VII. Zatížení mostů silniční dopravou
VII. Zatížení mostů silniční dopravou 1 ÚVOD ČSN EN 1991-2 definuje modely zatížení dopravou pro navrhování mostů pozemních komunikací, lávek pro chodce a železničních mostů. V následujícím textu jsou uvedeny základní informace a doplňující údaje o zatížení mostů pozemních komunikací a lávek pro chodce.
1.1 Podkladní dokumenty Modely zatížení mostů silniční dopravou jsou uvedeny v ČSN EN 1991-2, pravidla pro kombinace zatížení dopravou s dalšími typy zatížení v ČSN EN 1990/A1. Modely zatížení dopravou v těchto předpisech vycházejí ze statistického vyhodnocení měření prováděných v několika evropských zemích v letech 1977 až 1990. Základní informace o nápravových tlacích od těžkých vozidel, o vzdálenostech náprav, vzdálenostech vozidel mezi sebou a délkách vozidel pocházejí z Francie, Německa, Itálie, UK a Španělska [Croce1 2005]. Většina sledovaných údajů o dopravě se týká pomalých jízdních pruhů na dálnicích a hlavních silnicích. Aby bylo možné analyzovat složení dopravy a sestavit modely uvedené v EN 1991-2, byly definovány 4 typy vozidel. Typ 1 představuje dvojnápravová vozidla, typ 2 vozidla s více než dvěma nápravami, typ 3 tahače s návěsem a typ 4 vozidla s přívěsem. Na obr. 1.1 jsou uvedeny histogramy typické pro tyto druhy vozidel, které jsou výsledkem měření a vyhodnocení dopravy v Auxerre ve Francii. Nejběžnějšími jsou těžká vozidla typů 1 a 3. Údaje z různých evropských zemí ukazují, že skladba dopravy není všude stejná. Například ze sledování dopravy v Německu je zřejmé, že zde ve skladbě dopravy převažují vozidla s přívěsem (typ 4). Záznamy dopravy v Auxerre (na dálnici mezi Paříží a Lyonem) poskytly dostatečnou informaci pro možnost zpracování evropského modelu zatížení dopravou.
Obr. 1.1 Histogramy celkové tíhy těžkých vozidel za 24 hod. na základě měření v Auxerre 101
VII. Zatížení mostů silniční dopravou V současnosti se dokončuje ve spolupráci výzkumného centra Joint Research Center (JRC) s několika zahraničními univerzitami podkladní dokument [Report JRC 2009], na univerzitě RWTH Aachen byla zpracována také zpráva [Report 101 2007]. V těchto zprávách se uvádí doplňující informace a popisuje postup odvození modelů pro zatížení mostů dopravou do EN 1991-2. Vysvětluje se, jak byly určeny dílčí součinitele zatížení dopravou Q a součinitele pro stanovení kombinační, občasné, časté a kvazistálé hodnoty zatížení dopravou. Podkladní dokument [Report JRC 2009] se plánuje ještě doplnit o informace týkající se účinků zatížení na jednotlivé typy mostů, na hlavní nosné konstrukce a ložiska. Plánuje se také zahrnout zatížení větrem a teplotou, očekávané trendy budoucího vývoje dopravy a postupy ověřování zatížení dopravou na základě nových měření. Zatížení mostů dopravou jsou sledována na univerzitách, výzkumných ústavech a některých organizacích u nás i v zahraničí (např. ČVUT, SETRA, Univerzita v Pise, Univerzita v Liège, RWTH Aachen, TU Darmstadt a Flint Neil UK). Provádějí se nová měření zatížení dopravou, jejichž cílem je zjistit, zda jsou modely uvedené v EN 1991-2 pro současnou dopravu dostatečně výstižné. Následující tab. 1.1 ukazuje složení dopravy na vybraných mostech a procentuální počet vozidel jedoucích ve vzdálenosti kratší než 100 m podle měření, uskutečněných v 90. letech 20. století. Tab. 1.1 Denní skladba osobní a