostem; mají-li všechny příčníky stejnou tuhost, přenese každý příčník část brzdné síly odpovídající počtu příčníků. U mostů, které mají jedno brzdné ztužidlo uprostřed, přenášejí příčníky pouze síly Xi od spolupůsobení. 5.5.1.2 Mosty s brzdnými ztužidly na obou koncích mostu Brzdná ztužidla na obou koncích mostů přenášejí brzdné síly přímo do pevného ložiska, zabezpečují výraznější spolupůsobení mostovky s hlavními nosníky než v předcházejícím případě a zabraňují vodorovnému průhybu příčníků.
Obr. 5.11 Spolupůsobící mostovka
37
Vhodným dispozičním uspořádáním lze např. odlehčit dolnímu taženému pásu příhradového hlavního nosníku, jak je ukázáno na obr. 5.11. Zaveďme zjednodušující předpoklad, že příčníky jsou ve vodorovném směru netuhé a brzdná ztužidla na koncích mostu jsou nekonečně tuhá. Pak lze spolupůsobení vyjádřit pouze jedinou silou X, která působí v úrovni brzdného ztužidla a vyvolává tah v pásu podélníků a tlak v dolním pásu hlavního nosníku, a má velikost n
X =
∑ ∆a
i
1
n
∑d 1
n
hi
+ ∑ d pi
.
(5.1)
1
Význam veličin ve vztahu (5.1) je stejný jako v odst. 5.4.1.1 včetně obr. 5.10. 5.5.1.3 Spolupůsobení prutů příhradového ztužení s hlavními nosníky V předcházejícím případě byla zanedbána vodorovná ohybová tuhost příčníků a též spolupůsobení podélného ztužení, jehož diagonály zachycují také podélnou vodorovnou složku síly odpovídající prodloužení (příp. zkrácení) hlavního nosníku (viz obr. 5.12). U prostých nosníků zatížených symetricky vůči středu rozpětí lze úlohu řešit pouze na polovině nosníku jako na konzole vetknuté uprostřed rozpětí. Na obr. 5.12 jsou naznačeny osové síly v horním ztužidle, v dolním ztužidle vzniknou stejně velké síly opačného znaménka; přetvoření soustavy podélného ztužení ukazuje obr. 5.13. Osové síly lze určit z deformačních podmínek; pak osová síla v diagonále Si je Ai ⋅ cos 2 α M Si = ⋅ ∫ i dx , ai Wi ai
(5.2)
kde di, Ai je délka a průřezová plocha diagonály, Mi = σ i je napětí v hlavním nosníku v úrovni podélného ztužení. Wi
Obr. 5.12 Příhradové podélné ztužení spolupůsobící s hlavními nosníky Moment Mi vzniká od zatížení P/2 a složek sil Si v rovinách hlavních nosníků (viz obr. 5.14).
38
Obr. 5.13 Přetvoření soustavy podélného ztužení – prodloužení diagonály
Obr. 5.14 Zatěžovací schéma hlavního nosníku se spolupůsobícím podélným ztužením Značný vliv na spolupůsobení podélného ztužení s hlavními nosníky má jeho tvar a druh příčného zatížení. Ve výše popsaném případě svislice podélného ztužidla brání vzájemnému přiblížení pásů, proto jsou osové síly v diagonálách maximální. U soustav podle obr. 5.15a a 5.15b je tomu jinak: pásy jsou zpravidla spojité a jejich příčnému posunu vzdoruje jen jejich ohybová tuhost; je-li malá, jsou osové síly v diagonálách malé. U soustavy na obr. 5.15c jsou pásy namáhány příčným ohybem silami působícími ve svislicích; tyto síly rostou s příčnou tuhostí pásů. Příčná ztužidla ve všech případech zabraňují příčnému posunu styčníků; zajištění nepřetvořitelnosti příčných řezů mostů pak vede ke vzniku maximálních přídavných osových sil v diagonálách podélného ztužení.
Obr. 5.15 Přetvoření různých typů příhradových podélných ztužidel při spolupůsobení s hlavními nosníky
5.5.2 Roštové spolupůsobení hlavních nosníků Pro spolupůsobení má význam tuhost příčného řezu mostu. Zabezpečí-li příčné vyztužení nepřetvořitelnost příčného řezu, působí mostní konstrukce jako prostorový celek, jeden nosník. 39
U mostů s několika hlavními nosníky, nejsou-li vzájemně spojeny příčným ztužením, jsou jednotlivé nosníky namáhány pouze tím zatížením, které se na ně přenáší přímo z mostovky, podle obr. 5.16a. I při spojitosti mostovky v příčném směru v důsledku průhybu hlavních nosníků je její podepření poddajné, a proto se často její tuhost zanedbává. Přidáním příčných plnostěnných nebo příhradových nosníků (ztužidel) podle obr. 5.16b vznikne nosníkový rošt, v němž se na přenosu zatížení podílejí všechny hlavní nosníky a každý z nich přebírá část odpovídající jeho průhybu. Na tvar čáry příčného roznášení má tedy rozhodující vliv ohybová a smyková tuhost příčného ztužení, ale také tuhost hlavních nosníků v ohybu a kroucení, tuhost příčných ztužidel v kroucení a smyková tuhost desky mostovky (více o roštových konstrukcích viz odst. 5.6).
a) bez roštového spolupůsobení b) s roštovým spolupůsobením Obr. 5.16 Roznášení zatížení
5.5.3 Mostní konstrukce jako prostorová soustava Mostní konstrukce je prostorovou soustavou, i když skládá z rovinných prvků. Z hlediska tuhosti příčného řezu se zpravidla uvažují dva základní případy. 5.5.3.1 Prostorově netuhé konstrukce Za prostorově netuhé (viz obr. 5.17) jsou považovány ty mostní konstrukce, které splňují následující předpoklady, z nichž se vychází při výpočtu: - mají netuhý (přetvořitelný) příčný řez; - spojení jednotlivých rovinných nosných prvků tvoří podélné klouby; - přetvoření od smykových napětí lze zanedbat; - napětí jsou přímo úměrná přetvoření; - tuhost ve volném kroucení je nulová.
