GYALOGHIDAK TERVEZÉSE. Összeállította: Dr. Huszár Zsolt a CEB FIB bulletin 32 alapján

GYALOGHIDAK TERVEZÉSE Összeállította: Dr. Huszár Zsolt a CEB –FIB bulletin 32 alapján

1

2

AZ ELėADÁSOK FEJEZETEI • • • • • •

Bevezetés FĘbb irányelvek Geometriai követelmények Terhek Dinamikai méretezés Kialakítás – Burkolatok – Korlátok – Világítás

• Mozgatható hidak 3

1. BEVEZETÉS • Ezeknek az elĘadásoknak az a célja, hogy irányelvekkel szolgáljon gyaloghidak és kerékpárosok illetve lovasok részére szolgáló hidak tervezéséhez. • Ezen irányelvek megkísérlik összegyĦjteni a kimondottan gyaloghidak tervezéséhez szükséges információkat. • Az irányelvek nem tekinthetĘk nemzetközi szabványnak. Célzottan gyaloghidak tervezéséhez nincsenek nemzetközi elĘírások.

4

2. FėBB IRÁNYELVEK •

A gyaloghidakon lassan mozgó szemlélĘdĘ járókelĘk közlekednek. Közelebbi kontaktusba kerülnek a szerkezettel, mint a közúti és a vasúti hidak esetében. A gyaloghidaknak emberléptékĦeknek kell lenniük.

•

A gyalogosok szempontjai nagymértékben befolyásolják a szerkezet kialakítását. (Közúti- vasúti híd: egydimenziós mozgás ļ gyaloghíd: térélmény)

•

LehetĘség tervezĘi kreatívításra. Mozgatható hidak, ívben fekvĘ és kábeleken függĘ felszerkezetek, vagy egymást keresztezĘ több részbĘl álló szerkezetek érdekes térbeli megjelenést eredményezhetnek.

•

Szemben a közúti, valamint a vasúti hidak tervezési gyakorlatával, a gyaloghidak tervezésénél nincsenek elĘre rögzített paraméterek a helyszínt, a hosszúságot, valamint a magasságot illetĘen. Ezek a tervezés kezdetén részletes vizsgálatok alapján veendĘk fel.

•

A gyaloghídnak a környezetébe jól kell illeszkednie, mert a városrész további fejlĘdését segítheti, de kedvezĘtlen esetben akár akadályozhatja is. 5

Gyaloghíd tervezésénél a tervezĘ számos alternatíva közül szabadabban választhat. Ennek okai a gyaloghidak jellegzetességeiben keresendĘk: •

A felszerkezet kialakítása és alakja, valamint a híd íveltsége a közúti hidakhoz képest sokkal szabadabban választható meg. A pályaszerkezet is keskenyebb. Általában 3-4 m szélesség elegendĘ.

•

Kevesebb a kötöttség a hossz-szelvény kialakításában, Szokatlan megoldások is alkalmazhatók pl. (járható ívek).

•

Változatos anyagfelhasználás: fa, acél, alumínium, sĘt esetleg üveg is alkalmazható.

•

A korlát alakja és anyaga is szabadabban választható meg. Bekapcsolható a teherviselésbe is.

•

A lehajlásokat általában nem korlátozzák olyan szigorúan, mint közúti- és vasúti hidak esetén. Emiatt lehetnek sokkal karcsúbb szerkezetek.

•

Új anyagok és szerkezettípusok alacsonyabb költségekkel vezethetĘk be. 6

Néhány példa elöljáróban

7

A Sakaemachi Greenwalk gyaloghidat Yokohama város központjában, egy olyan keresztezésben építettek meg, mely a „Portside Area” és a „Minatomirai 21 Area” felé vezetnek. A híd íves Y formájú, mely három irányból egyszerĦ megközelítést tesz lehetĘvé. A felszerkezetet innovatív tartók képezik, melyek fesztávolságai 34.3 m, 26,6 m és 19.9 m, és a Metrolitan expressway (városi gyorsforgalmú) utat hidalják át. Az acél csĘtartókat az alátámasztások nagy távolságai miatt alkalmazták. Az acélcsövek átmérĘje1016 mm, vastagsága, pedig 22 mm. A felszerkezet a korláttal együtt kedvezĘ benyomást kelt. Az alátámasztó szerkezetek (a ferde oszlophármas) is csĘbĘl készültek. A híd mind három irányban mozgó feljáróval rendelkezik. A víz elvezetését V alakú csempék biztosítják megakadályozva a kerekes székek leesését. A hidat a környezethez illĘen zöldre festették, a mĦtárgy harmonikusan illeszkedik környezetéhez.

8

9

A Shiosai gyaloghíd Japánban a Kikugawa folyó felett épült 1995ben. A híd négy nyílású elĘgyártott és utófeszített felszerkezetĦ, melyet alulról folytatólagosan utófeszített ívek támasztanak meg. Az ívek elĘgyártott és utófeszített elemekbĘl készültek, melyek vastagsága középen 0.25 m, a támaszoknál, pedig 0.48 m. A vízszintes erĘ csökkentése érdekében a belógás mértéke 1/10. Ugyanezen célból különleges könnyĦ betont alkalmaztak, melynek szilárdsága 40 MPa, fajsúlya, pedig 18.5kN/m3. A pályaszerkezet 0.40 m vastag takaréküreges utófeszített betonból készült. A pályalemezek a hídfĘkhöz és a pillérekhez sarokmereven csatlakoznak. A híd építésénél elĘször megépültek a hídfĘk, valamint a pillérek. Ezután készítették el a befüggesztett merevítĘ íveket. Az ívek elĘgyártott elemei közötti hézagokat kibetonozták, majd utófeszítették. Ezután betonozták be a felszerkezetet az alátámasztó oszlopokkal együtt. A hosszirányú hajlítórezgés logaritmikus dekrementuma 0.04 0.06 volt. 10

11

Az angliai Tyne folyó felett Gateshead-ben a gyalogos és kerékpáros közlekedés céljára egy íves felszerkezetĦ mozgatható gyaloghíd épült, melynél a gyalogos és a kerékpáros forgalom el van választva (a teljes hossz 126 m, a nyílás pedig 105 m). A pályaszerkezet csavarással szemben ellenálló acél dobozszerkezet, mely függĘleges bordázattal van megerĘsítve és megtámasztja a külsĘ íven futó nyitott kerékpárpályát. Az íves kialakítást azért alkalmazták, mert kevés hely állt rendelkezésre rámpa számára és egyúttal a mozgathatóságot is megoldja. Az íves kialakítás a kis emelkedés mellett megnövelte a híd hosszát. A hídfelszerezet 50 m magas ferde ívre van felfüggesztve kábelekkel a belsĘ oldalán. A híd nyitását mindkét végén hidraulikus csörlĘk segítségével az ív és a pálya vízszintes tengely körüli együttes elforgatásával oldják meg. A szerkezetet 40°-kal elfordítva 35m széles és 25m magas Ħrszelvény biztosítható a hajózás számára.

12

13

Az olasz Aquileia-i bazilika híres mozaikjai évente 300000 látogatót vonzanak, ezért védelmet igényelnek. E cél érdekében acélszerkezetĦ gyalogjárdát terveztek, melyet az új födémszerkezetre függesztettek. Az üveg járófelület jó átláthatóságot biztosít a látogatók számára. Ez a járófelület laminált üveglemezekbĘl áll. (három db 12 mm vastag lemez és felettük egy 6 mm vastag üveglemez, mely cserélhetĘ). Az állandó és hasznos terheket egy rozsdamentes acélszerkezet viseli.

14

15

A híd nyílása 9.5 m, mely a londoni Királyi Operaházat és az Új Balett Iskolát köti össze. A hídcsatlakozások, úgy vízszintes, mint magassági szempontból eltérĘek. A látvány hatásossága szempontjából a szerkezet hosszirányban 90°-ban elcsavarodik. Az üvegezett alumínium keretek négyesével forognak. A könnyed zárt formák piruett-szerĦ teret képeznek utalva a táncosokra. Szigorú idĘkorlát volt megadva a helyszíni munkálatokra. Ezért a tejes híd elĘgyártással készült, és autódaruval emelték be. A daru teherbírása korlátozta a szerkezet önsúlyát. Az áthidaló (teherhordó) szerkezet alumínium szekrény, állandóan változó keresztmetszettel, melyeket a súly-csökkentés és a kisebb fenntartási igény miatt választottak. A tartószerkezet (alumínium szekrénytartó) nem zavarja az átláthatóságot, továbbá elhelyezhetĘk benne a fĦtés és a szellĘzés csĘvezetékei is.

16

17

Ez a faszerkezetĦ híd két várost az auszriai Gaißau-t és a svájci Reineck-et köti össze. A fedett faszerkezet szimbolizálni akarja a Vorarlbergi erdĘs tájakat. A faszerkezetek általában a legolcsóbbak. A teherviselĘ szerkezet két ragasztott fagerenda (44 m fesztávolság), melyek belül vezetett lapos acél elemekkel vannak megerĘsítve. A híd szélessége 4.5m. A gyaloghíd nyitott szerkezet és jó kilátást biztosít. A lefedettség, a korábbi fahidakat idézi.

Egy régi fahíd Luzern Kápolna-híd (1333) 18

19

A német Rajna-Herne csatornán lévĘ gyaloghíd ívesen két olyan úthoz csatlakozik, melyek egymással majdnem derékszöget zárnak be. A pályát térbeli ívszerkezet támasztja alá. Az acél híd fesztávolsága 77 m. A pályaszerkezetet 3.0 m-ként V alakban futó rácsrudak támasztják meg. Az íveket csuklóként mĦködĘ öntött acélsaruk támasztják alá. Az üreges acél szerkezet három részbĘl készült. ElĘször a két parti rész készült el, majd daruval emelték be a középsĘ 60 m-es darabot és hegesztéssel rögzítették.

20

A gyaloghidak emberléptékĦ kialakítása érdekében fokozottan kell figyelembe venni a hidat használó gyalogosok igényeit. Néhány fontosabb szempont:

• A rezgéseket korlátozni kell a hídon közlekedĘk érdekében. (IdĘsebbek érzékenyebbek lehetnek.) • A keskeny magas járófelületen közlekedve kellemetlen érzést kelthetnek a hidat használókban az alattuk közlekedĘ jármĦvek. • Amennyiben nyitott, szabad terület pihenĘhelyek (padok stb.) is kialakíthatók.

áll

rendelkezésre,

• Spirálisan vezetett lépcsĘk megnehezíthetik az idĘsebbeknek a híd használatát. 21

• Lassan emelkedĘ lépcsĘk alkalmasabbak, bár sĦrĦn lakott városokban meredekebb lépcsĘk is megengedhetĘk. Igen nagy forgalom esetén felvonók is szóba jöhetnek. • Amennyiben szĦk utcát kell áthidalni, és a feljárók számára kevés hely áll rendelkezésre, más változatot kell alkalmazni, pl. közeli sétányokat lehet felhasználni vagy a híddal a csatlakozó épületeket összekapcsolni. • Ha lakóházak vannak a híd közelében, ügyelni kell arra, hogy ne láthassanak be a lakásokba, valamint a lépcsĘkön közlekedĘket ne zavarja az alul lévĘk feltekintése. Erre a célra homályosított üvegfalak, üvegtáblák használhatók. 22

Zsúfolt városi környezetben, mint pl. Kelet-Ázsiában a tervezés nagyobb körültekintést igényel. Ezért: • Nagy keresztezĘdéseknél a vízszintes, valamint magassági közlekedés hosszát célszerĦ lerövidíteni több rámpa alkalmazásával, ill. kapcsolatot biztosítani a szomszédos épületekhez. • CsúcsidĘben nagy tömeg áramlik ki a tömegközlekedési jármĦvekbĘl. A zsúfoltság megelĘzhetĘ a pálya megszélesítésével, a függĘleges mozgás rövidítésével, valamit több szintĦ hálózat kialakításával. (Lásd 2.2 ábrát). • A folyamatban levĘ városi fejlesztési terveknél távlati elképzeléseket is figyelembe kell venni. Az épületek emeleti folyosóit össze kell kötni a magasságvesztés csökkentése érekében. 23

• A gyakori közlekedési balesetek csökkenthetĘk a nagy csomópontoknál felüljárók alkalmazásával a sĦrĦn lakott körzetekben. Ilyenkor a tervezésnél gondosan kell mérlegelni az alátámasztó oszlopok, valamint a feljárók elhelyezését (2.3 ábra). Alternatív megközelítési lehetĘséget is kívánatos biztosítani. • Az csatlakozási pontok helye különösen fontos keskeny keresztezĘdéseknél. Ha a szerkezet közeli épületekhez kapcsolódik, a híd összekötheti ezeket. • Ha a gyaloghíd parkhoz kapcsolódik célszerĦ a sétányokat kibĘvíteni. 24

Az építĘanyag megválasztásának szempontjai • Ha a tervezĘ új elképzeléseket kíván megvalósítani, akkor ennek harmóniában kell lenni a környezettel, valamint a kiválasztott anyagnak esztétikai szempontból is meg kell felelnie az elvárásoknak. • A gyaloghíd könnyĦ fenntartása elsĘdleges szempont. A felelĘs tervezĘnek olyan anyagokat kell találni, melyek nem idegenek a környezetétĘl. Az önsúly csökkentése érdekében nagyszilárdságú anyagok alkalmazása kellĘ megfontolást igényel. A felszerkezet anyagának illeni kell környezetéhez is. A nem teherhordó szerkezetek anyagát is vizsgálni kell a gyalogosok szempontjai szerint. 25

ÉpítĘmérnök és építész együttmĦködése Ha a mérnök és az építész nem mĦködik együtt, és nem ismeri a másik elképzeléseit, az alább ismertetett problémák adódnak: • Ha az építész tervezĘ csak a formai és esztétikai szempontokat vesz figyelembe anélkül, hogy a szerkezeti követelményekre is tekintettel lenne, továbbá az építĘmérnököt csak késĘbb vonják be a tervezésbe csupán azért, hogy lényegében véve csupán egy szobortervhez végezzen statikai vizsgálatokat, akkor ez esetleg kiegészítĘ szerkezeti elemek alkalmazását is szükségessé teheti, növelve ezzel az építési költségeket is. • Fordított esetben pedig, ha csupán a hasznosságot, valamint költség optimumot veszik tekintetbe, és az építészt csak késĘbb vonják be a tervezésbe, akkor ez csak egy harmóniát nélkülözĘ szerkezethez vezethet.

