Havárie provizoria MS v Chrastavě, příčiny a poučení

• Foto

POPIS POŠKOZENÍ A HAVÁRIE MOSTU
V srpnu roku 2010 zasáhly Liberecký kraj ničivé povodně, při kterých došlo ke kolapsu celé řady mostních objektů. Jedním z nich byl i most ev. č. 27251-1 přes řeku Jeřici v Chrastavě. V těsné blízkosti původního mostu byl nejprve postaven provizorní most AM50, který sloužil provozu po dobu dvou týdnů. Následně byl vedle něj postaven most soustavy MS, který byl určen k provozu do doby rekonstrukce původního přemostění. Most byl dokončen 30. 8. 2012. Stav mostu byl velmi dobrý, většina dílců byla opatřena novou PKO, pouze některé dílce pouze vykazovaly známky lokální koroze. Na základě požadavku města na pohyb chodců a zajištění jejich bezpečnosti byl na most umístěn nesymetrický chodník z betonových panelů s dvoumadlovým zábradlím.

Po půlroce provozu se na konstrukci začaly objevovat lokální poruchy mostovkového plechu, které bylo opravovány přeplátováním ocelovým plechem. Tento způsob oprav ale neměl dlouhou životnost a stav mostovky se postupně zhoršovat až do 18. 7. 2011, kdy po necelém roce provozu byl most shledán v natolik špatném a havarijním stavu, že musel být okamžitě uzavřen pro veškerý provoz. Bylo to na základě mimořádné prohlídky, provedené doc. Kaplanem. Důvodem bylo vážné porušení nejen mostovky z vlnitého plechu, ale zejména tenkostěnných podélníků profilu U, kde došlo ke vzniku rozsáhlých únavových trhlin. Tyto trhliny se projevily v celé výšce průřezu a docházelo tak k absenci podepření a propadání mostovky.

Kromě únavových trhlin byla patrná trvalá torzní deformace podélníků, což svědčilo o značném přetěžování mostu. Poškození se vyskytovalo zejména na krajním podélníku mostovkového panelu v blízkosti chodníku. Druhá strana provizoria byla ve výrazně lepším stavu. Mostní konstrukce MS byla po výměně za novou demontována a odvezena do areálu KSS LK, kde byla podrobena podrobné diagnostice s cílem stanovit rozsah poškození a možnosti opravy. Z celkem 14 dílů mostu MS byly na pouze dvou dílcích nepoškozené podélníky. Všechny díly však měly porušené bodové svary, připojující podélník a mostovkový plech. Na třech dílcích byly nalezeny únavové trhliny podélníků. Vzhledem k tomu, že mostovkový plech se v současné době již nevyrábí a nepodařilo se sehnat výrobce, který by jej dokázal nahradit, došlo nakonec k opravě jen dvou nejméně poškozených panelů, které byly bez trhlin i trvalých deformací. Zde byly obnoveny porušené svary a provedena nová PKO.

SROVNÁVACÍ VÝPOČET MOSTOVKOVÝCH PRVKŮ
S ohledem na zjištěná poškození, nacházející se jednostranně v blízkosti osazeného chodníku, bylo nutno vliv tohoto provozu výpočetně prověřit. Pokud porovnáme uspořádání mostu v Chrastavě a běžného typového provizoria, je patrné, že na Chrastavském mostě bylo krajní kolo přejíždějícího nákladního vozidla umístěno na hraně spáry mezi mostovkovými plechy a zatížení se koncentrovalo zejména na krajní podélník, jak je vidět na obr. 4 a 5.

Pro zjištění příčin porušení byl vytvořen prostorový deskostěnový model jednoho dílce MS. Tento model byl zatížen nápravou o hmotnosti 12 t, což je maximum povolené k provozu na pozemních komunikacích. Poloha zatížení byla volena tak, aby vyvozovala maximální účinek v porušených oblastech. Pro srovnání pak byla náprava umístěna do osy mostu.