nákladní dopravy na sledovaných evropských mostech. Osobní vozidla Nákladní vozidla % vozidel < 100 m Brohltal (D) 11126 4793 26,7 Garonor (F – 1982) 2570 32,6 Garonor (F – 1984) 3686 32,3 Auxerre (pomalý pruh) (F) 8158 2630 18 Auxerre (rychlý pruh) (F) 1664 153 8,5 Fiano R. (I) 8500 4000 26,1 Piacenza (I) 8500 5000 30,9 Assso M. (I) 7500 3500 24,3 Statistický rozbor dat ukazuje, že průměrné hodnoty naměřených nápravových sil a celková tíha těžkých nákladních vozidel podstatnou měrou závisí na typu a charakteru komunikace. Statistické rozdělení nápravových tlaků je jednomodální, modus asi 60 kN, zatímco statistické rozdělení celkové tíhy vozidla je bimodální, s prvním módem kolem 150 kN a s druhým asi 400 kN. Maximální denní hodnoty byly podstatně méně citlivé na dopravní typologii, kolísaly mezi 130 až 210 kN pro jednu nápravu, mezi 240 až 340 kN pro dvojnápravu, mezi 400 až 650 kN pro celkovou tíhu. Lze obecně říci, že počet vozidel stále přibýval a denní maxima nápravových sil a denní maxima celkové tíhy vozidla často podstatně překračovaly oficiálně povolené hodnoty. Pro specifikaci modelů zatížení do EN 1991-2 bylo zapotřebí splnit tyto požadavky: nezávislost hodnot zatížení na zatěžovací délce, hodnoty zatížení zahrnují dynamické účinky, účinné působení soustředěných a rovnoměrně rozdělených zatížení, šířka teoretického pruhu je 3 m.
102
VII. Zatížení mostů silniční dopravou Aby bylo možné modely zatížení dopravou obecně použít, bylo dohodnuto, že se případně může zatížit celá plocha vozovky, tedy nejen stanovené zatěžovací pruhy. Pro lokální účinky byl doporučen model o jedné nápravě, který se uvažuje na mostě samostatně.
1.2 Rozsah platnosti ČSN EN 1991-2 uvádí modely užitných zatížení od provozu vozidel na pozemních komunikacích, od chodců a od kolejové dopravy, která zahrnují případné dynamické účinky, odstředivé síly, brzdné a rozjezdové síly a také mimořádná zatížení. Některé typy zatížení zde však chybí. Proto zatížení tramvajovou dopravou jsou nyní uvedena ve změně ČSN EN 1991-2/Z1, která vychází z ČSN 73 6203, a uvádí některé doplňující informace.
2 KLASIFIKACE ZATÍŽENÍ Zatížení dopravou na mostech PK a lávkách pro chodce se klasifikují jako volná, vícesložková zatížení. Pro běžné podmínky použití se zatížení dopravou a chodci považují za proměnná zatížení. V ČSN EN 1991-2 jsou také uvedeny modely mimořádných zatížení, které zahrnují modely nárazových sil od vozidel na pilíře a další části spodní stavby, mostů nebo mimořádná zatížení působící na hlavní nosnou konstrukci mostu. Modely nárazů vozidel budou na základě rozhodnutí CEN/TC 250 přesunuty formou odkazu do EN 1991-1-7. V tab. 2.1 jsou uvedeny charakteristické, časté a kvazistálé hodnoty jednotlivých modelů zatížení LM1 až LM4 pro mosty PK a zatížení pro lávky pro chodce. Charakteristické hodnoty zatížení jsou u modelů LM1 a LM2 stanoveny tak, že střední doba jejich návratu je tisíc let (pravděpodobnost překročení 5 % za 50 let). Časté hodnoty zatížení dopravou mají střední dobu návratu jeden týden. V některých případech se při ověřování mezních stavů použitelnosti také uplatňují občasné hodnoty s dobou návratu 1 roku. Kvazistálé hodnoty zatížení dopravou lze obvykle zanedbat, výjimkou mohou být mosty v městské oblasti. Charakteristické hodnoty zatížení představuje u modelů LM3 a LM4 soubor nominálních hodnot.
