STALOWE OBIEKTY MOSTOWE O ROZPIĘTOŚCI PRZĘSŁA DO 50 M

Transkrypt

1 Rozdział 4 mgr inż. Witold Kosecki Europrojekt Gdańsk S.A. prof. nadzw. dr hab. inż. Wojciech Lorenc Politechnika Wrocławska STALOWE OBIEKTY MOSTOWE O ROZPIĘTOŚCI PRZĘSŁA DO 50 M 1. Wstęp Na wstępie pojawia się kwestia zdefiniowania pojęcia stalowego obiektu mostowego o małej i średniej rozpiętości przęsła w odniesieniu do obiektów drogowych i kolejowych. Przy takich rozpiętościach przęseł w obiektach drogowych w kraju obecnie już w zasadzie nie stosuje się konstrukcji z pomostem stalowym. Zatem mając na myśli stalowe obiekty drogowe o małej i średniej rozpiętości przęseł, mamy na myśli obiekty z przęsłami zespolonymi stalowo-betonowymi, a problem zdefiniowania, czym jest belka zespolona nabrał w ostatnich latach nowego znaczenia na tle pojawiających się nowych rozwiązań właśnie w obiektach zespolonych. Jeszcze trudniej zdefiniować szersze pojęcie, jakim jest konstrukcja zespolona. Rozwiązania czysto stalowe spotyka się obecnie jedynie w obiektach kolejowych o małej i średniej rozpiętości przęseł. Przejścia dla zwierząt kształtowane są podobnie jak obiekty drogowe, a kładki dla pieszych nie są przedmiotem niniejszego rozdziału. Na potrzeby rozdziału przyjęto, że obiekt, w którym pojawiają się belki stalowe walcowane lub spawany, będzie nazywany stalowym obiektem mostowym. Jest to w pewien sposób spójne ze sposobem definiowania belek zespolonych w Eurokodzie 4. Taka definicja powoduje, że również obiekt w zasadzie betonowy z niewielkim udziałem stali konstrukcyjnej w masie konstrukcji można sklasyfikować jako stalowy, ale taka jest właśnie obecnie tendencja w mostownictwie: wprowadzanie nowych ekonomicznych rozwiązań zespolonych niestosowanych wcześniej w obiektach o małej i średniej rozpiętości. 2. Stal, profile i blachy stosowane we współczesnych obiektach mostowych Współczesne stale konstrukcyjne, stosowane również w mostownictwie, zasadniczo różnią się od materiału stosowanego jeszcze około dwie dekady wcześniej; kwestie te przedstawiono w [1]. Przyjmując jako wytrzymałościowy od- 86

2 Stalowe obiekty mostowe o rozpiętości przęsła do 50 m powiednik stali 18G2A współczesną stal z gatunku S355, można zauważyć, że stal ta stała się podstawową stalą stosowaną w mostownictwie. W zasadzie nie stosuje się obecnie wytrzymałościowego odpowiednika stali z gatunku St3, czyli stali S235, w konstrukcji obiektu. Natomiast coraz powszechniejsze staje się projektowanie ze stali gatunku S460, zarówno w przypadku blachownic, jak i belek walcowanych. Wprowadzenie zaawansowanych technologii walcowania normalizującego oraz termomechanicznego, a następnie dalsze ich udoskonalenie (stal HISTAR), umożliwiło wprowadzenie do mostownictwa półek o dużych grubościach bez konieczności redukowania granicy plastyczności i jednocześnie przy utrzymaniu wymaganej udarności [1]. Tym samym wraz ze zmianą relacji cenowych kosztów robocizny i materiału coraz powszechniejsze staje się stosowanie belek walcowanych specjalnie dedykowanych do mostownictwa, w szczególności kształtów HL1000 i HL1100. Rozwiązania takie są stosowane często jako zamienniki w stosunku do tradycyjnych użebrowanych blachownic. Ważna jest właściwa interpretacja kwestii związanych z udarnością nowoczesnych stali i właściwe stosowanie gatunków stali na tle zapisów normowych (przykładowo: oznaczenie S355J2+N to nie to samo, co S355N, podobnie oznaczenie S355J2+M to nie to samo, co S355M) [1]. W zasadzie w mostownictwie stosuje się obecnie blachownice ze stali gatunku S355 i S460 oraz belki walcowane gatunku S460. Blachownice, podobnie jak w przeszłości, kształtuje się z dużą swobodą i raczej stosuje w obiektach o średniej rozpiętości. Belki walcowane stosuje się przy rozpiętości przęseł do 40 m, w szczególności profile HE i HL, ale pojawiają się pierwsze przymiarki technologii umożliwiającej stosowanie belek walcowanych do rozpiętości ponad 50 m, stosując pewne zabiegi rozcinania i spawania. 3. Przekroje poprzeczne przęseł stalowych obiektów mostowych 3.1. Standardowe blachownice w połączeniu z płytą ortotropową Układ taki jest stosowany zasadniczo w obiektach kolejowych. W obiektach drogowych małej i średniej rozpiętości prawie nie jest stosowany. W przęsłach obiektów kolejowych blachownice dwuteowe o przekroju otwartym lub przekroje skrzynkowe występują w układzie dwudźwigarowym, gdzie dwie belki obejmują koryto balastowe. W takim przypadku występują poprzecznice i płyta ortotropowa (z żebrami podłużnymi). Rozwiązanie takie jest klasyczne i stosowane w niezmienionej zasadniczo formie od wielu lat. Alternatywnie występuje płyta ortotropowa z żebrami jedynie na kierunku poprzecznym. Obiekty takie pokazano na rys. 1 i 2. 87

3 Rozdział 4 W przypadku rozpiętości większych w miejsce blachownic jest stosowana kratownica, co jest już rozwiązaniem typowym w przypadku obiektów o dużej rozpiętości i nie będzie opisywane. Rys. 1. Przęsła stalowe wiaduktu kolejowego z zastosowaniem użebrowanych blachownic dwuteowych o przekroju otwartym z płytą ortotropową opartą na poprzecznicach; nowy obiekt o schemacie statycznym belki ciągłej dwuprzęsłowej, wybudowany we Wrocławiu (fot. W. Lorenc) Rys. 2. Przęsła stalowe wiaduktu kolejowego z zastosowaniem użebrowanych blachownic skrzynkowych z płytą ortotropową z żebrami zamkniętymi, zamocowanymi w dźwigarach głównych (fot. W. Lorenc) 88

