Stavba silnice II/231 v Plzni, Plaská – Na Roudné – Chrástecká, 1. etapa SO 204 – Most na silnici II/231 přes řeku Berounku

• Foto

Na základě vyhodnocení těchto požadavků byla zvolena trámová ocelobetonová spřažená nosná konstrukce, která představuje nový elegantní prvek v údolí řeky Berounky v sousedství historického silničního Masarykova mostu a železničního ocelového nýtovaného příhradového mostu.

TECHNICKÉ ŘEŠENÍ MOSTU
Dispozice nosné konstrukce sleduje polohu přemosťovaných překážek v návaznosti na stávající mostní objekty situované proti proudu řeky. Tvarem koryta řeky Berounky a nově vybudovaného odlehčovacího průlehu byla přesně vymezena poloha pilíře P2. Levobřežní opěra OP1 je situována na břehu tak, aby při zvýšených průtocích nevytvářela další překážku a tím i vzdutí hladiny (celá oblast Na Roudné byla řešena v rámci protipovodňových opatření na toku Berounky). Pravobřežní opěra OP3 je situována do nekolizní polohy s ohledem na stávající a nově budované kanalizační objekty. Pro přemostění byla zvolena spojitá plnostěnná trámová ocelobetonová spřažená nosná konstrukce o dvou polích s délkou přemostění 123,9 m. Opěry a pilíř jsou železobetonové založené hlubinně na velkoprůměrových pilotách vetknutých do vrstev mírně zvětralých pískovců.

Nosná konstrukce je spojitá plnostěnná trámová ocelobetonová spřažená o dvou polích. Rozpětí nosné konstrukce je 62,5 m + 65,0 m = 127,5 m a celková délka ocelové části nosné konstrukce je 128,6 m. Nosná konstrukce má trojici svařovaných ocelových hlavních nosníků tvaru nesymetrického I profilu s kruhovými náběhy k pilíři a lineárně se snižující výškou směrem k opěrám danou podélným vedením nivelety komunikace. Konstrukční výška je u opěr OP1 2,475 m a OP3 2,457 m (h = 1/26 L) a nad pilířem 4,615 m (h = 1/14 L). Stavební výška nad pilířem je 4,735 m. Pro tento typ statického schéma spojitý dvoupolový nosník se jedná o stlačenou výšku. Nosníky v osové vzdálenosti 3,65 m jsou spřaženy s deskou mostovky tloušťky 0,28 – 0,42 m. Před opěrou OP1 je konstrukce plynule rozšiřována z důvodu situování křižovatkového klínu. Vzdálenost nosníků je měněna lineárně je od 3,65 m do 4,315 m. Krajní nosníky jsou půdorysně zalomeny. V místě lomu je navrženo příčné příhradové ztužidlo pro eliminaci vlivu tohoto zalomení (odklon cca 2,5 %). 

V oblasti záporných ohybových momentů nad pilířem je navržena dolní spřažená. Pro napojení dolní desky k hlavnímu nosníku je navržena podélná pásková výztuha stěny.

V oblasti náběhu je stěna hlavního nosníku na vnitřní straně jednostranně vyztužena podélnou trapézovou výztuhou situovanou cca do poloviny výšky hlavního nosníku. Navržená podélná trapézová výztuha je z plechu tl. 8 mm.

Stěna hlavního nosníku je vyztužena páskovými příčnými výztuhami ve vzdálenosti 3,5 m resp. před opěrami 3,0 m.

Hlavní nosníky jsou propojeny příčnými mezilehlými ztužidly ve vzdálenosti 7,0 m (před opěrou OP3 je vzdálenost 9,0 m). Příčník je navržen ze svařovaného I profilu a diagonály z trubkových profilů. Koncová nadpodporová ztužidla jsou rámová. Vnitřní ztužidlo nad pilířem P2 je příhradové.

Rozměry horní pásnice hlavních nosníků jsou od 30 × 750 mm u opěr až 70 × 1 200 mm. Dolní pásnice je rozměru 40 × 950 mm u opěr a 70 × 1 100 mm u pilíře. Tloušťka stěny je od 18 mm do 24 mm. Hlavní plnostěnné nosníky jsou navrženy z oceli S355N (NL). Hlavní nosníky jsou spřaženy deskou mostovky a v nadpilířové oblasti s dolní deskou. Deska mostovky je navržena v podélném i příčném směru ze železobetonu. Směrem k hlavním nosníkům je deska mostovky s náběhy. Tloušťka desky je proměnná 0,288 m v poli až 0,421 m nad nosníkem. V přechodu na opěru je okraj desky vyztužen koncovým příčníkem výšky 0,635 m a šířky 0,91 m až 1,31 m. Do koncového příčníku je kotvena konstrukce mostního závěru.