3 NÁVRHOVÉ SITUACE Pro stanovené návrhové situace je potřeba určit kritické zatěžovací stavy a návrhové hodnoty účinků od kombinací zatížení podle ČSN EN 1990/A1. Různá zatížení dopravou, která se uvažují jako současně působící, jsou reprezentovaná sestavami zatížení. Tyto sestavy zatížení se pak uvažují v kombinacích s dalšími typy zatížení, jakými je například vítr, teplota, tlak ledu a vodních proudů. Kombinace zatížení pro seizmické návrhové situace jsou uvedeny v ČSN EN 1998-2.
103
VII. Zatížení mostů silniční dopravou
4 ZATÍŽENÍ SILNIČNÍ DOPRAVOU A JINÉ TYPY ZATÍŽENÍ 4.1 Rozsah použití Modely zatížení se mají použít pro návrh mostů PK, které mají zatěžovací délku kratší než 200 m (jedná se maximální délku použitou při kalibraci modelu zatížení 1). V normě se poznamenává, že obecně je použití modelu zatížení 1 pro zatěžovací délky větší než 200 m na straně bezpečnosti. V národní příloze se dovoluje pro zatěžovací délky nad 200 m použít na délce 200 m model zatížení 1 a v částech nad 200 m rovnoměrné zatížení q = 2,5 kN/m2 po celé šířce vozovky. Účinky zatížení od staveništního provozu (např. vozidel naložených zeminou) nejsou zahrnuty v modelech zatížení a mají se stanovit zvlášť. Staveništní zatížení jsou uvedena v ČSN EN 1991-1-6.
4.2 Popis zatížení 4.2.1 Modely zatížení silniční dopravou Zatížení mostů různými typy vozidel způsobují svislé a vodorovné, statické a dynamické síly.
Modely zatížení uvedené v ČSN EN 1991-2 nereprezentují skutečná zatížení. Byly vybrány a kalibrovány tak, aby jejich účinek (včetně dynamického zvětšení) vyjadřoval účinek skutečné dopravy v evropských zemích v roce 2000. Poznamenáme, že v současnosti jsou prováděna v některých evropských státech další ověřovací měření, která by měla pomoci zmapovat současný stav a odhadnout další trend v zatížení mostů dopravou. V případě potřeby mohou být stanoveny doplňkové modely zatížení pro konkrétní projekt na smluvním podkladě a se souhlasem příslušného úřadu (NA.2.8). V ČR je možno definovat tzv. „určenou silniční síť“, kde budou stanoveny další modely zatížení. V 4.2.1(1), poznámka 3, se uvádí, že v modelech zatížení uvedených v kapitole 4 je zahrnuto dynamické zvětšení za předpokladu průměrné kvality povrchu vozovky a pneumatického odpružení vozidel. Pokud je však povrch vozovky nekvalitní, pak je třeba uvažovat s větší hodnotou dynamického součinitele (přes hodnotu 1,7). 4.2.2 Zatěžovací třídy
Dopravní proud se pro jednotlivé mosty liší svou skladbou (procentem nákladních vozidel), intenzitou (průměrným počtem vozidel za rok), podmínkami (frekvencí výskytu dopravních zácp), pravděpodobnou extrémní tíhou vozidel a jejich nápravových sil. Rozdílnost skladby dopravního proudu je pro různé kategorie pozemních komunikací vyjádřena regulačními součiniteli akteré jsou definovány pro modely zatížení 1 a 2 v kapitole 4 a upřesněny v národní příloze). 4.2.3 Rozdělení vozovky do zatěžovacích pruhů
Vozovka zahrnuje všechny fyzické jízdní pruhy (tj. jak jsou vyznačené na silničním povrchu), nouzové pruhy, krajnice a vodicí proužky. Šířka vozovky se měří mezi obrubníky, je-li jejich výška větší než 100 mm, v ostatních případech se měří mezi vnitřními okraji svodidel.
