PRÓBNE OBCIĄŻANIE MOSTU TCZEWSKIEGO ZABYTKOWE PRZĘSŁA LENTZE A. Obciążenia próbne mostu Tczewskiego w ramach I etapu modernizacji na zlecenie Starostwa Powiatowego w Tczewie odbyło się dnia 27 października 2016 roku. Badania były prowadzone przez Laboratorium Badań Terenowych Politechniki Gdańskiej w składzie dr inż. Tomasz Rutkowski, dr inż. Arkadiusz Sitarski, mgr inż. Anna Banaś, inż. Roman Rutkowski, pod kierownictwem mgr inż. Macieja Malinowskiego. W próbnych obciążeniach uczestniczyli również studenci, będący członkami Koła Naukowego Młodych Mostowców Politechniki Gdańskiej Most Wanted, działającego przy Katedrze Transportu Szynowego i Mostów Politechniki Gdańskiej. Próbne obciążenia planowo miały rozpocząć się około godziny 11.00. Niestety odpowiednio załadowane ciężarówki, które miały stanowić obciążenie podczas badania doznały usterki w drodze. Dzięki szybkiej reakcji zespołu badawczego trzy załadowane samochody samowyładowcze(ważące 33 t) z innej firmy przyjechały w ciągu dwóch godzin. Podziwianie zabytkowej konstrukcji i wykład historyczny M. Malinowskiego czyli w oczekiwaniu na ciężarówki do próbnych obciążeń. Źródło [12] HISTORIA I KONSTRUKCJA Pierwotnie zbudowany w 1857 roku kratowy most w Tczewie składał się z trzech sekcji ciągłych po dwa przęsła ( sześć przęseł o łącznej długości 837,3 m). Projektantem tego zabytkowego obiektu był pruski inżynier Carl Lentze. Lenzte zdecydował się na konstrukcję z równoległymi, kratowymi ścianami ( lżejsza struktura, oszczędniej z materiałami, mniejsza powierzchnia ze względu na działanie wiatru). Oczka kraty i płaskie krzyżulce były dobrane proporcjonalnie do ich obciążeń zgodnie z teorią Carla Culmanna i Johanna Wilhelma Schwendlera.
Kształt obu biegów Wisły i Nogat często się zmieniał. Z powodu ciągłego podnoszenia się poziomu wód w Nogacie. W latach 1910 1912 postanowiono zwiększyć ilość wody w Wiśle, cofnąć wały w stronę dzisiejszego Lisewa i przedłużyć most o 3 swobodnie podparte przęsła po 81,60 m (całkowita długość wynosiła teraz 1030 m). Przez ostatnie stulecie most w Tczewie nad rzeką Wisłą pełnił strategiczną rolę. W związku z tym był on dwukrotnie wysadzany i niemal całkowicie zniszczony. Aktualnie most drogowy składa się z: Przęsła nr 1, którego schematem statycznym jest belka wolnopodparta. Przęsło zespolone zostało wybudowane w 1961 roku. Rozpiętość przęsła Lt=18,5 m, szerokość jezdni Bj=8,9 m. Przęsła nr 2 i 3 to dawne kratowe konstrukcje angielskie, składanego mostu wojskowego ESTB (pochodząca z dwóch pierwszych przęseł mostu kolejowego) z jazdą dołem. Rozpiętość przęseł wynosi Lt=125,27+1,905+126,79 m, a szerokość jezdni Bj=3,5 m. Przęsło nr 4-6 Współcześnie zachowała się tylko ta część kraty wielokrotnej Lentza z 1857 roku - 3 przęsła 4-6 i wspornik przęsła następnego. Przęsła 4 i 5 to ustrój ciągły, dwu przęsłowy o rozpiętości teoretycznej Lt=2x128,16 m. Przęsło nr 6 to belka wolnopodparta ze wspornikiem( po zniszczonym starym przęśle nr 7) rozpiętości Lt=128,16+22,82 m i szerokości Bj=5,00 m. Przęsło nr 7 i 9 to wolnopodparte nitowane kratownice o pasach równoległych z wykratowaniem typu W i z jazdą górą, wybudowane w latach 1946-1947; rozpiętość Lt=3x39,5 m, szerokość Bj=5,30 m. Przęsło nr 10-12 to pochodzące z 1912r. wolnopodparte kratownice nitowane o pasach równoległych z jazdą dołem; rozpiętość Lt=3x81,60 m, szerokość Bj=6,05 m. Od momentu przywrócenia ruchu drogowego na moście w 1958 roku nie został on poddany gruntownym remontom. W wyniku zaniedbania jego stan techniczny stopniowo się pogarszał aż w 2011 roku wyłączono most drogowy z eksploatacji. Tczew Lisewo Schemat aktualnej konstrukcji mostu Tczewskiego. Źródło [8]