A gyaloghíd egy olyan állandó építmény, mely nemcsak két pont összekötését biztosítja, hanem egy hely szimbólumává is válhat.

26

3. GEOMETRIAI KÖVETELMÉNYEK Irányelvek a híd geometriai követelményeire. Adatok: – a híd megkívánt szélessége, – emelkedési viszonyai, – a feljáró környezetének kialakítása.

A felszerkezet szélessége A legelsĘ követelmény gyaloghíd tervezésénél a kívánt kapacitásnak megfelelĘ hídszélesség meghatározása. A híd szélessége függ a helyi viszonyoktól, valamint a gyalogosok várható számától. Függ ezen kívül a híd helyétĘl (vasút, park, vagy városi környezet). Kulturális események is szerepet játszatnak a szélességet illetĘen. Japánban azonos forgalomra méretezett hidak általában keskenyebbek, mint Észak-Amerikában, illetve Európában. 27

Személy/szélesség m/ perc

sz/m2

A gyaloghíd kapacitása függ a forgalom jellegétĘl, valamint a közlekedĘ gyalogosok számától.

28

Ha a hídon csak gyalogosok közlekednek a híd ajánlott minimális szélessége w1 = 2.50-3.00 m. Ha kerékpáros közlekedés is van, az ajánlott minimális szélesség w2 = 3.50 m.

Gyaloghidak ajánlott minimális szélessége

Meredekség A híd meredeksége általában szabadon választható, azonban függ a helyszíntĘl. Hegyvidéken (turisták!) a meredekség 20% feletti is lehet. Városi környezetben az emelkedés mértékét a nehezebben mozgók igényeihez kell igazítani. A híd meredekségét és a hosszát együtt kell kezelni. A kerekesszéket használóknál a 8%-os emelkedĘ 5 m hosszon általában kedvezĘbb, mint az 5%os emelkedés 200 méter hosszon. 29

LépcsĘk • SĦrĦn beépített városi környezetben a szükséges Ħrszelvény biztosítása érdekében a tervezĘ gyakran kényszerül lépcsĘk alkalmazására. • Meredek emelkedĘk, ill. íves lépcsĘk tervezése - a lépcsĘk hosszának csökkentése érdekében - megnehezíti a használatot a mozgáskorlátozottak számára. • Felvonók alkalmazása és pihenĘhelyek létesítése gyakran szükséges az idĘsebbek, és mozgássérültek közlekedésének megkönnyítése érdekében. • Több feljárat tervezése csökkenti a kerülĘ út hosszát, bár megnehezíti a tervezési munkát, különösen ha kapcsolatot kell biztosítani a közeli épületek elsĘ emeletéhez. 30

Alaprajzi elrendezések

Példák a híd és a csatlakozó út közötti átmenet kialakítására

31

LehetĘségek gyaloghidak alaprajzi elrendezésére

Nemzeti szabványok A német szabályozást gyaloghidakra a DIN 18024-1 [9], rögzíti. A meredekség a szabvány szerint hosszú emelkedĘ esetén max. 3%, mely túl konzervatív. Ha 10 m-enként van pihenĘ 6%-ig lehet elmenni. Az oldalirányú lejtés 2% lehet. Egy sáv szélessége min. 1.5 m. Iskolák kórházak közelében 3.0 m. A gyalogos és a kerékpáros sávokat 50 cm szélességben kell egymástól elválasztani. Az Ħrszelvény magassága gyalogosok, és kerékpárosok esetében 2.3 m. Az általános szabályozás az emelkedést 6%-ban rögzíti, ami korlátozza extrém szerkezetek tervezését. Különleges helyi környezetben ennél nagyobb emelkedés is megengedhetĘ.

A fenti feszített szalaghíd (stress-ribbon) szerkezetnél a belógás és a híd hosszának aránya 1/50. A max. meredekség 8%.

32

A Spanyolországi szabványokban a megengedhetĘ emelkedés mértékét a

rámpa hosszhoz viszonyítják. Rámpahossz. Max. emelkedés ” 3m <12% 3 m és 10 m között <10% 10 m < < 8%

Ajánlott emelkedés 10 m% 8% 6%

A rámpa hossza pihenĘ nélkül max. 20 m. A pihenĘ hossza min. 1.5 m lehet. Abban az esetben, ha két tolókocsi találkozására kell számítani a szélesség legalább 2.5 m legyen.

Rámpa szélességek különbözĘ típusú gyalogos forgalom esetén, a spanyol szabvány szerint.

33

Az Egyesült Királyságban az utakra vonatkozó szabványt az UK Highway Agency Standard BD 29/03 [23] tartalmazza. Gyalogos hidaknál a legkisebb szélesség 2.0 m. A felszerkezet szélessége függ a csúcsforgalomtól, valamint a híd emelkedési viszonyaitól. Ha a feljárók emelkedése 1 : 20, akkor 300 mm szélességet kell biztosítani percenként 20 gyalogosra. Ennél meredekebb emelkedésnél, 300 mm szélességnél percenként csak 14 gyalogos tud közlekedni. Amennyiben a felüljárónál a gyalogos és kerékpáros forgalom jelöléssel el van választva, a kívánt minimális szélesség 2.7 m.

Felszerkezet szélességének minimuma, ha a gyalogos és kerékpáros forgalom nincs elválasztva, ill. ha el van választva az UK szabvány szerint.

34

A Brit szabványok szerint közút felett 5.7 m Ħrszelvényt, vasút felett, pedig 4.64 métert kell biztosítani. Az alátámasztó oszlopok távolsága az úttesttĘl min. 4.5 m legyen. LehetĘleg lépcsĘ helyett rámpát kell tervezni a kerekes-székekre való tekintettel. A legnagyobb emelkedĘ mértéke 5%, mely értéket nem szabad túllépni. 8.7 % emelkedĘ megengedhetĘ, abban az esetben, ha a rámpa hossza kicsi. Egyenes rámpánál minden 3.5 m emelkedĘ után pihenĘt kell beiktatni. Az íves feljáróknál a sugár 5.5 m-nél nem lehet kisebb és az ilyen rámpáknál sem haladhatja meg emelkedés az 5%-ot. Kerékpár utak esetében az emelkedés általában 4%, és 8% -os emelkedĘ, pedig csak különleges esetekben engedhetĘ meg. A Honkongi hatósági elĘírások szerint az akadály felett 2.0 m-rel a pálya szélessége legalább 2.0 m legyen. Metró állomásnál, pedig 3.0 m. A fenti hatóság az emelkedést is szabályozza. Az emelkedés 8.3%, amennyiben igen kevés hely áll rendelkezésre, ez növelhetĘ 10%-ra. 35

A szabványok összehasonlítása. Geometriai adatok.

36

4. Terhek Gyalogos hidaknál a hasznos terhelés különbözik a közúti- ill. vasúti hidakétól. Gyalogos hidaknál természetesen a hasznos terhelés kisebb. Keréksúlyokat nem kell figyelembe venni, azonban a fenntartás, valamint mentĘ jármĦvekre való tekintettel ez mégis megfontolandó. A gyaloghidak természetét is, valamint a korlát terheket és a rongálás esetét is célszerĦ figyelembe venni.

A hasznos terhek a felszerkezet hosszától függenek A különbözĘ nemzeti szabványoknál a gyalogos hidak hasznos terhelésének mértéke meglepĘ módon azonos, vagy még nagyobb, mint a közúti hidaknál. • A régi DIN 1072 [7] szabvány a gyaloghíd teljes felületére a hasznos terhelést 5 kN/m2-ben határozza meg. • Svájcban hegyvidéken kis gyaloghidaknál megegyezve elĘfordulhat a 2.5 kN/m2

az

építtetĘvel 37

A szabványok egy része növekvĘ fesztávolság esetén a hasznos terhelés csökkentését megengedhetĘnek tartja. Más szabványok esetén független a fesztávtól, mint a Swiss SIA 160, Dansk Standard, a Brazilian NBR-7188 [3], South African SABS 0160-1989 [35]. Australien Austroads 92 Pt 2, és az American Gide Specification for Design of Footbridges nagyobb járófelületĦ hidaknál megengedhetĘnek tartják a hasznos terhelés mérséklését a felület függvényében.

A hasznos teher a támaszköz függvényében, ha a támaszköz 0 - 200 m

38

A hasznos teher a támaszköz függvényében, ha a támaszköz 0 - 50 m 39

Aszimmetrikus terhelés Az egyoldali hasznos terhelés specialitása a gyaloghíd tervezésének. Kiegyenlítetlen hasznos terhelés lép fel, ha számos gyalogos valamilyen esemény miatt a keskeny híd egyik oldalán lévĘ korláthoz megy. Az általános gyakorlat ilyen esetekben, hogy a tervezĘ az egyik oldalon a teljes hasznos terheléssel, míg a másik oldalon a hasznos teher felével számol.

Féloldalas teher 40

Felülvizsgálat, vészhelyzet, takarítás jármĦvei A tervezés korai szakaszában gondolni kell, olyan jármĦvek közlekedésére a hídon, melyek vészhelyzet, vagy fenntartás miatt szükségesek. A fenntartás, segítségnyújtás, valamint a takarító jármĦvek megoszló terhelése kevesebb, mint 5 kN/m2. Amíg közúti hidaknál (8 tonnás jármĦvek, 30 kN kerékterhelésnél) a vékony beton pályalemez átszúródását, vagy az acél pályalemez helyi károsodását ellenĘrizni kell, addig a gyaloghidaknál, ahol közúti jármĦ közlekedés esete kizárt, egyes szabványok 10 kN pontszerĦ teher figyelembevételét javasolják. Ez a követelmény csak nagyon könnyĦ felszerkezetekre vonatkozik, pl. acél rácsos-szerkezetekre. A DIN V ENV-1991-3: az Eurocode 1, Part 3 [12] és a DINFachbericht 101 csak a megrendelĘ kívánságára kell vizsgálni a hidat a fenti jármĦteherre. A terhelést két erĘ képviseli, melyek a jármĦ tengely-terhelésének felel meg. A kerekek közötti távolság 1.3 m. A terhelést 0.2*0.2 m–es felületen kell elosztani. A Qfvk=10 kN pontszerĦ terhelésnél, egyéb hatást nem kell számításba venni. A Svájci SIA 261 [33] elĘírja a tisztító és ellenĘrzĘ jármĦvek figyelembevételét, amely Qr = 10 kN egy 0.1 m oldalú négyzet-, vagy 0.11 m átmérĘjĦ körfelületen hat. 41

Véletlen és vandál terhelés A DIN V ENV 1991-3, az Eurocode 1, Part 3 [12] és a DINFachbericht 101 [10] szabványok elĘírják a híd alatt közlekedĘ jármĦvek alépítményi szerkezetekkel való ütközések vizsgálatát. Az ütközési terhet két erĘ kombinációjaként adják meg, mely közlekedési irányban 1000 kN, merĘleges irányban, pedig 500 kN. Ezeket az erĘhatásokat a az út szintje felett 1.25 m magasságban kell alkalmazni. A vandalizmus sajátságos probléma. Kritikus helyeken könnyen hozzáférhetĘ szerkezetek ki vannak téve a vandalizmusnak. Graffiti a híd megjelenését károsan befolyásolja. A vandalizmus hatását korlátozni kell, gyakran még a hídszerkezet biztonsága érdekében is. Bizonyos környezetekben az újra felhasználható szerkezeti anyagokat (alumínium) lopás ellen is védeni kell.

42

Szélteher Gyaloghidak is ki vannak téve szélterhelés hatásának. A szélteher figyelembevétele különösen mozgó és burkolt hidak esetében fontos. Azokban az országokban, ahol széllökések elĘfordulnak különösen fontos a részletes vizsgálat. A szélterhelést alaposan kell vizsgálni, mert helytĘl függĘen nagy eltérések fordulhatnak elĘ. Hosszú, hajlékony függĘhidaknál, a lengések belebegésbe, galoppozó mozgásba mehetnek át.

Megjegyzés Belebegés akkor alakul ki, ha az azonos típusú hajlító és csavaró lengés sajátfrekvenciája közel áll egymáshoz. Ha e móduszok kombinálódnak a rezgés divergenssé válhat. Pl. Takoma híd esete.

43

A DIN V ENV 1991-2-4: Eurocode1 Part 2-4 [13] megadja az oldalirányú (y), a keresztirányú (x), valamint a függĘleges (z) irányú szélnyomást. A szerkezet szélességének és magasságának aránya, valamint a talajszinttĘl való távolsága meghatározza a szélnyomás nagyságát, mely, 1.2 kN/m2-tól 4.1 kN/m2 között változhat. Ez az érték megtalálható a szabvány függelékében. E kiinduló terhet még meg kell szorozni a cf tényezĘvel. Ez az együttható tartalmazza a cfx,0 alaki tényezĘt és a hídszerkezet "/b karcsúságától függĘ ψ λ , x tényezĘt. A z és y irányú erĘkomponens szorzóját (cfz , cfy) a szabványban található diagrammból kell venni. A Fasicule Special 72-21 [30] francia szabvány az építés alatti és utáni szélterhesnél különbséget tesz. Egy hónapnál rövidebb építési idĘ estén a szélteher w = 1.0 kN/m2. Egy hónapnál hosszabb építési idĘ esetén ez 1.25kN/m2. Abban az esetben, ha építés alatt a mĦtárgy be van takarva, ez az érték w = 2.0 kN/m2. A végleges állapotban a híd tengelyében annak teljes hosszában w = 2.0 kN/m2 értékkel kell számolni.