104
VII. Zatížení mostů silniční dopravou Vozovka se dělí do zatěžovacích pruhů šířky w, obvykle 3 m širokých, a dále na zbývající plochu, jak uvádí tab. 4.1. Tab. 4.1 Počet a šířka zatěžovacích pruhů Šířka vozovky Počet zatěžovacích w pruhů n=1 w 5,4 m 5,4 m ≤ w ≤ 6 m 6m≤w
Šířka zatěžovacího pruhu w 3m
Šířka zbývající plochy w–3m
n=2
w/2
0
n = Int (w/3)
3m
w–3n
Jestliže je vozovka na hlavní nosné konstrukci mostu fyzicky rozdělena do dvou pásů středním dělicím pásem s pevnými trvalými svodidly, pak každý pás, včetně nouzových pruhů nebo krajnic, se samostatně rozdělí do zatěžovacích pruhů. Jestliže jsou oba pásy vozovky odděleny dočasnými svodidly nebo jiným záchytným bezpečnostním zařízením, pak se celá vozovka včetně středního dělicího pásu rozdělí do zatěžovacích pruhů. Umístění zatěžovacích pruhů může být nezávislé na jejich číslování. Pro jednotlivá ověřování je pak zapotřebí zvolit počet zatěžovacích pruhů, jejich umístění na vozovce a jejich číslování tak, aby účinek zatěžovacích modelů byl co nejnepříznivější. Pro občasné, časté a únavové reprezentativní hodnoty a modely však smí být rozmístění a číslování pruhů specifikováno podle očekávaných podmínek jednotlivého projektu. Zatěžovací pruh, který vykazuje nejnepříznivější účinky, je označen jako pruh č. 1, zatěžovací pruh, který vykazuje druhý nejnepříznivější účinek, je označen č. 2 atd. (viz obr. 4.1). Tam, kde se vozovka sestává ze dvou oddělených pásů na celé nosné konstrukci, používá se pouze jedno označení pro celou vozovku. Uvažuje se tedy, že zatěžovací pruh 1 se může alternativně dělit na dvě části. Jestliže se však vozovka skládá ze dvou oddělených částí na dvou nezávislých hlavních nosných konstrukcích, pak se každá část považuje za vozovku pro vlastní návrh příslušné nosné konstrukce (viz dva samostatné komorové průřezy na obr. 4.2). Pro návrh společné opěry stěny nebo pilíře se však obě vozovky uvažují a číslují dohromady. V jednotlivých zatěžovacích pruzích se použijí modely zatížení tak, aby jejich výsledný účinek byl nejnepříznivější, avšak v souladu s aplikačními podmínkami, které jsou pro jednotlivé modely uvedeny v ČSN EN 1991-2.
105
VII. Zatížení mostů silniční dopravou
Obr. 4.1 Příklad číslování zatěžovacích pruhů
Obr. 4.2 Pro návrh obou nezávislých nosných konstrukcí se použije samostatné číslování zatěžovacích pruhů, pro návrh pilíře však společné číslování zatěžovacích pruhů
4.3 Svislá zatížení – charakteristické hodnoty 4.3.1 Obecné a související návrhové situace
ČSN EN 1991-2 doporučuje modely zatížení pro stanovení účinků silniční dopravy pro ověření mezních stavů únosnosti a pro některá ověření mezních stavů použitelnosti. Pro svislá zatížení jsou doporučeny čtyři zatěžovací modely: Model zatížení 1 (LM1), který se skládá ze soustředěných a rovnoměrných zatížení, jež zahrnují většinu účinků od provozu osobních a nákladních vozidel. Model se použije pro globální i lokální posouzení. Model zatížení 2 (LM2), který představuje zatížení jednou nápravou na definované kontaktní ploše pneumatik. Model zahrnuje dynamické účinky normální dopravy na krátkých nosných prvcích. Tento model může být rozhodující při zatěžovacích délkách od 3 do 7 m. Model zatížení 3 (LM3) modelující zvláštní vozidla, která mohou mít povolení jezdit po trasách s výjimečným zatížením. Model se použije pro celková a lokální posouzení. Model zatížení 4 (LM4), který modeluje zatížení davem lidí, se používá pro celková ověření.