Dolní deska je navržena v oblasti záporných ohybových momentů nad pilířem P2 na délku 14,0 m na obě strany od pilíře. Nad pilířem P2 je deska ukončena spřaženým příčníkem nadpodporového ztužidla. Deska má proměnnou tloušťku od 0,37 m v úžlabí a 0,42 m u hlavního nosníku. Konstrukčně je dolní deska dělena na monolitickou a prefabrikovanou část. Tloušťka prefabrikované desky je 70 mm. Šířka uložení na dolní pásnici je 75 mm. Deska mostovky a dolní deska jsou navrženy z betonu C35/45.

Mostní závěry na obou opěrách jsou prstové typ Freyssinet CIPEC Wd 110 od firmy Freyssinet, umožňující dilatační pohyb do 110 mm. Nosná konstrukce je uložena na devíti hrncových ložiscích od firmy FREYSSINET CS, a. s. Únosnost ložisek na středním pilíři je cca 14 MN a u opěr cca 3,50 MN.

STATICKÝ VÝPOČET
Postup návrhu nosné konstrukce byl proveden dle zásad ČSN EN 1994-2. Pro vlastní návrh byl použit mostní software MIDAS Civil, který umožňuje stanovit reologické účinky betonu na 3D výpočetním modelu vč. podrobného zadání postup výstavby. Pro daný typ konstrukce spřažené ocelobetonové je správné vystižení postupu výstavby zcela zásadní pro definování nadvýšení ocelové konstrukce, které ovlivňuje výsledný tvar mostu tzn. zejména povrch vozovky. Konstrukce byla modelována jako prutová (roštová) a kontrolně jako destkostěnová, a to zejména pro verifikaci působení dolní desky a celkového roznosu zatížení na trojici hlavních nosníků.

Vliv postupu výstavby na tvar ocelové konstrukce
V rámci zpracování RDS byl dohodnut se zhotovitelem přesný harmonogram postupu výstavby nosné konstrukce. Postup betonáže desky byl volem tak, aby byla minimalizovala tahová napětí v desce mostovky.

Ve fázi F01 bylo navrženo zhotovení dolní desky z prefabrikované části sloužící jako bednění a monolitické části. Pro zhotovení horní desky mostovky byly předpokládány 2 takty betonáže. Nejprve se měly betonovat polové úseky ve fázi F02 a to symetricky od opěr směrem k pilíři P2.

Závěrečnou fází F03 byla betonáž nadpilířového úseku ve fázi F03. Po odevzdání RDS vznikla potřeba upravit stavební postup betonáže desky mostovky. Důvodem byla optimalizace postupu prací v jednotlivých fázích (1. bednění > 2. armování > 3. betonáž). Pro možnost úprav stavebního postupu však byla zásadní ta skutečnost, že již probíhala výroba ocelové konstrukce v mostárně s definovaným nadvýšením pro symetrickou betonáž dle RDS Nadvýšení v poli 1 bylo 165 mm a v poli 2 bylo 190 mm.

Největší shodu s původními předpoklady měl „kolíbkový“ způsob betonáže tzn. postupné vyrovnávání deformace v poli 1 (zleva) a v poli 2 (zprava). Nově byly navrženy 4 takty betonáže desky mostovky. Takty jsou voleny tak, aby se nesymetrické zatížení vzájemně vyrovnávalo s každým dalším taktem. Nejprve byla betonována první část v poli 1 ve fázi F02. Dále ve fázi F03 byla betonována první část v poli 2. Ve fázi F04 byla dobetonována druhá část pole 1 a v závěrečné fázi F05 byla dobetonována nadpilířová oblast a druhá část pole 2.

I přes změnu tuhosti průřezu, která nastává po spřažení s deskou mostovky (cca 3×) je možné vhodnou úpravou stavebního postupu dosáhnout obdobného výsledného tvaru tzn. i celkové napjatosti v průřezu. Použitý mostní software MIDAS Civil nám umožnil v reálném čase reagovat na požadavky zhotovitele při hledání vhodného postupu výstavby.

Vliv trhlin ve spřažené desce mostovky na změnu ohybové tuhosti
Pro danou dvoupolovou konstrukci s náběhy k pilíři bylo nutné provést analýzu účinků trhlin v desce mostovky. Oblast „zcela potrhaného betonu“ byla stanovena dle ČSN EN 1994-2 čl. 5.4.2.3. (2). Správné analyzování účinků trhlin je dalším návrhovým problémem spřažené ocelobetonové konstrukce, který ovlivňuje definování nadvýšení ocelové konstrukce tzn. výsledný tvar mostu.