44

A SIA 261 [33] svájci szabvány a szélerĘ értékét 0.9 kN/m2 és 1.3 kN/m2 között adja meg, a helytĘl függĘen. Domb és hegycsúcsoknál 2.4 kN/m2 (Jura) és 3.3 kN/m2 (Alps). A szélnyomás ch szorzóját attól függĘen kell felvenni, hogy a híd a talajszinttĘl milyen magasan van és milyen a talaj aerodinamikai érdessége. A ch = 0.75 - 2.35 értékĦ. A British Standard BS 5400 Part 2 [4] 5.3 paragrafusa valamennyi híd típusra tartalmazza a tervezésnél figyelembeveendĘ szélerĘ mértékét. A Hong Kongi Structures Designe Manual for Highways and Railways [24] a British Standard-del, azonos módon számítja a szélterhet. A szélterhet mind három irányban figyelembe kell venni. A q állandó szélnyomási érték a széllökés sebességébĘl számítható, melyet a terepszint feletti magasságtól, valamint az ismétlĘdéstĘl függĘ együttható módosíthat. A Spanyol IAP tervezési szabályzat hasonlít a BS 5400-hoz, melyben 4-féle kitettség szerepel . 45

5. DINAMIKAI MÉRETEZÉS • Dinamikai hatások ritkán okoztak bárminemĦ szerkezeti meghibásodást a gyaloghidakban. Egy szomorú kivétel fordult elĘ 1994-ben Kínában, Cantonban. • Tendencia, hogy a modern gyaloghidak egyre karcsúbbak és könnyedebbek. Megfontolandó azonban a kellĘ merevség biztosítása a gyalogosok kényelme, komfortérzete szempontjából. A tervezĘ mérnöknek vizsgálni kell a híd dinamikus viselkedését. Hogyan fog mozogni, vagy rezegni bizonyos terhelések esetén? A jelenleg rendelkezésre álló vizsgálati módszerek alapján a kérdés nem válaszolható meg teljes pontossággal. • Számos olyan hatás létezik, amely a hidat lengésbe hozhatja. A gyalogosok által keltett rezgések a leggyakoribbak. A gyalogos közlekedés módja (séta, futás) is nagymértékben befolyásolhatja a tervezést. KülsĘ kerületek gyér gyalogosforgalmánál a dinamikus hatások kisebbek, mint a városi környezet nagy forgalma esetén. A közlekedĘk csoportja is befolyásolhatja a tervezést. Kórházak, és iskolák gyalogosai érzékenyebbek a dinamikus rezgésekre, mint például a turisták.

46

A tervezés kezdetén a rezgésszámításhoz az alábbiak szükségesek: • Készíteni kell egy numerikus modellt, (ez lehet egy ekvivalens egyszabadságfokú modell, vagy nagyon egyszerĦ számítógépes modell) és reális csillapítási karakterisztikát kell felvenni. • Terhelési modell választása (egy személy, vagy csoport, valamint séta, vagy futás) • A választott terhelési modell alapján a frekvenciák és gyorsulások számítása. • Ezek összehasonlítása a határértékekkel. 47

Több tényezĘ a fenti eljárásoknál további jelentĘs bizonytalanságot okozhat: •

A csillapítás fölvétele ezek közül a legnagyobb probléma. A gyaloghíd tényleges csillapítási viselkedése csak a híd megépítése után állapítható meg, idĘvel ez az érték azonban változhat is. A csillapítás mértéke számos paramétertĘl függ, mint pl. a választott anyag, a szerkezet kialakítása, a hídtartozékok, a burkolat, korlát, a híd alakja, valamint a közlekedĘk száma.

•

Számos fajta terhelés alkalmazható és különbözĘ módon modellezhetĘ. Ezek azonban különbözĘ eredményt szolgáltathatnak. Egy gyalogos normális esetben csak minimális hatást gyakorol, de a „vandál.” terhelés óriási lengéseket okozhat.

•

A határértékek nemcsak a terhelés fajtájától, hanem a híd elhelyezkedésétĘl és még a hidat használó embercsoporttól is függenek. Nem elegendĘ csak a rezgés frekvenciáját, vagy csak a gyorsulást vizsgálni. A gyorsulási határérték függ a frekvenciától is. 48

A jelen gyakorlat szerint a gyaloghidak tervezése dinamikus hatásra több lépésbĘl tevĘdik össze: • • •

•

•

•

A hidat leggyakrabban használók csoportjának azonosítása. Az érzékenységük meghatározása, a terhelés intenzitásának magállapítása stb. A beruházóval egyeztetni kell a lehetséges dinamikus hatások elfogadható határértékét, és az esetlegesen használandó csillapítási eszközt. ElĘzetes kézi számításokat kell végezni, vagy egyszerĦbb végeselemmodellt kell készíteni. Ez lehetĘséget ad becslésekre a szerkezet dinamikus viselkedését illetĘen. A dinamikai számítások eredménye bizonytalanságot tartalmazhat, ezért körültekintĘen kell értékelni. Jóllehet támpontot nyújthat az esetleges csillapító berendezés alkalmazásához, vagy egyéb rezgéscsökkentĘ megoldáshoz. Kétséges esetben csillapító elemek késĘbbi behelyezését elĘ kell készíteni. Ez lehetĘvé teszi a késĘbbi installálásukat anélkül, hogy átépítési gondok, stabilitási problémák merülnének fel. A valós dinamikus viselkedést, a megépült hidaknál meg kell figyelni, és amennyiben csillapító eszközt kell alkalmazni, ez könnyen kivitelezhetĘ, ha már elĘzĘleg is gondoltak rá. 49

Ez a fejezet összefoglalja a jelen know-how-t és a felhasználható szabványokat. A tárgyalt részletek az alábbiak: • • • • • •

Gyalogos forgalom jellemzĘi és hatása, Gyalogosok által keltett hatások és a megfelelĘ tehermodellek, A gyorsulás vizsgálata, Komfortérzet és határértékek, MegelĘzĘ mérések és a csillapítás, Csillapító elemek.

Gyalogos forgalom jellemzĘi és hatása A gyalogos közlekedés módja befolyásolja a szerkezetek dinamikus viselkedését. A gyalogosok nagy sĦrĦsége esetében az egyes személyek mozgása korlátozottá válhat. Nagyobb gyalogos tömeg esetén elĘállhat a lépéstartás. Ha az egyenletes lépéstartás okozta rezgések, megegyeznek a híd önrezgésével nagy lengések és esetleg súlyos károk keletkezhetnek.

50

A gyalogosközlekedés sĦrĦsége A gyalogos közlekedés sĦrĦsége az alábbi formulák segítségével számítható : Ȝ q= vs beff

[ fĘ / m ]

Nr beff L

[ fĘ / m ]

q=

2

ahol:

2

λ vs beff Nr L

az érkezĘk gyakorisága [személy/sec] sebesség [m/sec] a járófelület szélessége [m] hídon levĘ gyalogosok száma a híd hossza [m]

A gyalogos sĦrĦség és a sebesség összefüggése:

51

A gyalogosok sĦrĦsége nagymértékben befolyásolja a közlekedés sebességét, és ezzel összefüggésben kell a szerkezet dinamikus viselkedését vizsgálni.

A változó sĦrĦségĦ gyalogos forgalom típusai Általában a gyalogos forgalom sebessége csökken a forgalom sĦrĦségének növekedésével. Az egyénnek alkalmazkodni kell a tömeg mozgásához. Ez 0.6 személy/m2 esetében már bekövetkezhet. Meg kell jegyezni, hogy sĦrĦ gyalogos közlekedésnél a szerkezet modális karaktere is megváltozhat a tömeg növekedése, valamint a csillapítás növekedése miatt, mely a függĘleges mozgás hatására következik be. Nagy tömeg vízszintes mozgása a csillapítást csökkentheti. 52

Gyalogos csoportok hatása Ez a probléma három szinten vizsgálható: • kis csoportok szinkronizált mozgásának esete, • kis csoportok nem szinkronizált mozgásának esete, • a gyalogosok folyamatos közlekedése.

Szinkronizációs faktor Kis várható gyalogos forgalom esetén, egyidĘben legfeljebb tíz, vagy kevesebb gyalogosnál a Grundmann-féle szinkronizációs faktor az alábbi: Az egyénnek alkalmazkodni kell a csoport mozgásához. S: a csoport hány szinkronizált mozgású egyénnel helyettesíthetĘ 53

Kramer szerinti szikronizációs faktor Csoport mozgása szinkronizációhoz vezethet. Számos tapasztalati képlet létezik. A híd rezgésének a gyalogosok által történĘ gerjesztése az idĘtĘl függĘ F(t) erĘt hoz létre. Kramer Nf együtthatót alkalmaz kísérleteken alapuló szinkronizációs hatásokhoz hasonlóan.

FN (t ) = N f F (t ) = N ⋅ S ⋅ R ⋅ F (t ) ahol: F(t) N S R FN(t)

egy gyalogos által képviselt idĘtĘl függĘ erĘhatás, gyalogosok száma a hídon, = 0.275: szinkronizációs tapasztalati tényezĘ (a szabad és a korlátozott mozgás viszonya), = 0.465: tapasztalati csökkentĘ tényezĘ a (megoszló- és a középen mĦködĘ koncentrált terhelés viszonya), az N gyalogos által képviselt idĘtĘl függĘ erĘhatás. 54

A „lock-in hatás” Ha a hídon rezgés érzékelhetĘ, bizonyos személyek megkísérlik ezt ellensúlyozni, egyensúlyuk megtartása érdekében (tengerész lépés). Ez az önkéntelen magatartás kiegyenlítheti a gyalogos lépések frekvenciáját és fázisát a híd rezgésének megfelelĘen. A gyalogosok által kifejtett erĘ pontosan rezonanciában van a szerkezettel. Ezt nevezik lock-in hatásnak (MegfigyelhetĘ mind a függĘleges, mind a vízszintes rezgésnél). A lock-in hatás növekszik, ugyanis a résztvevĘ gyalogosok korrekciós mozgása egyre növekszik a szerkezet rezgésének amplitúdójával. A kezdeti véletlenszerĦ gerjesztés a szinkronizáció miatt késĘbb nagymértékĦ rezonanciás gerjesztést okoz. A lock-in hatás gyorsabban következik be oldalirányú rezgéseknél, mint a függĘleges rezgéseknél. Még kis amplitúdójú oldalirányú rezgésnél is elĘfordulhat, hogy a gyalogos elveszítheti egyensúlyát. Az 5 mm amplitúdójú oldalirányú rezgés 1 Hz frekvencia mellett, már 40% valószínĦséggel készteti a gyalogost rezonancia keltésére.

55

•

•

Baumann és Bachmann megfigyelték, hogy 10-20 mm függĘleges rezgésamplitudó esetén, ha a lépések frekvenciája közel van a szerkezet önrezgésszámához, a gyalogos képtelen lesz az eredeti frekvenciájú mozgásra. A gyalogos mozgása ezért többé-kevésbé igazodni fog a járófelület mozgásához. Oldalirányú rezgéseknél Bachmann 2 mm elmozdulási határt ad meg, amit a Millennium és a Solferino gyaloghidak is határozottan bizonyítottak. A gyaloghidak 2 Hz-s önrezgése 10-20 mm függĘleges elmozdulás mellett, megfelel az 1.6 m/s2 gyorsulásnak, ami nagyon kellemetlen és ezért a kényelmes közlekedés érdekében ezt el kell kerülni. FüggĘleges irányú rezgéseknél a függĘleges gyorsulást a lock-in hatás miatt általában szabályozni kell. függĘleges komponens

oldalirányú komponens

Millennium Bridge, London. Szinkronizáció, gyalogos-gerjesztés függése a sebességtĘl.

56

Millennium Bridge, London

57

Gyalogosok által keltett hatások és a megfelelĘ tehermodellek A gyalogosok által okozott dinamikus terhelés függ a híd használatának módjától (sétálás, futás, ugrálás, valamint a vandalizmus). E terhelés típusok mindegyike különbözĘ terhelési görbéhez vezet az idĘ és a frekvencia függvényében.

5.3. táblázat

58

Gyaloglásból, futásból, ugrálásból származó reakció elsĘ harmonikusának frekvenciatartományai

59

Járás hatása: függĘleges erĘkomponens A járás okozta terhelés egy periodikus gerjesztés, mely függ a lépés frekvenciájától, valamint az egyén súlyától. Amíg a lábak felváltva érintkeznek a talajjal, a terhelés nem tĦnik el teljesen. FüggĘleges erĘkomponens különbözĘ lépésfrekvenciáknál:

Egy lépés

60

Gyaloglásból, futásból, ugrálásból származó reakcióerĘ az idĘ függvényében részletesebben

61

Járás hatása: vízszintes erĘkomponens A vízszintes erĘkomponens hossz- és oldalirányban sokkal kisebb, mint a függĘleges komponens. A hosszirányú erĘ (x- irány) a lépés periódusával jellemezhetĘ. Az oldalirányú erĘt (y- irány) a járókelĘ oldalirányú periodikus mozgása okozza.

A járás reakciója: a) oldalirányú erĘkomponens, b) hosszirányú erĘkomponens 62

Lépés okozta függĘleges terhelési modellek

a) Lépés okozta függĘleges erĘkomponens b) Fourier-spektrum, Bachmann:

Fv = F0 + F1v sin( 2πf st ) + F2 v sin( 4πf st − ϕ 2 ) + F3v sin(6πf st − ϕ3 ) F0 Fiv fs

ϕi

gyalogos súlya (800 N); az i-edik harmonikus a terhelésbĘl; lépésfrekvencia; az Fi erĘkomponens fázisszöge.

63

A függĘleges teher ajánlott erĘszorzói.

LépésbĘl származó függĘleges erĘ: b) az eredĘ erĘ a) elsĘ 3 harmonikus ij2 = ɥ/2 és ij3 = 3ɥ/8, 64

Gyaloglásból, származó reakció elsĘ három harmonikusának intenzitásváltozása a frekvencia függvényében

65

Lépés okozta vízszintes oldalirányú terhelési modellek Az oldalirányú erĘkomponens spektruma azt mutatja, hogy e teherkomponens frekvenciája a lépésfrekvenciának a fele és annak többszörösei.

fs fs fs Fh = F1h sin( 2π t ) + F2 h sin( 4π t − ϕ 2 ) + F3h sin(6π t − ϕ 3 ) 2 2 2 Fih fs

ϕi

i-edik harmonikus részesedése a terhelésbĘl; lépésfrekvencia; az i-ik harmonikus fázisszöge.

5.4. táblázat: Az oldalirányú erĘkomponens ajánlott értékei.

66

A gyalogosok okozta dinamikus terhelés alkalmazási modelljei az EC-ben. Egyetlen gyalogos dinamikus terhelési modellje (DLM 1) A dinamikus hatás egy stacionárius pulzáló erĘ két komponensébĘl áll. A 700 N súlyú gyalogos lépés és a járás sebessége 0.9 [m/s], a lépés frekvenciája ( fs ) figyelembe véve a felszerkezet reakció elsĘ harmonikusát:

[N]

függĘleges komponens:

Q pv = 180 sin( 2πf vt )

oldalirányú komponenes: Q ph = 70 sin( 2πf ht )

ahol:

fv a híd függĘleges sajátfrekvenciája (közel 2 Hz lépésfrekvencia) fh a híd vízszintes oldalirányú sajátfrekvenciája (közel 1 Hz)

67

A gerjesztĘ frekvenciát általában úgy kell megválasztani, hogy az megfeleljen a híd önrezgésének is, és a hatást híd legkedvezĘtlenebb helyén kell mĦködtetni. Az egy személy okozta függĘleges erĘ komponensét (DLM) a DINFachbericht 102 [11] is tartalmazza.