4 Stalowe obiekty mostowe o rozpiętości przęsła do 50 m 3.2. Standardowe blachownice o przekroju dwuteowym zespolone z płytą betonową Jest to standardowe i powszechnie stosowane rozwiązanie konstrukcyjne. Jest zwykle stosowane jako alternatywa do betonu sprężonego przy rozpiętości od około 30 m (ale również jest czasem stosowane poniżej tej rozpiętości). W przypadku drogowych obiektów mostowych zasadniczo nie stosuje się obecnie innego pomostu aniżeli betonowy zespolony z dźwigarami stalowymi. Belki o przekroju otwartym są stosowane w obiektach drogowych w przypadku małej krzywizny w planie oraz w szczególności w obiektach prostych w planie. W przęsłach obiektów kolejowych rozwiązanie takie występuje zwykle, gdy rozpiętości przekraczają te uzasadnione dla belek obetonowanych. W przypadku stosowania technologii nasuwania podłużnego stosuje się zasadniczo stałą wysokość konstrukcji, a grubości pasów w układzie ciągłym można niwelować zmianą wysokości środnika. W przypadku montażu z dźwigów często stosuje się zmienną wysokość konstrukcyjną, a w przypadku obiektów do 50 m zwykle jest to liniowo zmienna wysokość w strefie podporowej belek ciągłych. W przekroju poprzecznym obiektu drogowego występują zazwyczaj co najmniej 4 dźwigary w rozstawie zwykle około 2,50 3,00 m stężone poprzecznicami stalowymi. Dwa dźwigary stosuje się rzadziej ze względu na duże przekroje pasów i tym samym ich znaczną grubość. W obiektach kolejowych czasami spotyka się mniejsze rozstawy belek, które łączone są w tandemy. Blachownice są zwykle żebrowane poprzecznie, a czasami podłużnie. Wyjątkiem są niektóre belki VFT, w których nie występują również poprzecznice w przęsłach. Ich kształtowanie w przekroju podłużnym jest praktycznie dowolne. Na rys. 3 pokazano zdjęcie blachownic dwuteowych przewidzianych do zastosowania w obiektach zespolonych, wykonanych w 2005 r. Na fotografii widać, że jeszcze około 10 lat temu projektanci stosowali zarówno archaiczne rozwiązania połączenia ścinanego w postaci opórek blokowych z dospawanymi prętami lub ceowników, jak i współczesne łączniki sworzniowe z łbami. Obecnie do zespolenia stali z betonem w mostownictwie stosuje się w zasadzie już tylko łączniki sworzniowe z łbami oraz nowoczesne połączenie listwowe typu MCL w przypadku belek bez pasa górnego. Zwykle stosuje się użebrowanie blachownicy, natomiast w przypadku technologii VFT jest możliwa rezygnacja ze stosowania użebrowania kosztem nieznacznego zwiększenia grubości środnika, ponieważ środek ciężkości przekroju jest przesunięty odpowiednio blisko pasa ściskanego i tym samym przeważająca część przekroju jest rozciągana. 89

5 Rozdział 4 Rys. 3. Blachownice dwuteowe przewidziane do zastosowania w obiektach zespolonych, wykonane w 2005 r. Od lewej: użebrowane bachownice z połączeniem ścinanym w postaci opórek blokowych, blachownice bez żeber z połączeniem ścinanym w postaci łączników sworzniowych z łbami, użebrowane blachownice z połączeniem ścinanym w postaci ceowników (fot. W. Lorenc) 3.3. Standardowe blachownice o przekroju skrzynkowym zespolone z płytą betonową Rozwiązanie to jest stosowane w przypadku obiektów drogowych o średniej i dużej rozpiętości, zwłaszcza w przypadku znacznego zakrzywienia osi jezdni w planie, ponieważ pozwala uzyskać pożądaną sztywność przęsła na skręcanie. Stosuje się zwykle jeden element o przekroju skrzynkowym albo dwa elementy stężone poprzecznicami. Wysokość przekroju może być stała lub zmienna (stała przy nasuwaniu podłużnym). Podobnie jak w przypadku belek o przekroju otwartym, można stosować skrzynki do przęseł prostych w planie, co jest jednak rzadziej stosowane w przypadku rozpiętości do 50 m (głównie celem eliminacji problemu zwichrzenia przy betonowaniu bez podparcia konstrukcji stalowej lub w przypadku belek VFT o znacznej rozpiętości). Skrzynki zwykle są żebrowane poprzecznie i podłużnie, zwłaszcza gdy stosuje się znaczne wymiary przekroju poprzecznego. Zwiększenie grubości blach umożliwia redukcję liczby żeber. W przypadku większych rozpiętości, przepony i poprzecznice stosuje się o konstrukcji kratownicowej zamiast blachownicowej. Swoboda kształtowania konstrukcji stalowej jest duża (rys. 4 6). 90

6 Stalowe obiekty mostowe o rozpiętości przęsła do 50 m Rys. 4. Blachownica skrzynkowa o przekroju prostokątnym bez żeber podłużnych; widoczne mocowanie deskowania pod wspornik (fot. W. Lorenc) Rys. 5. Dwukomorowa blachownica skrzynkowa o przekroju prostokątnym przygotowana do nasuwania podłużnego (fot. W. Lorenc) 91

7 Rozdział 4 Rys. 6. Użebrowana blachownica tworząca docelowo dwukomorowy przekrój skrzynkowy po zespoleniu z betonową płytą pomostu (fot. W. Lorenc) 3.4. Belki walcowane o przekroju dwuteowym zespolone z płytą betonową Jest to nowoczesne rozwiązanie, które obecnie staje się coraz bardziej popularne w przypadku obiektów drogowych o rozpiętości do około 40 m. Powodem tego jest wprowadzenie stali o granicy plastyczności na poziomie 460 MPa, niezależnej od grubości półki i jednocześnie o odpowiedniej udarności. Koszty nieco cięższej belki walcowanej są niwelowane nakładem pracy na wykonanie i kontrolę spoin w lżejszej blachownicy. Stosuje się układ wielodźwigarowy, tak jak w przypadku blachownic, ale często rezygnując z poprzecznic w przęśle między dźwigarami. Poprzecznice podporowe stosuje się betonowe lub stalowe. W przypadku betonowania belek stalowych jako swobodnie podpartych belek jednoprzęsłowych jest stosowane pierwsze rozwiązanie. Betonuje się płytę na belkach stalowych bez podparcia w przęśle (swobodnie podparte lub uciąglone). Czasami jest stosowana technologia VFT (w tej technologii jednak pojawiły się bardziej ekonomiczne teowe przekroje). W przypadku betonowania belek stalowych bez podparcia w układzie ciągłym należy zwrócić uwagę na kwestie stateczności pasa dolnego w sąsiedztwie podpór, a ostatnie doświadczenia [2] wskazują, że w takim przypadku ekonomicznym rozwiązaniem jest zastosowanie odpowiednich stężeń 92

8 Stalowe obiekty mostowe o rozpiętości przęsła do 50 m w strefie podporowej (rys. 7). W przypadku stosowania betonowych poprzecznic zazwyczaj takie rozwiązania nie są konieczne i w konstrukcji w zasadzie nie występują żebra poza strefą kotwienia belki w poprzecznicy. Belki o rozpiętości ponad 40 m zastosowano niedawno w konstrukcji estakad wybudowanych w Gdańsku [3] (rys. 8). Rys. 7. Belki walcowane konstrukcji przęseł wiaduktu drogowego (fot. [2]) Rys. 8. Belki walcowane konstrukcji przęseł estakady drogowej wybudowanej w technologii VFT (fot. W. Lorenc) 93

