Doskovรฉ mosty so zabetรณnovanรฝmi nosnรญkmi a ich uplatnenie v praxi
V rรกmci rekonลกtrukcie mosta v obci Prituฤพany navrhol projektant doskovรบ nosnรบ konลกtrukciu so zabetรณnovanรฝmi nosnรญkmi. Technickรฉ rieลกenie vychรกdzalo zo situovania pรดvodnej konลกtrukcie a z poลพiadavky zachovania vรฝลกkovรฉho vedenia priฤพahlej komunikรกcie. Integrovanou sรบฤasลฅou nosnej konลกtrukcie sรบ oceฤพovรฉ nosnรญky modifikovanรฝch tvarov.
Pouลพitรญm oceฤพovรฝch T-prierezov sa pri zachovanรญ rovnakej teoretickej momentovej odolnosti a tuhosti mosta podarilo znรญลพiลฅ spotrebu konลกtrukฤnej ocele asi o 40 % v porovnanรญ s nosnou konลกtrukciou vyhotovenou zo zvรกranรฝch alebo z valcovanรฝch oceฤพovรฝch I-nosnรญkov.
Doskovรฉ mosty so zabetรณnovanรฝmi oceฤพovรฝmi nosnรญkmi predstavujรบ konลกtrukฤnรฝ systรฉm vyuลพรญvanรฝ pri malรฝch a strednรฝch rozpรคtiach. Pri prvรฝch nรกvrhoch sa vyuลพรญvali ako tuhรก vรฝstuลพ koฤพajnice, neskรดr sa zaฤali pouลพรญvaลฅ zvรกranรฉ alebo valcovanรฉ oceฤพovรฉ profily. V sรบฤasnosti platnรก norma Eurokรณd 4 [1 aลพ 4] obsahuje konลกtrukฤnรฉ poลพiadavky a nรกvrhovรฝ postup pri mostoch so zabetรณnovanรฝmi nosnรญkmi, vyลพaduje vลกak pouลพitie prierezov v tvare I. Dovoฤพuje sa ale aplikรกcia plasticitnรฉho vรฝpoฤtu prierezu. Predpokladom je, aby sa poloha plastickej neutrรกlnej osi nachรกdzala v stene oceฤพovรฉho nosnรญka.
Hornรก pรกsnica prierezu je preto v blรญzkosti neutrรกlnej osi a jej prรญspevok k ohybovej odolnosti je minimรกlny. Splnenie podmienky polohy plastickej neutrรกlnej osi sa vyลพaduje na zabezpeฤenie spriahnutia, keฤลพe tento konลกtrukฤnรฝ systรฉm nevyuลพรญva ลพiadne spriahajรบce prostriedky. Vรฝsledky experimentรกlneho vรฝskumu uskutoฤnenรฉho na Stavebnej fakulte Technickej univerzity v Koลกiciach sa aplikovali pri nรกvrhu spriahnutรฉho mosta na ceste III-3822 v obci Prituฤพany.
Vรฝskum doskovรฝch mostov so zabetรณnovanรฝmi nosnรญkmi
Spoluautori tohto ฤlรกnku zo Stavebnej fakulty Technickej univerzity v Koลกiciach sa dlhodobo zaoberajรบ vรฝskumom doskovรฝch mostov so zabetรณnovanรฝmi oceฤพovรฝmi nosnรญkmi s cieฤพom zefektรญvniลฅ nรกvrh tรฝchto mostov znรญลพenรญm spotreby ocele pri zachovanรญ rovnakej รบnosnosti a tuhosti konลกtrukcie. Pri dosยญkovรฝch mostoch s prierezom v tvare T sa dosiahla รบspora materiรกlu hornej pรกsnice. Spriahnutie sa zabezpeฤilo pouลพitรญm spriahajรบcej liลกty, ktorej opodstatnenosลฅ pri nรกvrhu spriahnutรฝch oceฤพovo-betรณnovรฝch prvkov sa skรบmala na Stavebnej fakulte Technickej univerzity v Koลกiciach uลพ v minulosti.
