Mgr inż. Kalman KORIS Budapest University of Technology and Economics Dr inż. Marek SALAMAK Politechnika Śląska PREFABRYKOWANE BELKI MOSTOWE NA WĘGRZECH Początki prefabrykacji mostów na Węgrzech Historia prefabrykacji na Węgrzech jest bardzo podobna do tego co działo się w wielu krajach objętych wpływami sowieckimi. Niektóre starsze rozwiązania są niemal takie same. Nieco lepsza jakość ich wytwarzania oraz łagodniejsze warunki klimatyczne na Węgrzech nie obnażyły aż tak bardzo jak w Polsce okresu, gdy potrzeba stosowania prefabrykacji tłumaczona była często językiem socjalistycznej propagandy. Po zastoju związanym z transformacją ustrojową lat dziewięćdziesiątych znów zaczęło wzrastać zainteresowanie tą technologią budowy mostów, co tym razem ma już wyłącznie uzasadnienie techniczne i ekonomiczne. Na Węgrzech początki prefabrykacji na przemysłową skalę sięgają roku 1949. Wcześniej właściwie istniały tylko małe prywatne zakłady, które zajmowały się wytwarzaniem drobnych elementów w dość prymitywnych warunkach. W 1949 roku węgierski rząd rozpoczął nacjonalizację tych manufaktur, łącząc je i tworząc w ten sposób większe wytwórnie. Centralnie sterowana gospodarka wykazywała coraz większe zapotrzebowanie na elementy prefabrykowane. To wymusiło pierwszą poważną reorganizację wszystkich wytwórni. W ten sposób w 1963 roku powstał zakład ÉM Betonelemgyártó V, który koordynował zarówno projektowanie jak i badania oraz produkcję na terenie całego kraju. Zakres stosowania prefabrykacji przy budowie mostów ograniczony był tylko do wykonywania typowych przęseł. W przypadku podpór i posadowienia pozostano przy tradycyjnych technikach monolitycznych. Bardzo duży wzrost produkcji prefabrykatów zanotowano w latach siedemdziesiątych. W rekordowym 1980 roku była ona trzykrotnie większa niż dwadzieścia lat wcześniej. Zbliżający się kryzys socjalistycznej gospodarki spowodował zmniejszenie produkcji. W okresie transformacji ustrojowej początku lat dziewięćdziesiątych znów zaczęły dominować względy polityczne. Tym razem prefabrykacja utożsamiana z budownictwem socjalistycznym, mimo swych niewątpliwych zalet technicznych, nie miała uznania wśród decydentów. W konsekwencji w 1992 roku produkcja spadła aż pięciokrotnie. Dopiero rozwijająca się gospodarka wolnorynkowa zaczęła stymulować ponowny rozwój prefabrykacji, która znów jest coraz chętniej wykorzystywana. Ale dzisiaj wreszcie decydują o tym względy ekonomiczne (Rys. 1), a nowe lub poprawione rozwiązania zapewniają już większą trwałość i co ważne, w swojej klasie nie odbiegają pod względem estetycznym od obiektów monolitycznych (Rys. 2). 1
Typowe węgierskie rozwiązania stosowane przed 1990 rokiem Pierwszą typową prefabrykowaną belką mostową na Węgrzech była zaprojektowana w 1959 roku żelbetowa belka w kształcie odwróconego T (Rys. 3). Rozwiązanie to zostało lekko zmienione w 1978 roku. Przy mniejszych rozpiętościach od 2 do 9 m stosowano wersję żelbetową (typ F), a przy większych - 6 do 10 m - strunobetonową. Środniki belek wyposażone były w otwory służące do przekładania zbrojenia poprzecznego. Całość wraz z układanym na miejscu betonem płyty tworzyła quasi-monolityczny ustrój płytowy. Do roku 1970 wykonano na Węgrzech ponad tysiąc takich mostów. Rozwiązanie to jest bardzo podobne do stosowanych u nas przez ponad 50 lat belek KUJAN [7]. W przęsłach o rozpiętościach między 10 i 20 m powszechnie stosowano strunobetonowe belki typu EHG w kształcie dwuteownika. Były one układane obok siebie, a przestrzeń miedzy nimi