9 Rozdział Belki walcowane o przekroju dwuteowym obetonowane Jest to typowe rozwiązanie stosowane w obiektów kolejowych (dźwigarobeton). W celu zapewnienia odpowiedniej współpracy belek w kierunku poprzecznym w dolnej części środnika belki są wiercone otwory celem przepuszczenia zbrojenia. Zasadnicza forma rozwiązania pozostaje niezmienna od wielu lat, nie jest ono zatem pokazane Teowniki z połączeniem typu MCL zespolone z płytą betonową Jest to stosunkowo nowa forma pośrednia pomiędzy belkami walcowanymi zespolonymi z płytą betonową a dźwigarobetonem, charakteryzująca się dobrymi wskaźnikami zużycia stali. W Polsce stosowana na razie w połączeniu z technologią VFT (nazywana VFT-WIB) do budowy obiektów drogowych, przejść dla zwierząt i obiektów kolejowych [4]. W innych krajach takie przekroje są stosowane również w połączeniu z inną aniżeli typowa VFT prefabrykacją, zwłaszcza do budowy przęseł obiektów kolejowych. W Niemczech są budowane w ten sposób obiekty drogowe i przejścia ekologiczne o rozpiętościach przęseł do około 35 m [10]. Docelowo właśnie ta forma, wykorzystująca nowe zespolenie MCL powstałe przez specyficzne rozcięcie środnika belki walcowanej (rys. 31), będzie podlegała dynamicznemu rozwojowi, co przedstawione zostanie w dalszej części niniejszego rozdziału. Umożliwia ona niemalże dowolne kształtowanie konstrukcji zespolonej, a w przypadku konstrukcji obiektów kolejowych, w przypadku których obecnie kwestie zmęczeniowe grają dużą rolę, wprowadzenie nowatorskich rozwiązań zespolonych w zasadzie eliminuje problem zmęczenia, sprowadzając kwestię do łatwego sprawdzenia pasa dolnego (o najwyższej możliwej kategorii zmęczeniowej 160 MPa) oraz sprawdzenia połączenia ścinanego (rys. 9 i 10) Rys. 9. Przekrój poprzeczny przęsła pierwszego obiektu kolejowego w technologii VFT WIB z zastosowaniem teowników z połączeniem typu MCL, zespolonych z płytą betonową [4] 94

10 Stalowe obiekty mostowe o rozpiętości przęsła do 50 m Rys. 10. Przęsła pierwszego obiektu kolejowego w technologii VFT WIB z zastosowaniem połówek teowników z połączeniem typu MCL, zespolonych z płytą betonową (fot. W. Lorenc) 3.7. Teowe belki spawane z połączeniem typu MCL zespolone z płytą betonową Jest to nowoczesne rozwiązanie będące modyfikacją rozwiązania z teowników walcowanych. Podobnie jak jest to w przypadku dwuteowych blachownic i dwuteowych belek walcowanych, tak i w przypadku teowników stosuje się rozcięte belki walcowane lub spawane blachownice. Rozwiązania takie zostały wprowadzone już w Polsce w przypadku jednego obiektu drogowego i jednego obiektu kolejowego. W Rumunii powstały dwie konstrukcje ramowe o rozpiętości około 40 m zbudowane w technologii VFT i charakteryzujące się niskim zużyciem stali konstrukcyjnej (rys. 11). Pas górny występuje tylko w strefie podporowej belek, a na przeważającej długości belki w przęśle środnik jest bezpośrednio połączony z płytą betonową (nie ma pasa górnego blachownicy). 95

11 Rozdział 4 Rys. 11. Przęsła wiaduktu drogowego w technologii VFT z zastosowaniem blachownic spawanych o przekroju teowym (bez pasa górnego) z połączeniem typu MCL, zespolonych z płytą betonową (fot. W. Lorenc) 3.8. Innowacyjne rozwiązania przekroju poprzecznego Mimo wprowadzenia stali z gatunku S460, kształtowanie blachownic ze sworzniami nie zmieniło się znacząco w okresie ostatniej dekady. Duży postęp dokonuje się obecnie w konstrukcjach zespolonych dzięki wprowadzeniu nowego rodzaju zespolenia, tzw. composite dowels typu MCL (rys. 31), po opracowaniu przemysłowej technologii bezodpadowej produkcji stalowych łączników ww. połączenia ścinanego. Ze względu na doskonałą pracę tych łączników z betonem o ultrawysokiej wytrzymałości, w przeciwieństwie do sworzni z główką, w przyszłości oczekuje się pojawienia ciekawych form konstrukcji zespolonych [5] w połączeniu z takim właśnie betonem. Możliwe jest swobodne kształtowanie konstrukcji zespolonej, co prowadzi do dużej różnorodności form [4]. Zilustrowano to na rys. 12 i 13. W ten sposób możliwe jest swobodne kształtowanie form od konstrukcji dotychczas postrzeganych jako stalowe (rys. 11) do konstrukcji postrzeganych jako betonowe, ale będących w zasadzie nowym typem konstrukcji (rys ). Ten właśnie kierunek rozwoju jest obecnie bardzo intensywny w mostownictwie i w połączeniu z nowoczesnymi technologiami budowy i odpowiednimi schematami statycznymi prowadzi do ekonomicznych rozwiązań, co jest szczególnie istotne w dobie przetargów typu projektuj-i-buduj. Obecnie rozwiązania te są rozwijane równolegle z teownikami walcowanymi powstałymi z rozcięcia dwuteowników walcowanych linią cięcia MCL. 96

12 Stalowe obiekty mostowe o rozpiętości przęsła do 50 m 100% stalowy a) pole stali/pole przekroju b) c) żelbet zespolony d) e) f) beton sprężony g) Rys. 12. Ilustracja, w jaki sposób wprowadzenie nowego rodzaju połączenia ścinanego w koncepcji z przekrojem teowym umożliwia płynne przejście od konstrukcji stalowych do betonowych, umożliwiając tworzenie nowych form konstrukcyjnych 97

13 Rozdział 4 a) b) c) d) e) f) g) Rys. 13. Nowoczesne przekroje zespolone wprowadzone do mostownictwa europejskiego w ostatniej dekadzie [4] Rys. 14. Wiadukt nad torami kolejowymi w okolicach Bydgoszczy z nowoczesnym przekrojem zespolonym postrzeganym jako przekrój betonowy ze zbrojeniem zewnętrznym przedstawionym na rys. 13e; belki stalowe występują jedynie w strefie przęsłowej ramy (fot. Europrojekt Gdańsk S.A.) 98

14 Stalowe obiekty mostowe o rozpiętości przęsła do 50 m Rys. 15. Teowniki zastosowane w przęśle kolejowym (jako zbrojenie zewnętrzne) o przekroju przedstawionym na rys. 13f; obiekt wybudowany w Niemczech (fot. W. Lorenc) Rys. 16. Zbrojenie zastosowane w przęśle kolejowym o przekroju przedstawionym na rys. 13f; obiekt wybudowany w Niemczech (fot. W. Lorenc) 99