106
VII. Zatížení mostů silniční dopravou Modely 1 až 3 se mohou použít pro trvalé i dočasné návrhové situace (např. během oprav mostů), model 4 pouze pro dočasnou návrhovou situaci. Kombinace zatížení se pro trvalou a dočasnou návrhovou situaci mohou lišit, viz EN 1990/A1. 4.3.2 Model zatížení 1 (LM1)
Model zatížení 1 se skládá ze dvou dílčích soustav:
Soustředěné zatížení od dvojnápravy (tandem system – TS); každá náprava je o síle QQk, kde Q je regulační součinitel. V jednom zatěžovacím pruhu se uvažuje pouze jedna kompletní dvojnáprava. Každá náprava dvojnápravy má dvě identická kola, z nichž každé vyvozuje zatížení 0,5 αQ Qk na čtvercové ploše o straně 0,40 m. Rovnoměrné zatížení (uniformly distributed load – UDL) o tíze q qk na čtverečný metr nepříznivě působících příčinkových ploch, kde q je regulační součinitel.
Model zatížení 1 se má použít v každém zatěžovacím pruhu a na zbývajících plochách. V zatěžovacím pruhu i jsou velikosti zatížení Qi Qki, qi qki, na zbývajících plochách je zatížení qrqrk. Charakteristické hodnoty zatížení, které zahrnují vliv dynamických účinků (pokud není stanoveno jinak), uvádí tabulka 4.2. Na obr. 4.3 je znázorněn model zatížení 1 pro globální ověření (vlevo) a lokální ověření (vpravo). Pro lokální ověření má být dvojnáprava umístěna v nejméně příznivé poloze. Pokud se uvažují dvojnápravy na obou sousedních pruzích, mohou se umístit co nejblíže, avšak vzdálenost mezi koly náprav nesmí být menší než 0,5 m.
Obr. 4.3 Model zatížení 1 pro globální ověření (vlevo) a lokální ověření (vpravo)
107
VII. Zatížení mostů silniční dopravou Tab. 4.2 Charakteristické hodnoty zatížení pro model LM1 Dvojnáprava (TS)
Rovnoměrné zatížení (UDL)
nápravové síly Qki [kN]
qki nebo qkr [kNm-2]
Pruh č. 1
300
9
Pruh č. 2
200
2,5
Pruh č. 3
100
2,5
Ostatní pruhy
0
2,5
Zbývající plocha (qrk)
0
2,5
Umístění
Hodnoty regulačních součinitelů αQi, αqi a αqr se stanoví podle národní přílohy, NA.2.12 (viz tab. 4.3), kde jsou rozlišeny dvě skupiny pozemních komunikací (PK). Do 1. skupiny patří všechny pozemní komunikace, s výjimkou komunikací uvedených ve skupině 2, do 2. skupiny silnice III. třídy předem stanovené příslušným úřadem, obslužné místní komunikace a účelové komunikace. Součinitel Q je roven αQ1 Pro určenou silniční síť se uvažují všechny součinitele jednotkové, pokud není příslušným úřadem stanovena hodnota nižší. Tab. 4.3 Hodnoty regulačních součinitelů Skupina
Q1
Q2
Q3
q1
qi (i ≥ 2)
qr
1
0,8
0,8
0,8
0,8
1
1
2
0,8
0,5
0,5
0,5
1
1
4.3.3 Model zatížení 2 (LM2)
Model znázorněný na obr. 4.4 tvoří jedna náprava o síle QQka, kde Qka = 400 kN (zahrnuje dynamický přírůstek). V případě potřeby lze provést ověření pouze pro jedno kolo působící silou 200Q kN. Dotyková plocha se uvažuje 0,35 m × 0,60 m, viz obr. 4.4.