wypełniano zaprawą cementową. Współpracę poprzeczną zapewniano przez poprzeczne sprężenie. Oprócz zastosowań w pojedynczych przęsłach opracowano dodatkowo możliwość uciąglania ich z dodatkowym zbrojeniem podłużnym nad podporami. W 1972 roku na belkach EHG przeprowadzono serię statycznych i zniszczeniowych testów. Wyniki posłużyły do opracowania zmodyfikowanych wersji tych belek oznaczonych symbolami EHGE (Rys. 4) oraz EHGT, które stosowano w mostach o rozpiętościach przęseł do 30 m. W nowych rozwiązaniach zrezygnowano z poprzecznego sprężenia na korzyść zbrojonej płyty betonowanej na budowie po ułożeniu belek. Na bazie tych doświadczeń w drogowo-kolejowym biurze projektowym UVATERV zaprojektowano nową belkę typu EHGTM (Rys. 5). Na poszerzonych półkach wykonywano monolityczną płytę grubości 20 cm, a belki zaczęto opierać na podporach za pośrednictwem łożysk neoprenowych. Wszystkie te zmiany i zabiegi znacznie poprawiły warunki pracy oraz trwałość przęseł. Belki te okazały się być najlepszym rozwiązaniem spośród wszystkich prefabrykatów mostowych stosowanych na Węgrzech do roku 1990. Zauważalne jest pewne podobieństwo tych belek do naszych prefabrykatów Płońsk [2]. Jednak mimo równie częstego ich stosowania, niestety należały one w Polsce do jednych z gorszych rozwiązań [4]. Dopiero u schyłku ich produkcji udało się poprawić podstawowe błędy. Dotyczyły one głównie współpracy poprzecznej. W tym czasie pojawiły jednak już zupełnie nowe rozwiązania (prefabrykaty strunobetonowe typu T Mosty Łódź [5]), które skutecznie wyparły belki Płońsk z rynku. Współpraca trzech instytucji: węgierskiego odpowiednika naszej Generalnej Dyrekcji Dróg (KPM), wspomnianej wcześniej jednostki projektowej UVATERV oraz przedsiębiorstwa wykonawczego BVM w latach 1974 do 1977 wdrożono nową belkę o nazwie KCS (Rys. 6). Miała ona przekrój trapezowy z sześciokątnymi występami w górnej części, które służyły do przenoszenia sił rozwarstwiających między prefabrykatami, a monolitycznie układaną na nich płytą. Rozwiązanie to stosowano do mostów o rozpiętościach od 2 do 12 m. Jeszcze nowszą belką stosowaną przy krótszych przęsłach był żelbetowy prefabrykat typu UH (Rys. 7) w kształcie litery U. Wersja strunobetonowa oznaczona UB zaprojektowana została na początku lat osiemdziesiątych. Rodzina tych belek miała wysokości konstrukcyjne od 40 do 100 cm. Na początku produkcji okazało się, że z jakiś powodów belki te rysują się podłużnie jeszcze przed ich zabudowaniem. Dopiero 2
szczegółowe badania zakotwień cięgien przeprowadzone przez pracowników Uniwersytetu Technicznego w Budapeszcie (BME) pozwoliły na wyeliminowanie tych problemów. Pierwsze wykorzystanie największych z belek typu UB miało miejsce w 1983 roku przy budowie podziemnej stacji metra obok Mostu Arpada w Budapeszcie. Aktualnie wykorzystywane mostowe belki prefabrykowane Mimo przejściowych kłopotów sprzed 15 lat prefabrykacja na Węgrzech znów staje się coraz częściej wykorzystywana. Głównie przy budowie małych mostów autostradowych oraz wiaduktów, zwłaszcza w przypadku trudnego dostępu do przestrzeni podmostowej. Na węgierskich drogach krajowych znajduje się około 6 700 mostów. Ponad 26 % spośród obiektów betonowych stanowią obiekty wykonane z prefabrykatów. Jest to jednak mniej niż w Polsce, gdzie odsetek ten wynosi blisko 50 % [3]. Najważniejsze powody korzystania z prefabrykacji są takie same: skrócenie czasu budowy, oszczędność na deskowaniu i rusztowaniach, lepsza jakość elementów betonowych i łatwiejsza możliwość