15 Rozdział 4 4. Stosowane schematy statyczne Obecnie stosuje się belki swobodnie podparte i wieloprzęsłowe, a także ramy jednoprzęsłowe i wieloprzęsłowe, podobnie jak w przypadku konstrukcji betonowych. Układy o schemacie statycznym belki ciągłej są powszechnie znane i takie schematy statyczne nie wymagają dodatkowej prezentacji. Natomiast wyróżnić należy możliwość budowania ram o średniej rozpiętości posadowionych na jednym rzędzie pali. Pomysł ten jest powszechnie stosowany przede wszystkim w przypadku technologii VFT. W ten sposób buduje się obecnie w kraju obiekty zintegrowane jedno- i dwuprzęsłowe, o rozpiętościach przęseł nawet do około 60 m w przypadku ram jednoprzęsłowych i około 40 m w przypadku ram dwuprzęsłowych. W przypadku stosowania belek stalowych w układach ramowych w innych aniżeli VFT technologiach, należy zwrócić uwagę na odpowiednie przekazanie siły z pasa górnego belki stalowej na betonową podporę. Istnieje wiele możliwości rozwiązania tego detalu. Szczególnie uzasadnione jest stosowanie ram wieloprzęsłowych w przypadku wysokich i wiotkich podpór. Odpowiednio ukształtowana ramowa konstrukcja zespolona z podporami posadowionymi na jednym rzędzie pali, w połączeniu z odpowiednią technologią budowy, jest ekonomicznie dobrym rozwiązaniem. Układ ramowy o lekkiej konstrukcji stalowej pozwala posadowić konstrukcję na jednym rzędzie pali pod podporą, co znacząco obniża koszt całej konstrukcji. W przypadku słabych warunków gruntowych taka konstrukcja będzie po prostu tańsza aniżeli rozwiązanie o przęsłach betonowych. Przykładem takiego rozwiązania jest rama (obiekt integralny) o zużyciu stali S355 około 130 kg/m 2, opisana w [6] i pokazana na rys. 17, a także obiekty pokazane na rys Wszystkie obiekty pokazane na rys zbudowano w technologii VFT, umożliwiającej budowę obiektów z prefabrykatów zespolonych o wymiarach znacznie przekraczających możliwe z ekonomicznego punku widzenia zastosowania betonu. Powszechna wśród konserwatywnie nastawionych projektantów obawa przed efektem odziaływań termicznych w przypadku obiektów o znacznej długości powoduje, że w kraju powstaje niewiele obiektów o konstrukcji, jak pokazana na rys. 19. Oczywiście projektowanie i obliczenia takich układów są bardziej skomplikowane aniżeli w przypadku zwykłej belki ciągłej, ale ostatecznie uzyskuje się bardziej ekonomiczną konstrukcję. Niezrozumiałe i nieuzasadnione są też zapisy w niektórych przetargach wykluczające takie rozwiązania, które są obecnie w krajach UE promowane i rozwijane: brak dylatacji i łożysk obniża koszty utrzymania obiektu. W Niemczech buduje się ramy wieloprzęsłowe o znacznej długości i takich rozwiązań należy oczekiwać również w Polsce w najbliższym czasie. Jest to podyktowane względami ekonomicznymi i niejako wymuszane formułą projektuj-i-buduj. Obiekty pokazane na rys to rozwiązania, które powstały w kontraktach realizowanych w takich właśnie uwarunkowaniach. Mają one jednocześnie wysokie walory estetyczne i w porównaniu do ciężkich obiektów betonowych o podobnej 100

16 rozpiętości wyróżniają się smukłą konstrukcją. Stalowe obiekty mostowe o rozpiętości przęsła do 50 m Rys. 17. Rama zespolona o rozpiętości około 40 m w Rumunii nad autostradą Orăştie Sibiu, zbudowana w technologii VFT z blachownic bez pasa górnego w przęśle i posadowiona na jednym rzędzie pali (fot. W. Lorenc) Rys. 18. Budowa ramy dwuprzęsłowej w technologii VFT o rozpiętościach przęseł nieco poniżej 40 m nad drogą S7 na odcinku Olsztynek-Nidzica (fot. W. Lorenc) 101

17 Rozdział 4 Rys. 19. Obiekt o schemacie statycznym wieloprzęsłowej ramy podpartej swobodnie na przyczółkach tzw. semi-integral w miejscowości Kluszkowce, wybudowany w technologii VFT (fot. Europrojekt Gdańsk SA) Rys. 20. Budowa obiektu kolejowego w Berlinie o schemacie statycznym ramy jednoprzęsłowej w technologii VFT (fot. W. Lorenc) 102

18 Stalowe obiekty mostowe o rozpiętości przęsła do 50 m 5. Technologie budowy i nowe systemy konstrukcyjne 5.1. Wstęp Technologie budowy stalowych obiektów kolejowych (bez płyty zespolonej z belkami stalowymi) są ogólnie znane. W przypadku typowego drogowego obiektu belkowego o konstrukcji zespolonej przęsła są budowane w następujący sposób: najpierw wykonuje się konstrukcję stalową, a następnie wykonuje się na niej płytę betonową w taki sposób, że ciężar płyty przenoszą belki. Podpieranie konstrukcji stalowej do betonowania jest zwykle nieuzasadnione ekonomicznie i będzie skutkować zazwyczaj przekroczeniem SGU ze względu na zarysowanie płyty w strefie momentu ujemnego, w szczególności gdy konstrukcję projektuje się zgodnie z Eurokodami. Sprężanie płyty pomostowej nad podporami pośrednimi belek ciągłych jest zabiegiem komplikującym budowę i jest nieuzasadnione ekonomicznie. Belki stalowe mogą być ustawione z dźwigów (i scalone w konstrukcję ciągłą, jak na rys. 7 albo swobodnie podparte w przypadku stosowania betonowych poprzecznic, jak na rys. 8) lub w przypadku obiektu o większej długości, konstrukcja jest nasuwana podłużnie (w takim przypadku należy zastosować stałą wysokość belek stalowych, a zmienną grubość pasów niwelować zmienną wysokością środnika celem uzyskania płaskiej powierzchni pasa dolnego). Zamiast konstrukcji stalowej o przekrojach otwartych, wymagającej zabezpieczenia przed zwichrzeniem lub stosowania poprzecznic, można stosować prefabrykaty zespolone. W tym celu opracowano technologię VFT, która stała się podstawą rozwoju nowoczesnych konstrukcji zespolonych, wykorzystujących teowniki zamiast dwuteowników i nowy rodzaj zespolenia stali z betonem. W ten sposób jest możliwa ekonomiczna budowa przęseł o rozpiętości nawet do 60 m z zastosowaniem prefabrykatów i rezygnacja z żeber oraz poprzecznic w konstrukcji, co obniża koszt wytworzenia konstrukcji stalowej i przyspiesza budowę. Standardowe technologie budowy stalowych obiektów kolejowych są powszechnie znane i nie będą tu opisywane. Obecnie szczególną uwagę poświęca się technologiom budowy płyty pomostowej. Można tu wyodrębnić w zasadzie następujące podstawowe podejścia: płyta wykonywana na mokro w deskowaniu opartym na belkach stalowych, płyta wykonywana na betonowych półkach prefabrykatów VFT, płyta wykonywana na prefabrykowanych elementach typu filigran umieszczanych pomiędzy belkami stalowymi, stosowanie elementów o docelowej grubości płyty i łączenie ich na mokro na budowie przy zastosowaniu specjalnych rozwiązań konstrukcyjnych. Oczywiście jest możliwy montaż całego przęsła (zwłaszcza małe obiekty kolejowe) oraz są stosowane też inne zabiegi, jak nasuwanie płyty o docelowej grubości, a następnie łączenie z konstrukcją stalową poprzez zabetonowanie odpowiednich kanałów (takie rozwiązanie stosowano we Francji), a także są wprowadzane kombi- 103

