Obloukový most na rychlostní cestě R1 u Nitry

• Foto

POPIS MOSTNÍ KONSTRUKCE
Konstrukční systém mostu je navržen jako samokotvený obloukový systém (obr. 1). Vodorovná složka vznikající v oblouku je přenášena pomocí šikmých vzpěr do mezilehlé mostovky, která tak plní funkci táhla. V důsledku toho pilotové založení nevzdoruje extrémním účinkům vodorovných sil a obloukovou konstrukci je možno navrhnout i tam, kde není únosná základová půda.

Zavěšení mostovky je zajištěno pomocí dvou rovin šikmých závěsů, které jsou vedeny vějířovitě s průsečným bodem situovaným nad středem oblouků. Oblouky jsou tvořené ocelovým uzavřeným průřezem obdélníkového tvaru s proměnnou výškou. Vnitřní prostor oblouků je vyplněn betonem. Základním nosným prvkem mezilehlé mostovky jsou krajní ocelové podélníky spojené příčně pomocí ocelových příčníků (obr. 2). Mostovka je v půdorysné rovině ztužena železobetonovou spřaženou deskou tloušťky 200 mm.

GEOMETRIE KONSTRUKCE
Konstrukce sleduje složitý průběh trasy komunikace. Její osa je v půdorysu cca 51,7 m v přímé a cca 33,6 m v přechodnici. V podélném směru je osa ve vrcholovém oblouku. V délce cca 39,7 m jsou osy podélníkům rovnoběžné s touto osou, jsou půdorysně přímé, jejich vzdálenost je konstantní 11,5 m (obr. 2). Od tohoto bodu se vzdálenost os rozšiřuje až na 12,2 m a přímý tvar přechází do křivky. Vnější hrana opěry 1 má s osou trasy úhel cca 107,9 °. V tomto úhlu jsou mezi podélníky přivařeny příčníky P1 až P20. Ostatní příčníky P21 až P27 jsou
vzájemně různoběžné, protože hrana opěry 4 má s osou trasy úhel 93,6 °. Osy obou oblouků jsou totožné parabolické křivky. Začátky a konce křivek, v místě kotvení oblouků, jsou v rozdílných výškách. Půdorysně jsou osy oblouků mírně různoběžné, jejich úhel je 0,046 °.

S ohledem na výše popsanou geometrii byla celá konstrukce podrobně vymodelována v programu Rhinoceros (obr. 3), z kterého byly následně generovány základní tvary položek pro výrobní výkresy.

SPODNÍ STAVBA
Pro celý mostní objekt jsou navrženy velkoprůměrové vrtané piloty o průměru 1,20 m, na krajních opěrách je na výšku 4,0 m navrženo zúžení průměru piloty na 0,90 m. Tlakové piloty v patách oblouků mají shodnou délku 16,0 m, délky tahových pilot na krajních opěrách jsou vzhledem k rozdílnému namáhání v důsledku půdorysného zakřivení mostu u koncové opěry rozdílné – 17,0 m na opěře P1 a 19,0 m na opěře P4.

MATERIÁL OCELOVÉ KONSTRUKCE
Hlavní nosná ocelová konstrukce je vyrobena z oceli třídy S355. S355J2 pro plechy tloušťky menší než 35 mm, S355K2 pro plechy do tloušťky 50 mm a S355NL pro plechy tlustší než 50 mm.

PODÉLNÍK
Podélník je navržen jako nesymetrický svařovaný I - profil s vnějším krycím plechem. Dolní pásnice je z plechu P40 × 475, stojina je z plechu P25 × 990. Horní pásnice je z plechu P40, u pravého podélníku konstantní šířky 765 mm, u levého je šířka proměnná od 765 mm do 790 mm. Z vnější strany je k horní pásnici průběžně navařený krycí plech P20 × 435 s lemem P15 × 70.

V místě typických příčníků jsou k podélníkům přivařené zárodky příčníků. Zárodek tvoří obloukové rozšíření dolní pásnice, (jeden oblouk kruhový, druhý eliptický), stojina P16, šikmá horní pásnice P30 × 200 a dvě horní diafragma P10.

V místě příčníků P7-P21 (obr. 4) jsou navařeny obdobné zárodky příčníků a navíc další výztuhy pro uchycení kotevního plechu závěsu. Stojina zárodku příčníku je zde z plechu P25, diafragma nad stojinou je z plechu P25 × 237 a stojina je zesílena šikmými výztuhami z plechu P20. V prostoru krycího plechu jsou navařena dvě svislá diafragmata z plechu P20, kotevní plech závěsu P45 a vodorovný plech P30.

SPOJENÍ OBLOUKU A PODÉLNÍKU
Pásnice zárodků příčníků jsou z plechu P40, 210 mm její délky je vodorovná část, zbytek je šikmý. Na vodorovnou část navazuje plech P40 × 210 přivařený k pásnici i stojině podélníku. Mezi tuto novou pásnici, pásnice podélníku a stojiny zárodků příčníků jsou přivařeny šikmé plechy P40 × 210. Celý prostor je nakonec uzavřen svislými plechy P25 a P15. V místě čepu oblouku je v svislých plechách ponechán otvor F 202 mm. Pásnice podélníku jsou v teoretických hranách křížení s obloukem lokálně rozšířené k stojině oblouku. V úsecích, kde by na montáži nebyl dobrý přístup k šikmým svarům, byla část horní pásnice a krycího plechu vynechána a dovařena až nakonec.