Obr. 5.17 Most jako prostorově netuhá konstrukce
40
5.5.3.2 Prostorově tuhé konstrukce Prostorově tuhé konstrukce (viz obr. 5.18), které lze potom řešit jako tuhé pruty, mají splňovat následující předpoklady: - délka je výrazně větší než průřezové rozměry prutu; - tvar příčného řezu při zatížení zůstane zachován; - přetvoření od smykových napětí lze zanedbat; - napětí jsou přímo úměrná přetvořením.
Obr. 5.18 Most jako prostorově tuhá konstrukce U mostů s otevřeným příčným řezem není podstatný rozdíl ve výsledcích výpočtu podle obou uvedených modelů, protože výsečová normálová napětí od vázaného kroucení jsou co do velikosti srovnatelná s normálovými napětími od ohybu. U mostů s uzavřeným příčným řezem (komorové mosty) jsou výsečová normálová napětí od vázaného kroucení řádově menší než normálová napětí od ohybu, a tedy výpočet podle modelu prostorově netuhé konstrukce je na straně bezpečné. Význam příčných ztužidel obecně je zřejmý z ilustrace na obr. 5.19.
Obr. 5.19 Význam příčných ztužidel
41
5.6 Nosníkové rošty a ortotropní desky 5.6.1 Výpočet nosníkových roštů Nosníkový rošt je statický systém skládající se zpravidla ze dvou soustav křížících se nosníků (viz obr. 5.20) různoběžně nebo (častěji) rovnoběžně uspořádaných a spojených v každém bodě křížení tak, že průhyby a pootočení jsou v místech křížení (ve styčnících) stejné u nosníků obou soustav. Nosníkový rošt může být podepřen na všech čtyřech stranách, potom je jeho chování podobné jako u desky podepřené po obvodě; častěji je však podepřen na dvou protilehlých stranách a potom se rozlišují hlavní (podélné) nosníky a příčná ztužidla, která svou tuhostí zajišťují roštové spolupůsobení hlavních nosníků.
Obr. 5.20 Obecné tvary nosníkových roštů Roštové spolupůsobení má význam hlavně při zatížení roštu velkými břemeny, která se v příčném směru mohou libovolně pohybovat. Přímo zatížený nosník pak vlivem spolupůsobení zajištěného pomocí příčných ztužidel předává značnou část zatížení také sousedním i dalším nosníkům. Přitom výrazný roštový účinek dokáže zajistit již pouze jedno příčné ztužidlo s poměrně malou tuhostí. Výhody nosníkových roštů se uplatňují zejména u mostů pozemních komunikací, kde může být zatížení od silničních vozidel umístěno kdekoliv na vozovce; naopak, u železničních mostů se neuplatňují, protože poloha zatížení v příčném směru je u nich dána osou koleje. Míra roštového spolupůsobení je dána hodnotou tzv. roštové tuhosti ve tvaru
Z=
L3 ⋅ I př
(5.3)
8a 3 ⋅ I hl
kde L, a, Ihl jsou rozpětí, osová vzdálenost a moment setrvačnosti hlavních podélných nosníků, Ipř je moment setrvačnosti příčných ztužidel. Je-li tuhost Ipř příčného ztužidla nulová, a tedy Z = 0 (viz obr. 5.21), nenastává roštové spolupůsobení a příčinková čára příčného roznášení je příčinkovou čarou podporové reakce prostých nosníků; je-li příčné ztužidlo nekonečně tuhé, tedy Z = ∞ (viz obr. 5.21), nedochází k jeho deformaci, příčný řez mostu se pouze snižuje a pootáčí jako celek a příčinková čára příčného roznášení je přímkou; je-li příčné ztužidlo pružné, např. Z = 10 (viz obr. 5.21), pak se při zatížení deformuje a příčinková čára příčného roznášení je lomenou čarou. Nyní si s využitím obr. 5.20 ukažme určení statické neurčitosti roštu a možnosti zjednodušení, které vedou ke snížení statické neurčitosti.
42
Obr. 5.21 Vliv roštové tuhosti Z na příčné roznášení Statická neurčitost je dána počtem hlavních nosníků m = 4 a počtem příčných ztužidel n = 5 (z toho podle obr. 5.20 vnitřních ztužidel je n´ = 3), tedy rošt je 3 · m · n = 60 krát staticky neurčitý. Statickou neurčitost lze snížit zavedením zjednodušujících předpokladů. Zanedbáme-li tuhost hlavních podélných nosníků i příčných ztužidel v kroucení, bude rošt 6 krát staticky neurčitý; při zavedení jediného ideálního ztužidla jako náhrady skutečně provedených ztužidel je rošt 2 krát staticky neurčitý; bude-li náhradní ztužidlo nekonečně tuhé, stane se rošt staticky určitým. Často se hodnota roštové tuhosti pohybuje kolem 100 a příčinková čára se blíží příčinkové čáře pro nekonečně tuhé příčné ztužidlo. Hlavní podélné nosníky jsou zpravidla vysoké svařované průřezy, příčná ztužidla rovněž, příp. příhradová; pak je jejich tuhost v kroucení malá a lze ji zanedbat. Dále můžeme vnitřní příčná ztužidla nahradit jedním ztužidlem v průřezu m, zpravidla uprostřed rozpětí hlavních nosníků. Mají-li všechna vnitřní příčná ztužidla stejnou tuhost Ipř, potom tuhost Ipř,i náhradního ideálního ztužidla lze stanovit podle vztahu I př ,i = I př
∑v
2 př ,k
v 2př ,m
= κ ⋅ I př ,
(5.4)
kde Ipř je tuhost vnitřních příčných ztužidel skutečně provedených; vpř,k jsou pořadnice příčinkové čáry průhybu hlavního nosníku v průřezu m od břemene P = 1 postaveného v místech vnitřních příčných ztužidel; vpř,m je pořadnice příčinkové čáry průhybu hlavního nosníku v průřezu m od břemene P = 1 postaveného v místě ideálního ztužidla (v průřezu m). Pro spojité zatížení proměnné podle sinusoidy lze vztah (5.4) zjednodušit pomocí součinitele κ (hodnoty viz tab. 5.2); toto zjednodušení lze s dostatečnou přesností aplikovat pro pohyblivé zatížení silničních i železničních mostů. Tab. 5.2 Tuhost náhradního ideálního ztužidla (n´ je počet vnitřních ztužidel)
Při zvětšování počtu příčných ztužidel dojdeme až ke spojitému příčnému ztužení po celém rozpětí L, např. železobetonovou deskou mostovky. Z tab. 5.2 vyplývá, že tuhost ideálního ztužidla vyjadřujícího účinek spojitého příčného ztužení se určí pro průřez desky o šířce 0,497 L ≈ 0,5 L.