19 Rozdział 4 nacje rozwiązań wymienionych powyżej. Przyjmuje się, że pierwsze trzy klasyczne podejścia są powszechnie znane i nie wymagają ilustracji, czwarte podejście jest wykorzystywane w technologii VTR opisywanej w dalszej części rozdziału. Skupiono się na prezentacji nowych rozwiązań, w których opracowywanie i wdrażanie autorzy niniejszego tekstu byli bezpośrednio zaangażowani Obiekty mostowe z przęsłami zespolonymi i betonowymi Obiekty takie wskazują kierunek rozwoju, w którym elastycznie stosuje się i łączy w ramach jednego układu konstrukcyjnego różne rozwiązania i technologie dotychczas raczej stosowane rozdzielnie. W 2015 r. wybudowano w Polsce [2] wiadukt drogowy zlokalizowany w km 35,627 linii kolejowej Nr 1 Warszawa Katowice, w miejscu likwidowanego przejazdu kolejowego, w miejscowości Jaktorów (rys. 21). W obiekcie tym przyjęto niestandardowy, mieszany układ przęseł zespolonych (stal- -beton) i betonowych, który został dostosowany do warunków kontraktu. Elementem charakterystycznym obiektu są smukłe przęsła betonowe o małej rozpiętości, częściowo prefabrykowane w miejscu, gdzie obiekt znajduje się nad torami kolejowymi (rys. 22). W pozostałych polach zastosowano typowy układ przęseł zespolonych z belek walcowanych (rys. 7). Przęsła zaprojektowano w układzie belki ciągłej, wieloprzęsłowej wykluczony został klasyczny układ Gerbera z przegubami. Przyjęta konstrukcja ustroju nośnego umożliwiła zastosowanie lekkich podpór i wpłynęła korzystnie na posadowienie obiektu; podpory obiektu wykonano w głównej mierze na pojedynczym rzędzie pali. Rys. 21. Wiadukt drogowy zlokalizowany w km linii kolejowej Nr 1 Warszawa Katowice w miejscowości Jaktorów (fot. [2]) 104

20 Stalowe obiekty mostowe o rozpiętości przęsła do 50 m Rys. 22. Przęsło nad torami kolejowymi wiaduktu drogowego zlokalizowanego w km 35,627 linii kolejowej Nr 1 Warszawa Katowice w miejscowości Jaktorów (fot. [2]) W roku bieżącym (2016) jest budowany w Austrii obiekt według podobnego pomysłu, z tym że w nim dla odmiany podstawowy układ przęseł wykonano z betonu na mokro, a nad torami kolejowymi zastosowano przęsła z belek ze zbrojeniem zewnętrznym w technologii VFT-WIB, stosując w nich koncepcję podobną do zastosowanej w obiekcie przedstawionym na rys. 14, tj. profile stalowe nie dochodzą do podpory, lecz są zakończone w przęśle. Należy zauważyć, że formy przejściowe między konstrukcjami stalowymi a betonowymi stają się bardziej skomplikowane, aniżeli konwencjonalnie pojmowana konstrukcja zespolona (belka stalowa z płytą betonową) i są wprowadzane nie tylko na poziomie przekroju poprzecznego, ale także na poziomie elementu (rys. 14) oraz całego obiektu (rys. 21). Rozwiązania opisywane powyżej stanowią przykład elastycznego podejścia wykorzystującego w ramach jednego schematu konstrukcyjnego różne przekroje (betonowe i zespolone), technologie budowy i schematy statyczne. Znajdą one zastosowanie w przyszłości, zwłaszcza w przypadku obiektów budowanych nad czynnymi liniami kolejowymi przy braku swobody w dobieraniu rozpiętości przęseł. 105

21 5.3. Technologia VTR Rozdział 4 Technologia ta została po raz pierwszy zastosowana przy budowie estakady ED1A w ciągu drogi S7 na odcinku Olsztynek Nidzica [7] (zdjęcia z budowy dostępne są na stronie Polega ona na budowie obiektu z zastosowaniem prefabrykowanych elementów betonowych płyty pomostu i poprzecznic. Powstaje konstrukcja zespolona pracująca podobnie jak belki VFT w dwóch fazach z tą różnicą, że występuje też faza stalowa pracy konstrukcji. Stosuje się układ dwudźwigarowy z belkami skrzynkowymi celem wykluczenia zwichrzenia belek stalowych w fazie montażu. Koncepcję przedstawiono na rys. 23. Rys. 23. Koncepcja technologii VTR (SSF Ingenieure) Charakterystyczną cechą technologii jest to, że prefabrykowane są elementy płyty o docelowej grubości, co powoduje, że należy dotrzymać ostrego reżimu technologicznego w odniesieniu do podniesień wykonawczych, gdyż nie istnieje możliwość zgubienia tolerancji za pomocą niewielkich zmian grubości płyty pomostowej wylewanej na budowie. Stosować można zarówno nasuwanie podłużne, w przypadku schematu statycznego belki ciągłej [26], jak i montaż z dźwigów, w przypadku schematu w postaci ramy. W Polsce zastosowano nasuwanie podłużne konstrukcji stalowej z betonowymi poprzecznicami (rys. 14, 25), a w Rumunii (rys. 24 i 27) w technologii tej zastosowano montaż z dźwigów. W przypadku konstrukcji o schemacie statycznym belki ciągłej po nasunięciu (rys. 15) konstrukcję połączono z filarami (bez stosowania łożysk) na odcinku czterech środkowych przęseł. Konstrukcję przedstawioną na rys budowano z dźwigów. Nie występują w niej ani poprzecznice przęsłowe, ani podporowe. Wszystkie konstrukcje zrealizowane w technologii VTR zrealizowano w przetargach w formule projektuj-i-buduj. 106

22 Stalowe obiekty mostowe o rozpiętości przęsła do 50 m Rys. 24. Budowa obiektu w technologii VTR: faza układania prefabrykowanych poprzecznic (fot. [6]) Rys. 25. Dźwigary skrzynkowe i prefabrykowane poprzecznice estakady ED1A przed nasunięciem podłużnym podczas budowy drogi S7 na odcinku Olsztynek-Nidzica (fot. W. Lorenc) 107

23 Rozdział 4 Rys. 26. Obiekt w technologii VTR w Rumunii w ciągu autostrady A1 na odcinku Orăştie Sibiu; belki stalowe były nasuwane podłużnie (fot. W. Lorenc) Rys. 27. Rama wieloprzęsłowa zrealizowana w technologii VTR w Rumunii w ciągu autostrady A1 na odcinku Orăştie Sibiu; belki stalowe były montowane z dźwigów, a następnie połączone w ramę nad filarami (fot. W. Lorenc) 108

24 Stalowe obiekty mostowe o rozpiętości przęsła do 50 m Rys. 28. Połączenie pomostu z filarem ramy wieloprzęsłowej zrealizowanej w technologii VTR w Rumunii w ciągu autostrady A1 na odcinku Orăştie Sibiu; nie występują poprzecznice pomiędzy belkami stalowymi (fot. W. Lorenc) Rys. 29. Koncepcja zmodyfikowanej technologii VTR z zastosowaniem prefabrykatów typu filigran (SSF Ingenieure) 109