108
VII. Zatížení mostů silniční dopravou
Obr. 4.4 Model zatížení 2 4.3.4 Model zatížení 3 (LM3)
ČSN EN 1991-2, příloha A doporučuje pro ověření soubor modelů zvláštních vozidel, které mohou výjimečně po mostě jet. Smluvní třídy zvláštních vozidel od celkové tíhy 600 do 3600 kN jsou podrobně popsané v příloze A, např. zvláštní vozidla označená 600/150 (4 nápravy po 150 kN), 900/150 (6 náprav po 150 kN). Předpokládá se, že se tyto modely pohybují buď nízkou rychlostí 5 km/hod., nebo normální rychlostí 70 km /hod., kdy je třeba použít dynamický součinitel. Způsob použití modelu zatížení 3 uvádí příloha A. 4.3.5 Model zatížení 4 (LM 4)
Zatížení davem lidí je modelováno rovnoměrně rozděleným zatížením 5 kN/m2 (zahrnuje dynamický účinek). Toto zatížení se rozmístí v příslušných částech po délce i šířce hlavní nosné konstrukce mostu, včetně středového dělicího pásu. Zatížení se použije pro celková ověření konstrukce a vztahuje se pouze k dočasným návrhovým situacím. 4.3.6 Roznášení soustředěných zatížení
Předpokládá se, že různá soustředěná zatížení spojená s modely zatížení 1 až 3, která se použijí pro lokální posouzení, jsou rovnoměrně rozložena po celé dotykové ploše. V případě vozovky uložené na železobetonové desce mostovky se roznášení uvažuje pod úhlem 45° až do střednicové plochy desky mostovky (viz obr. 4.5).
109
VII. Zatížení mostů silniční dopravou
Legenda 1 dotykový tlak kola
2 vozovka
3 betonová deska mostovky
4 střednicová plocha betonové desky mostovky
Obr. 4.5 Roznášení soustředěného zatížení vozovkou a mostovkou
4.4 Vodorovná zatížení 4.4.1 Brzdné a rozjezdové síly
Brzdné síly Qlk se uvažují jako podélné síly působící v úrovni dokončeného povrchu vozovky; lze je vypočítat podle následujícího vztahu a podmínky z ČSN EN 1991-2 Qkl = 0,6 Q1 (2Q k1) + 0,1 q1 q k1 w L 180 Q1 (kN) ≤ Qk1 ≤ 900 (kN) kde L je délka nosné konstrukce mostu nebo její uvažované části a w je šířka zatěžovacího pruhu. Umístění této síly se uvažuje v ose libovolného zatěžovacího pruhu. Jestliže účinky její excentricity nejsou příliš velké, smí se předpokládat působiště síly v ose vozovky a rovnoměrně rozloženou po zatěžovací délce. Rozjezdové síly se uvažují stejnou velikostí jako brzdné síly, ale v opačném směru. 4.4.2 Odstředivé síly
Odstředivé síly Qkt se uvažují jako příčné síly působící v úrovni dokončeného povrchu vozovky radiálně k její ose. Charakteristické hodnoty Qkt, které zahrnují dynamické účinky, jsou uvedeny v tab. 4.4. Tab. 4.4 Charakteristické hodnoty odstředivých sil pro r < 200 m Qkt = 0,2 Qv (kN) Qkt = 40 Qv/r (kN) pro 200 ≤ r ≤ 1500 m Qkt = 0 pro r > 1500 m
110
VII. Zatížení mostů silniční dopravou r je poloměr vozovky ve vodorovné rovině, Qv je celková maximální tíha svislého soustředěného zatížení dvojnápravami modelu LM1, kde Qv = Qi 2Qik a Qkt v každém průřezu i
působí jako osamělé břemeno. V některých případech je zapotřebí uvážit příčné brzdné síly jako 25 % podélných brzdných sil.