VETKNUTÍ TRÁMU DO OPĚRY
V místě vetknutí do železobetonových příčníků jsou horní pásnice podélníku zesíleny na P50. Na hraně příčníku je navařen šikmý uzavírací plech P50 × 1 070. Za touto hranou je profil podélníku snížen o 50 mm. Podélník je ukončen kolmým patním plechem P50 × 960 vyztuženým čtyřmi plechy P30.

PŘÍČNÍKY
Celkem 27 příčníků, označovaných jako P1 až P27, je přivařených v radiálním směru k podélníkům, resp. k zárodkům příčníků, viz výše. Příčník je navržen jako jednoosý symetrický I profil proměnné výšky 595 mm až 631 mm. Horní pásnice je z plechu P30 × 200, dolní z plechu P40 × 350, stojina je z plechu P15. Příčníky P1 a P27 mají pásnice o 10 mm zesílené. V místě prostupu odvodnění je ve stojině otvor F 280 mm, vyztužený dvojicí mezikruží z plechu P15-F400.

OBLOUKY
Dva parabolické oblouky mají truhlíkový průřez vytvořený svařením ze dvou pásnic šířky 400 mm a dvou lícujících stojin proměnné výšky. Nad podélníky je výška oblouku konstantní, 640 mm, pod podélníky se zvyšuje až na 1 118 mm v místě vetknutí. Pásnice jsou proměnné tloušťky 25 – 50 mm, stojiny jsou proměnné tloušťky 15 – 30 mm. V místě závěsů jsou přes dolní pásnici oblouku zapuštěny kotevní plechy P45, které jsou přivařené k dvěma kolmým diafragmatům P25. Diafragmata mají proměnnou výšku a jsou opatřena otvory pro snadnější probetonování.

V rovině horních pásnic podélníku jsou do oblouku vevařena diafragmata P40 × 320. Pásnice oblouku jsou lokálně rozšířené. Součástí oblouku je vevařený čep F 200 mm s výztuhami (obr. 5).

Kotvení oblouku do železobetonové patky je prostřednictvím patního plechu P100 × 700 – 1 420 s výztuhami z plechů P45. Horní pásnice je ztužená kolmým plechem P50 × 200. V obou pásnicích jsou otvory pro prostup betonářské výztuže, ve výztuhách a v horní pásnici jsou otvory pro probetonování.

ZÁVĚSY
Jako závěsy jsou použita systémová tyčová táhla Macalloy M56 z oceli S460 o průměru 52 mm. Závěsy jsou rektifikovatelné, rektifikační prvek je umístěn v dolní části závěsu.

ŽELEZOBETONOVÁ MOSTOVKA
Mostovku tvoří spřažená železobetonová deska tloušťky 200 mm z betonu třídy C30/37. Betonářská výztuž je z oceli B500B a vzhledem k výraznému tahovému namáhání desky byl zvolen způsob stykování výztuže pomocí šroubovaných spojek.

STATICKÝ VÝPOČET KONSTRUKCE
Pro statickou analýzu konstrukce byl vytvořen prostorový deskostěnový model v programovém systému MIDAS/Civil s uvažováním vlivu reologických vlastností. Složité prostorové detaily se modelovaly pomocí podrobnějších modelů za pomocí objemových a deskostěnových prvků v programu ANSYS. Pilotové založení bylo modelováno za pomoci vodorovných i svislých tuhostí vyjadřujících skutečný odpor zeminy vůči deformaci piloty. Při výpočtu stability a nelineárního chování konstrukce bylo uvažováno s vlivem počátečních imperfekcí.

MONTÁŽ KONSTRUKCE
Pro montáž mostu byla použita pevná skruž, která podepírala konstrukci po celou dobu její výstavby. Podélníky rozdělené na pět montážních dílců byly sestavovány přímo na skruži za pomocí jeřábů. Po ustavení a geodetickém zaměření byly mezi podélníky vsazeny a následně zavařeny příčníky.

Po vybetonování základových patek oblouku následovala montáž oblouků (obr. 7), vybetonování šikmých koncových vzpěr, příčníků/opěr a mostovkové desky. Oblouky se betonovaly ve dvou fázích vždy odspodu směrem nahoru, symetricky z obou stran oblouku. Pro odvzdušnění a dokonalé probetonování byly na horních pásnicích oblouků navařeny cca 1,0 m dlouhé trubky.

Po osazení závěsů došlo k odskružení mostu, k dokončení montážních svarů mezi obloukem a podélníkem (pro zatížení nahodilá tak spojení oblouk-trám působí jako rámové) a k finální rektifikaci sil v závěsech.

ZATĚŽOVACÍ ZKOUŠKY
Na mostě byla úspěšně provedena statická a dynamická zatěžovací zkouška a v polovině roku 2010 byl most uveden do předčasného provozu.

Arch Bridge on R1 Expressway near Nitra
In the mid-2010 the steel-concrete arch bridge structure was completed whcih transposes one of the branches of the elevated crossing Lehota over the R1 Expressway near the town
of Nitra. The bridge structure creates a gate to enter the PPP Project and the overpass is designed as a brave arch structure with a span of 70.55 m.

Autoři

• Ing. Horníček Zdeněk
• Ing. Romportl Tomáš