25 Rozdział 4 Doświadczenia z budowy związane z ostrym reżimem technologicznym w odniesieniu do podniesień wykonawczych spowodowały, że równolegle jest obecnie rozwijana odmiana technologii VTR wykorzystująca ideę wykonywania płyty na budowie, z zastosowaniem prefabrykatów typu filigran zamiast prefabrykatów o docelowej grubości płyty (rys. 29). Przewiduje się, że wprowadzenie tandemów belek walcowanych zamiast skrzynek (opisywane w dalszej części rozdziału) będzie korzystnym zabiegiem, gdyż uzyska się korzyści z podwyższenia wysokości konstrukcji zespolonej (walcowane są ograniczone obecnie maksymalną wysokością 1,10 wysokości poprzecznic) charakterystyczne dla prefabrykacji VTR Nowe technologie wykorzystujące zespolenie MCL Opracowanie w Polsce bezodpadowej technologii produkcji zespolenia typu composite dowels w formie zmodyfikowanej klotoidy zaowocowało wybudowaniem pierwszego obiektu kolejowego z zastosowaniem tego zespolenia i tym samym technologii VFT-WIB (rys. 9, 10) oraz wiaduktu drogowego (rys. 14). W następstwie pojawiły się różnorodne formy konstrukcyjne (rys. 13). Zaczęły powstawać nowe obiekty w kraju (rys. 30) i za granicą (rys. 11, 16 i 17). Rys. 30. Przejście ekologiczne w technologii VFT-WIB nad drogą S7 (fot. Europrojekt Gdańsk S.A.) 110

26 Stalowe obiekty mostowe o rozpiętości przęsła do 50 m Rys. 31. Belki stalowe pierwszej nitki przejścia ekologicznego PE4 nad drogą S7 budowane z zastosowaniem rusztowań (fot. W. Lorenc) Prace realizowane w ramach zadania Projekt i budowa drogi ekspresowej nr 7 na odcinku Olsztynek Nidzica (km do km ) wraz z obwodnicą Olsztynka w ciągu drogi krajowej nr 51 (km do km ) doprowadziły do uzyskania dużego doświadczenia przy budowie obiektów w technologii VFT-WIB i VTR [7]. Typowym obiektem na kontrakcie była dwuprzęsłowa rama zespolona w technologii VFT (rys. 18). Z 33 realizowanych w ramach inwestycji obiektów mostowych 7 obiektów było budowanych w nowych technologiach, tj. obiekty drogowe MD1, MD2, MD3, MD4 oraz przejścia ekologiczne PE1 i PE4 w technologii VFT-WIB, natomiast estakada ED1A (rys. 25) w technologii VTR [7]. Prace realizowane w systemie zaprojektuj-i-buduj potwierdziły ekonomiczną zasadność wdrażania nowych technologii, a także przyczyniły się do uzyskania doświadczenia umożliwiającego ich dalszy rozwój. Przykładowo pierwszą nitkę skomplikowanej geometrycznie konstrukcji przejścia ekologicznego PE4 wybudowano na rusztowaniach [31], a drugą bliźniaczą nitkę w technologii VFT-WIB. Umożliwiło to przeanalizowanie plusów i minusów poszczególnych rozwiązań (obszerna dokumentacja fotograficzna z kontraktu jest dostępna na stronie Wdrożenia w wielu krajach europejskich, z Polską na czele, oraz opracowanie aprobaty dopuszczającej nowe zespolenie w Niemczech w obiektach kolejowych spowodowały, że zdecydowano się w listopadzie 2015 r. zorganizować workshop podsumowujący praktyczne doświadczenia (około 30 wybudowanych obiektów mostowych w różnych krajach) i kierunki rozwoju zespolenia composite dowels 111

27 Rozdział 4 i technologii je wykorzystujących [8]. Przedstawione tam referaty opublikowano w dwóch numerach czasopisma Steel Construction. Numer 2/2016 Steel Construction będzie poświęcony specjalnie temu tematowi. Zostaną tam opublikowane referaty z workshopu w Berlinie ( stco /pdf.). Szczególna różnorodność form pojawia się w obiektach kolejowych budowanych z zastosowaniem prefabrykatów, rozwijając rozwiązanie pokazane na rys. 13f. W Niemczech wybudowano obiekt ze zbrojeniem zewnętrznym w kierunku podłużnym i prostopadłym, pokazany na rys. 32 [4]. Takie rozwiązanie eliminuje kłopotliwe spawanie i związane z nim problemy zmęczeniowe przęseł kolejowych o małej rozpiętości. h) Rys. 32. Obiekt kolejowy (zintergrowany) ze zbrojeniem zewnętrznym w kierunku podłużnym i poprzecznym wybudowany w Niemczech [4] Poniżej zaprezentowano przykłady ciekawych form konstrukcyjnych rozwijanych obecnie w Czechach przez firmę Vladimír Fišer, wykorzystujące bezpośrednie mocowanie szyn do konstrukcji (rys ). Rys. 33. Wiadukt kolejowy w Czechach, linia Lovosice Česká Lípa w km 39,729 (fot. Vojtěch Zvěřina) 112

28 Stalowe obiekty mostowe o rozpiętości przęsła do 50 m Fot. 34. Belki stalowe wiaduktu kolejowego w Czechach, linia Lovosice Česká Lípa w km 39,729 (fot. Vojtěch Zvěřina) Rys. 9. Wnętrze łuku mostu Rys. 35. Prefabrykaty zespolone wiaduktu kolejowego w Czechach, linia Lovosice Česká Lípa w km 39,729 (fot. Vojtěch Zvěřina) 113

29 Rozdział 4 Rys. 36. Budowa przęsła wiaduktu kolejowego w Czechach, linia Lovosice Česká Lípa w km 39,729 (fot. Vojtěch Zvěřina) Na etapie prac projektowych w firmie Vladimír Fišer są brane pod uwagę różne inne formy konstrukcyjne, między innymi przykładowo pokazane na rys. 37 i 38. Rys. 37. Model przęsła kolejowego z bezpośrednim mocowaniem szyn na krawędzi obiektu (fot. W. Lorenc) 114

30 Stalowe obiekty mostowe o rozpiętości przęsła do 50 m Rys. 38. Model przęsła kolejowego z bezpośrednim mocowaniem szyn pomiędzy teownikami stalowymi (fot. W. Lorenc) 5.5. Nowe prefabrykaty do budowy przęseł o rozpiętości od około 30 do nieco ponad 40 m W przyszłości oczekuje się wzrostu kosztów robocizny w Europie, a także wprowadzania wysokowartościowych betonów wraz ze spadkiem ich cen. Nowe zespolenie MCL doskonale współpracuje z betonem o wysokiej wytrzymałości, w przeciwieństwie do sworzni z główką. Ponadto bezpośrednie połączenie środnika z betonem pozwala wyeliminować do 20 kg/m 2 stali konstrukcyjnej i około 10 sztuk sworzni w przeliczeniu na 1 metr kwadratowy powierzchni obiektu. Dlatego to nowe zespolenie staje się kluczowym elementem nowoczesnych konstrukcji. Analiza doświadczeń uzyskanych podczas budowy wiaduktów ramowych w Rumunii (rys. 11, 17) z zastosowaniem teowych blachownic z zespoleniem MCL oraz doświadczeń z budowy w Niemczech obiektów ze zbrojeniem zewnętrznym o rozpiętości przęseł ponad 30 m doprowadziła do opracowania nowego ekonomicznego rozwiązania przedstawianego poniżej (dokonano zgłoszenia patentowego). Idea rozwiązania jest prosta. Opracowaną na jej podstawie przykładową belkę prefabrykowaną przedstawiono na rys. 39. W strefie momentu ujemnego w fazie docelowej występuje środnik betonowy, a prefabrykaty uzyskuje się poprzez rozcięcie belki walcowanej. Przykładowo z belki o długości 20 m uzyskuje się bezodpadowo prefabrykat o długości około 40 m. Alternatywnie można stosować rozwiązanie spawane. System charakteryzuje się tym, że stal konstrukcyjna z założenia występuje w strefach rozciąganych konstrukcji belki, a zespolenie stali z betonem znajduje się w strefach ściskanych. Wykorzystuje się wszystkie zalety belek walcowanych i stosowanej w nich nowoczesnej stali o wysokiej wytrzymałości. System jest obecnie wdrażany na rynku. 115