KONCEPCJA MODERNIZACJI Aktualny stan techniczny mostu jest bardzo zły, według badań nie spełnia on nawet wymogów nośności najniższej klasy obciążeń E. Jednak problem raczej nie dotyczy dźwigarów głównych, ale przede wszystkim elementów pomostów i jezdni, które były bezpośrednio narażone na oddziaływanie poruszających się pojazdów. Prawie wszystkie przęsła wymagają generalnej naprawy lub przebudowy. Dzięki działaniom miłośników mostu udało się go objąć opieką konserwatorską i doprowadzić do rozpoczęcia napraw i modernizacji. Koncepcja modernizacji mostu zakłada remont przęseł zabytkowych 4-6 oraz całkowitą wymianę wszystkich pozostałych przęseł na nowe kratownicowe. Przęsła zabytkowe Lentze a po modernizacji mają spełniać wymagania nośności klasy C, a pozostałe przęsła klasy B. (1) (2) Stan jezdni (1) i pomostów (2) sprzed I etapu modernizacji. Źródło [12]
Pierwszym etapem modernizacji mostu Lisewskiego była przebudowa pomostu zabytkowych przęseł nr 4 do 6. Przed przystąpieniem do prac pomost tworzyły kratowe poprzecznice z ułożonymi na nich podłużnymi balami oraz poprzecznie ułożona na styk warstwa desek usytuowanych w pionie. Nawierzchnię drogową stanowiła warstwa asfaltu lanego ułożona bezpośrednio na deskach pomostu. Na kratowych wspornikach usytuowanych na zewnątrz dźwigarów głównych, na poziomie pasów dolnych dźwigarów kratowych wykonano chodniki dla pieszych z drewnianą nawierzchnią. Przęsła nr 4-6 przed I etapem modernizacji nawierzchnia drogowa. Źródło [12] Przęsła nr 4-6 przed I etapem modernizacji nawierzchnia chodnikowa. Źródło [12]
Przebudowa zakładała wymianę pomostu dla jezdni oraz budowę nowych wsporników dla chodnika i ścieżki rowerowej. Pomost zaprojektowano w postaci płyty ortotropowej gr. 12 mm z układem poprzecznic dopasowanym do rozstawu istniejących poprzecznic kratowych oraz korytkowych żeber podłużnych o przekroju zamkniętym. Po zewnętrznej stronie dźwigarów umieszczono chodnik oraz ścieżkę rowerową szerokości 2,4 m. Płytę ortotropową wzmocniono otwartymi żebrami podłużnymi. Całość spoczywa na wspornikach składających się z podwójnych profili rurowych prostokątnych 160x80mm mocowanych do poprzecznic nowej płyty jezdnej. Całkowita szerokość konstrukcji wynosi 11,745 m. Zakres remontu obejmował także wymianę uszkodzonych i skorodowanych elementów na nowe, wymianę uszkodzonych nitów, renowację wież na filarach nr 5 i 6, odtworzenie łożysk stałych i ruchomych, a także oczyszczenie konstrukcji i odnowienie powłok malarskich. Zgodnie z zaleceniami Konserwatora Zabytków nie należało wymieniać odsłoniętych elementów konstrukcji, które posiadały wyraźne ślady działań wojennych i nie miały wpływu na nośność obiektu (jak Przęsła nr 4-5 po I etapie modernizacji nawierzchnia chodnikowa. Źródło [12] Przęsła nr 4-6 po I etapie modernizacji nawierzchnia drogowa. Źródło [12] np. elementy skratowań ażurowych z widoczną przestrzeliną).
PRÓBNE OBCIĄŻENIA Obciążeniom próbnym były poddawane trzy przęsła Mostu Lisewskiego, jak widać na projekcie na dwóch z nich umieszczono czujniki mierzące odkształcenia, przemieszczenia oraz przyspieszenia (badania dynamiczne). Przekrój poprzeczny przez przęsło nr 6. Źródło [8]
Widok z boku Przęsło nr 5 Przekrój poprzeczny przez przęsło nr 5. Źródło [8]
Do pomiaru odkształceń zostały użyte: - Ekstensometry indukcyjne w miejscach, w których spełnione były warunki co do montażu (np. krawędzie elementu) Ekstensometry oznaczone w projekcie jako TPP1/6. Źródło [12] - Tensometry elektrooporowe, tam gdzie nie było możliwości użycia ekstensometrów. Montaż tensometrów wymaga usunięcia powłoki malarskiej. Ekstensometry oznaczone w projekcie jako TK2/6 na zdjęciu po lewej i TKP 1/6 po prawej stronie. Źródło [12] - Ugięcia ustroju nośnego były mierzone czujnikami indukcyjnymi i zegarowymi z dokładnością do 0,01 mm.