4.5 Sestavy zatížení dopravou na mostech pozemních komunikací Současnost působení zatěžovacích modelů se do výpočtu zavádí podle následující tab. 4.5. Každá z těchto sestav, které se vzájemně vylučují, představuje zatížení, která se kombinují s jinými zatíženími, než jsou zatížení dopravou. Tab. 4.5 Současnost působení zatěžovacích modelů Vozovka Typ zatížení
Svislé síly
Soustava zatížení gr1a
LM1 (TS a UDL) charakter. hodnoty
Sestavy zatížení
LM3
LM4
Brzdné a Odstředivé Rovnoměr. rozjezdové síly zatížení síly * kombin. * * hodnoty
charakter. hodnoty
gr1b gr2
LM2
Vodorovné síly
* časté hodnoty
charakter. hodnoty
gr3 **
charakter. hodnoty charakter. hodnota
charakt. hodnota
gr4
gr5
Chodníky a cyklist. pruhy Pouze svislé zatížení
viz příloha A
Hlavní
* charakter. hodnota
charakter. hodnota Hlavní (dominantní) složka zatížení
* může být stanoveno v NP. ** tato sestava se neuvažuje, jestliže se uvažuje sestava gr5. Další reprezentativní hodnoty vícesložkového zatížení jsou uvedeny v tabulce 4.4b.
4.6 Modely zatížení na únavu Některé druhy zatížení vyvolávají spektra napětí způsobující únavu, kdy v materiálu dochází ke střídání napětí a mohou vznikat trhliny. Příčinou mohou být přírodní jevy (vítr), stejně tak jako doprava na mostě. Spektrum napětí závisí na geometrii vozidel, na nápravových si111
VII. Zatížení mostů silniční dopravou lách, na vzdálenosti vozidel, na skladbě dopravního proudu a na dynamických účincích.V ČSN EN 1991-2 je definováno 5 modelů zatížení na únavu od svislých sil. První tři modely jsou určeny pro stanovení maximálních a minimálních napětí od uspořádání zatížení na mostě kterýmkoliv z těchto modelů. Většinou se při navrhování používá pouze algebraický rozdíl těchto napětí. Modely zatížení na únavu 4 a 5 se aplikují pro stanovení spekter napětí, která vznikají přejezdem nákladních vozidel po mostě. Modely zatížení na únavu 1 až 4 již v sobě zahrnují dynamický součinitel, odpovídající povrchu s dobrou kvalitou.
Model zatížení na únavu 1 – má uspořádání jako hlavní zatěžovací model LM1 s hodnotami nápravových sil rovnými 0,7 Qki a hodnotami rovnoměrně rozloženého zatížení rovnými 0,3 qki a 0,3 qkr.
Model zatížení na únavu 2 – soubor tzv. častých nákladních automobilů. Každé vozidlo je definováno počtem náprav a vzdáleností mezi nápravami, častou hodnotou zatížením každé nápravy, dotykovými plochami a příčnou vzdáleností mezi koly.
Model zatížení na únavu 3 – model vozidla se čtyřmi nápravami, z nichž každá má dvě stejná kola. Geometrické uspořádání je patrné z následujícího obrázku. Nápravová síla je 120 kN, dotyková plocha kola je čtverec o straně 0,40 m (viz obr. 4.6, kde w je šířka jízdního pruhu).
Model zatížení na únavu 4 – je tvořen soubory normalizovaných nákladních vozidel, která dohromady vyvozují účinek ekvivalentní typickému účinku od provozu na evropských silnicích.
Model zatížení na únavu 5 – použijí se přímo údaje ze sčítání dopravy, doplněné vhodnými statistickými a návrhovými extrapolacemi.
Obr. 4.6 Model zatížení na únavu 3
4.7 Mimořádná zatížení Pro ověřování v případě mimořádné návrhové situace by se měla uvažovat tato zatížení dopravou:
112
náraz vozidla do mostní podpěry, podhledu mostu nebo nosné konstrukce, těžká kola na chodníku,
VII. Zatížení mostů silniční dopravou
náraz vozidla na obrubníky, svodidla a nosné prvky.