43
S využitím obr. 5.22 si ukažme stanovení příčinkové čáry příčného roznášení za předpokladu nekonečně tuhého příčného ztužidla. Za tohoto předpokladu se při excentricky působícím zatížení příčný řez mostu nedeformuje, pouze se posouvá a pootáčí v souladu se zatížením. Příčinková čára příčného roznášení je pak přímkou.
Obr. 5.22 Princip příčného roznášení – nekonečně tuhé příčné ztužidlo Účinek excentricky působícího břemene P = 1 (viz obr. 5.22a) nahradíme břemenem P v těžišti soustavy a momentem M = P · y = 1 · y, vyplývajícím z excentricity y. Břemeno P = 1 v těžišti se roznáší na všechny nosníky rovnoměrně (viz obr. 5.22b), a tedy dílčí pořadnice příčného roznášení (reakce jednotlivých hlavních nosníků) od tohoto účinku jsou
ηi´ = P / m = 1 / m ,
(5.5)
kde m je počet hlavních nosníků. Moment M (viz obr. 5.22c) vyvolává reakce hlavních nosníků plynoucí z momentové podmínky rovnováhy M = ∑ηi´´ ⋅ ei ,
(5.6)
odkud po dosazení a úpravě vyplývá pro dílčí pořadnice příčného roznášení od účinku momentu
η1´´ = M ⋅
e e1 e ; η 2´´ = M ⋅ 2 2 ; … η m´´ = M ⋅ m 2 . (5.7) 2 ∑ ei ∑ ei ∑ ei
44
Výsledné pořadnice příčinkové čáry příčného roznášení jsou jejich součtem
η1 = η1´ + η1´´ ; η 2 = η 2´ + η 2´´ ; … η m = η m´ + η m´´ .
(5.8)
Na uvedeném příkladu byly stanoveny pořadnice příčinkové čáry příčného roznášení pro druhý hlavní nosník zleva, nad nímž bylo umístěno břemeno P. Příčinkovou čáru příčného roznášení pro libovolný hlavní nosník dostaneme, umístíme-li jednotkové břemeno P = 1 nad tento hlavní nosník. Tento přibližný výpočet lze použít pro nosníkové rošty s poměrem šířky a rozpětí maximálně 1/3, orientačně až pro 1/2; u širších roštů již není tento postup dostatečně přesný. Postup lze použít přibližně i pro nosníky tuhé v kroucení. Příčná ztužidla přenášejí ohybové momenty a posouvající síly vyplývající z různých průhybů jednotlivých hlavních nosníků. Nejvíce jsou příčná ztužidla namáhána v místech největších průhybů hlavních nosníků. Počítáme-li nosníkový rošt přímo pro určité zatížení, určíme ohybové momenty a posouvající síly u příčných ztužidel přímo ze styčníkových břemen mezi jednotlivými hlavními nosníky a příčnými ztužidly. Nahrazujeme-li několik příčných ztužidel jedním ideálním ztužidlem, lze namáhání skutečně provedených příčných ztužidel odvodit postupem opačným k postupu odvození ideálního ztužidla. U úzkých mostů (v relaci k rozpětí) je namáhání ztužidel malé a mají tedy malý průřez. Při zvětšování šířky roštu se rychle zvětšuje namáhání příčných ztužidel; např. u roštů řádově stejné šířky a rozpětí je namáhání příčných ztužidel a hlavních nosníků řádově stejné a pak se příčná ztužidla navrhují o stejné výšce jako hlavní nosníky; proto nejsou široké roštové konstrukce příliš ekonomické. Při velkém počtu hlavních nosníků a příčných ztužidel bývá pro řešení vhodnější (a snazší) nahradit nosníkový rošt fiktivní spojitou konstrukcí, ortotropní deskou. U ortotropních plechových desek často hovoříme o nekonečně širokém nosníkovém roštu, kde hlavní nosníky jsou tvořeny příčnými výztuhami, které jsou spojené podélnými výztuhami zastávajícími funkci příčných ztužidel.
5.6.2 Výpočet ortotropních desek U plechových mostovek, které jsou současně pásem hlavního nosného systému, plní plech mostovky několik funkcí – je nosným podkladem vozovky, horním pásem podélných i příčných výztuh, horním pásem hlavních nosníků, podélným ztužením atd. Při vyšetřování napjatosti těchto tenkostěnných a prostorově působících konstrukcí je třeba uvážit účinky dvou systémů (viz obr. 5.23): - hlavní nosný systém I, který přenáší celkové zatížení mostu; při výpočtu je třeba uvážit interakci boulení a smykového ochabnutí celého nosného systému hlavního nosníku (viz modul M03); - systém mostovky II, který přenáší místní zatížení; při výpočtu napětí v plechu mostovky a podélných výztuhách a v plechu mostovky a příčných výztuhách se musí uvážit smykové ochabnutí plechu mezi výztuhami, příp. i účinky lokálního boulení, pokud nastávají (viz modul M03). Výsledné napětí je pak součtem napětí v obou systémech, příp. výsledkem působení při rovinné napjatosti. Působení dlouhého mostovkového pásu jako systému II lze teoreticky vyjádřit diferenciální rovnicí ohybové plochy ortotropní desky, kterou odvodil Huber a upravil Homberg, ve tvaru
45
Dy
kde
∂4w ∂4w ∂4w 2 = p( y, z ) , + D + H z ∂z 4 ∂y 2 ∂z 2 ∂y 4
Dy =
EI pod b pod
,
Dz =
EI př b př
(5.9) (5.10)
jsou tuhosti podélných a příčných výztuh, kde bpod a bpř jsou vzdálenosti podélných a příčných výztuh (ve vztahu k obr. 5.21 je λ = bpod, a = bpř a b = bhl je vzdálenost hlavních nosníků) a ve výrazu
H = κ D y Dz
(5.11)
lze přibližně respektovat tuhost skutečných ortotropních desek v kroucení pomocí parametru κ κ=0 … při úplném zanedbání tuhosti v kroucení κ = 0,3 … pro podélné i příčné výztuhy otevřeného průřezu κ = 0,5 … pro podélné výztuhy uzavřeného průřezu a příčné výztuhy otevřeného průřezu