31 Rozdział 4 10,0 10,0 1, , , , A B A B 40,0 9, , ,0 9,25 Rys. 39. Przykładowa belka systemu wykorzystującego pomysł przedstawiony na rys. 9 (rysunek z dokumentacji zgłoszenia patentowego SSF Ingenieure) 5.6. Nowy system budowy obiektów zespolonych o rozpiętości około 50 m z zastosowaniem kształtowników walcowanych System powstał w ramach współpracy z firmą ArcelorMittal celem umożliwienia stosowania belek walcowanych w obiektach o rozpiętościach przęseł ponad 40 m i tym samym poszerzenia zakresu rozpiętości. Wpisuje się w ogólny trend stosowania nowoczesnych kształtowników w miejsce spawanych blachownic. Zakłada stosowanie samostatecznych tandemów stalowych z belek walcowanych HL (rys. 40) w miejsce spawanych skrzynek, rozcinanie belek stalowych celem zastosowania zmiennej wysokości blachownicy przy podporze oraz wykorzystywanie pomysłu dodatkowego elementu betonowego (podwójne zespolenie) w strefie podporowej celem eliminacji nakładek. Przystosowany jest do rozpiętości przekraczających uwarunkowania dla systemu opisywanego poprzednio (swobodnie podparte nowe belki w systemie VFT) i zakłada przenoszenie momentów nad filarami poprzez ciągłą belkę stalową o strefach podporowych o znacznej sztywności (rys. 41). Rozpiętości w systemie z tandemów wynoszą około 50 m. Prezentowany system jest obecnie wdrażany na rynku, pierwsze projekty już zostały wykonane. 116

32 Stalowe obiekty mostowe o rozpiętości przęsła do 50 m Rys. 40. Przekrój poprzeczny przykładowego przęsła wykorzystującego system tandemowy belek walcowanych 2 M2 > M1 σ2 > σ1 1 2 M2 2 x M1 σ2 2 x σ1 1 k 1 2 M2 M1 σ2 σ1 2 3 M3 5 x M1 M2 M1 σ3 σ2 σ1 f y El 1 1 El 2 >> El 1 Rys. 41. Momenty zginające w belce systemu tandemowego belek walcowanych o zmiennej wysokości przy podporach 117

33 Rozdział 4 W systemie wprowadzono modułowość (zasadniczo niewymaganą), jak na rys. 42 może być on stosowany w układach ciągłych i ramowych. Celem uzyskania zmiennej wysokości wykorzystuje się rozcięcie dwuteownika i wspawania blachy w strefie podporowej (rys. 43). Takie rozwiązanie umożliwia wykorzystanie nowoczesnych kształtowników z drobnoziarnistych stali o dużych grubościach półek bez konieczności modyfikowania granicy plastyczności. Zabetonowanie strefy dolnej przy podporze (rys. 44 i 45) zapewnia uzyskanie odpowiednio małej wartości naprężeń w pasie dwuteownika bez konieczności spawania nakładek i zabezpieczenie przed utratą stateczności pasa dolnego jednocześnie. Ogranicza się tym samym prace spawalnicze przy konstrukcji stalowej. Bliskie ustawienie belek czyni wykonanie betonu prostą czynnością i skraca długość stężeń między dwuteownikami tandemu w przęśle (rys. 46). Pomysł podwójnego zespolenia jest powszechnie wykorzystywany w Hiszpanii. Wysokość belki stalowej ograniczono do 2,5 m ze względu na sprawny transport. Geometria strefy podporowej wynikająca z modułu 1:2 umożliwia wejście do uformowanego przekroju skrzynkowego, a pochylenie pasa jest wystarczająco małe, aby dyskretyzować układ belką (rys. 45). Zakłada się modelowanie przęsła w uproszczeniu jako układu dwudźwigarowego (jeden tandem modelowany elementem prętowym). (0,7-0,8) L L 0,25 L 0,25 L 0,5 L 0,25 L 0,25 L (0,7-0,8) L Rys. 42. Schematy statyczne i moduły systemu tandemowego belek walcowanych o zmiennej wysokości przy podporach HL1100 S460 1/2 (HL1100 or HL1000) HL1100 1/2 (HL1100 or HL1000) S460 S460 or S355 OR S460 1/2 (HL1100 or HL1000) 1/2 (HL1100 or HL1000) HL1100 or HL1000 linia cięcia Rys. 43. Wspawanie blachy w strefie podporowej w belce systemu tandemowego, o zmiennej wysokości przy podporach 118

34 Stalowe obiekty mostowe o rozpiętości przęsła do 50 m a) vs b) vs Rys. 44. Tymczasowe stężenia w przęśle i zabetonowanie strefy dolnej systemu tandemowego belek walcowanych o zmiennej wysokości przy podporach, jako prosty sposób zabezpieczenia przed zwichrzeniem 2500 ~1700 betonowy pas dolny (grubość od ~0,10-0,15 m do ~0,60-0,70 m) nachylenie (1:9-1:11) 0,125 L 0,25 L Rys. 45. Zabetonowanie strefy dolnej systemu tandemowego belek walcowanych o zmiennej wysokości przy podporach (geometria wynika z podziału 1:2) System został pomyślany tak, aby konstrukcja stalowa przenosiła całość ciężaru płyty betonowej, tym samym wykorzystując zalety przekroju dwuteowego bisymetrycznego stosowanego w walcowanych dwuteownikach. Docelowo przewiduje się stosowanie odpowiedniej prefabrykacji (rys. 46), w szczególności w połączeniu z opisywaną powyżej technologią VTR w nowej odmianie (płyta in situ na mokro ). Spowoduje to zwiększenie wysokości belki w przęśle stanowiące obecnie o ograniczeniu w stosowaniu systemu do przęseł ciągłych o rozpiętości nieco ponad 50 m. 119