Skรบลกobnรฉ vzorky
Na experimentรกlny vรฝskum sa navrhli dva typy vzoriek. Prvรฝ typ skรบลกobnรฝch vzoriek (obr. 1), pouลพitรฝch ako porovnรกvacie vzorky, tvorili vzorky navrhnutรฉ v sรบlade s poลพiadavkami normy s oceฤพovรฝm prierezom v tvare I. Zรกkladnรฉ parametre porovnรกvacรญch vzoriek boli takรฉto:
- ลกรญrka betรณnovรฉho prierezu: 670 mm,
- vรฝลกka betรณnovรฉho prierezu: 270 mm,
- oceฤพovรฝ prierez valcovanรฝ: IPE200,
- teoreticky vypoฤรญtanรฝ moment odolnosti s poลพitรญm zistenรฝch materiรกlovรฝch charakteristรญk: 107,93 kNm,
- teoreticky vypoฤรญtanรก ohybovรก tuhosลฅ prierezu: 11 959 kPa . m4.
Obr. 1 Vzorky s I-prierezom
Pri druhom type experimentรกlnych vzoriek sa navrhol oceฤพovรฝ nosnรญk s T-prierezom. Tento prierez vznikol pozdฤบลพnym rozrezanรญm valcovanรฉho nosnรญka s prierezom I. Rez vytvรกral zรกroveล hrebeลovรบ liลกtu na hornom okraji nosnรญka (obr. 2). Parametre skรบลกanรฝch vzoriek tohto typu boli:
- ลกรญrka betรณnovรฉho prierezu: 670 mm,
- vรฝลกka betรณnovรฉho prierezu: 270 mm,
- oceฤพovรฝ prierez valcovanรฝ: IPE220/2,
- teoreticky vypoฤรญtanรฝ moment odolnosti s pouลพitรญm zistenรฝch materiรกlovรฝch charakยญteristรญk: 99,91 kNm,
- teoreticky vypoฤรญtanรก ohybovรก tuhosลฅ prierezu: 13 036 kPa . m4.
Obr. 2 Vzorky s T-prierezom
Vรฝsledky skรบลกok
Poฤas experimentรกlnych meranรญ sa sledovali hodnoty priehybu skรบลกanรฝch vzoriek. Priebeh zmeny priehybu v zรกvislosti od veฤพkosti zaลฅaลพenia je znรกzornenรฝ na obr. 3. Statickรฉ skรบลกky sa ukonฤili pri nadmernom narastanรญ priehybu, ฤo signalizovalo plastizรกciu prierezu. Tomuto stavu zodpovedal experimentรกlne zistenรฝ plastickรฝ moment odolnosti, ktorรฝ predstavoval pri skรบลกanรฝch vzorkรกch s I-prierezom 124,8 kNm a pri vzorkรกch s T-prierezom 117,0 kNm. V percentuรกlnom vyjadrenรญ to znamenalo zvรฝลกenie oproti teoretickej momentovej odolnosti o viac ako 15โฏ% pri vzorkรกch s prierezom I a o viac ako 17โฏ% pri vzorkรกch s prierezom T.
Vzorky s T-prierezom sa overovali aj pri dynamickom zaลฅaลพenรญ. Vรฝsledky experimentov preukรกzali, ลพe navrhovanรฉ rieลกenie je vhodnรฉ pri doskovรฝch mostoch. Uvedenรฝ nรกvrh je vลกak obmedzenรฝ na mosty podopretรฉ poฤas realizรกcie, ktorรฉ nemajรบ samonosnรบ funkciu v ลกtรกdiu betรณnovania dosky. Na zรกklade vรฝsledkov experimentov vypracovali autori vรฝskumu nรกvrhovรฝ list pouลพiteฤพnรฝ v projektovej praxi. Jeho sรบฤasลฅou je vรฝpoฤtovรฝ postup na posรบdenie ohybovej odolnosti doskovรฝch mostov so zabetรณnovanรฝmi nosnรญkmi s T-prierezmi, posรบdenie pouยญลพรญvateฤพnosti a spriahnutia. List obsahuje aj zรกkladยญnรฉ konลกtrukฤnรฉ poลพiadavky na mosty so zabetรณnovanรฝmi nosnรญkmi.