Obr. 5.23 Princip posouzení ortotropní desky Postup (Cornelius, Hawranek, Steinhardt, Homberg) založený na zjednodušení a úpravě rovnice (5.9) převádí mostovku na nekonečný nosníkový rošt (otočený o 90º), jehož hlavní nosníky nyní tvoří příčné výztuhy a příčná ztužidla jsou představována podélnými výztuhami (hlavní nosníky mostu se považují za tuhé podepření mostovky). Pro určení účinků lokálního zatížení působícího na podélné výztuhy mezi příčnými výztuhami se podélné výztuhy uvažují jako spojité nosníky na tuhých podporách tvořených příčnými výztuhami. Za zmínku dále stojí velmi známý a dříve hojně používaný postup (Pelikan, Esslingerová) charakterizovaný svým výlučně inženýrským přístupem, který vychází z obvyklých skutečných parametrů mostovek s ortotropní deskou (a také byl odvozen a platí pouze pro rozsah parametrů dále uvedený), tj. tloušťka plechu kolem 12 mm, vzdálenost stěn podélných výztuh asi 300 mm, vzdálenost příčných výztuh asi 1,0 až 1,8 m při otevřených podélných výztuhách, resp. 2,0 až 3,0 m při uzavřených podélných výztuhách. Mostovka je uvažová-
46
na jako soustava spojitých podélných výztuh podepřených na poddajných podporách tvořených příčnými výztuhami. U obou metod je třeba, pokud je to významné, uvážit namáhání plechu mostovky mezi podélnými výztuhami; lze je však zanedbat, je-li splněna podmínka pro tloušťku plechu mostovky t ≥ 0,033 bst,pod 3√pK, kde bst,pod je vzdálenost stěn podélných výztuh a pK je extrémní zatížení plechu rozneseným tlakem kola silničního vozidla (bez dynamického součinitele).
5.7 Komorové mosty Přestože tato kapitola je především zaměřena na problematiku trámových mostů s otevřeným příčným řezem a problematika komorových mostů bude podrobněji řešena v předmětu Kovové mosty II a odpovídající studijní opoře, pro pochopení další látky v souvislostech je nezbytné uvést některé, alespoň základní zásady a principy uplatňované při návrhu trámových mostů s uzavřeným příčným řezem, tj. komorových mostů.
5.7.1 Specifické vlastnosti komorových mostů Komorový most je mostní konstrukce, jejíž hlavní nosnou konstrukci tvoří jeden nebo více hlavních nosníků uzavřeného průřezu – komorových nosníků. Některé příklady příčných řezů jsou znázorněny na obr. 5.24. Hlavní nosníky mohou být jednosvazného průřezu (viz obr. 5.24a až 5.24l a 5.24n) nebo průřezu dvousvazného (viz obr. 5.24m), případně též průřezu vícesvazného (viz obr. 5.24o). Přitom více jednosvazných průřezů (nosníků) může při odpovídajícím vyztužení působit jako nosníkový rošt s nosníky uzavřeného průřezu; pak je ovšem nutno při jeho výpočtu brát v úvahu tuhost hlavních nosníků v kroucení, která se (pro zjednodušení výpočtu) u otevřených průřezů obvykle zanedbává, protože otevřené průřezy mají torzní tuhost ve srovnání s uzavřenými malou (viz odst. 5.6 Nosníkové rošty). Komorové mosty mají tedy velkou tuhost v kroucení, což znamená, že i při výrazném excentrickém zatížení se mstní konstrukce pouze nepatrně pootáčí. Tato vlastnost se však může projevit jako značně nepříznivá; např. při montáži se díky této velké tuhosti velmi obtížně vyrovnávají výrobní nepřesnosti a „nerovnosti“, při osazování na ložiska je třeba dbát velmi dobré přesnosti, aby byly všechny podporové body v jedné rovině; již malé zkroucení komorového nosníku (při montáži, při dopravě, při osazování na ložiska) s sebou přináší vznik velkých napětí od kroucení. Tuhost komorových nosníků v kroucení je dána zejména velkou tuhostí v prostém (volném) kroucení, pro niž můžeme přibližně zjednodušeně předpokládat, že GId → ∞. Z toho vyplývá, že příčné roznášení je prakticky rovnoměrné a pro maximální namáhání od ohybu (napětí od ohybových momentů) je rozhodující plné zatížení mostu po celé šířce. Proto i velmi široké komorové nosníky lze staticky řešit podle teorie ohýbaných prutů. Velká šířka pásů komorových mostů umožňuje co nejvíce zredukovat jejich tloušťku, a většinou postačuje i tehdy, jestliže je třeba zajistit velkou průřezovou plochu. Malé tloušťky však s sebou přináší problém velkých štíhlostí pásových desek (tlačených štíhlých stěn průřezu).
47
Obr. 5.24 Příklady příčných řezů ocelových komorových mostů
48
Ty s malou tloušťkou vzrůstají a dosahují hodnot často až kolem 500, což překračuje velmi výrazně mezní hodnoty potřebné pro eliminaci vybočení štíhlé stěny v důsledku jejího vyboulení. Kromě toho tlačené i tažené široké pásy s malými tloušťkami jsou vystaveny vlivu smykového ochabnutí (podstata viz Modul M03 Spřažené ocelobetonové mosty). Za komorové mosty lze v určitém smyslu z hlediska jejich celkového působení považovat i takové mosty, které mají místo dolní plnostěnné pásnice (plechové desky) příhradové podélné ztužení. Zjednodušeně lze tuto příhradovou stěnu uvažovat a nahradit ideální plnou stěnou, jejíž tloušťku lze určit z podmínky, aby náhradní ideální plná stěna měla stejnou tuhost ve smyku jako původní skutečná příhradová stěna. Pro výpočet výsečových normálových napětí není však toto zjednodušení dostačující, zejména proto, neboť poskytuje nepřesné výsledky, a to na stranu nebezpečnou. Přesnější výsledky lze získat řešením takového nosníku jako krouceného prutu otevřeného průřezu.
