STAN AWARYJNY WIADUKTU MIEJSKIEGO NAD TORAMI KOLEJOWYMI I SPOSÓB POAWARYJNEJ JEGO NAPRAWY

Transkrypt

1 WIKTOR KWASZA BOHDAN HNIDEC LUBOW SALIJCZUK Politechnika Lwowska STAN AWARYJNY WIADUKTU MIEJSKIEGO NAD TORAMI KOLEJOWYMI I SPOSÓB POAWARYJNEJ JEGO NAPRAWY EMERGENCY CONDITION OF VIADUCT OVER RAILWAY TRACK AND METHOD OF ITS REPAIR Streszczenie W referacie opisano stan techniczny wiaduktu, oraz rozwiązanie konstrukcyjne jego rekonstrukcji polegające na rozszerzeniu konstrukcji przęsłowej za pośrednictwem płaskiej zespolonej płyty nakładanej, a takŝe wyniki badań statycznych konstrukcji przęsłowych po naprawie. Abstract The technical state of overpass, structural decision of his reconstruction with expansion of span structure by the flat collapsible-monolithic superimposed plate, and also result of static tests of span structure after reconstruction are described 1. Wprowadzenie Jednym z najbardziej rozpowszechnionych typów istniejących mostów i wiaduktów miejskich na Ukrainie są budowle o małych i średnich rozpiętościach z prefabrykowanych Ŝelbetowych dźwigarów z poprzecznicami, wykonanych według typowych projektów, opracowanych w biurze projektowym Sojuzdorprojekt w 1956 r. Na podstawie tych typowych projektów i ich późniejszych modyfikacji były opracowane indywidualne projekty prefabrykowanych Ŝelbetowych belkowych konstrukcji przęsłowych, które były szeroko stosowane w budownictwie od lat ubiegłego stulecia. Większość konstrukcji tego typu nie odpowiada obecnym warunkom eksploatacji, ruchu transportowego i norm projektowania, przede wszystkim z powodu zbyt małych skrajni i niedostatecznej nośności Oprócz tego wskutek powstania w czasie długoletniego uŝytkowania róŝnych uszkodzeń i defektów nie jest zapewniona ich trwałość, bezpieczeństwo a takŝe nośność dźwigarów. Do tych Konstrukcji moŝna zaliczyć wiadukt kolejowy nad torami pobliŝu głównego dworca kolejowego na ul. Lewandowskej we Lwowie. Wystąpienie stanu awaryjnego wiaduktu było związane z gwałtownym przesuwem w kierunku skrajni kolejowej wraz z równoczesnym odchyleniem pionowym dwóch dźwigarów skrajnych średniego i skrajnego przęsła. Stworzyło to zagroŝenie bezpieczeństwu ruchu kolejowego na trasie Kijow-Czop, a takŝe ruchu drogowego i pieszych na wiadukcie (rys. 1) Biorąc pod uwagę stan zagroŝenia i moŝliwość obsunięcia się prefabrykowanych bloków chodnikowych i dźwigarów na tory kolejowe, wiadukt uznano za awaryjny. Zamknięto ruch transportowy na wiadukcie i przeprowadzono demontaŝ bloków chodnikowych dwóch przęseł a odchylone dźwigary tymczasowo zamocowano do sąsiednich, nieuszkodzonych. W celu ustalenia przyczyn przesuwu skrajnych dźwigarów, oceny stanu technicznego