Obr. 3 Zรกvislosลฅ zmeny priehybu od veฤพkosti zaลฅaลพenia nosnรญkov
Rekonลกtrukcia mosta 3822-002 Prituฤพany
Mostnรฝ objekt prekonรกva vodnรฝ tok Pritulianskeho potoka (obr. 4), priฤom jeho poloha je z hฤพadiska obsluลพnosti okolitรฉho รบzemia veฤพmi dรดleลพitรก. Z pohฤพadu dopravy je jedinรฝm prรญstupovรฝm mostnรฝm objektom do obce, na ktorรฝ nadvรคzujรบ miestne komunikรกcie tvoriace bypass sรบbeลพne s cestou III-3822. Projekt rekonลกtrukcie mosta [5] vypracovala pre sprรกvcu (Sprรกva a รบdrลพba ciest Preลกovskรฉho samosprรกvneho kraja v Preลกove) spoloฤnosลฅ Amberg Engineering Slovakia, s. r. o., Bratislava.
Obr. 4 Most v obci Prituฤพany โ pohฤพad na vtok
Charakteristika pรดvodnรฉho mosta
Nosnรบ konลกtrukciu pรดvodnรฉho mosta tvorรญ 14 ks oceฤพovรฝch nosnรญkov U 400, ktorรฉ sรบ uloลพenรฉ na oporรกch. Oceฤพovรฉ nosnรญky sรบ stuลพenรฉ v prieฤnom smere profilmi I 80. Na hornej รบloลพnej pรกsnici je osadenรฉ drevenรฉ debnenie z foลกnรญ s hrรบbkou 40โฏmm, na ktorรฝch je vybetรณnovanรก doska mostovky s hrรบbkou pribliลพne 200 mm. Na moste je osadenรก rรญmsa, v ktorej je zabudovanรฉ zรกbradlie. Prechodovรก doska na mieste nebola identifikovanรก a moลพno oฤakรกvaลฅ, ลพe sa ani ลพiadna nevybudovala. Krรญdla mosta sรบ rovnobeลพnรฉ, nachรกdza sa na nich rรญmsa so zรกbradlรญm. Na strane vรฝtoku, vฤพavo po prรบde potoka Pritulianka, sa nachรกdza zรกrubnรฝ mรบr. Predpokladรกme, ลพe objekt je zaloลพenรฝ na ploลกnรฝch zรกkladoch. Most je smerovo v priamej, vรฝลกkovo je v minimรกlnom pozdฤบลพnom sklone.
Poruchy nosnej konลกtrukcie sรบ spรดsobenรฉ nevhodnรฝm technickรฝm rieลกenรญm konลกtrukฤnรฝch detailov, ktorรฉ v kombinรกcii s nรกrastom zaลฅaลพenia v ฤase spรดsobili trvalรฉ zvislรฉ deformรกcie a vyboฤenie oceฤพovรฝch nosnรญkov U 400. Pri prejazde ลฅaลพkรฝch vozidiel po moste cรญtiลฅ chvenie nosnej konลกtrukcie. Debnenie z foลกnรญ je miestami prehnitรฉ. Betรณn mostovky v oblasti krajnรฝch nosnรญkov je degradovanรฝ a rozpadรกva sa. Oceฤพovรฉ prvky nosnej konลกtrukcie sรบ skorodovanรฉ (obr. 5). Opory mosta sรบ zarastenรฉ vegetรกciou, priฤom ฤasลฅ opรดr je vymytรก pรดsobenรญm erรณzie Pritulianskeho potoka. Viditeฤพnรฝ povrch betรณnov na oporรกch je aj napriek statickรฝm poruchรกm nosnej konลกtrukcie bez zjavnรฝch trhlรญn. Podฤพa TP 075 Evidencia cestnรฝch lรกvok a mostov moลพno stavebnotechnickรฝ stav objektu hodnotiลฅ na zรกklade prehliadky stupลom VII โ havarijnรฝ.