Při kvazistálé kombinaci dosahuje napjatost v desce mostovky po celé její délce meze pevnosti v tahu tzn. i v polových úsecích.

Z hlediska postupu uvedeném v ČSN EN 1994-2 je vyloučen beton z působení v oblasti, která je výrazně poškozena tahovým napětím. Za tuto oblast je považována ta část desky mostovky, kde je při charakteristické kombinaci překročena 2 × pevnost betonu v tahu (pro beton C35/45 2 × f_ctm = 2 × 3,2 MPa = 6,4 MPa). V této oblasti je pak uvažována tuhost průřezu E_aI2 (pouze s taženou podélnou výztuží).

Na výpočetním modelu mostní konstrukce „bez trhlin“ dle ČSN EN 1994-2 čl. 5.4.2.3. (1) byla stanovena oblast, kde napětí v od globálních účinků (uvažováno v provozních hodnotách) dosahuje napětí úrovně 2 × f_ctm. V daném případě byla vyhodnocena oblast 15 m tzn. 0,24 . L, kde napjatost dosahovala cca 7,7 MPa. Po vyloučení desky z působení došlo k redistribuci namáhání o velikosti cca 7 %. Napjatost na výpočetním modelu „s trhlinami“ ve vzdálenosti 15 m na obě strany od osy pilíře dosahovala mezní úrovně 5,7 MPa < 2 . f_ctm = 6,4 MPa.

Z výsledků zatěžovací zkoušky byla vyhodnocena shoda výpočetních modelů s měřenými hodnotami. U roštového výpočetního modelu s trhlinami byla shoda výsledků 0,90 až 0,97 u středního nosníku a 0,78 až 0,81 u krajního pravého nosníku. Naměřené hodnoty pro středový nosník ukazují, že stanovený vliv trhlin ve výpočetním modelu odpovídá s mírnou rezervou reálnému působení mostní konstrukce. Naměřené hodnoty u krajního nosníku jsou ovlivňovány zejména vyšší reálnou torzní tuhostí oproti tuhosti výpočetnímu modelu, což ukazuje na nižší ovlivnění desky mostovky rozvojem trhlin na torzní tuhost. Z výsledků zatěžovací zkoušky tedy vyplývá, že vliv trhlin u mostní konstrukce není větší než předpoklad tzn., že postup uvedený ČSN EN 1994-2 zajišťuje bezpečný návrh mostní konstrukce.

ZÁKLADNÍ INFORMACE:

• Zatížení mostu: zatěžovací třída „A“ dle ČSN 73 6203:1986
• Délka mostu: 146,50 m
• Rozpětí jednotlivých polí: 62,50 + 65,00 = 127,50 m
• Volná šířka mostu: 7,0 m mezi zvýšenými obrubami
• Výška mostu nad terénem: 11,20 m (11,90 m bude po úpravách dne koryta Berounky)
• Stavební výška: 4,735 m (nad pilířem P1), 2,986 m (v poli)
• Hmotnost ocelové konstrukce: 543 t
• Investor: Správa a údržba silnic Plzeňského kraje, p. o. a Statutární město Plzeň
• Zhotovitel stavby: Sdružení Plaská – Na Roudné – Chrástecká Plzeň (Eurovia CS, a. s. a SWIETELSKY stavební s. r. o.)
• Zhotovitel mostu:
  • Porr, a. s. – založení vč. základů, mostní vybavení
  • SMP a. s. – spodní stavba a nosná konstrukce
  • Vítkovice Power Engineering, a. s. – výroba OK
  • Eurovia CS, a. s. – asfaltové vrstvy vozovky
• Projektant stavby: SUDOP PRAHA a. s., středisko – mostů

Construction of Road II/231 in Pilsen, Plaská – Na Roudné – Chrástecká, Stage 1 SO 204 – Bridge on the Road II/231 over Berounka River
At the end of July 2014, a new road bridge over river Berounka was open. Most of all, the new bridge was designed with regard to prospective bridging of the road by means of a track, highest observed river level from 2002 and a request to place bottom structure in accordance with the surrounding two-span bridges. At the same time, the shape of the bridge should not conflict with the character of the existing historical reinforced concrete arch bridge over river Berounka. Based on the evaluation of these requirements a beam steel-concrete coupled load-bearing structure was used. It represents a new elegant element in the valley of river Berounka next to the historic Masaryk road bridge and riveted steel truss railway bridge.

Autor

• Ing. Vlasák Martin