Hodnoty ekvivalentních statických sil od nárazu vozidel a nárazů vlaků jedoucích pod mosty jsou podrobně uvedeny v ČSN EN 1991-1-7.
5 ZATÍŽENÍ CHODNÍKŮ, CYKLISTICKÝCH STEZEK A LÁVEK PRO CHODCE Zatížení uvedená v kapitole 5 platí pro chodníky, cyklistické pruhy a lávky pro chodce, pro které se zde uvádí rovnoměrná zatížení qkf a soustředěná zatížení Qfwk. Pro větší lávky (např. o šířce nad 6 m) se doporučuje stanovit doplňující zatěžovací modely a pravidla pro jejich kombinace. Proměnná zatížení na lávkách jsou vyvolána pěší a cyklistickou dopravou, zatížením větrem a teplotou, běžnými druhy staveništních zatížení a také specifickými vozidly (pro údržbu). Tato zatížení způsobují na lávkách pro chodce svislá a vodorovná zatížení, která se mohou lišit v závislosti na jejich umístění a možném provozu. Tři modely vzájemně se vylučujícího zatížení sestávají z rovnoměrného zatížení, z osamělé síly a ze zatížení reprezentujícího obslužná vozidla. Rovnoměrné zatížení lze modelovat pomocí modelu zatížení 4 pro zatížení davem lidí (5 kN/m2). Jestliže se model 4 nevyžaduje, charakteristické hodnoty rovnoměrného zatížení qkf se doporučuje stanovit pro zatěžovací délku L jako qkf = 2 + 120/(L + 30) kN/m2 2,5 kN/m2 ≤ qkf ≤ 5 kN/m2 Pro mosty pozemních komunikací, na kterých jsou chodníky nebo cyklistické pruhy, se doporučuje vždy uvažovat 5 kNm-2. Smí být také použita snížená kombinační hodnota 2,5 kNm-2. Pro lokální účinky se doporučuje uvážit osamělou sílu Qkfw o hodnotě 10 kN, která působí na čtvercové ploše o straně 0,1 m. Jestliže se lávka ověřuje pomocí obslužného vozidla Qserv, pak se již osamělá síla neuvažuje. Obslužné vozidlo se aplikuje, pokud to požaduje objednatel. Tímto vozidlem může být např. vozidlo pro údržbu, vozidlo záchranné služby (pro konkrétní projekt může být definováno i více vozidel). Vodorovné zatížení se uvažuje jako 10 % z celkového svislého zatížení lávky. Síla působí v podélné ose mostu v úrovni povrchu vozovky a uvažuje se současně se svislým rovnoměrným zatížením. Mimořádná zatížení lávek pro chodce vznikají od
silniční dopravy pod mostem (zatížení od nárazu); mimořádné přítomnosti těžkého vozidla na lávce.
113
VII. Zatížení mostů silniční dopravou Pro ověření tuhých podpěr se doporučuje nárazová síla 1000 kN ve směru jízdy vozidla a 500 kN kolmo na směr jízdy. V 5.6.2(1) se však uvádí, že navrhovat podpěry na stejné ekvivalentní statické nárazové síly, jako jsou pro mosty, může být nereálné. ČSN EN 1991-1-7 se již lávkami pro chodce nezabývá. Ukazuje se tak, že podpěry lávek je spíše třeba chránit před možností mimořádného nárazu těžkého vozidla. Pokud je přesto potřebné s nárazovou silou těžkého vozidla počítat, je vhodné provést dynamickou analýzu. EN 1991-2, 5.7, doporučuje stanovit vlastní frekvence nosné konstrukce lávky na vhodném výpočetním modelu konstrukce. Kmitání lávky může způsobit vítr, nebo také chodci, kteří se po ní mohou různým způsobem pohybovat.
114