stosowania materiałów wysokowartościowych. Wszystko to wpływa oczywiście na poprawę trwałości całego obiektu. Podobnie jak w Polsce, na Węgrzech wciąż trwają prace nad nowymi rozwiązaniami i poprawą starszych typów belek. Tak na przykład w 1993 roku opracowano poprawioną i tak dobrze sprawującą się belkę EHGTM/F (Rys. 9), która teraz może być wykorzystywana w mostach o rozpiętości przęseł od 24 do 30 m. Sam przekrój poprzeczny w stosunku do prototypu sprzed 30 lat niewiele się zmienił. Wprowadzono natomiast mocniejszy beton i lepszą stal oraz oczywiście zwiększono wysokość konstrukcyjną. Oprócz tego powiększono otulinę, co przy dzisiejszej większej precyzji wykonania pozwoliło w sposób istotny poprawić trwałość. Podobne zabiegi wykonano również z belkami typu EHG/F stosowanymi przy mniejszych rozpiętościach od 14 do 25 m oraz UBx przy rozpiętościach 6 do 26 m. Tylko żelbetowe prefabrykaty UH pozostały do dziś w niezmienionym kształcie. Wszystkie te belki są obecnie produkowane przez sprywatyzowaną firmę BVM Épelem, która jest następcą państwowego zakładu o podobnej nazwie BVM. Firma FERROBETON z Dunaújváros wprowadziła na rynek trzy nowe rodzaje strunobetonowych belek. Pierwszą z nich jest belka typu FCI (Rys. 10) wykonywana z betonu klasy C40/50. Jest ona obecnie bardzo często wykorzystywana w przęsłach o rozpiętościach pomiędzy 10 i 32 m. Dwie następne belki typu ITG oraz FPT (Rys. 11) zaprojektowane zostały w 2002 roku przez wymienione wcześniej biuro FŐMTERV. Prefabrykaty ITG o wysokości 90 cm stosuje się w mostach o rozpiętości przęseł od 19 do 24 m. Dzięki poszerzeniu środnika na obu końcach często wykorzystuje się je w przypadku układów ciągłych. Belki typu FPT są bardziej zróżnicowane wysokością konstrukcyjną (od 45 do 130 cm), a co za tym idzie również długością (od 6 do 34 m). Wykonuje się je z betonu klasy C50/60. Tendencje w stosowaniu prefabrykowanych belek mostowych na Węgrzech Wszystkie aktualnie produkowane na Węgrzech belki zaprojektowane zostały w oparciu o węgierską normę KH z 1979 roku. Sytuacja ta musi się jednak wkrótce zmienić wraz obowiązkiem wprowadzenia w 2010 roku norm europejskich. Eurokody w porównaniu z tą starą normą wykorzystują nie tylko nowszą 3
wiedzę ale i mocniejsze materiały oraz współczesne techniki konstrukcyjne i obliczeniowe. Obliczenia prowadzone według nowych standardów są zwykle bardziej skomplikowane i pracochłonne, ale w wielu przypadkach pozwalają zaprojektować bardziej ekonomiczne elementy przy jednoczesnym zapewnieniu nie mniejszej trwałości. Pierwszą próbę zaprojektowania prefabrykowanej belki mostowej zgodnie z wymaganiami nowych norm podjęła firma SW-Umwelttechnik we współpracy z Katedrą Konstrukcji Inżynierskich Uniwersytetu Technicznego i Ekonomicznego w Budapeszcie. W ten sposób powstała belka oznaczona jako SHI (Rys. 12), a przeznaczona do budowy przęseł mostów o rozpiętościach od 16 do 32 m. Dwuteowy przekrój poprzeczny o wysokościach między 90 a 120 cm wykonany jest z betonu C50/60. Obliczenia wykazały, że belka ta pozwala zredukować zużycie stali sprężającej w stosunku do podobnego rozwiązania w postaci prefabrykatu FCI. Na przykład wersja SHI-120-32,80 wykorzystuje 36+2 cięgna, podczas gdy belka FCI- 120/32,80 o tej samej długości potrzebuje aż 45+2 cięgna. To oznacza, że zastosowanie Eurokodów objawiło się bardziej ekonomicznym rozwiązaniem. Obliczenia nie ograniczyły się tylko zaprojektowania samej belki. Przeprowadzono również analizę typowego mostu, który bazował na nowych