Gyalogos csoportok dinamikus terhelés modellje (DLM 2) A csoportos gyalogos terhelés (DLM 2): 8-15 személybĘl álló nem rendezett csoport. Az összehangolt lépés frekvenciája és fázisa a kv és kh együtthatókkal vehetĘ figyelembe. [N]

függĘleges komponens: Qgv = 180 kv ( f v ) sin( 2πf vt ) oldalirányú komponens: Qgh = 70 k h ( f h ) sin( 2πf ht )

fv híd függĘleges sajátfrekvenciája, híd oldalirányú sajátfrekvenciája, fh kv, kh szinkronizációs tényezĘk (lásd 5.17 ábrát).

68

A gyalogos csoportok terhelése stacionáriusan pulzáló teherként fogható fel, két komponenssel, melyeket külön, külön kell figyelembe venni. A terhelést a legkedvezĘtlenebb helyen kell mĦködtetni. A gyalogosok tömege befolyásolja a híd dinamikus jellemzĘit, ezért a dinamikus teher helyén még 800 kg-nyi tömeg (10 fĘ) is figyelembe veendĘ.

5.17. ábra. A szinkronizációs tényezĘk összefüggése a sajátfrekvenciák fv és fh értékével.

A kv és a kh együtthatók bevezetésével a véletlenszerĦ összehangolódás vehetĘ figyelembe a gyalogos csoporton belül. Jelenleg csak az elsĘ harmonikust kell figyelembe venni (függĘleges teherfaktor 0.4, oldalirányú teherfaktor 0.1), de vita tárgya a második harmonikus 69 bevezetése is (függĘleges faktor 0.2 és oldalirányú faktor 0.05).

Folyamatos gyalogos forgalom dinamikai modellje (DLM 3) A dinamikus terhelési modell DLM 3 az álladó gyalogosfolyam gerjesztĘ hatását írja le. E gyalogosfolyam sĦrĦsége 0.6 személy/m2. A DLM 2 teher modellt elkülönítve kell alkalmazni. A gyalogosok összes száma: N= 0.6 személy/m2 *B*L, ahol B a híd szélessége, L pedig a híd hossza. A gyalogosfolyam pulzáló egyenletesen megoszló, két komponensĦ teher. [N/m2] függĘleges komponens:

qsv = 12.6 ⋅ kv ( f v ) sin( 2πf vt )

oldalirányú komponens:

qsh = 3.2 ⋅ k h ( f h ) sin( 2πf ht )

fv fh kv, kh

a híd függĘleges sajátfrekvenciája (közel 2 Hz) a híd oldalirányú sajátfrekvenciája (közel 1.5 Hz) szinkronizációs tényezĘk (lásd 5.17 ábrát) 70

5.18 ábra Eurocode-1 DLM 3 A legkedvezĘtlenebb hatás érdekében a terhet a mértékadó helyen kell mĦködtetni. A rezgési alaktól függĘen, vagy a teljes, vagy a fél hídhosszat kell terhelni. Összhangban a DLM 2 tehermodellel ugyanezen a területen 40 kg/m2 egyenletesen megoszló tömeget kell alkalmazni, ha ez kedvezĘtlenebb. A terhelési együtthatók 40 kg/m2 feltételezésébĘl adódnak, mely, 0.6 személy/m2-nek felel meg, ha egy személy súlya 66.67 kg. A mozgás szinkronizációja: kv = 0.1 ill. kh =0.1. Mivel a gyalogosok mozognak hosszában a hídon, ezért egy 0.75-ös redukciós tényezĘ is be van építve a tehermodellbe. 71

A gyorsulás vizsgálata A szerkezet válaszának Grundmann [54] és Rainer [74] szerinti számítását mutatjuk be. A számításban a szerzĘk – mint legkedvezĘtlenebb esetet - a rezonanciát feltételezik. Rainer. A gerjesztés származhat sétálásból vagy futásból. A lépésfrekvenciát a híd önrezgésszámával azonosnak tételezi fel. A hidat egy egyszabadságfokú rezgĘ rendszerrel modellezi. Maximális függĘleges gyorsulás egyetlen gyalogos esetén:

a = 4π 2 f 2 yαφ f y

α ζ φ

[m / s 2 ]

a híd függĘleges sajátfrekvenciája nyílás közép lehajlása 700 N statikus terhelés hatására Fiv /F0 : a séta vagy futás lépéseinek sorfejtésébĘl származó aktuális Fourier-együttható (lásd 5.4. táblázat) csillapítási tényezĘ (ȁ/2ɥ ahol ȁ a logaritmikus dekrementum) dinamikus tényezĘ egyetlen gyalogos mozgása esetén, egy nyílású hídra (lásd 5.19. ábrát). 72

5.19. ábra. A φ dinamikus tényezĘ rezonancia esetén, ha egy szinuszos gerjesztĘerĘ mozog a kéttámaszú tartón [l7]. 73

A Grundmann szerinti közelítés az alábbi feltételezésekkel él: - egyszabadságfokú rezgĘrendszer (SDF) stacionárius gerjesztéssel, - a lépés frekvencia fs azonos a híd önrezgésének f frekvenciájával, - változó helyzetĦ gerjesztés miatti csökkentĘ tényezĘ 0.6. A maximális gyorsulás f = fs esetén:

a = 0,6

F π 1 − e − nδ M gen δ

(

)

[m/s2]

F = a · G; a=Fiv/F0 (lásd 5.4 táblázat) G = 0.7 kN egy gyalogos súlya, Mgen = 0.5 · M; az elsĘ módusz szerinti modális tömeg (egynyílású szerkezet esetén a SDF helyettesítĘ tömege), δ logaritmikus dekrementum =ȁ, n Gerjesztési periódusok száma a nyílásban = = nyílás hossz/lépéshossz (lásd 5.3. táblázat). 74

Gyaloghidak II.rész

1

Komfortérzet és határértékek A rezgési jellemzĘk számításának célja: a rezgési jellemzĘk korlátozásával a hidat használók komfortérzetének biztosítása. Ezért határértékek állítása szükséges. Ennek fĘbb szempontjai: • A rezgés szubjektív érzékelését együttesen befolyásolják a rezgés fizikai jellemzĘi, a frekvencia, gyorsulás és az idĘtartam. • A sztohasztikus rezgés sokkal kellemetlenebb hatást fejt ki, mint a periodikus. • A rezgések hatása kellemetlenebb az álló és ülĘ személyeknek mint, a gyaloglóknak. A mozgó személy a saját maga keltette rezgést sokkal kevésbé érzékeli. • A gyalogos az egyensúlyát könnyebben elveszti vízszintes rezgésnél, mint függĘleges rezgés esetén. 2

Az alábbi táblázat megadja a gyalogosok által keltett rezgések kritikus frekvenciáinak tartományát a különbözĘ nemzeti szabványok szerint.

Kritikus frekvenciák összefoglalása a nemzeti szabványokban 3

Gyorsulási határértékek a nemzeti szabványokban

Ezek némelyike a gyorsulási határértéket a híd önrezgésszámától függĘnek tartja, míg mások azt álladónak tekintik, a gyalogosok által keltett rezgések teljes frekvencia tartományában.

4

Lock-in hatás és a gyorsulási határértékek

• A nemzeti szabványokban a gyorsulás határértékét a közlekedĘ gyalogosok kényelme határozza meg. A lock-in hatás jelentĘsen befolyásolja a rezgés fiziológiai hatását, mivel a gyorsulásra megadott határértékek alatt is a kényelmetlenség érzetét keltheti. • A lock-in hatás esetén az oldalirányú gyorsulás határértéke 0.08 m/s2 1.0 Hz körüli rezgési frekvencia esetén, ami alatta van a szokásos 0.15 m/s2 értéknek. Ilyenkor inkább az elĘzĘ gyorsulási értéket célszerĦ a tervezés alapjának tekinteni.

5

Komfortérzet határai az elmozdulás és a sebesség függvényében A gyorsulás, a sebesség és az elmozdulás összekapcsolódik. Gyorsulási korlát kifejezhetĘ elmozdulás- vagy sebességkorlátként is. Harmonikus rezgés esetén: Gyorsulás = (2 ·ɥ · frekvencia)2· Elmozdulás Gyorsulás = ( 2 · ɥ · frekvencia) · Sebesség pl. 2.0 Hz frekvenciánál: 0.5 m/s2 gyorsulás 3.2 mm elmozdulásnak és 0.04 m/s sebességnek felel meg, 1.0 m/s2 gyorsulás 6.3 mm elmozdulásnak és 0.08 m/s sebességnek felel meg. de 1.0 Hz –nél: 0.5 m/s2 gyorsulás 12.7 mm elmozdulásnak és 0.8 m/s sebességnek felel meg, 1.0 m/s2 gyorsulás 25.3 mm elmozdulásnak és 0.16 m/s sebességnek felel meg. 6

Méretek és a csillapítás Bizonyos szerkezeti tulajdonságok olyan csillapítást eredményezhetnek, melyek szükségtelenné tehetnek egyéb megoldásokat a nem várt rezgések gátlására. A természetes csillapítás lehet anyagi csillapítás, vagy a beton repedezettsége miatti csillapítás. Az építĘanyag fajtájának megválasztása jelentĘs hatással van a csillapításra. A burkolat és a korlát (ami sokszor nem teherviselĘ) ugyancsak befolyásolhatja a csillapítás mértékét és a dinamikus amplitúdót. Súlyos beton felszerkezet használata feszített szalaghíd (stress-ribbon) szerkezeten csökkentheti a dinamikus választ, mert növeli a rezgĘ tömeget. Súlyos felszerkezet és láncoskapcsolatú korlát a Németországi Rostock Északi Hídjánál

Csapos kapcsolatok esetén nagyobb a csillapítás, mint hegesztett acélszerkezeteknél. 7

Az önrezgésszám módosítása Az önrezgésszám mindig arányos a merevség négyzetgyökével és fordítottan arányos a tömeg négyzetgyökével. Általában a híd sajátfrekvenciájának növelése kívánatos. E cél elérése érdekében a szerkezet merevségét kell növelni.

FüggĘleges rezgések esetén •

AcélszerkezetĦ szekrény: Ha a szerkezeti magasság növelhetĘ vékonyabb oldalfalak alkalmazásával, akkor a merevség növekszik a szerkezet tömegének minimális növelésével. Ha ez az út nem járható, akkor a vastagság növelésével növekszik ugyan a merevség, de a híd tömege is növekszik, és így a frekvencia nem változik számottevĘen. Csak a szerkezet jelentĘsebb módosításával érhetĘ el eredmény.

•

Öszvér tartó: Az alsó öv vastagságának növelésével nem növekszik lényegesen a szerkezet tömege. 8

•

Rácsos szerkezet: A tartó magasságának növelése a rezgés frekvenciáját is növeli. A merevség négyzetesen változik a magassággal, míg a tömeg kevésbé.

•

Ferdekábeles szerkezet: A kábelek keresztmetszetének növelése a szerkezet merevségét is növeli, anélkül, hogy a tömeget jelentĘsen növelnénk.

•

FüggĘ híd: A rezgés frekvenciája a kábelben lévĘ húzóerĘ és a tömeg hányadosának négyzetgyökével növekszik.

•

A merevség növelése minden szerkezet estében a korlát bevonásával is elérhetĘ.

9

Csavaró rezgések ElĘnyös a felszerkezet csavaró merevségének növelése. Több megoldás alkalmazható a felszerkezet csavarórezgési frekvenciájának növelésére: •

Acél szekrénytartós felszerkezet: A zárt tartószerkezet jóval merevebb, mint a nyitott. A zárt felszerkezet által körülzárt terület növelése növeli a csavarómerevségét is.

•

Kétbordás felszerkezet: Az alsó övnél szélrács alkalmazása növeli a szerkezet merevségét, de nem annyira hatásos, mint a szekrénykeresztmetszet.

•

Két-rácsostartós felszerkezet: A szokásos felsĘ merevítĘ gerendák a csavarás szempontjából nem nagyon hatásosak, ezért pusztán a csavarómerevség növelésére nem is ajánlható megoldás.

•

Ferdekábeles hidak: Amennyiben a függesztĘ kábelek két síkban vannak, akkor a csavaró merevség kb. 1.3-szorosára növekszik abban az esetben, ha a kábelek egyetlen pilonhoz vannak erĘsítve (A alak), ahhoz képest, mintha a rögzítés kétpilonos lenne. 10

Oldalirányú rezgés •

Az oldalirányú rezgés frekvenciája arányos az oldalirányú merevség négyzetgyökével, és fordítottan arányos a tömeg négyzetgyökével. A felszerkezet szélességének növelése természetszerĦen növeli a merevséget, de a költségeket is.

•

Nagyon keskeny ferdekábeles - vagy függĘhíd esetén oldalirányú merevítĘ kábelek is alkalmazhatók.

Gyaloghíd Nepálban oldal irányú kábelerĘsítéssel

11

Gyaloghidak rezgésének csökkentése A rezgési határértékek betartásában döntĘ szerepe van a csillapításnak. • A csillapítás idĘvel csökkenhet. Ez a csökkenés gyaloghidaknál sok tényezĘtĘl függ. •

A teherhordó szerkezet szempontjából nem túl jelentĘs szerkezeti elemek, pl. a hálós szerkezetĦ korlát a csillapítás szempontjából nagyon hatásos. A szerkezetek rezgésének teljes csillapítása közelítĘen az alábbiak szerint számítható: ȁ = ȁ1 + ȁ2 +ȁ3 ahol:

ȁ = 2πζ teljes logaritmikus dekrementum, ζ a kritikus csillapítás %-a

ȁ1 , ȁ2 , ȁ3 sorrendben: az anyagi, a szerkezeti és az alátámasztás (saru) csillapításának logaritmikus dekrementuma. KülönbözĘ anyagok, különbözĘ szerkezettípusok és különbözĘ sarumegoldások Peterson szerinti logaritmikus dekrementumát [71], a következĘ táblázatok tartalmazzák.