Obr. 5 Most v obci Prituฤพany โ stav existujรบcej nosnej konลกtrukcie
Opis novej konลกtrukcie mosta
Z dรดvodu havarijnรฉho stavu pรดvodnรฉho objektu sa pristรบpilo k rekonลกtrukcii mosta. Vzhฤพadom na vรฝraznรฉ priestorovรฉ obmedzenia staveniska v obci, postup vรฝstavby, ako aj dodrลพanie nรญzkej stavebnej vรฝลกky nosnej konลกtrukcie mosta z dรดvodu zachovania prietoku rieky vychรกdza ako najvhodnejลกie rieลกenie pouลพitie spriahnutรฉho doskovรฉho mosta so zabetรณnovanรฝmi oceฤพovรฝmi nosnรญkmi. Nosnรบ konลกtrukciu bude tvoriลฅ ลพelezobetรณnovรก doska s priemernou hrรบbkou 430โฏmm z betรณnu C 35/45 so zabetรณnovanรฝmi oceฤพovรฝmi nosnรญkmi (trieda pevnosti S 355) s konลกtrukฤnou mรคkkou vรฝstuลพou triedy B500 B. V prieฤnom smere bude tvoriลฅ nosnรบ konลกtrukciu 10 ks oceฤพovรฝch zvรกranรฝch nosnรญkov v tvare T v osovej vzdialenosti 700โฏmm. Rozmery spodnej pรกsnice budรบ 280/20โฏmm, stenu nosnรญka bude tvoriลฅ pรกsnica 260/10โฏmm. ล รญrka nosnej konลกtrukcie 7 100 mm bude na celom moste konลกtantnรก (obr. 6). Dฤบลพka premostenia bude 11 000 mm (ลกikmรก), dฤบลพka nosnej konลกtrukcie bude 12 770 mm (ลกikmรก).
Nosnรก konลกtrukcia bude uloลพenรก na rekonลกtruovanom vystuลพenom รบloลพnom prahu z betรณnu triedy C 35/45 na pruลพnom pรกse s hrรบbkou 20 mm. Novรก ฤasลฅ รบloลพnรฉho prahu sa s pรดvodnou ฤasลฅou spojรญ pomocou lepenej vรฝstuลพe. Geometria novej nosnej konลกtrukcie je danรก smerovรฝm a vรฝลกkovรฝm vedenรญm cesty SO 101-00. Je navrhnutรก v pozdฤบลพnom sklone 0,66 % a v prieฤnom strechovitom spรกde 2,5โฏ%. Spodnรบ stavbu mosta budรบ tvoriลฅ dve pรดvodnรฉ opory OP1 a OP2. Opory budรบ masรญvne, zaloลพenรฉ na ploลกnรฝch zรกkladoch. Po odbรบranรญ ฤasti pรดvodnรฝch opรดr sa zrealizuje รบloลพnรฝ prah. Vลกetky ฤasti spodnej stavby v trvalom styku so zeminou sa ochrรกnia izolรกciou. Na moste sรบ navrhnutรฉ novรฉ rรญmsy s rรญmsovรฝm prefabrikรกtom. ล รญrka ฤพavej aj pravej rรญmsy bude 800 mm s vyloลพenรญm 250 mm od hrany nosnej konลกtrukcie. Vรฝลกka ฤela rรญmsy bude 750 mm. Prieฤny sklon rรญms bude 4 % smerom k vozovke.
Obr. 6 Prieฤny rez mostom so zabetรณnovanรฝmi nosnรญkmi
Vรฝpoฤtovรฝ model nosnej konลกtrukcie
Nosnรก konลกtrukcia mosta sa modelovala v programe Midas Civil (obr. 7). Okrem postupu vรฝstavby nosnej konลกtrukcie, ktorรฝ zohฤพadลuje bodovรฉ podoprenie oceฤพovรฝch T-prierezov (obr. 8), sa v programe modelovali aj reologickรฉ vlastnosti betรณnu.