Jak je z výsledků na obr. 6 patrné, lokální napětí přesahují značně mez kluzu základního materiálu, a to i bez aplikace dynamického součinitele i součinitele zatížení. Zjištěné napětí je s ohledem na zanedbatelnou vlastní váhu konstrukce prakticky i rozkmitem napětí.

Detail bodového svaru podélníku a mostovky je únavově evidentně nevhodně navržen a není uveden v ČSN EN 1993-1-9. Nicméně v nejlepším případě lze předpokládat kategorii 36. Pokud tedy uvažujeme napětí o velikosti Δσ = 403 MPa, pak pro posouzení únavové pevnosti platí vztah Δσ_R^m N_R = Δσ_C^m 2 . 10⁶. Pak lze stanovit N_R = 1 310 cyklů, po kterých dojde k únavovému porušení. Počet vozidel (a to jak lehkých tak těžkých) již nelze zpětně stanovit, nicméně z posouzení je patrné, že se jedná o detail s velmi malou životností, který s ohledem na značné zatížení nákladní dopravou velmi pravděpodobně přispěl k poškození mostu. Na porovnávacím výpočtu, kde je zatížení umístěno v ose mostu, je zřejmé, že napětí v podélnících je při symetrickém zatížení výrazně nižší, a to na hodnotu cca 77 % oproti excentrickému pojezdu.

Z deformací je rovněž patrné značné kroucení podélníku, které se projevuje příčnými deformacemi dolní pásnicemi. Tento charakter trvalých deformací se shodně s výpočtem objevoval i na poškozeném mostě.

Dále je třeba si uvědomit, že po porušení lokálních bodových svarů již není zamezeno ztrátě příčné a torzní stability podélníku a ten se může volně deformovat. Tento efekt byl pomocí nelineárního výpočtu rovněž simulován a bylo zjištěno, že dojde ke zvýšení napětí 1,8× (cca na 737 MPa), tj. dojde k plastifikaci rozsáhlých oblastí na podélníku (vyznačené červeně na obr. 8).

ZÁVĚR
Závěrem je možno na základě provedených průzkumů a výpočtů konstatovat, že příčiny porušení byly následující:

• dlouhodobé přetěžování mostu nákladním provozem,
• nevhodné jednostranné umístění chodníku, které vytvořilo dlouhodobou jednotnou stopu pro všechna vozidla ve staticky nevhodném místě,
• nevhodné umístění chodníku způsobilo další přitížení již tak špatného únavového detailu napojení podélníku a mostovkového plechu.

Vzhledem ke stárnutí a kumulaci poškození v již provozovaných mostních provizoriích MS nelze vyloučit, že uvedené poruchy se mohou v ojedinělých případech i dále objevovat. Z hlediska provedení opatření do budoucna je tedy nezbytné provést:

• úpravu TP 90 Mostová souprava, kde bude používání nesymetrického chodníku buď zcela vyloučeno, nebo povoleno pro mosty zatížené pouze velmi lehkou dopravou,
• iniciovat výzkum vlivu únavy na životnost soustavy MS,
• nalézt jiné možnosti opravy poškozených dílců MS, s ohledem na nedostupnost původního mostovkového plechu.

Tato opatření jsou o to důležitější, že soustava MS je zcela dominantním typem provizoria, používaným při živelných katastrofách, a to zejména pro jeho dostatečnou únosnost a mimořádnou rychlost výstavby.

Příspěvek byl z části podpořen projektem TAČR č. TE01020168.

The Accident of MS Temporary Arrangement in Chrastava, Causes and Lessons Learned
The article deals with fatigue damage and accident of MS system temporary bridge that occurred in Chrastava at bridging the Jeřice river. This accident occurred after only a year of public traffic on the bridge.

Autoři

• doc. Ing. Ryjáček Pavel Ph.D.
• Ing. Schindler Jiří