12

Anyagi csillapítások

13

Szerkezeti csillapítások

Sarucsillapítások

14

Frekvencia és csillapítás mért értékei megépült németországi gyaloghidakon

15

Csillapító elemek Ha szerkezet saját ȁ=ȁ1+ȁ2+ȁ3 csillapítása nem elegendĘ a határértékek betartásához, csillapító elem(ek) hozzáadására van szükség. A gyaloghidak rezgéscsillapítására aktív, fél-aktív és passzív megoldások léteznek. A passzív megoldás a leggyakoribb, a legmegbízhatóbb, és a leggazdaságosabb is. A passzív csillapító eszközök közül a leghatásosabbak és a leggyakoribb csillapítási módok: • hangolt szilárd segédtömeg (TMDs), • hangolt folyadéktömeg (TLMDs), • viszkózus folyadék. 16

A csillapító elemek fĘbb tervezési szempontjai: • A csillapítási rendszernek jól hozzáférhetĘnek kell lennie, • kicsi legyen a fenntartási igénye, • a korrózió lehetĘségét a tervezésnél figyelembe kell venni, • a nagy amplitúdójú rezgések felvételére elegendĘ tér álljon rendelkezésre, • a csillapítási rendszer állítható legyen, • a csillapítás tervezése legyen összekötve kísérleti vizsgálattal.

17

Hangolt csillapító tömeg Lényege: a szerkezethez csillapító tömeget kapcsolnak, rugóval, és (dugattyús) csillapító elemmel. A rendszert a szerkezethez be kell hangolni. A Peterson szerinti méretezési összefüggések (kétszabadságfokú rendszer):

µ=

md mh

md = mh µ

µ = 0.03 és 0.05 között legyen.

ahol: md a csillapító segédtömeg, mh a híd modális tömege. A csillapítandó optimális rezgĘ tömegarány țopt, és az optimális ȗopt csillapítási % számítása:

κ opt

1 = 1+ µ

ζ opt =

3µ 3 8(1 + µ )

A csillapított rendszer optimális frekvenciája fd :

f d = κ opt f h

ahol: fh a hídfelszerkezet sajátfrekvenciája.

18

Az eszköz a mezĘközépen helyezendĘ el.

finomhangoláshoz segédtömeg, beton rugó acéllemez dugattyú

A csillapító rendszer kd rugóállandójának számítása:

kd = (2πf d ) md 2

A csillapító rendszer dd csillapítási együtthatójának számítása:

dd = 2md (2πf d )ζ opt A csillapító szerkezetet az építés befejezéseként kell elhelyezni, melyet ezután jól be kell hangolni. A sajátfrekvenciát legkönnyebben az elkészült szerkezeten méréssel lehet meghatározni. KönnyĦ szerkezeteknél a csillapító rendszer tömegét is figyelembe kell venni az önrezgésszám meghatározásánál. A csillapító szerkezethez a késĘbbiekben is hozzá kell tudni férni. 19

Csillapító inga Akkor alkalmazzák, amikor az oldalirányú rezgésekkel vannak problémák. Ingás csillapításnál a szerkezethez kapcsolt tömeg vízszintes lengést végez és interferál a szerkezet oldalirányú rezgésével.

Csillapító segédtömeg

Az inga frekvenciája:

1 g fd = 2π ld

ahol:

fd ld g

az inga frekvenciája az inga hossza a gravitációs gyorsulás 20

Optimálisnak tekinthetĘ κopt = 0.95 mellett, az inga hossza az alábbi formula szerint számítható:

ld =

27.53 [cm] 2 fh

A szerkezet sajátfrekvenciája fh

Az 1.0 Hz-nél nagyobb frekvenciák estén az inga hossza nagyon kicsire adódhat, és ez a csillapítási rendszer tervezésénél probléma lehet. Rugó alkalmazásával a probléma megoldható. Az inga rúdjában a feszültség csökkentése érdekében a rugó közvetlenül az ingatömeghez is kapcsolható. Az inga hosszának kiszámítására, az alábbi egyenlet szolgál: ld =

a c rugóállandó:

g

(2πf )2 −

c m

ª gº 2 c = «(2πf ) − » m ld ¼ ¬

elĘre felvett ld esetén. 21

Viszkózus csillapítás Lényege: viszkózus folyadékot kényszerít mozgásra és így disszipál rezgési energiát, melyet hĘvé alakít.

Példa viszkózus csillapítási módszerre a németországi Mindenben levĘ gyaloghídnál. Viszkózus csillapítás a pilon és a felszerkezet között.

Az egyik megoldás a `dashpot` (ütközĘ konténer) elvébĘl származik. Ebben az eljárásban a mechanikus energia, egy dugattyús rendszer segítségével alakul át hĘvé. A dugattyú egy nagyon viszkózus anyaggal, pl. szilikonnal van töltve. A csillapító eszközök másik típusa zárt térben áramoltat folyékony anyagot. A dugattyú nemcsak összenyomja a benne levĘ anyagot, hanem nyílásokon is keresztül préseli. Ez a megoldás is hĘvé alakítja át a mozgási energiát. 22

Hangolt folyadékos csillapítók A tartályban folyadék mozgása révén keletkezik a csillapítást okozó erĘ. Az A és B típusú folyadékcsillapítók sajátrezgésének frekvenciája:

1 f = 2π

2g Lf

ahol: Lf a folyadék oszlop teljes hossza g gravitációs gyorsulás Az E és F jelĦ folyadékos csillapítók sajátrezgésének frekvenciája: 5.25. KülönbözĘ hangolt folyadékos csillapítók

A H és L a 5.25. ábrából határozható meg. A hengeres konténernél L az egyenletben a sugárral helyettesítendĘ.

f =

1 g § H· α tanh¨ α ¸ 2π L © L¹

Į szögletes tartálynál ʌ/2, hengeresnél, pedig 1.84

23

A folyadékos csillapítás hatásfoka függ a szerkezet és a csillapító eszköz modális tömegének viszonyától, valamint az elhangolás mértékétĘl. A tartály mérete, a folyadékoszlop magassága, valamint a folyadék viszkozitása is fontos szerepet játszik. Nagyobb gyorsulásoknál a folyadékos csillapító viselkedése nem lineáris. Peterson [71] a folyadékos csillapító kísérleti alapon való hangolását javasolja. Magas épületekkel ellentétben, gyaloghidakon ilyen típusú csillapítást még nem alkalmaztak.

24

Súrlódásos csillapító rendszer A súrlódásos rendszerek a felületek közötti súrlódásból származó disszipáción alapulnak. Az alábbi hídnál összesen nyolc csillapítót helyeztek el az alátámasztások közelében, a hossz és keresztirányú csillapítás céljából.

A Németországban Duisburgan súrlódásos csillapítást alkalmaztak a gyaloghíd függĘleges lehajlásának mérséklésére. 25

A németországi Duisburgi gyalog hídnál alkalmazott súrlódásos csillapítás az oldalirányú kitérés korlátozására.

26

KülönbözĘ csillapítási rendszerek összehasonlítása

27

6. Felszerkezetek burkolatai •

Alkalmassági követelmények Az elsĘrendĦ követelmény a burkolattal szemben, hogy alkalmas legyen a gyalogosforgalomra és tapadás szempontjából is megfeleljen. Az alkalmazott burkolatnak védelmet kell nyújtani az idĘjárás károsító hatása és a kopás ellen is.

•

A csúszásveszély nemcsak objektív, hanem szubjektív jelenség is, melyben az érzékelés kulcsszerepet játszik. A gyalogos hajlamos helyet és járásmódot változtatni, akkor, ha a felületet csúszósnak ítéli. Igyekszik a korláthoz közel menni, illetve abban megkapaszkodni. A megfelelĘ világítás és a színhatás a gyalogosban a biztonság érzetét fokozhatja.

•

Számos tanulmány foglalkozik a gyalogosok elcsúszásával. Perkins kutatásai szerint a megcsúszás akkor következik be, amikor a cipĘsarok leér a felszínre [2]. Ez azt mutatja, hogy a tapadási súrlódási együttható a legfontosabb tényezĘ. A cipĘsarok a leérkezésekor azonban kismértékben el is fordul, így a csúszó súrlódási tényezĘ sem kapcsolható ki teljesen. A cipĘsarok mintázatának hatása az elcsúszásra csekély, mivel csak kis felületen érintkezik a felszínnel, amikor a csúszás megindul. 28

Burkolatfajták

• • • • • •

Aszfalt Nyitott rácsos járófelület Vasbeton burkolat FaszerkezetĦ burkolat Szintetikus anyagok Üveg burkolat

29

Aszfalt Viszonylag olcsó, idĘtálló. Aszfaltot gyakran használnak burkoló anyagként a gyaloghidakon általában 5-6 cm vastagságban, ami elegendĘ a víz elleni szigetéléshez és az alatta lévĘ szerkezeti elemek védelméhez is. Hajlékonysága révén alkalmas az alakváltozások követésére. Figyelni kell azonban a lejtéssel járó problémákra is.

Példa aszfalt burkolat alkalmazására a németországi Ingolstadti Glacis hídnál.

30

Alacsony hĘmérsékleten a masztix aszfalt megrepedhet nagyobb alakváltozás esetén. Svéd mérnökök polimerrel módosított masztix aszfalt alkalmazásával próbálták a repedések kialakulását gátolni. Alacsony hĘmérsékleten ez a fajta aszfalt kedvezĘbb, mint a szokásos, közönséges aszfalt burkolat. Túlságosan magas hĘmérsékleten bedolgozva azonban a polimer átalakulhat, ami a pozitív hatását megszüntetheti. A németországi Ingolstadtban a Glacis hídnál alkalmaztak aszfaltburkolatot. A magas hĘmérsékletĦ terítés és a lejtés a hídpálya burkolásában gondot okozott. Az aszfalt megfolyásának veszélyére való tekintettel megfelelĘ keverési arányú masztix aszfaltot használtak. Különösen gondos ellenĘrzésre volt szükség a mindenütt elegendĘ vastagság, valamint a vízelvezetés miatt szükséges keresztirányú és hosszirányú esés biztosítása céljából.

31

Nyitott rácsos járófelület Általában a nyitott (áttört) rácsos járófelületek acél vagy alumínium anyagú, különbözĘ formájú és alakú rácsos szerkezetek, különbözĘ teherbírással és fesztávolsággal. A rácsok általában panel rendszerĦek. Egyéb anyagok is válaszhatók, mint mĦanyag, kompozit, vagy fa.

A nyitott rácsszerkezetek legnagyobb elĘnye, hogy a vízelvezetés egyszerĦ, alulról átlátható és kisebb az árnyékhatása is. A panelok szabványos méretei miatt könnyen cserélhetĘk. Ezzel szemben egynéhány gyalogos számára kényelmetlen (pl. mezítláb közlekedĘk, vagy tĦsarkú cipĘt viselĘ nĘk számára). 32

Nem szokatlan a rácsos és a zárt (tömör) sávok együttes alkalmazása sem. Ezt a megoldást alkalmazták Németországban, Rostockban a Mahlbusen hídnál. A közlekedĘ sáv szélességének, de különösen a rács résméretének megválasztásánál figyelemmel kell lenni pl. a kerékpárabroncs esetleges beszorulásának veszélyére. Általában a rácsos járó felület legyen érdes, vagy pl. profilozás révén csúszásmentes. A csúszásmentesítĘ profilozást a haladási irányra merĘlegesen kell kialakítani. Ez íves szerkezeteknél probléma.

Pályaszerkezet a Mahlbusen hídon Rostockban Németországban

33

Vasbeton burkolat Epoxi-gyanta, vagy poliuretán alkalmas a vasbeton felületek bevonására. Ehhez a betonfelületet homokfúvással elĘ kell készíteni. A burkoló anyagnak alkalmasnak kell lenni a felületi repedések kitöltésére is. A rétegek közötti jó kötéshez finom homok adagolása is szükséges. Végül a felületre homokot, vagy szilikon karbidot kell felhordani, egyrészt a szép felület, másrészt a csúszásmentesítés érdekében. Igen nagy kopásállóság érhetĘ el vékony poliuretán záró réteg felhordásával.

Példa beton burkolat kialakítására epoxi-gyanta és poliuretán záró réteggel.

34

FaszerkezetĦ burkolat Szempontok a kialakításhoz: •

A faburkolat esztétikailag szép és könnyĦ, de nedves idĘben csúszásveszélyes.

•

Akár zárt, akár nyitott a faburkolat, csak korlátozott védelmet ad az alatta lévĘ szerkezetnek. Nehéz a felületen összefüggĘ szoros záródást biztosítani. Ezért vízzáró réteget kell tenni a szerkezet és a burkolat közé még fedett híd esetében is, ha a víz, vagy a hó behatolhat akár szél, akár gyalogosok, vagy jármĦvek miatt. A fa járófelület tartóssága nagymértékben függ a fa fajtájától.

• •

•

Az impregnáló anyag idĘbeni kimosódása miatt a kapcsolódó szerkezeteket korrózió fenyegetheti, ezért manapság már korszerĦ nem kimosódó impregnáló anyagot használnak. Bizonyos trópusi fafajták impregnálás nélkül is elegendĘen tartósak. Rétegelt és enyvezett lemezek használata kerülendĘ a hosszú idĘtartamra tervezett, idĘjárásnak kitett szerkezeteknél.

•

Nyitott burkolatnál a vízelvezetés egyszerĦ. A tágulás és zsugorodás hatása csak a kapcsolatoknál jelentkezik, ezért csupán helyi hatást okoz.

•

Az ellenĘrzött és a kellĘen szellĘztetett burkolat az alatta levĘ szerkezet tartósságának is elĘfeltétele.

•

A zárt pályaszerkezet általában a használóknak kellemesebb, de a pallók keresztirányú réseire figyelni kell.

35

•

• •

•

•

A fafelület tartóssága nagymértékben függ a fa fajtájától. Svájcban vörösfenyĘt, vagy Douglas fenyĘt is alkalmaznak. A gesztenye, és a fekete akác nagyon idĘálló fajta, de ennek ellenére általánosan mégsem használják burkolás céljára. A fedett szerkezet és a nyitott szerkezet között a nedvesség tartalomban van különbség. Fedett szerkezet esetén 12% és 18% között, nyitott szerkezet esetén, pedig 10% és 28% között ingadozhat. A durván fĦrészelt pallók vízszintes, vagy enyhén lejtĘ felületek esetén elegendĘ biztonságot adnak csúszósság ellen. Keményfa pallóknál diagonális irányú 3 mm mély fĦrészfog profil nagyon hatásos, mivel a cipĘtalp és a bordák közötti víz hamar kinyomódik és nagyon jó tapadást biztosít. EllenkezĘ esetben, amikor csak egyszerĦ rovátkolt kiképzést alkalmaznak, a mélyedésekben visszamaradó víz csúszásveszélyt okozhat. A felület bevonható még rugalmas epoxi és homok, vagy gumi keverékével is. Ez a megoldás 2-3 évet bír ki. Utófeszített fapallók is használhatók. Az utófeszítĘ rudak, vagy kábelek a fúgákra merĘlegesek, ily módon orthotróp lemezszerkezet alakul ki, mely a cipĘsarok koncentrált terhelését megfelelĘen elosztja. Nem kellĘen kezelt kitágult, vagy összezsugorodott faszerkezet nem tartja meg az utófeszítést. Svájcban a kátrányozott puhafa a széleken tölgyfával kombinálva jól bevált, csaknem kiküszöbölte a nedvességtartalom miatti mozgásokat. Az utófeszített szerkezeteket korrózió ellen védeni kell. CélszerĦ rozsdamentes szerelvények alkalmazása. 36

Szintetikus anyagok Szintetikus anyagokat is gyakran alkalmaznak, megfelelĘ profilozással növelve a súrlódási tényezĘt. Az újrahasznosított szintetikus anyagok gyaloghidaknál hatásosak vízelvezetési problémák megoldására is. Ezek az anyagok nagyon rugalmasak, ily módon jól követik a szerkezet alakváltozásait.