5.7.2 Kroucení komorových mostů Nosná konstrukce mostu by měla být navržena tak, aby fungovala jako tuhý prostorový celek. Proto je nutné dostatečné vyztužení celé konstrukce tak, aby především byla zajištěna nedeformovatelnost příčného řezu, a to dostatečným počtem příčných ztužidel potřebné tuhosti. Potom taková konstrukce bezproblémově přenáší jakékoliv zatížení, jehož významnou součástí je krouticí zatížení. Kroucení může být vyvoláno různými způsoby, z nichž excentrické zatížení je jedním ze základních, nikoliv však jediným, a to s ohledem na řešení mostní konstrukce jako celku. K vlivům vyvolávajícím kroucení tedy patří: - excentrické zatížení, tzn. takové, jehož výslednice působí ve vyšetřovaném průřezu mimo střed smyku; - centrické zatížení, které ale působí na mosty v půdorysném oblouku nebo na mosty šikmé (viz obr. 5.25).
Obr. 5.25 Kroucení mostů od účinků centrického zatížení a) most v půdorysném oblouku, b) most šikmý
49
Mosty půdorysně zakřivené (v půdorysném oblouku) a mosty šikmé budou dále podrobněji probírány ve studijní opoře pro navazující předmět Kovové mosty II. V tomto modulu a v této kapitole se zaměříme pouze na komorové mosty v přímé a současně kolmé. Nepočítáme-li účinky kroucení s využitím programu založeného např. na metodě konečných prvků, což je v této oblasti nejobvyklejší, lze pro předběžné řešení nosníku namáhaného kroucením, otevřeného nebo uzavřeného průřezu, použít některou z řady používaných metod. Pro přibližné řešení je dostatečně vhodná metoda vycházející z analogie mezi ohybem a vázaným kroucením známá např. i z normativních předpisů. Podstat metody je založena na „podobnosti“ mezi průběhem vnitřních sil od ohybu (ohybový moment, smyková síla) a od vázaného kroucení (bimoment, moment vázaného kroucení) a přetvoření od ohybu (průhyb) a od vázaného kroucení (pootočení), které jsou pro prostě uložený nosník znázorněny na obr. 5.26.
Obr. 5.26 Analogie ohybu a vázaného kroucení pro nosník prostě podepřený s volnou deplanací v podporových průřezech V některých případech lze za konstrukci podobnou komorovému mostu považovat most s hlavními nosníky otevřeného průřezu, které ve spojení s deskou mostovky tvoří konstrukci tuhou na kroucení. Při řešení takových tzv. „otevřených komorových mostů“ je nezbytné aplikovat i pro předběžný návrh teorii vázaného kroucení, neboť výsečová napětí od kroucení dosahují velmi vysokých hodnot srovnatelných s hodnotami napětí od ohybu. Analogii ohybu a kroucení u takových nosníků lze dokumentovat na několika následujících příkladech znázorněných na obr. 5.26, 5.27 a 5.28, které ukazují obvyklé časté případy kroucení u mostních konstrukcí.
50
Obr. 5.27 Analogie ohybu a vázaného kroucení vetknutého nosníku se zabráněnou deplanací v podporových průřezech
Obr. 5.28 Analogie ohybu a kroucení spojitého nosníku zatíženého spojitým rovnoměrným zatížením ve středním poli
51
Příklad na obr. 5.26 znázorňuje nosník prostě podepřený v ohybu i v kroucení, tj. s volnou deplanací v podporových průřezech, zatížený spojitým rovnoměrným zatížením, na příkladu na obr. 5.27 je znázorněn nosník vetknutý v ohybu i v kroucení, tzn. se zabráněnou deplanací v podporových průřezech, zatížený osamělým krouticím momentem, a příklad na obr. 5.28 ukazuje ohyb a kroucení spojitého nosníku o 3 polích zatíženého spojitým rovnoměrným zatížením ve středním poli. Obr. 5.29 pro ilustraci ukazuje průběhy výsečových normálových napětí σw uprostřed rozpětí a výsečových smykových napětí τw v podporovém průřezu pro prostý nosník s volnou deplanací v podporových průřezech, při zatížení spojitým krouticím zatížením konstantní hodnoty.
Obr. 5.29 Ilustrace průběhu výsečových smykových a normálových napětí v průřezu prostého nosníku při rovnoměrném spojitém krouticím zatížení Nosníky uzavřeného průřezu při vyšetřování napětí od kroucení postačí řešit pouze pomocí Bredtových vzorců, podle nichž je smykové napětí
τi =
Mk Mk = Ω ⋅ ti 2 As ⋅ ti
(5.12)
Θ′ =
Mk . GI d
(5.13)
a zkroucení
Obvykle se uvádí, že teorie vázaného kroucení by měla být uplatňována zejména u krátkých prutů otevřeného průřezu, je-li parametr kroucení ψL < 10; naopak, s teorií prostého (volného) kroucení se obvykle vystačí u dlouhých prutů uzavřeného průřezu, je-li parametr kroucení ψL > 10. Přitom parametr kroucení se uvažuje ve tvaru
ψL = L ⋅
GI d , EI w
(5.14)
52
kde Id je moment tuhosti v prostém kroucení a Iw je výsečový moment setrvačnosti vyšetřovaného průřezu. Tyto doporučené hodnoty se však vztahují hlavně na pruty s nekonečně tuhým průřezem. U spřažených komorových mostů se však doporučuje uvažovat vázané kroucení v každém případě, protože i malé hodnoty výsečových normálových napětí, jsou-li tahová, by mohly nepříznivě ovlivnit návrh betonové desky. Za nekonečně tuhý lze považovat příčný řez tehdy, je-li vyztužen dostatečným počtem příčných ztužidel, u komorových mostů (uzavřeného průřezu) se nazývají diafragmata. Příčná ztužidla mohou být provedena různými způsoby: -
rámová – obvykle u mostů, u nichž uvnitř „komory“ musí být zajištěn průjezd vozidel; protože tato ztužidla mají nejmenší tuhost, je nutno je provádět hustě, zpravidla v místě každého příčníku;
-
příhradová – tato ztužidla jsou mnohem tužší než rámová a přitom mnohem méně náročná na spotřebu materiálu a jsou i relativně málo pracná;
-
plnostěnná – tato ztužidla mají největší tuhost a jejich působení je tedy nejúčinnější; uplatňují se hlavně v podporových průřezech.