2 982 Kwasza W. i innni: Stan awaryjny wiaduktu miejskiego nad torami kolejowymi i spósob... konstrukcji wiaduktu i moŝliwości jego odbudowy, a takŝe opracowania projektu rekonstrukcji przeprowadzono badania terenowe. Badania te, oraz opracowanie projektu rekonstrukcji były przeprowadzone w Katedrze Mostów i Mechaniki Budowli Politechniki Lwowskiej. Rys. 1. Ogólny widok części wiaduktu ze zsuniętymi dźwigarami po zdemontowaniu bloków chodnikowych i tymczasowym zamocowaniu ich płaskownikami do sąsiednich 2. Istniejący wiadukt i jego stan techniczny Istniejący wiadukt nad drogą kolejową Kijów-Czop znajduje się na prostym odcinku ulicy Lewandowskiej przed wyjazdem do ul. Szeweczenki. Dojazd do wiaduktu wykonano na nasypie o wysokości do 7,7 m. Wiadukt wybudowano około 1959 r., według projektu wykorzystującego główne rozwiązania konstrukcyjne i zbrojenie dźwigarów jak w projektach typowych, które były opracowane pod koniec lat 50-ch ubiegłego stulecia. Przęsło wiaduktu ma schemat konstrukcyjny belkowy, wolnopodparty trójprzęsłowy o rozpiętościach 19,93+24,18+19,93 m i długości 68,0 m oraz skrajnią jezdni 11,7 m (rys. 2a, 2b, 2c). Konstrukcje wszystkich przęseł belkowe (rusztowe) ze sztywną poprzecznicą, w przekroju poprzecznym, złoŝone z 12 prefabrykowanych teowych dźwigarów betonowych. Rozstaw dźwigarów w przekroju poprzecznym róŝny: skrajnych 1,05 1,075 m, pośrednich 1,40 1,45m. Dźwigary w przekroju poprzecznym spięte są między sobą poprzecznicami o rozstawie 2,5 2,7 m, które połączone za pośrednictwem spawania górnych i dolnych wkładek stalowych, tworzą przestrzenny ruszt belkowy. Dźwigary o przekroju teowym i długości 19,93 m dla skrajnych i 24,18 m dla pośrednich przęseł, przy wysokości 1,3 1,5 m zbrojone za pomocą dwóch spawanych płaskich kratownic, z wykorzystaniem w nich jako zbrojenia głównego sześciu uŝebrowanych prętów o średnicy 32 mm, przylegających szczelnie do siebie. W kierunku podłuŝnym co cm pręty zbrojenia połączono między sobą spawanymi szwami o długości 20 cm. Wraz z prętami odgiętymi tworzą one sztywne spawane kratownice. Dwie płaskie kratownice zbrojenia dźwigarów połączono za pomocą strzemion z rozstawem co cm tworząc przestrzenny szkielet. Przyczółki wiaduktu wykonano jako masywne betonowe obsypane stoŝkami nasypu. Filary Ŝelbetowe zespolone, trójsłupowe o średnicy słupów 1,80 m (rys. 2b). Słupy filarów

3 Konstrukcje Ŝelbetowe 983 połączono od góry prefabrykowanym Ŝelbetowym ryglem o długości 16,05 m, zestawionym z dwóch części z monolitycznym poprzecznym stykiem, wykonanym nad środkowym słupem. Jezdnia wiaduktu z asfaltobetonu o grubości ok cm, znacznie większej w porównaniu z projektem. Chodniki wykonano z prefabrykowanych betonowych nakładanych, bloków ułoŝonych bezpośrednio na dwóch skrajnych dźwigarach, nad którymi brak jest izolacji. Nad skrajnymi i pośrednimi podporami wiaduktu wykonano dylatacje zamkniętego typu z metalowym korytowym kompensatorem. Wyniki badań wykazały, ze stan techniczny konstrukcji przęsłowych za wyjątkiem dwóch dźwigarów z kaŝdej strony, które naleŝy zdemontować moŝna uznać za zadowalający. Konstrukcje przęseł wiaduktu okazały się przydatne do rekonstrukcji i poszerzenia skrajni do czterech pasów ruchu, z jednoczesną wymianą skrajnych demontowanych dźwigarów i wzmocnieniem pozostałych. Zmieniono wolnopodparte konstrukcje przęseł na konstrukcję ciągłą i zastosowano zespoloną nakładaną płytę pomostu, ze wspornikami bez poszerzenia podpór. Głównym celem rekonstrukcji wiaduktu było podwyŝszenie nośności przęseł i przepustowości za pośrednictwem poszerzenia jezdni. Dla zabezpieczenia trwałości i normowego czasu uŝytkowania po rekonstrukcji naleŝało wykonać kompleksowe roboty remontowe i zlikwidować uszkodzenia, który powstały w ciągu długoletniej nienaleŝytej eksploatacji wiaduktu. 3. Rekonstrukcja wiaduktu W projekcie rekonstrukcji wiaduktu przyjęto poszerzenie jezdni do skrajni 17,5 m dla zabezpieczenia czterech pasów ruchu i dwustronnych chodników po 1,50 m (rys. 2d). W rozwiązaniu konstrukcyjnym odbudowy przęseł po raz pierwszy zastosowano płaską zespoloną nakładaną płytę jezdni, oraz elementy wspornikowe które z wysięgiem 2,5 2,6 m zostały włączone w przekrój nowych prefabrykowanych dźwigarów (rys. 2e). W celu podwyŝszenia nośności części przęsłowej wiaduktu wymieniono po dwa, najbardziej uszkodzone, skrajne dźwigary zastępując je asymetrycznymi dwuteowymi dźwigarami spręŝonymi. Wspornikowe części górnej półki połączono z zespoloną płytą pomostu, umieszczoną w środkowej części nad pozostałymi dźwigarami (rys. 2f). UłoŜenie w ten sposób zespolonej płyty pomostu stwarza warunki dla betonowania bez deskowań. Monolityczną część płyty zespolonej łączy się w celu współpracy z pozostałymi dźwigarami za pośrednictwem wiotkich pętlowych kotew. Płyta nakładana zbrojona jest dołem i górą siatkami pręty siatek połączono za pośrednictwem spawania z prętami elementów prefabrykowanych Dźwigary prefabrykowane były transponowane na specjalnie urządzonych ciągnikach samochodowych (rys 3a), i montowane za pomocą dźwigów o nośności 100 t (rys. 3b). Takie rozwiązanie konstrukcyjne nakładanej zespolonej płyty pomostu pozwoliło stworzyć warunki dla przekształcenia wolnopodpartej konstrukcji przęseł w ustrój ciągły, i tym samym odciąŝyć istniejący dźwigary pośrednie i nowe skrajne. W tym celu nad podporami były zaprojektowane i wykonane zespolone poprzecznice, z włączeniem w ich przekrój czołowych części dźwigarów (rys. 2f) i połączeniem z wykorzystaniem spawania wypuszczonych prętów zbrojenia nadpodporowego dźwigarów z płytą pomostu.