prefabrykatach. Również i w tym przypadku wszystko obliczane było według nowych norm, w których obciążenia drogowe są nawet wyższe niż odpowiednie w normach węgierskich. Wykonane prototypy są aktualnie badane i oczekują na wydanie aprobaty przez odpowiednie instytucje na Węgrzech. Na wniosek tych właśnie instytucji przeprowadzono dodatkowe sprawdzenie zgodnie ze starą normą. Okazało się, że w stanach użytkowych występują niewielkie rozciągania nie przekraczające wytrzymałości betonu na rozciąganie, które jednak nie są dozwolone przez normę KH. Dlatego też producent został zmuszony do wprowadzenia dodatkowych dwóch cięgien, aby spełnić również wymagania aktualnie obowiązującej normy. Po pozytywnej weryfikacji nie powinno już nic stać na przeszkodzie, aby dystrybuować ten produkt również w krajach sąsiednich. Podobny los czeka również nasze budownictwo mostowe. Produkowane obecnie prefabrykowane belki wkrótce będą musiały zostać przeprojektowane zgodnie z wymaganiami Eurokodów. Może przy tej okazji poszerzy się gama produktów i pojawia się jeszcze lepsze rozwiązania. 4
Literatura [1] Biliszczuk J. z zespołem, Podręcznik inspektora mostowego, Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1994, [2] Kędzierski, Postęp techniczny w mostownictwie, WKiŁ, Warszawa 1972. [3] Machelski Cz., Biliszczuk J., Sposoby uciąglania przęseł z belek prefabrykowanych, Seminarium Technologiczne aspekty w projektowaniu i budowie mostów betonowych, Wrocław 23-24 listopada 2006. [4] Biliszczuk J., Machelski Cz., Maliszkiewicz P., Mistewicz M., Typowe uszkodzenia drogowych betonowych mostów prefabrykowanych, Drogownictwo 8/1994. [5] Kopertowski W., Doboszyński W., O konstrukcji mostów drogowych z prefabrykowanych belek strunobetonowych typu T, Inżynieria i Budownictwo 6/2002. [6] Nagórko J., Zespolone mosty płytowe z belek strunobetonowych nowej generacji, V Krajowa Konferencja Naukowo-Techniczna Problemy projektowania, budowy oraz utrzymania mostów małych i średnich rozpiętości, Wrocław 2-3 grudnia 2004. [7] Czerski Z., Zieliński J., Prefabrykowane mosty sprężone, WKiŁ, Warszawa 1962. 5
Streszczenie PREFABRYKOWANE BELKI MOSTOWE NA WĘGRZECH Prefabrykacja mostów na Węgrzech i w Polsce ma podobną historię. Artykuł pokazuje najważniejsze węgierskie rozwiązania prefabrykowanych belek mostowych od najstarszych do współcześnie wykorzystywanych oraz omawia najnowsze osiągnięcia w projektowaniu tego typu obiektów na Węgrzech. PREFABRICATED BRIDGE GIRDERS IN HUNGARY Bridge prefabrication in Hungary and Poland has similar history. The paper shows the most important Hungarian solutions of prefabricated bridge girders from the oldest to actually used and describes the newest achievements in designing prefabricated bridges in Hungary. 6
Rys. 1 Montaż prefabrykowanych przęseł nad torami kolejowymi na autostradzie M3 w rejonie Nyiregihaza Rys. 2 Prefabrykowany wiadukt nad autostradą M35 w pobliżu Debrecenu Rys. 3 Belka typu F i FT z przekrojem poprzecznym typowego mostu 7
Rys. 4 Z Belki typu EHGE z przykładem ich zastosowania Rys. 5 Belki EHGTM z ułożeniem ich w przekroju poprzecznym mostu 8
Rys. 6 Rozmieszczenie belek typu KCS z sześciokątnymi występami Rys. 7 Belka typu UH z przekrojem typowego mostu 9
Rys. 8 Belki typu UB oraz ich rozmieszczenie w przekroju poprzecznym mostu Rys. 9 Belki typu EHGTM/F i EHG/F z przekrojem typowego mostu 10
Rys. 10 Belki typu FCI z przykładami ich rozmieszczenia Rys. 11 Belki typu ITG oraz FPT Rys. 12 Belka typu SHI z przekrojem poprzecznym mostu 11