Obr. 5.30 Namáhání příčných ztužidel Mezilehlá (vnitřní) příčná ztužidla musí přenášet účinky krouticího zatížení, které na ně připadá z přilehlých úseků (mezi sousedními ztužidly); ztužidlo přenáší rozdíl krouticích momentů zleva a zprava. Např. při spojitém krouticím zatížení je průběh krouticích momentů podle čárkované čáry na obr. 5.30, příčná ztužidla však průběh změní podle obrazce ohraničeného plnou čarou na obr. 5.30, tzn. že v místech ztužidel jsou „skoky“ krouticího momentu. Kdyby zatížení bylo představováno osamělými krouticími momenty, přenesly by se jejich účinky do ztužidel podle příčinkové čáry na obr. 5.30 označené „c“. Podporové ztužidlo pak musí přenést podporový krouticí moment.
53
5.7.3 Konstrukční řešení komorových mostů Návrh konstrukčního řešení komorových mostů respektuje obecné zásady konstrukčního řešení ocelových mostů, vyskytují se zde však určité specifické otázky, na něž je třeba upozornit. Uspořádání komorových mostů je třeba přizpůsobit tak, aby vnitřek konstrukce byl po celé její délce přístupný. Na koncích konstrukce jsou tedy umístěny vstupní otvory (viz obr. 5.31) umožňující přístup dovnitř komorového nosníku. Tyto otvory nesmí být z pochopitelných důvodů umístěny do oblasti horní pásnice, tzn. do oblasti plechové desky, a musí být uzavřeny utěsněnými poklopy. Velikost otvorů, s ohledem na možnost průlezu (minimální velikost průlezného otvoru) má být aspoň 600 x 600 mm. Uvnitř komorových nosníků, jejichž délka přesahuje 50 m, musí být zřízen rozvod elektrického proudu.
Obr. 5.31 Vstupní otvor do komorového hlavního nosníku Tenké (a tedy štíhlé) stěny a pásy komorových nosníků jsou z důvodů boulení vyztuženy velkým množstvím příčných výztuh, které jsou připojeny pomocí svarů, což s sebou přináší zvýšené nebezpečí vzniku vrubů. Zvláště u železničních mostů je žádoucí, aby příčné výztuhy nebyly přivařeny přímo na plech pásů; problém se řeší tak, že na pásy jsou přivařeny pouze podélné výztuhy a tím odpadají příčné svary, které by mohly výrazně snižovat únavovou únosnost komorových mostů. Do průřezu pásu hlavního nosníku lze započítat podélné výztuhy, ovšem pouze za předpokladu, že jsou náležitě připojeny a stykovány.
Obr. 5.32 Příklad zvláštního typu komorového mostu – mostního provizoria pro použití např. jako konstrukce prozatímních mostů
54
Na obr. 5.32 je uvedena ilustrace zvláštního typu komorového mostu pro využití zejména v konstrukcích prozatímních mostů, protože jeho řešení je z hlediska zaujímaného prostoru velmi úsporné. Tento typ komorového mostu je použitelný až do rozpětí 30 m (při návrhu je rozhodující zpravidla průhyb) a jeho výhodou je, že vyžaduje jen malou stavební výšku.
a)
b) Obr. 5.33 Typické průřezy komorových nosníků pro trvalé železniční mosty 55
Pro trvalé železniční mosty se zpravidla využívají průřezy lichoběžníkového tvaru se šikmými stojinami podle obr. 5.33a, které lze použít pro prosté nosníky až do rozpětí kolem 50 m. Jejich výška se navrhuje obvykle v rozmezí 1/12 až 1/16 rozpětí. Průřezy se svislými stojinami umístěnými přímo pod kolejnicemi podle obr. 5.33b jsou však méně pracné na výrobu, a proto se jim u mostů menších rozpětí dává přednost. U obou typů musí být pásy vyztuženy, např. úhelníky nebo obdélníkovými profily ze široké oceli přivařenými k pásovým plechům; u horního pásu procházejí příčnými výztuhami, u dolního pásu jsou k nim připojeny VP šrouby. Montážní styky stojin jsou provedeny jako třecí, styky horního, příp. i dolního pásu jsou svařované. Hlavní příčná ztužidla v mezipodporových průřezech jsou navržena jako příhradová, v podporových průřezech pak plnostěnná; v místech příčných výztuh jsou navíc ještě podružná ztužidla navržená jako rámová.
56
6.
Základní zásady navrhování spřažených ocelobetonových mostů
6.1 Uplatnění spřažených ocelobetonových konstrukcí v mostním stavitelství Nosný podklad vozovky ocelových mostů tvoří velmi často železobetonová deska. V tom případě je zpravidla účelné spřáhnout desku s ocelovými nosníky, jež ji podpírají, a vytvořit tak spřaženou ocelobetonovou konstrukci. Hlavní výhodou spřažených ocelobetonových konstrukcí je úspora oceli, jíž se dosáhne jednak tím, že se část oceli v tlačených oblastech nahradí betonem, který má dobré vlastnosti v tlaku, jednak tím, že betonová deska plní současně několik funkcí. Je nosným podkladem vozovky, ale také součástí hlavních nosníků a současně zastává funkci podélného ztužení. Přestože konstrukce s ortotropní ocelovou deskou mají nižší hmotnost, to se však významně projeví až teprve u mostů velkých rozpětí, kde podíl vlastní tíhy na celkovém zatížení je značný. U mostů menších a středních rozpětí (prosté nosníky do cca 80 m; spojité nosníky do cca 100 až 120 m) jsou zpravidla výhodnější spřažené konstrukce, protože mají menší spotřebu oceli a menší nátěrovou plochu a v neposlední řadě je méně pracná jejich výroba s snadnější jejich údržba. Přestože konstrukce železobetonové nebo z předpjatého betonu vyžadují asi o 25 až 50 % méně oceli než konstrukce spřažené, vzrůstá u nich spotřeba betonu úměrně rozpětí, zatímco u spřažených konstrukcí je prakticky konstantní, téměř nezávislá na rozpětí. Pro větší rozpětí je proto často výhodnější spřažená konstrukce, u železničních mostů někdy již při rozpětí relativně malých od 30 m. Značnou výhodou spřažených konstrukcí je jejich velká ohybová tuhost, která významně snižuje průhyb ve srovnání se stejně vysokými nosníky ocelovými. To umožňuje při malé stavební výšce návrh mostů s horní mostovkou se všemi výhodami, které horní mostovka poskytuje (viz odst. …). Spřažené mosty železniční s průběžným kolejovým ložem jsou méně hlučné než ocelové konstrukce, proto jsou výhodné zejména v městské zástavbě. Protože se výhody spřažených konstrukcí uplatní hlavně u mostů s horní mostovkou, používají se právě především v tomto případě. U mostů a dolní mostovkou lze betonovou desku spřáhnout s nosníky mostovky (podélníky, příčníky), u mostů obloukových, visutých a zavěšených pak např. s výztužnými nosníky (trámy).