4 Rys. 2. Rozwiązanie konstrukcyjne istniejącego (a, c) i poszerzonego (b, d) wiaduktu; a elewacja; b przekrój podłuŝny; c, d przekroje poprzeczne istniejącego i poszerzonego wiaduktu: e) przekrój dźwigara skrajnego; f węzeł konstrukcji ciągłej nad podporami pośrednimi 984 Kwasza W. i innni: Stan awaryjny wiaduktu miejskiego nad torami kolejowymi i spósob...

5 Konstrukcje Ŝelbetowe 985 а) b) Rys. 3. Transportowanie (a) i montaŝ (b) dźwigara skrajnego przy rekonstrukcji konstrukcji przęsłowej Po wykonaniu odbudowy i poszerzenia konstrukcji przęsłowych przeprowadzono wymianę wszystkich elementów jezdni. Ogrodzenie bezpieczeństwa było zamocowane do słupków, a obecnie metalowe bariery śrubami zostały zamocowane do metalowych wkładek na końcach wspornika. Odwodnienia jezdni wiaduktu przewiduje się przez poprzeczne pochylenie z przeprowadzeniem wody do systemu koryt i rur.

6 986 Kwasza W. i innni: Stan awaryjny wiaduktu miejskiego nad torami kolejowymi i spósob Badania konstrukcji przęsłowych po rekonstrukcji. Celem badań było ujawnienie rzeczywistego stanu napręŝeń elementów przęseł, charakteru ich przestrzennej pracy i rozdziału tymczasowych obciąŝeń pomiędzy dźwigarami, a takŝe ich odkształceń po włączeniu do współpracy zespolonej płyty nakładanej, zmian sztywności i ugięć. Wyniki badań potwierdzają zgodność rzeczywistych i projektowych charakterystyk przęseł po rekonstrukcji zarówno konstrukcyjno-technologicznych jak i eksploatacyjnych, oraz ich rzeczywistych i obliczeniowych schematów przestrzennej pracy, odkształcalności i prognozy moŝliwości bezpiecznej eksploatacji. W badaniach konstrukcji przęsłowej wykorzystano ruchome obciąŝenie dwóch taborów samochodowych obciąŝonych cięŝarem po t kaŝdy, z naciskiem na tylną i przednią oś odpowiednio 9,3 i 4,55 t. Samochody ustawiono w poprzecznym i podłuŝnym kierunku w najbardziej niekorzystnym połoŝeniu według linii wpływu, w celu wywołania maksymalnych sił wewnętrznych w skrajnym dźwigarze nr 1 (schemat I i II) i dźwigarze pośrednim nr 6 (schemat III) (rys. 4). Wyniki badań zobrazowano wykresami ugięć eksperymentalnych, których zgodność wzrostu i rozdziału pomiędzy dźwigarami w kierunku poprzecznym przęsła świadczy o charakterze ich przestrzennej współpracy w przenoszeniu obciąŝeń. W celu porównania i analizy ugięcia dla wszystkich schematów obciąŝeń pokazano na wykresach (rys. 4). W schematach obciąŝeń I i II przyjętych jak dla jednostronnego ruchu taboru, przekazywano naciski maksymalne na skrajne dźwigary 1 i 2 po lewej stronie oraz 11 i 12 po prawej. Przyjęty schematy I i II obciąŝeń były stosowane dla skrajnych przęseł (K) i pośrednich (S). Dla wszystkich schematów obciąŝeń ugięcia skrajnych i pośrednich dźwigarów były odpowiednio podobne co moŝna zobaczyć na wykresach rys.4b 4k. W badaniach przy schemacie obciąŝeń I ugięcie dźwigara 2 wynosiło 2,28 mm, a dźwigara 11 2,38 mm dla schematu obciąŝeń