Obr. 7 Model mosta v programe Midas
Zรกver
Pri nรกvrhu a posรบdenรญ nosnej konลกtrukcie mosta, ako aj pri tvorbe jednotlivรฝch detailov sa vychรกdzalo zo smernice Doskovรฉ mosty so zabetรณnovanรฝmi oceฤพovรฝmi nosnรญkmi modifikovanรฝch tvarov [6], ktorรบ spracovali zamestnanci Stavebnej fakulty Technickej univerzity v Koลกiciach v rรกmci vรฝskumnรฝch prรกc. Nรกvrhom nosnej konลกtrukcie s pouลพitรญm oceฤพovรฝch T-prierezov sa podarilo znรญลพiลฅ spotrebu konลกtrukฤnej ocele pribliลพne o 40 % v porovnanรญ s nosnou konลกtrukciou vyhotovenou zo zvรกranรฝch alebo valcovanรฝch oceฤพovรฝch I-nosยญnรญkov, a to pri predpoklade dosiahnutia rovnakej teoretickej momentovej odolnosti a tuhosti mosta. V sรบฤasnosti sa na objekte rozbiehajรบ stavebnรฉ prรกce. Po ukonฤenรญ rekonลกtrukcie mosta sa uskutoฤnรญ zaลฅaลพovacia skรบลกka nosnej konลกtrukcie s cieฤพom porovnaลฅ teoretickรฉ hodnoty priehybov a รบnosnosti s hodnotami zistenรฝmi poฤas skรบลกky. Do budรบcnosti sa poฤรญta s dlhodobรฝm sledovanรญm mosta.
Obr. 8 Podoprenie mosta poฤas vรฝstavby โ model
Deck bridges with encased beams and their application in practice
The designer designed a deck bearing structure with reinforced beams for the reconstructed bridge in Prituฤพany. The technical solution was based on the situation of the previous structure and on the requirement to maintain of the adjacent communication. Integral parts of the bearing structure are steel beams of modified shapes. By using steel T-cross sections has been possible to reduce the structural steel by about 40% compared to a bearing structure made of welded or rolled steel I-beams. This reduce has been achieved while maintaining the same theoreยญtical torque and stiffness of the bridge.
ฤlรกnok vyuลพรญva vรฝsledky vรฝskumnรฉho projektu uskutoฤnenรฉho na Stavebnej fakulte Technickej univerzity v Koลกiciach, ktorรฝ bol financovanรฝ Agentรบrou na podporu vรฝskumu a vรฝvoja na zรกklade Zmluvy ฤ. APVV-15-0486 a projektom ITMS: 26220220124 Vรฝvoj mostov so zabetรณnovanรฝmi nosnรญkmi modifikovanรฝch tvarov.
TEXT: Ing. ฤฝubomรญr Koลพlej, Ing. Konลกtantรญn Kundrรกt, CSc., Ing. Viktรณria Koลพlejovรก, PhD., prof. Ing. Vincent Kvoฤรกk, PhD.
FOTO a OBRรZKY: autori
ฤฝubomรญr Koลพlej a Konลกtantรญn Kundrรกt pรดsobia v spoloฤnosti Amberg Engineering Slovakia, s. r. o.
Viktรณria Koลพlejovรก a Vincent Kvoฤรกk pรดsobia na Stavebnej fakulte Technickej univerzity v Koลกiciach.
Literatรบra
- STN EN 1994 โ 1 โ 1: Eurokod 4 Design of composite steel and concrete structures. Part 1 โ 1: General rules and rules for buildings.
- STN EN 1994 โ 2: Eurokod 4 Design of composite steel and concrete structures. Part 2: General rules and rules for bridges.
- STN EN 1992 โ 1 โ 1: Eurokod 2 Design of concrete structures. Part 1 โ 1: General rules and rules for buildings.
- STN EN 1993 โ 1 โ 1: Eurokod 3 Design of steel structures. Part 1 โ 1: General rules and rules for buildings.
- Kolektรญv: Rekonลกtrukcia mosta 3822-002 Prituฤพany na ceste III-3822-HS. Dokumentรกcia na realizรกciu stavby/Dokumentรกcia na ponuku, Amberg Engineering Slovakia, s. r. o., Bratislava, stredisko Koลกice, 2017.
- Kvocak, V. and team: Deck bridges with Encased Filler-Beams of Modified Sections (Technical University of Koลกice).
ฤlรกnok bol uverejnenรฝ v ฤasopise Inลพinierske stavby/Inลพenรฝrske stavby 2/2018.