6.2 Typy spřažených mostních konstrukcí 6.2.1 Spřažené trámové mosty s otevřeným příčným řezem Spřažené trámové konstrukce s horní mostovkou mají hlavní nosníky buď plnostěnné nebo, při větších rozpětích, příhradové. Silniční mosty menších a středních rozpětí nemají obvykle podélníky ani příčníky a betonová deska mostovky je spřažena s hlavními nosníky (viz obr. 6.1), které jsou spojeny v poměrně velkých vzdálenostech (6 až 10 m) příčnými ztužidly, buď rámovými
57
(viz obr. 6.1a) nebo příhradovými (viz obr. 6.1b). Zpravidla je hlavních nosníků několik a pak tvoří konstrukce nosníkový rošt. Vzdálenost hlavních nosníků u mostů pozemních komunikací je obvykle v roští 2,0 až 5,0 m; větší vzdálenosti nejsou příliš vhodné, protože vedou ke zvětšování tloušťky betonové desky a tím i zvětšování hmotnosti konstrukce.
Obr. 6.1 Příčný řez spřaženou konstrukcí silničního mostu a) s rámovým příčným ztužidlem, b) s příhradovým příčným ztužidlem Někdy lze u silničních a dálničních mostů navrhnout pouze dva hlavní nosníky a dále je doplnit hustě uspořádanými příčníky (viz obr. 6.2a) nebo podélníky, které se opírají o příčná ztužidla (viz obr. 6.2b). Betonová deska je pak spřažena nejen s hlavními nosníky, ale i s nosníky mostovky.
Obr. 6.2 Příčný řez silničním mostem a) s příčníkovou mostovkou, b) s podélníkem podepřeným příčnými ztužidly
58
Jednokolejné železniční mosty mají obvykle dva hlavní nosníky (viz obr. 6.3a), jejichž vzdálenost je dána požadavkem dostatečné vodorovné tuhosti a bezpečnosti proti překlopení konstrukce a u mostů středních rozpětí bývá většinou 2,0 až 2,5 m. Pouze v případě omezené stavební výšky se pod jednou kolejí umísťují tři nebo i čtyři hlavní nosníky, což však vede ke značnému zvětšení hmotnosti konstrukce. Dvoukolejné železniční mosty mají obvykle pod každou kolejí samostatnou konstrukci (viz obr. 6.3b).
Obr. 6.3 Příčný řez spřaženou konstrukcí železničního mostu a) jednokolejný most, b) dvoukolejný most U trámových příhradových mostů s dolní mostovkou (viz obr. 6.4) lze betonovou desku spřáhnout s podélníky (viz obr. 6.4a) nebo s příčníky (viz obr. 6.4b), v některých případech s podélníky i s příčníky společně (viz obr. 6.4c). V tomto případě však vlivem spolupůsobení mostovky s hlavními nosníky může vznikat v betonové desce tah; pak je vhodné ji v podélném směru předepnout. Spřažení betonové desky s nosníky mostovky se často využívá při rekonstrukcích a zesilování starších ocelových mostů.
Obr. 6.4 Mosty s dolní mostovkou – betonová deska spřažena a) s podélníky, b) s příčníky, c) s podélníky i s příčníky
6.2.2 Spřažené trámové mosty s uzavřeným příčným řezem – spřažené komorové mosty Novějším typem spřažených konstrukcí jsou spřažené mosty uzavřeného průřezu se svislými nebo šikmými stojinami (viz obr. 6.5). Jejich výhody i nevýhody jsou podobné jako u ocelových komorových mostů. Svým statickým působením jsou spřaženým konstrukcím uzavřeného průřezu blízké konstrukce, které mají místo dolní desky příhradové podélné ztužidlo (viz obr. 6.6).
59
Obr. 6.5 Spřažené mosty s uzavřeným průřezem – spřažené komorové mosty
Obr. 6.6 Spřažená konstrukce s příhradovým podélným ztužidlem
60
6.2.2.1 Vlastnosti a uplatnění spřažených komorových mostů
Výhodou spřažených komorových konstrukcí je zvláště jejich velká tuhost v kroucení, a proto mají význam především tam, kde vlivem rozhodujícího zatížení vznikají velké krouticí momenty, jak např. zejména u mostů v půdorysném oblouku. Čím menší je poměr r / L, tedy poloměru oblouku r a rozpětí L, tím větší jsou krouticí momenty a tím vhodnější je konstrukce uzavřeného průřezu; např. u spojitých spřažených konstrukcí se za vhodnou pro použití konstrukce uzavřeného průřezu považuje hodnota r / L menší než 15 až 20. Optimální výška spřažených komorových nosníků je menší než u konstrukcí otevřeného průřezu, u mostů pozemních komunikací např. asi o 15%, proto jsou vhodné tam, kde je k dispozici omezená stavební výška. Další výhodou spřažených komorových mostů je hladký povrch vnějších ploch, protože výztuhy jsou zpravidla pouze na vnitřních stranách stěn průřezu a dále, na rozdíl od ocelových komorových mostů, také hladký podhled viditelných vnějších částí mostovky. To vše přispívá k menší nátěrové ploše, vyšší odolnosti konstrukce proti korozi a ke snadnější údržbě; zanedbatelné není ani hledisko estetické. Nevýhodou bývá větší spotřeba oceli (i přes nižší optimální výšku asi o 12%) hlavně u mostů v přímé nebo v oblouku s velkým poloměrem (ve vztahu k rozpětí). Při menším rozpětí se snižuje využití dolního pásu hlavních nosníků v oblasti malých ohybových momentů a více se projevuje nepříznivý vliv smykového ochabnutí. Částečně lze tyto jevy příznivě ovlivnit zúžením dolního pásu použitím lichoběžníkového průřezu. 6.2.2.2 Konstrukční řešení
Spřažené komorové průřezy mají v obvyklých případech horní pás tvořen pouze betonovou deskou spřaženou s hlavními nosníky stejně tak jako konstrukce otevřeného průřezu; v některých případech mohou však mít horní pás proveden jako ocelový plech, který je spřažen s betonovou deskou a pak hovoříme o desce kompozitní; v tom případě má deska podstatně menší tloušťku. K výhodám spřažených komorových konstrukcí s kompozitní deskou spřaženou s plechem (nikoliv jen s hlavními nosníky) patří snazší montáž konstrukce a jednodušší betonáž desky, protože plech nahrazuje bednění, které u otevřených konstrukcí bývá rozsáhlé a nákladné, a dále již během montáže tvoří ztužení, které u otevřených konstrukcí musí být při montáži provedeno jako samostatné příhradové ztužidlo mezi horními tlačenými pásy hlavních nosníků. Na druhé straně toto řešení přináší nevýhody, a to větší spotřebu konstrukční oceli, větší počet spřahovacích prostředků (trnů) nutných pro spřažení nejen s hlavními nosníky, ale s celým plechem mostovky.