FRP ( szálerĘsítésĦ mĦanyag) burkolat Lleidában Spanyolországban. 37

•

A fa és a mĦfa kombinációját gyakran használják, mert ellenáll a korhadásnak és a rovarkártevĘkkel szemben. A fakompozit, mely hulladék mĦanyag és fĦrészpor 50-50%-os keveréke, homok hozzáadásával jó burkolóanyagot képez. A mĦfa kizárólag szintetikus anyagból készül. Mindkét fajta anyag rugalmassági modulusa kisebb, mint a fáé, hĘ hatására a nyúlásuk nagyobb. A felületen ezért több elválasztó fúgát kell beiktatni. Mivel nem tartalmaznak toxikus összetevĘket, így a környezetre nem károsak. A szokványos famegmunkáló szerszámok is használhatók az ilyen anyagok megmunkálásához.

•

A szálerĘsített mĦanyagoknak kiváló mechanikai és kémiai tulajdonságai vannak. (Nagy ellenálló képesség, kis súly, ütésállóság, tartósság, és korrózióval szembeni ellenálló képesség.) Az FRP lemezek és rácsok hosszú ideig nem igénylenek fenntartási munkát. Beszórhatók csúszást gátló anyagokkal és be is festhetĘk esztétikusabbá téve a szerkezetet.

38

Üveg burkolat •

Üveg használata a járófelület burkolására fĘleg építmények belsĘ tereiben, illetve idĘjárásnak ki nem tett hidaknál szokásos. Általában az átláthatóság, valamint a könnyedség látszatát keltĘ célból használják. Leginkább rétegezett táblákat alkalmaznak.

•

A Csúszósság és az alulról való átláthatóság, okozhat technikai nehézséget. Számos lehetĘség kínálkozik a probléma megoldására, de leggyakoribb, hogy az üveglemez felületét különbözĘ mintázattal látják el. A méret, a szín, valamint a textúra megválasztásával a csúszósság és az átláthatóság befolyásolható. Olyan üveg, mely csak egyik oldalról átlátható, elĘnyös megoldás lehet.

•

Rétegelt szerkezettel az átláthatósági és technikai követelmények jól kielégíthetĘk. Alkalmazásával a szerkezet egységét lehet hangsúlyozni. Ezenkívül egyéb másodlagos szerepre is alkalmas, mint fagymentesítésre, fényhatás növelésére, az ellenĘrzés lehetĘségének elĘsegítésére, stb. 39

A Madrid-Barajasi repülĘtér rétegelt üveg járófelülete. A hĘkezelt üveglemez mérete: 18oo mm hosszú és 900 mm széles. A felsĘ felület vastagsága 8 mm, rézsĦs oldalakkal. Alatta négyszer 10 mm vastag lemez van, így az üveg teljes vastagsága 51.8 mm. Az üveglemezek 80 mm széles és 5 mm vastag neoprén szalaggal vannak megtámasztva, átlátszó szilikon szalagot használtak az egyes táblák kapcsolatának biztosítására. A csúszási ellenállást hosszirányú 20 mm széles szalagok biztosítják 40 mm-enként.

40

Vízelvezetés A gyaloghidak vízelvezetése gyakran különbözik a közúti, vagy a vasúti hidakétól. Közúti és vasúti hidaknál a pálya szélére telepítik a víznyelĘket. Ez a megoldás, azonban gyaloghidaknál nem jó, mert így a gyalogosok a vízelvezetĘ csatornákban járnának. Jobb megoldás a lefolyók középen való elhelyezése, azonban az ilyen megoldás nehézséget okozhat a szerkezet kialakításánál. Tipikus vízelvezetés közúti hídon

Alternatív vízelvezetés gyaloghídon

Alternatív vízelvezetés gyaloghídon

Lehetséges vízelvezetĘ rendszerek

41

EgyszerĦ megoldást jelenthet a vizet közvetlenül a híd alá engedni, mindenféle költséges és nem esztétikus csĘrendszer nélkül. Ez azonban problémát okozhat a híd alatt közlekedĘk számára. Akkor alkalmazható, ha pl. alul folyó, vagy patak, vagy csak jármĦforgalom van. A vízelvezetést mindenképen, úgy kell megoldani, hogy esĘ esetén se zúduljon a víz az alul közlekedĘk nyakába. Hideg idĘben a jégcsapok is veszélyeztethetik az alul lévĘket. Érdekes megoldást alkalmaztak a Miho hídnál Japánban. [77]. Olyan porózus anyagot használtak, mely a vizet egyszerĦen átengedi.

42

7. Korlátszerkezetek Biztonság FĘ funkciója a hídon közlekedĘ gyalogosok és kerékpárosok védelme. Emellett esztétikai szerepe is lehet. A gyaloghíd korlátainak terhei jóval kisebbek mint a közúti hidaké. Ezért a korlát anyaga, és formai kialakítása szabadabban választható meg. A korlátnak meg kell akadályoznia a gyalogosok leesését. A korlát magassága különbözĘ nemzeti szabványok szerint, 1.0 m és 1.15 m között változhat. Kerékpáros közlekedés esetén a magasság általában legalább 1.20 m [87].

43

•

A korlát kitöltĘ oszlopainak távolsága 15 cm-nél nagyobb nem lehet a gyerekek miatt. Mivel a gyerekek hajlamosak felmászni, csak függĘleges, vagy rácsos elemek ajánlhatók. Vízszintes elemeket ne alkalmazzunk. A korlátoknak ezenkívül meg kell akadályoznia törmelékek lehullását is az alul lévĘ forgalomra. Villamos vasút feletti áthidalásnál az életveszélyes rövidzárlat megakadályozása céljából, gondoskodni kell a vezetékek érintésvédelmérĘl.

•

A korlátnak ezenkívül a híd végén meg kell tudni akadályozni azt is, hogy a gyalogosok és kerékpárosok a meredek töltésen lecsússzanak az alul lévĘ forgalomba, vagy folyóba.

•

A korlát pszichológiai (félelemérzet) szempontból is fontos szerepet játszhat. A masszív korlát pl. függĘhidak nagy magassága miatti félelemérzetet csökkenti. Ezzel ellentétes esztétikai szempont lehet a könnyed híd látszatát kelteni. A két ellentétes szempont, a karcsúság és a biztonság közötti egyensúly megtalálása nehéz tevezĘi feladat. 44

TeherviselĘ korlát A teherviselĘ korlát alkalmas a látszólagos szerkezeti csökkentésére. Példák a teherviselĘ korlátok kialakítására:

magasság

Sant Feliu Girona-i gyaloghíd, Spanyolországban. 45

Döllnitz-i gyaloghíd, a németországi Oschats-ban. 46

Formai szempontok •

A gyaloghidak korlátjai építészeti szempontból sokkal hangsúlyosabbak, mint egyéb hidaké, a gyalogosokhoz közelebb vannak és számukra kézzel megfoghatóak. Minél karcsúbb és könnyedebb a híd, annál kedvezĘtlenebb egy rosszul megtervezett korlát. Ezért fontos a kellĘ összhang a korlát és a szerkezet között a kívánt formai (esztétikai) hatás elérése érdekében. Minden korlátnak van egy belsĘ és egy külsĘ oldala, melyek építészetileg különbözĘ szerepet játszanak. A belsĘ rész a híd terének része, míg a külsĘ oldal része a híd formai megjelenésének.

•

A hidat használó gyalogos számára a korlát segít a távolság érzékelésében. A korlát vezeti a gyalogost (irányt ad) és meghatározza a forgalmi viszonyokat. A korlát összeköti a hidat a kapcsolódó gyalogutakkal, és csökkentheti, vagy növelheti az út szélességét.

•

A korlát hangsúlyozhatja a híd 3 dimenziós voltát. A korlát ne dominálja a szerkezetet, de hangsúlyozza az építészeti törekvést. A korlát színe, formája, és anyaga kölcsönhatásban van a híddal és a környezettel. 47

Szerkezeti kialakítás •

Sok modern híd, átláthatóságra törekszik. EbbĘl következik, hogy a korlátnak is könnyednek kell lenni. Korlát céljára elvben bármilyen építĘanyag alkalmas, de az átláthatóság szempontjából az acél a legalkalmasabb. Alumínium és fa is szóba jöhet.

•

A korlát anyaga feleljen meg a használati igényeknek. Nagyon hideg, vagy nagyon meleg klimatikus viszonyok esetén fém fogódzó nem alkalmazható a jó hĘvezetĘ képessége miatt.

•

Különös figyelemmel kell lenni a fémkorlát elemeinek hegesztéseire. A hegesztéseket gondosan le kell köszörülni, nehogy sérüléseket okozzon.

•

Figyelmet kell fordítani továbbá a burkolatba ágyazott korlátoszlopokra, a korrózió veszélye miatt. Amennyiben alumínium, vagy rozsdamentes acél anyagot használnak, a csatlakozási helyek kontakt korrózióját meg kell akadályozni. Fa korlátokat is védeni kell a korhadás ellen.

•

Korlát dilatációkat kell beiktatni ott, ahol a szerkezetben is van dilatáció. A korlát dilatációk helyét és távolságát a hĘmérséklet különbség, vagy egyéb elmozdulások pl. zsugorodás, lassú alakváltozás alapján kell meghatározni. 48

Bebetonozott acéldoboz

Bebetonozott vízszintes acéllemez

Hegesztett kapcsolat

Néhány példa a korlátoszlopok befogására Bebetonozott függĘleges acéllemez bekötĘ füllel

Csapos kapcsolat acéllemezen keresztül

49

Korlát szabványok Német szabványok A német DIN 1072, 4.7 [7] Közúti hidak terhelései, valamint a DS 804 Vasúti hidak elĘírásai tartalmazzák a korlátokra vonatkozó követelményeket. Az elĘírt korlátterhelés: 0.8 kN/m egyenletesen megoszló terhelés a fogódzó külsĘ és belsĘ oldalán, merĘlegesen vízszintesen mĦködtetve. Ezzel szemben, a DIN V ENV 1991-3 [12] a korláton 1.0 kN/m függĘleges és vízszintes megoszló terhelést ír elĘ a híd teljes hosszában. A DS 804 szabvány a korlát elemek közötti maximális nyílásra 0.12 m-t enged meg A DIN 18809 hídszabvány, pedig a legnagyobb a nyílást 0,14 mben rögzíti. Korlátok szerkesztési szabályait a „Richtzeichnungen des Bundesministers für Verkehr” elĘírásai tartalmazzák.

50

Hong Kongi szabványok A Hong Kong-i Útügyi Hivatal által kiadott Autópálya- és Vasúti hidak tervezési irányelvei tartalmazzák a korlátokra vonatkozó határértékeket. A 7.1 táblázat szabályozza a alkalmazandó minimális terheket. A vízszintes távolság az egyes elemek között 10 cm-nél nagyobb nem lehet.

7.1. táblázat. Minimális korlát terhek a Hong Kongi Szabványok szerint

51

Spanyol szabványok A Spanyol Hídtervezési Szabvány IAP a korlát esetében az egyenletesen megoszló terhet 1.5 kN/m-ben határozza meg. A korlátnak két fogódzóval kell rendelkeznie. Az egyik a járófelület felett 0.95 m (+/-2cm), a másik pedig, 0.75 m (+/- 2 cm). A fogódzó átmérĘje 45 és 55 mm között lehet és a függĘleges korlátelemtĘl való távolsága legalább 40 mm legyen. Az oldalirányú terhelés 1.5 kN/m a fogódzón mĦködtetve, mely egységesen vonatkozik úgy a korlátra, mind az oszlopok befogására. .

Korlát magasság és a fogódzó kialakítása a Spanyol Szabvány szerint.

52

Brit szabványok A Szállítási és Autópálya Hivatal által kiadott szabvány, a BD 29/03 Tervezési ElĘírások gyaloghidakhoz, elĘírásokat tartalmaz a gyaloghidak korlátaival kapcsolatban. A fogódzó terhelése, mind függĘleges, mind vízszintes irányban min. 0.7 kN/m. Korlátot kell alkalmazni lépcsĘ, rámpa, vagy feljáró mindkét oldalán. Abban az esetben, ha gyaloghíd szélessége nem nagyobb 3.00 m-nél, nem kell közbensĘ fogódzót alkalmazni. A fogódzó magassága 0.84 m és 1.00 m között legyen. A korlát magasságát 1.15 m-ben határozták meg. Abban az esetben, amikor az áthidalt magasság 10 m-nél nagyobb, vagy nagy szélerĘsség várható, a magasságot 1.30 m-re kell növelni. Kerékpárosok közlekedése esetén a korlátmagasság 1.40 m-nél alacsonyabb nem lehet. A British Standard BS 5400-Part 2 szerint a korlátterhelés 1.0 m magasságban a járófelület felett 1.40 kN/m. 53

jó jó

Japán szabványok

rossz rossz

A Japán Gyaloghíd Szabvány (1997) nagyobb korlátterheket ír elĘ, 2.5 kN/m-t a fogódzóra vízszintes irányban mĦködtetve. Gyaloghidak estében a korlát tervezési irányelveit (1998) a 7.8 ábra szemlélteti. A gyengén látók szempontjából kívánatos, hogy a korlátot folytonosan vezessék végig a hídon és a feljárókon.