Obciążenia próbne dzielą się na dwie części: - Badania pod obciążeniem statycznym Obciążenie statyczne zapewnia rozpoznanie zachowania się konstrukcji bez wpływu zmienności obciążeń. W wyniku badań otrzymujemy określenie charakteru zakresu pracy konstrukcji (czyli czy jest to zakres liniowy lub inny) oraz określenie sztywności poprzecznej i podłużnej, a także stopień wytężenia. Obciążenia należy wprowadzać z małą prędkością, aby zminimalizować wpływ efektów dynamicznych. Wprowadzane etapami, kolumnami zestawów samochodów, pozwala monitorować konstrukcję przy mniejszych wytężeniach i sprawdzenie zgodności z założeniami projektowymi. Projekt próbnego obciążania statycznego vs. rzeczywistość przęsło nr 5. Próbne obciążenia statyczne przęsła nr 5. Źródło [8,12]
Projekt próbnego obciążania statycznego vs. rzeczywistość przęsło nr 6. Próbne obciążenie statyczne przęsła nr 6. Źródło [8,12] - Badanie pod obciążeniem zmiennym - badania dynamiczne lub pod obciążeniem użytkowym. Natomiast obciążenia dynamiczne pozwalają na oznaczenie parametrów dynamicznych np. tłumienia, które trudno przewidzieć w analizie teoretycznej. Ta część badań polega na przyłożeniu obciążenia zmiennego w czasie lub wymuszeniu drgań. Odpowiedź dynamiczną konstrukcji uzyskuje się poprzez przejazd pojazdu próbnego przez przęsło z różnymi prędkościami. W czasie badań na moście Lisewskiego każdy z trzech pojazdów przejechał przez każde z przęseł z prędkościami 10, 20 i 30 km/h. Następnie, w przekroju w którym znajdowały się przyrządy pomiarowe, został ustawiony próg o wys. 10 cm, który imitował mogące wystąpić nierówności drogi i przejazd został powtórzony. W czasie przejazdu i bezpośrednio po nim są prowadzone pomiary przyspieszeń, odkształceń oraz przemieszczeń.
Obciążenia dynamiczne na przęśle nr 5. Źródło [12] WYNIKI PRÓB OBCIĄŻENIOWYCH Pomiary statycznych ugięć w przęśle nr 6 wyglądały następująco: ugięcia całkowite 15,57/12,42 mm w tym ugięcia sprężyste 14,91/11,78 mm oraz ugięcia trwałe 0,66/0,64 mm. Wcześniej wyliczone wartości ugięć wyniosły 16,45/14,39 mm. Wyniki pomiarów statycznych ugięć przęsła nr 6. Źródło [8] Zgodność maksymalnych zarejestrowanych ugięć sprężystych konstrukcji z wartościami teoretycznymi była na poziomie 90 %. Wyniki obciążenia statycznego nie przekroczyły wartości wcześniej obliczonych. Konstrukcja zachowała się sprężyście,a trwałe ugięcia nie przekroczyły 5%. W związku z tym wykonawca może przystąpić do realizacji dalszych etapów modernizacji.
Członkowie KN Most Wanted w trakcie obciążeń statycznych (zdjęcie po lewej) oraz przed obciążeniami dynamicznymi (zdjęcie po prawej). Źródło [12]
Wzbogaceni o wiedzę dotyczącą tej zabytkowej konstrukcji i w doświadczenie z przeprowadzania próbnych obciążeń około godziny 18.00, wymarznięci, ale zachwyceni, wróciliśmy do domów. KN Most Wanted wraz z opiekunem Panią Anną Banaś. Źródło [12] Źródła: [1] Historyczne mosty w Tczewie - na zlecenie Starostwa Powiatowego w Tczewie, M. Wiórek, M. Modrzejweski,Ch.Groh, W.Ramm [2] Zarządzenie nr 35 Generalnego Dyrektora Dróg Krajowych i Autostrad z dnia 12 sierpnia 2008 roku w sprawie wprowadzenia zaleceń dotyczących wykonywania badań pod próbnym obciążeniem drogowych obiektów mostowych. [3] Wykład 12. Diagnostyka mostów Maciej Malinowski [4] Próbne obciążenia mostów w Polsce na podstawie wybranych przykładów P. Łaziński, M. Salamak, T. Owerko [5] Zabytkowy most Tczewski. Konteksty pod red. W. J. Affelta [6] Modernizacja zabytkowych przęseł Lentze a mostu drogowego przez Wisłę w Tczewie. Założenia i analizy numeryczne M. Malinowski, A. Banaś, M. Jeszka, A. Sitarski, W. Kosecki [7] Drogowy most przez rzekę Wisłę w Tczewie. Przeszłość teraźniejszość przyszłość 1857 2016 -???? M. Malinowski, A. Banaś, W. Kosecki, H. Windorpski wraz z prezentacją na WDM 2016 [8] Projekt próbnego obciążania zabytkowych przęseł Lentze a nr 4-6 mostu drogowego przez Wisłę w Tczewie M. Malinowski, A. Banaś, M. Jeszka, A. Sitarski [9] most.tczew.pl [10] tczew.fotopolska.eu [11] powiat.tczew.pl [12] gdansk.tvp.pl [12] Zdjęcia ze zbiorów: KN Most Wanted, M. Malinowskiego, A. Banaś, A. Sitarskiego