6.2.3 Konstrukce s obetonovanými ocelovými nosníky U mostů malých rozpětí se jako výhodné řešení jeví použití železobetonové desky s tzv. tuhou výztuží (viz obr. 6.7) tvořené zpravidla válcovanými ocelovými nosníky osazenými na mostní podpory a poté zabetonovanými. V tlačené oblasti beton spolupůsobí s ocelovými nosníky, zajišťuje jejich vyztužení a za-
61
bezpečuje proti lokální i globální ztrátě stability (boulení a klopení). Beton také chrání ocelové nosníky proti korozi, a tím přispívá ke snížení nákladů na povrchovou ochranu a údržbu; proto je účelné krýt vrstvou betonu i dolní příruby nosníků. Desky se zabetonovanými nosníky se vyznačují snadnou výrobou a údržbou a malou konstrukční výškou. Nevýhodou je vysoká spotřeba oceli.
Obr. 6.7 Konstrukce se zabetonovanými ocelovými nosníky Zvláštním typem obetonovaných nosníků jsou tzv. předepnuté nosníky (např. typu Reflex) vyvinuté původně v Belgii. Válcované širokopřírubové nosníky se před obetonováním prohnou a v takto předepnutém stavu se obetonuje pásnice, která bude v hotové konstrukci v tažené oblasti nosníku. Po zatvrdnutí betonu se nosník uvolněním předpětí napřímí a v betonu kolem pásnice tak vznikne tlakové napětí – předpětí. Na staveništi se pak dobetonuje deska a obetonují se i stěny nosníků (viz obr. 6.8).
Obr. 6.8 Průřez a princip předepnutých nosníků Reflex Předpětím se sice nezvětší únosnost, ale zmenší se průhyb nosíků od nahodilého zatížení, a proto mohou být velmi štíhlé. Tlakové předpětí betonu v oblasti dolní (tažené) pásnice zmenšuje výsledná tahová napětí a omezuje tak vznik trhlin v betonu. Proměnnost napětí vlivem provozního zatížení je menší než u jiných typů mostů, což znamená omezení vzniku únavy. U železničních mostů lze tyto nosníky použít pro rozpětí až kolem 30 m, přitom výšku nosníků lze minimalizovat až na 1/25 rozpětí, u mostů pozemních komunikací může rozpětí dosahovat 40 až 50 m a výška nosníků může být minimalizována až na 1/40 rozpětí. Zvlášť výhodné jsou při omezené konstrukční výšce a tam, kde by vznikaly komplikace při obnově povrchové ochrany (nátěru), např. nad elektrifikovanými tratěmi apod.
62
7.
Závěr
7.1 Shrnutí Tento modul se v úvodu zabývá problémem materiálu kovových mostů z hlediska jeho specifických vlastností a z hlediska možností jeho použití v kovových mostech. Další část problematiky je věnována bezpečnosti mostních konstrukcí proti překlopení a proti nadzdvižení z ložisek. Podstatná část modulu je zaměřena na problematiku mostního svršku a v souvislosti s ním zejména typů mostovek používaných pro mosty pozemních komunikací a mosty drážních komunikací. Velká část textu je zaměřena na principy konstrukčního a statického řešení prvkových mostovek jak u železničních, tak i u silničních mostů. Pozornost je věnována především vzájemnému spolupůsobení jednotlivých prvků mostovky a hlavní nosné konstrukce. V souvislosti s tím je podrobněji rozebrána problematika norníkových roštů. Další podstatnou částí tohoto modulu je problematika deskových mostovek, zejména využití ortotropních desek u ocelových mostů pozemních i drážních komunikací. Poslední důležitou částí je základní přehled o typech trámových mostů s plnostěnnými hlavními nosníky, kde jsou uvedeny základní principy konstrukčního a statického řešení trámových mostů otevřeného i uzavřeného průřezu a částečně též základní informace o spřažených ocelobetonových mostních konstrukcích.
63
8.
Studijní prameny
8.1 Použitá literatura [1]
Pechar, J., Bureš, J. a Schindler, A. Kovové mosty. SNTL / ALFA, Praha, 1990. ISBN 80-03-00523-X.
[2]
Schindler, A. Bureš, J. a Pechar, J., Navrhování ocelových mostů. SNTL / ALFA, Praha, 1980.
[3]
Janda, L., Kleisner, Z. a Zvara, J. Betonové mosty. SNTL / ALFA, Praha, 1988.
[4]
ČSN 73 6201 Projektování mostních objektů, ČNI Praha, 1995.
[5]
Holý, M. a kolektiv Stavby mostů, propagační materiál, Vojenské stavby Praha, a.s. & Hutní montáže Ostrava, a.s., 2000.
8.2 Doplňková studijní literatura [6]
Ryal, M.J., Parke, G.A.R. and Harding, J.E. (editors) Manual of Bridge Engineering, Institue of Civil Engineers, Thomas Telford ltd., London, 2000. ISBN 0 7277 2774 5.
8.3 Odkazy na další studijní zdroje a prameny [7]
SCI – The Steel Construction Institute, Ascot, U.K. ESDEP – European Steel Design Education Programme, CD ROM, ESDEP Society, 2000.
64