7.8 ábra. A Japán Szabvány szerinti ajánlott formák és méretek: (a) Korlát formája és mérete, (b) LépcsĘk méretei, (c) KétlépcsĘs korlát. (d) Emelkedés mértéke

54

8. Világítás • A gyaloghidak megfelelĘ világításáról gondoskodni kell. Ez a fejezet a gyaloghidak megvilágításának fĘbb szempontjait, a világítással kapcsolatos definíciókat, a világításra szolgáló eszközöket, valamint a különbözĘ nemzeti szabványokat tárgyalja. • A gyaloghidak világítása több célt szolgál. A világítás legyen egyenletes és a gyalogosok számára biztonságos, és ne zavarja az alul közlekedĘket sem. A világítás ezenkívül illeszkedjen be a városi, vagy vidéki környezet megvilágításába is. A világítás színe fontos szerepet játszik az esztétikai szempontok miatt is.

55

Világítással kapcsolatos definíciók •

A megvilágítási fluxus, vagy fényáram Φ, egy pontszerĦ fényforrásból kiinduló sugárzás teljesítménye. A fényáram mértékegysége a lumen [lm].

•

Mivel a fény nem miden irányban terjed egyenletesen a fényforrásból, figyelembe kell venni a fénysugárzás irányát is. Adott irányban, Ω térszögben definiálható a fényerĘsség I (intenzitás). A fényerĘsség mértékegysége a kandela [cd]. I=Φ/Ω

•

A megvilágítás erĘssége E, a fényáram adott területre sugárzott átlagértéke. A megvilágítás mértékegysége a lux [lx]. E = Φ/A

•

A megvilágítás hatásfoka azt jelenti, hogy az elektromos energia milyen mértékben alakul át fénnyé.

•

Adott területen a megvilágítás egyenletessége a minimális és a maximális megvilágítás hányadosával mérhetĘ. g2 = Emin/ Emax 56

A megvilágítás szempontjai Gyaloghidakon, szemben a közúti hidakkal, nincs a tekintet számára meghatározott irány. Általában nincsenek elválasztó sávok. Gyaloghidakon ezért a megvilágítás erĘssége lényeges kérdés. A világításnak biztosítani kell a gyalogosok és kerékpárosok számára, hogy lássák az út folytatását. A kanyarokat és a pálya megszakításokat jól meg kell világítani, esetleg több lámpa alkalmazásával. Ugyanez vonatkozik lépcsĘk és feljárók csatlakozására is. LépcsĘn és lépcsĘ közelében nagyobb a balesetveszély. A Német DIN 5044 Szabvány a minimális megvilágítás értékét Emin = 15 lx–ban határozza meg, és egyidejĦleg a g2 legyen 0.3-nél nagyobb. A elsĘ, valamint az utolsó lépcsĘfok a legveszélyesebb. Itt a fényerĘt növelni kell, vagy megfelelĘ színeket használni. Ugyanígy van ez a rámpás feljáróknál is. Egy ISO szerinti kerékpárlámpa 10 m távolságra 0.5 lx megvilágítást ad. Ez 10-20 km/h sebesség esetén nem elegendĘ az esetleges akadályok felismeréséhez. A [17],[18] ajánlásokat ad az Emin minimális megvilágítási követelményekre és a g2 megvilágítás egyenletességére vonatkozóan. (Lásd 8.1 táblázatot.) 57

8.1 táblázat

A híd világításának fényerĘsség tekintetében alkalmazkodni kell a környezetéhez, nem lehet kiugró egyenetlenség. A [20] tájékoztatást ad a megvilágítás I intenzitásának megengedett értékeire, a világító test magasságának Lph függvényében. Ezen értékek megtalálhatóak az alábbi táblázatban.

58

Lámpák és világítási szerelvények Szempontok: A lámpáknak több kritériumot is teljesíteniük kell. A világításnak kontrasztosnak kell lennie és a színének a környezetbe kell illeszkednie. EbbĘl a szempontból a meleg-fehér szín ajánlható. A fenntartási költségek is lényegesek. A magas hatásfokú világító testek gazdaságosabbak. A lámpák élettartama is fontos tényezĘ a kiválasztásnál. Gazdaságos fenntarthatóság esetén általában megtérülnek a kezdeti nagyobb beruházási költségek. A világítótestek is ki vannak téve a környezeti hatásoknak és sajnos a vandalizmusnak. Ez a körülmény is kiválasztási szempont. A világítótestek legyenek korrózióállóak, és elég robusztusak a vandalizmus lehetĘsége miatt. Ilyenkor üveg helyett a mĦanyag világítótestek alkalmazása elĘnyösebb. A kompakt rendszerek általában hatásosabbak a vandalizmussal szemben. A nagy magasságú oszlopok egyenletesebb megvilágítást biztosítanak. Egyúttal korlátozzák az esetleges vakító hatást is. Az árbocvilágítás tehát jó áttekintést nyújt és megkönnyíti a tájékozódást. Az ilyen fajta világítási technika nagy fényáramot (teljesítményt) igényel. Az árbocvilágítás jól alkalmazható függĘ és kábelhidaknál is.

59

Lámpaoszlop

Lámpák a pilonon

Lámpák a járósíkban

Árbocra szerelt utcai világítás

Lámpák a korlátban

Gyaloghidak különbözĘ megvilágítási rendszerei

60

Alacsony oszlopvilágítás

Oszlopvilágítás

Árbocvilágítás

A világítás alacsonyabb oszlopokról nem ad akkora átláthatóságot azonban az kisebb fényerejĦ világítótestek is alkalmazhatók, mint az árbocvilágításnál. Az oszlopvilágításnál az egyenletesebb megvilágítás érdekében ügyelni kell az oszlopok megfelelĘ távolságára különösen a pálya irányváltozásainak helyén. Az oszlopok magassága függ a világítási rendszertĘl. 1-2 m oszlopmagasság szükséges a fehér fényt kibocsátó gömb alakú lámpáknál. Kúpos alakúaknál 3 m, míg tükrös henger alakú lámpatesteknél 4-5 m az ajánlott oszlopmagasság [17]. 61

Korlátokba helyezett világítás érdekes hatású, de drága megoldás. A korlátvilágítás egyenletes függĘleges megvilágítást eredményez, de a pálya megvilágítása erĘsen változhat. Ez a fajta megvilágítás folytonos vagy különálló lámpacsövekkel is megoldható. Különálló lámpák alkalmazásánál villogás is felléphet. A vandalizmus lehetĘségére is tekintettel kell lenni.

Korlátvilágítás a Rostock-i, németországi Nordbrücke gyaloghídnál

62

Korlát oszlopokba helyezett LED-es világítást alkalmaztak a németországi Duisburg-ban a BelsĘ KikötĘi Gyaloghídnál. A LED elĘnye a kis fogyasztás, az alacsony üzemeltetési költség, a kis méret és a hosszú élettartam.

A németországi Duisburg-i gyaloghíd világítási rendszere RepülĘtéri kifutó pályáknál alkalmazott megoldás – a pályába ágyazott világítótest – szintén alkalmas a gyalogjárók megvilágításához. Ez a rendszer szórt fényt biztosít. 63

Világítási szabványok •

A német DIN 5044 szabvány az utak, valamint az autópályák megvilágítását szabályozza. Bár a szabvány nem rendezi a gyaloghidak, gyalogjárdák és kerékpárutak megvilágítási követelményeit, de bizonyos javaslatokkal szolgál a témával kapcsolatban. A szabvány elĘírja, hogy a gyaloghidak világítása nem zavarhatja az alul közlekedĘknek szolgáló forgalmi jelzéseket és az alul folyó közlekedést sem. Elpiszkolódás, valamint elöregedés miatt 25%-kal növelni kell az egyébként betervezendĘ megvilágítási értéket. Lámpákat ki kell cserélni, ha a megvilágítás szintje 70%-ra csökken.

•

A British BD 29/03 szabvány szerint világítást kell alkalmazni mindenütt, ahol közvilágítás van. A talajszint megvilágítását növelni kell a hídon oszlopvilágítással, vagy lámpa világítással.

•

Némely spanyol szabvány 10 lux minimális megvilágítást ír elĘ a rámpa elején és végén, könnyítve így a hídra való feljutást. A CEI és IDEA szabályzat Emin = 20 lux megvilágítást, és g2 = 0.40 egyenletességet javasol. A szabvány ajánlásokat tartalmaz a minimális fenntartási- és energiaigényre vonatkozóan. 64

Példák világítási rendszerekre •

A világítás városi környezetben komplex feladat, ezért világítási szakember bevonása szükséges annak megvitatására, hogy a választott világítási rendszer alkalmas-e.

•

A németországi Leer gyaloghídnál a világítási rendszer három részbĘl áll. Az elsĘnél a pilonokon három reflektort helyezetek el. A három lámpa megvilágítja a pilon alatti területet, valamint a pálya középsĘ részeit is. A második rendszerben a támfalba elhelyezett reflektorok világítják meg a híd alatti gyalogjárdát. A harmadik rendszer, pedig a pilont világítja meg. A három rendszer együtt mindenhol elegendĘ megvilágítást biztosít. A feljárókat a szokásos lámpák világítják meg.

Gyaloghíd megvilágítási rendszere, Leer Németország

65

Németországban a Bad Homburg-i gyaloghídnál (8.6 - 8.9. ábrák) ugyancsak többszintĦ világítási rendszert alkalmaztak. A ferdekábeles híd villa alakú pilonja átmegy a pályalemezen. A hidra mindkét végén lépcsĘfeljárókon lehet feljutni. Hat LED szolgálja az egyes lépcsĘk megvilágítását. A lámpa beépítését a 8.6. ábra, a lépcsĘfeljáró megvilágítását a fénykép szemlélteti.

8.6. ábra: LépcsĘvilágítás. A Németországi Bad Homburg-ban, a Hessenring gyaloghídnál

66

Hangsúlyos világítást nyújt a pilonon elhelyezett nyolc lámpa.

8.7. ábra: A pilon világítás

67

A hídfĘ hangsúlyozása érdekében a hídfĘfal elé üvegfalat helyeztek. A hídfĘfal matt fehér. A hídfĘfalat egy sor lámpa világítja meg és a fény visszaverĘdik az üvegfalra. EttĘl az üvegfal egyenletes, meleg-fehér megvilágítást kap és szórt fényt enged át.

8.8. ábra: A hídfĘ világítási rendszere

68

A hídpályát a korlát fogódzójában elhelyezett LED-ek világítják meg.

8.9. ábra: A korlát világítási rendszere

A gyaloghíd pályájának minimális megvilágítása 5 lux. Ez nagyobb érték, mint a DIN 5044 szabvány által megkívánt 3 lux. 69

A Bad Homburg-i gyaloghíd megvilágítása és a Német szabvány szerinti igény összehasonlítása

70

Gyaloghidak III.rész

1

Feszített szalag hidak (stress ribbon bridges) •

A feszített szalaghidak olyan függĘhidaknak tekinthetĘk, melyekben a tartókábelek, a hídpálya és az esetleges további merevítĘ elemek egy szerkezeti elemben egyesülnek. Az esetleges merevítĘ elemek csak lokálisan (szakaszonként) mĦködnek, nem úgy, mint a szokványos függĘhidak esetében.

•

Mivel a szerkezet túlnyomóan húzás révén felszerkezetként vékony szalagként is kialakítható.

•

Ennek a karcsúságnak azonban ára is van. A fellépĘ hatalmas húzóerĘt, csak masszív alapozási szerkezet tudja felvenni, ami lehet lefeszített horgonyalapozás, vagy nagyon masszív cölöpalapozás. A szerkezet nagyon érzékeny a vízszintes támaszmozgásra, mivel ez nagy többlet függĘleges eltolódást okozhat.

viseli

a

terheket

2

•

A feszített szalag gyaloghídnál szükség van valamiféle, a lehajlást és a rezgéseket (hosszirányú hullámzást) csökkentĘ merevítésre. Erre számos lehetĘség kínálkozik.

Lehajlás csökkentése többlet feszítéssel

Stabilizálás többlet leterheléssel

Stabilizálás (negatív) kábellel

MerevítĘ tartó (gyakran csak szakaszosan) 3

A feszített gyaloghidak három változata ismert: • ideiglenes feszítĘ kábelekre függesztett elĘgyártott vasbeton lemezek (külön kábelekkel) utófeszítve, • monolit vasbeton szerkezetként kialakított utófeszített híd, • kábelkötegekre szerelt szerkezetek.

Kábelekre függesztett elĘgyártott vasbeton lemezek •

Kábelekre függesztett elĘgyártott vasbeton lemezekbĘl gyaloghidakat elĘször 1979 és 1985 között Csehszlovákiában építettek Jiri Strasky irányítása mellett. Az építés során elĘször ideiglenes kábeleket használtak az elĘgyártott elemek szükséges helyzetének biztosításához. Az elhelyezés után az üregeken feszítĘ kábeleket vezetettek át, majd a hézagokat kibetonozták. A beton megszilárdulása után a kábeleket megfeszítették a tervezett alak biztosításához szükséges mértékig. 4

Keresztmetszeti elrendezés és a kapcsolatok kialakítása.

Az elĘgyártott elemek beszerelése. 5

Monolit vasbeton szalaghíd utófeszítve • • •

Ilyen vasbeton szalaghidat 1970-ben építettek elĘször, Svájcban, Pfäffikon helység közelében az N3 autópálya felett. A hídfĘk öntött betonból készültek, melyekbe a kábeleket is bebetonozták. A pályalemezt a kábelekre függesztett zsaluzat használatával, betonozó kocsik segítségével egyoldalról betonozták. A hidat szabadon betonozták, állványzatra nem volt szükség.

6

Kábelkötegekre szerelt gyaloghíd • • •

Az ilyen típusú hidaknál acél kábelköteget használnak alátámasztó szerkezetként. Pályaszerkezet céljára a kábelekre (pl. csavaros kötéssel) felerĘsített beton, vagy kĘlemezek szolgálhatnak. Ezt a megoldást alkalmazták 1992-ben a Németországi Pforzheim egyik gyaloghídjánál. KönnyĦbeton lemezeket erĘsítettek a kábelekre. NyeregszerĦ szerelvényeken vezették át az acélkábeleket a hídfĘkhöz való rögzítés elĘtt. A fáradás veszélye miatt a kábelek görbületi sugarát a nyergeken korlátozni kellett.

7

A kábelekben lévĘ erĘ és a megtámasztásukra szolgáló nyereg görbületi sugara és hossza A kábelben függĘleges teher hatására ébredĘ húzóerĘ közelítĘen az alábbi egyenlet szerint határozható meg:

f

ql 2 H= 8f ahol:

H q l f

kábel erĘ, az állandó függĘleges teher, a szabad nyílás, a híd belógás. 8

Az fyd tervezési szilárdsági korlátnak eleget tevĘ görbületi sugár a nyergen, a lehajlásból, a szalag szélességébĘl és vastagságából a következĘképpen számítható:

§ 1 4 fbd ·¸ ¨ r = Ed − 2 ¸ ¨2f ql © yd ¹

ahol:

b a szalag szélessége, d a szalag vastagsága.