35 Rozdział 4 betonowa płyta in situ wykonana bez prefabrykacji na mokro betonowa płyta in situ wykonana na prefabrykowanych elementach typu filigran prefabrykowana płyta betonowa łączona in situ podłużnie i poprzecznie na mokro Rys. 46. Zastosowanie prefabrykacji w systemie tandemowym belek walcowanych o zmiennej wysokości przy podporach (od góry: bez prefabrykacji na mokro, filigran, VTR) 5.7. Wiadukt w Greißelbach jako przykład połączenia wielu współczesnych technologii (SSF Ingenieure) Wiadukt w Greißelbach [9] w Niemczech, zaprojektowany przez SSF Ingenieure i wybudowany przez firmę Max Boegl, stanowi dobry przykład zastosowania różnego rodzaju nowych technologii opisanych już powyżej. W ramach jednej konstrukcji zastosowano tu prefabrykację VFT, nowe zespolenie MCL (opisane powyżej) i zaawansowaną prefabrykację poprzeczną płyty, która nie współpracuje z dźwigarami głównymi w kierunku podłużnym (rys ). Na obiekcie nie występuje dodatkowa warstwa nawierzchni, a schemat statyczny stanowi jednoprzęsłowa rama. Zastosowano układ dwudźwigarowy z blachownicami o przekroju skrzynkowym. Rozpiętość ramy wynosi 33,5 m, układ jest w skosie. Płyta pomostowa wykonana z betonu C50/60 została sprefabrykowana z dużą dokładnością. Prefabrykaty o pełnej szerokości pomostu są oparte na dźwigarach głównych w sposób umożliwiający poślizg pomostu względem dźwigarów, dzięki zastosowaniu specjalnego systemu z blachą ze stali nierdzewnej i elastomeru. Styki pomiędzy prefabrykatami są w tzw. technologii na sucho, a cała płyta jest sprężona podłużnie kablami biegnącymi przez prefabrykaty i z jednej strony obiektu kotwiona do przyczółka. Szczegóły obiektu przedstawiono w [9]. Zastosowana technologia umożliwia szybką wymianę płyty pomostowej, gdy przestanie ona spełniać należycie swoją funkcję. Takie podejście ma docelowo obniżyć koszty społeczne związane z remontami obiektów w przyszłości. 120

36 Stalowe obiekty mostowe o rozpiętości przęsła do 50 m Rys. 47. Pas górny dźwigara skrzynkowego z łącznikami MCL przed wykonaniem płyty prefabrykowanej w wiadukcie w Greißelbach (fot. G. Seidl) Rys. 48. Belki prefabrykowane VFT w układzie dwudźwigarowym zastosowane w wiadukcie w Greißelbach (fot. G. Seidl) 121

37 Rozdział 4 Rys. 49. Montaż prefabrykowanych segmentów płyty pomostowej w wiadukcie w Greißelbach (fot. G. Seidl) Rys. 50. Widok od spodu wiaduktu w Greißelbach, w którym prefabrykowane belki zespolone nie współpracują ze sprężoną podłużnie płytą pomostową, wykonaną z łączonych na sucho segmentów (fot. G. Seidl) 122

38 Stalowe obiekty mostowe o rozpiętości przęsła do 50 m 5.8. Obiekty mostowe ze stali trudnordzewiejącej Obecnie w Polsce nie buduje się obiektów ze stali trudnordzewiejącej. Natomiast powszechne są one stosowane np. w Hiszpanii. Można zauważyć, że obiekt z takiej stali powstał ostatnio w Rumunii (rys. 51) w ramach kontraktu w formie projektuj- -i-buduj oraz że w Japonii obiekty z takiej stali są powszechnie budowane z zachowaniem pewnych uwarunkowań terenowych co do bliskości morza (rys. 52). Konstrukcje z takiej stali pojawiają się w Polsce w budownictwie przemysłowym. Można wkrótce oczekiwać dyskusji co do stosowania takiej stali w obiektach w Polsce. Rys. 51. Obiekt spawany ze stali trudnordzewiejącej zlokalizowany w Rumunii (fot. W. Lorenc) Rys. 52. Elementy obiektu w Japonii wykonane ze stali trudnordzewiejącej z połączeniami montażowymi na śruby; zdjęcie na tle elementów zabezpieczonych antykorozyjnie, wykonanych ze zwykłej stali (fot. W. Lorenc) 123

39 6. Podsumowanie Rozdział 4 W opracowaniu przedstawiono współczesne technologie budowy obiektów stalowych i zespolonych stalowo-betonowych o małej i średniej rozpiętości przęseł. Skupiono się na zaprezentowaniu współczesnych rozwiązań oraz nowych technologii. Przedstawiono dwa nowe systemy będące dopiero w fazie wdrażania na rynku, o rozpiętości do około 40 m i do około 50 m, z zastosowaniem kształtowników walcowanych. W Europie obserwuje się obecnie dynamiczny rozwój wielu form konstrukcyjnych i technologii budowy obiektów zespolonych o małej i średniej rozpiętości przęseł, a projekty takich konstrukcji powstają również w Polsce. 7. Literatura 1. Kożuch M., Lorenc W., Rabiega J., Ochojski W., Rykaluk K., Kwestia udarności, normalizowania i walcowania termomechanicznego stali do budowy mostów w świetle normy PN-82/S oraz norm EN, rynku i praktyki budowlanej, Mosty, 2015, nr Budka E., Stempniewicz A., Gruba S., Lorenc W., Ochojski W., Projekt i realizacja wiaduktu nad linią kolejową, Nr 1 Warszawa Centralna Katowice, w miejscowości Jaktorów wiadukt drogowy o nietypowym układzie przęseł zespolonych i betonowych, cz. 2: Realizacja konstrukcji, Mosty, 2016, nr Zanon R., Ochojski W., Hechler O., Klimaszewski P., Lorenc W., Road bridges WD7-WD8 on Route Sucharskiego, Poland innovative steel-concrete composite deck solutions, Structural Engineering International, 2014, vol. 24, nr 4, s Seidl G., Stambuk M., Lorenc W., Kołakowski T., Petzek E., Wirtschaftliche Verbundbauweisen im Brückenbau Bauweisen mit Verbunddübelleisten, Stahlbau, 2013, Jg. 82, H. 7, s Kożuch M., Kołakowski T., Lorenc W., Petzek E., Rowiński S., Seidl G., Problem definicji przekroju zespolonego stalowo-betonowego na tle stosowanych obecnie w mostownictwie rozwiązań konstrukcyjnych, w: Obiekty mostowe w infrastrukturze miejskiej, Seminarium Wrocławskie Dni Mostowe, listopada 2013, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2013, s Kołakowski T., Lorenc W., Petzek E., Seidl G., Schmitt V., Nowoczesne technologie budowy mostów w Rumunii na autostradzie Orăştie Sibiu, w: Współczesne technologie budowy mostów: X Jubileuszowe Seminarium Wrocławskie Dni Mostowe, listopada 2014, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2014, s

40 Stalowe obiekty mostowe o rozpiętości przęsła do 50 m 7. Arabczyk P., Konarzewski M., Żurych R., Klimaszewski P., Kosecki W., Lorenc W., Ochojski W., Realizacje obiektów mostowych w ciągu drogi S7 na odcinku Olsztynek Nidzica, Inżynieria i Budownictwo, 2012, nr 4, s Seidl G., Internationaler Workshop in Berlin Verbunddübel in Forschung und Praxis, Stahlbau, 2016, 85, Heft 1, doi/ /stab /pdf. 9. Hierl M., Seidl G., Goj K., Lingemann J., Mensinger M., Greißelbach Viaduct Pilot Project Using Pre-stressed Bridge Deck Segments without Asphalt Layer, 10th Japanese German Bridge Symposium in Munich, September 16 19, Munich 2014, Germany. 10. Lorenc W., Seidl G., Bridges Using External Reinforcement State of the Art., 10th Japanese German Bridge Symposium in Munich, September 16 19, Munich 2014, Germany. 11. Lorenc W., Przenoszenie siły poprzecznej a definicja konstrukcji zespolonej, Mosty, 2011,