II, co świadczy o zadowalającej zbieŝności ugięć przy identycznych momentach zginających. Zmiany ugięć dźwigarów przy badaniach dla wszystkich schematów obciąŝeń były wyraźnie nieliniowe. Maksymalne ugięcie dźwigarów skrajnych 1,2 i 11,12 w przęsłach otrzymano dla schematów I i II, które wywoływało maksymalne ich obciąŝenie. Średnie ugięcie tych dźwigarów stanowiło tylko 2,25 mm w skrajnym przęśle i 3,94 mm w pośrednim, co daje odpowiednio 1/8413 i 1/6137 w stosunku do rozpiętości przy dopuszczalnym według norm ugięciu od ruchomych obciąŝeń tymczasowych 1/400 rozpiętości. Maksymalne ugięcie pośredniego dźwigara nr 6 przy obciąŝeniu za schematem III stanowiło odpowiednio 3,14 i 4,37 mm dla skrajnego i pośredniego przęsła, co teŝ daje wartości znacznie mniejsze dopuszczalnych. Te dane świadczą o znacznych rezerwach sztywności dźwigarów we wzmocnionych przęsłach. Przęsła wiaduktu po rekonstrukcji otrzymały teŝ znaczną rezerwę nośności. O tym świadczy maksymalne obciąŝenie przy badaniach, które dla schematów I i II stanowiło ,90 od obciąŝeń charakterystycznych A15 i odpowiedniego 0,625 0,547 dla obciąŝenia HK-100, a dla schematu obciąŝeń III odpowiednio 0,843 0,899 dla obciąŝenia A15 i 1,186-1,191 dla obciąŝenia HK-100. Dla tak wysokiego poziomu obciąŝenia ugięcie trwałe nie pojawiło się, co świadczy o spręŝystym charakterze pracy konstrukcji przęsłowych i słuŝy za podstawę stwierdzenia o moŝliwości bezpiecznej eksploatacji rekonstruowanych przęseł bez ograniczeń dla normowanych obciąŝeń zgodnie z obowiązującymi normami projektowymi, według których naleŝy prowadzić obliczenia nowych mostów.

7 Konstrukcje Ŝelbetowe 987 Rys. 4. Wykresy ugięć dźwigarów konstrukcji przęsłowych skrajnego (b, c, d) i średniego (e, f, k) przęsła dla schematów obciąŝeń І, ІІ, ІІІ

8 988 Kwasza W. i innni: Stan awaryjny wiaduktu miejskiego nad torami kolejowymi i spósob Wnioski końcowe 1. Przeprowadzona rekonstrukcja wiaduktu z poszerzeniem przęseł zespoloną płytą nakładaną z wymianą niedopuszczalnie uszkodzonych dźwigarów potwierdziła efektowność i zgodność wymogów technologicznych przyjętych rozwiązań konstrukcyjnych. 2. Wykonane wzmocnienie dźwigarów ze zmianą schematu statycznego konstrukcji przęsłowej ze zmianą z wolnopodpartej na ustrój ciągły potwierdziło jego wysoką efektywność dla podwyŝszenia wskaźników eksploatacyjnych nośności, sztywności i rysoodporności. 3. Znacznie mniejsze ugięcia dźwigarów, otrzymane przy badaniach po rekonstrukcji w porównaniu z dopuszczalnymi, świadczą o zapewnionym włączeniu do współpracy z nimi zespolonej płyty nakładanej, wskutek którego wzrosła sztywność samych dźwigarów i sztywność poprzeczna konstrukcji przęsłowej w całości. 4. Badania potwierdziły, Ŝe po rekonstrukcji konstrukcja przęsłowa zapewnia wystarczającą nośność bez Ŝadnych ograniczeń normowanych tymczasowych obciąŝeń, które były wykorzystane w projekcie rekonstrukcji.