A nyereg szükséges hosssza:

L = 2πrα / 360 A nyereg ahol:

Į ǻĮ

= Įönsúly +2ǻĮ, szögváltozás a nyeregnél, mely figyelembe veszi a hasznos teher okozta alakváltozást és a szerkezet mérettĦrését.

9

Különleges szempontok •

Különös figyelmet kell szentelni az alapozásoknak és a saruknak. Az alapozást méretezni kell a statikai rendszerbĘl származó nagy húzóerĘkre. Az alaptesteknél csupán minimális elmozdulás engedhetĘ meg, tekintettel az ebbĘl származó nagy lehajlás növekményre. Gondos és alapos talajvizsgálat szükséges ahhoz, hogy az adott helyen gazdaságosan legyen megépíthetĘ a híd.

FüggĘleges elmozdulás és a támasz elmozdulás közötti összefüggés különbözĘ belógásoknál.

10

•

Különös figyelmet kell szentelni a dinamikai viselkedésnek, mivel e könnyĦ és hajlékony szerkezetek különösen hajlamosak rezgésekre. Ezért részletes dinamikus vizsgálat szükséges. ElegendĘen nagy csillapítást kell biztosítani, például a korlátrendszer segítségével, de ennek csillapító hatását nagyon nehéz modellezni. Vízszintes irányú rezgések vizsgálata is szükséges akkor, ha nem elégséges a vízszintes merevség.

•

A szalagszerkezet és a támasz kapcsolata kritikus. Azért, hogy ne léphessen fel nagy hajlító nyomaték a kapcsolatoknál meg kell határozni a szalag végérintĘjének alkalmas hajlásszögét. A kábelnyeregnél a sugárra vonatkozó korlátozást feltétlenül be kell tartani a kábelek közvetlen hajlításának mérséklése és a fáradás elkerülése céljából. Ezt a problémát a Németországi Rostockban épült szalaghídnál ezt a problémát lemezrugók közbeiktatásával oldották meg. 11

Alátámasztás rugalmas lemezek alkalmazásával Rostockban. Balra: oldalnézet; jobbra: keresztmetszet. 12

13

14

Fedett hidak •

•

Fedett gyaloghidakat régóta építenek. Szolgálják a közlekedést, és védik a gyalogosokat az idĘjárás viszontagságai ellen. A fedett hidak emellett kereskedelmi, lakhatási és pihenéssel kapcsolatos funkciót is betöltöttek. A a múltban néha vámházként is szolgáltak, és biztosították szolgálatot ellátó személynek szállását is. Firenzei Ponte Vecchio kezdetben a hercegnek szolgált tartózkodási helyül, késĘbb az ékszerészek és pénzváltók vették birtokba. Napjainkban a fedett hidak fontos szerepet játszanak két szomszédos épület közötti összeköttetésben is. Részei lehetnek az épületegyüttesnek, mint például a Kuala Lumpur-i Petronas Tornyok esetében. Kis nyílások esetén újszerĦ anyagfelhasználásra (pl. üveg), vagy újszerĦ szerkezeti megoldásokra (pl. csĘszerĦen kialakított kábeles hálószerkezetek) is van példa. 15

•

•

Fedett gyaloghidakat építenek személyek közlekedése és terhek szállítása céljából a hajókikötĘkben és a repülĘtereken. Védelmet nyújtanak szélsĘséges idĘjárási körülmények esetén. Sokszor mozgathatóak is. Ide tartoznak a repülĘtéri teleszkópos gyaloghidak. A zárt híd, ezen túlmenĘen védi az alul lévĘ forgalmat az esetlegesen lehulló tárgyaktól is.

16

•

A fedett hidak erĘjáték szempontjából három csoportba sorolhatók: – a lefedés nem vesz részt a szerkezet erĘjátékában, – a lefedés részt vesz az erĘjátékban, – a lefedés maga a tartó szerkezet.

•

Történelmi hidaknál a lefedés csak részben, vagy egyáltalán nem vett részt a szerkezet erĘjátékában. A korai fedett hidak tanúi voltak a mérnöki tudományok fejlĘdésének. Kezdetben a tervezĘk gerendákat vagy íves tartókat fedtek be. Némely hídnál a lefedés beépült a tartó szerkezet felsĘ övébe, de a szerkezet erĘjátékában egyáltalán nem vett részt.

Tipikus faburkolatú híd keresztmetszete. 17

Fedett hidak, melyeknél a födém nem vesz részt a teherviselésben.

18

Fedett hidak, melyeknél a födém részt vesz a teherviselésben.

19

Mozgatható hidak •

A mozgatható gyaloghidak a szerkezeti ill. statikai rendszerük szerint osztályozhatók. A mozgatható hidak jóval költségesebbek, mint a nem mozgathatóak, ezért csak akkor alkalmazzák, ha máshogy nem biztosítható a szükséges Ħrszelvény, vagy ha fix híd esetén túl hosszú lenne a rámpa. Egyéb funkcionális szempontok is lehetségesek, például a repülĘtéri rámpák esetén.

•

Mivel a telepítési viszonyok, és a funkcionális igények nagyon eltérĘek lehetnek, ezért a megoldások ugyancsak nagyon különbözĘek.

•

A mozgatható gyaloghidak típusai a következĘk:

20

BillenĘ hidak

EmelĘkaros

21

•

A billenĘ hidak vízszintes tengely körül forgathatók el. A billenĘ hidak csak a pálya fölött igényelnek szabad teret, ezért ilyet akkor terveznek, ha a híd mindkét végén kevés hely áll rendelkezésre. Végleges állapotban helyigényük kisebb, azonban hátrányuk, hogy építés közben a hajóforgalmat akadályozhatják.

•

A billenĘ hidak épülhetnek egy, vagy két forgó szárnnyal, és egy fix vagy elforduló csatlakoztató szerkezettel. A híd felszerkezete nyitott állapotban konzolként mĦködik. A konzolszerkezet nagy befogási nyomatékot ad át a hídfĘkre, ezért robusztus hídfĘket és alapozási szerkezeteket igényel. Két billenĘ szárnyal rendelkezĘ hídnál középen olyan csatlakoztató szerkezetet kell beépíteni, mely egyszerĦ összekapcsolódást biztosít, és zárt állapotban biztonságos és sima felületet ad a közlekedés számára. Gondoskodni kell a vízelvezetésrĘl, továbbá gondolni kell a korrózió lehetĘségére is. Ezeknek a csatlakozóelemeknek természetesen vízzárónak kell lenniük. IdĘvel kopás miatt a kapcsolat záródása lazulhat. 22

A hídfĘket összekötĘ tengely körül billenĘ híd 23

EmelhetĘ mozgatható hidak

24

•

Az önmagával párhuzamosan mozgatva emelt híd emelĘ tornyokat igényel.

•

A tornyok lehetnek mozdulatlanok, vagy pedig a felszín alá süllyeszthetĘk. A süllyeszthetĘ tornyok általában költségesebbek, mert nagyon mély alapozási szerkezetet igényelnek. A függĘlegesen emelt hidakat általában nagyobb fesztávolságoknál alkalmazzák, mint a billenĘ hidakat, mert a tornyok egyidejĦleg a híd pilléreként is szolgálnak, ezért kedvezĘbbek a nyomaték szempontjából a konzolos kialakításnál.

•

Ügyelni kell a tornyok szinkronizált mozgatására, illetve fix tornyok esetén a felszerkezet önmagával párhuzamos mozgatására, nehogy befeszüljön a szerkezet nyitás vagy zárás estén.

25

Forgatható hidak

a)

b)

26

•

Ezek a mozgatható hidak függĘleges tengely körül fordulnak el. A nyitáshoz oldalirányban kellĘ tér szükséges. Ez hátrány lehet a billenĘ és az emelhetĘ hidakkal összehasonlítva. A forgatható hidak, elĘnye, hogy építés közbeni állapotban nem akadályozzák a hajóforgalmat.

•

Az a) jelĦ forgatható híd háromtámaszú folytatólagos tartó zárt állapotban, míg nyitott állapotban központi pilléren megtámasztott konzolos szerkezet. A konzolok lehetnek azonos, vagy eltérĘ hosszúságúak. Az utóbbi esetben ellensúly szükséges. A hídfelszerkezet e megtámasztó pillér körül fordul el. A sarunak alkalmasnak kell lenni az elfordulás biztosítására. A saruknak biztosítani kell az állékonyságot nyitott állapotban aszimmetrikus terhek esetén is. A saruk jelentĘs vízszintes terheket kapnak.

27

Összecsukható (harmonika) rendszerĦ mozgatható hidak

• • •

Az összecsukható hidak két vagy három elembĘl állnak melyeket, elfordulást biztosító vízszintes tengelyek kapcsolnak össze. A felszerkezetet rudak kapcsolják a pillérekhez. Ezek a vonórudak biztosítják a felszerkezet összecsukhatóságát. A hídtípus bonyolult csatlakozásokat igényel az egyes szerkezeti elemek között, és a kapcsolatokat a korrózió ellen védeni kell. 28

Szállító hidak.

•

A szállító hidak magasan a víz felett lévĘ, sokszor rácsos tartók, melyekre teherszállításra alkalmas pódiumot függesztenek. A pódiumokat kábelek vontatják. A szükséges magasságot a híd alatti hajóközlekedés Ħrszelvénye határozza meg. 29

Teleszkóp hidak

•

A teleszkóp hidak több csĘbĘl, vagy lemezbĘl állnak. Az elemek egymásba csúsztathatóak és ezzel szabályozható a híd hosszúsága. A teleszkóp rendszerĦ hidakat leggyakrabban repülĘ tereken alkalmazzák.

30

Utasok gyaloghídjai

•

Utasok hajóra szállását teszik lehetĘvé. E beszálló hidaknak változó hajómagasságokhoz is alkalmazkodniuk kell. A parthoz, partfalhoz általában fix csuklóval (tengellyel) csatlakoznak.

31

Pontonok és úszó hidak

•

•

Víz feletti hidak feltámaszkodhatnak hajótesteken vagy pontonokon is. Manapság mozgatható híd céljára pontonokat is alkalmaznak, mivel alacsony a fenntartási költségük. A pontontestek lehetĘség szerint legyenek áramvonalasak. A pontonhidak egyes szakaszai elmozdíthatók a hajóközlekedés részére szükséges nyílás biztosítása érdekében. Nyílván csak gyér hajóforgalom esetén alkalmazható. 32

33

34

Gyaloghíd Svájcban, gyakorlati probléma Újonnan épült gyaloghíd. Öszvér szerkezet

Tömeg

1

A híd kezelĘje részérĘl elvárás, hogy 60 fĘ/perc forgalom esetén is megfeleljen a híd a rezgési határértékre. A hídon esti csúcsidĘben forgalomszámlálást és egyidejĦ dinamikus méréseket végeztek. Mérték a mezĘközépen a gyorsulásokat és a kitéréseket különbözĘ λ [fĘ/perc] forgalomintenzitások mellett. Eredményei:

A híd lezárása mellett további dinamikus méréseket is végeztek. A (elsĘ) sajátfrekvencia és a csillapítás meghatározása érdekében gerjesztésként két személy szinkronban ugrált a mezĘközépen. Mérési eredmény: alapfrekvencia: 2.15 Hz, csillapítás: 0.6% . 2

Feladat: • • • •

Helyzetértékelés a rezgési jellemzĘk meghatározása számítással, összehasonlítása a határértékekkel, intézkedési terv kidolgozása.

Helyzetértékelés: A mérési eredményeket át kell számítani az igényben szereplĘ 60 fĘ/perc forgalomra. Ehhez Matsumoto képlete használható:

A mért és az extrapolált gyorsulások messze meghaladja az elĘírt 3 korlátot, mely 1.0 m/s2

Emiatt valamiféle javításra/megerĘsítésre van szükség. Két lehetĘség kínálkozik: • az alsó öv megerĘsítése, • csillapító segédtömeg (tilger) felszerelése. 1. megoldás: az alsó öv megerĘsítése. Cél: rezonancia lehetĘségének korlátozása.

f1 > 2.4 Hz elérése, a

Mindkét alsó övhöz hegesszünk egy-egy 350*30mm szelvényt. A sajátfrekvencia számításához meg kell határozni a hajlítómerevséget. Dinamikus rugalmassági modulus:

Eb = 40000 N/m2,

n = Es/Eb =5.25

Az eredeti állapot vizsgálata: Súlypont:

4

Inercia nyomaték:

Az elsĘ sajátfrekvencia:

Ami a mérési eredménnyel jó egyezést mutat.

5

A megerĘsített hídfelszerkezet vizsgálata: Súlypont:

Inercia nyomaték:

A megváltozott tömeg:

6

Az elsĘ sajátfrekvencia:

Ez a frekvencia a gyakori lépésfrekvenciák felsĘ határa. Emiatt (ritkán ugyan) még rezonancia feltételezhetĘ. A forgalom és a szinkronizáció várható mértéke alapján a helyettesítĘ dinamikus gerjesztĘ teher: 2 személy (2*700 N) lépéstartással gerjeszti a hidat mezĘközépen. A szerkezet válaszának számítása: A gerjesztĘ teher a két személy keltette hatás elsĘ harmonikusa:

A modális tömeg:

7

A modális merevség:

A szerkezet válasza rezonanciát feltételezve: lehajlás: gyorsulás:

2. megoldás: csillapító segédtömeg (tilger) felszerelése. A segédtömeg (a modális hídtömeg 1/20-ára felvéve):

8

A csillapító rendszer (tilger) sajátfrekvenciája: finomhangoláshoz

A csillapító rendszer optimális csillapítási %-a:

segédtömeg, beton rugó acéllemez dugattyú

A kétszabadságfokú rendszer modális (számítógéppel végzett) vizsgálata szerint a szerkezet válasza (dinamikus lehajlás és gyorsulás):

A segédtömeg rezgésének amplitúdója: 9

Az eredmények értékelése: Az 1. megoldás a rezonancia lehetĘségét jelentĘsen lecsökkenti és rezonancia esetén is a gyorsulásra megadott korlát csekély, még tĦrhetĘ túllépése várható. A 2. megoldással nagymértékĦ rezgésmérséklés érhetĘ el. A csillapító rendszer felszerelése csak rövid idĘre igényli az alul lévĘ forgalom lezárását. FeltehetĘleg a 2. megoldás költségek szempontjából is elĘnyösebb, mint 2*40m hosszon az överĘsítés felhegesztése.

10