Most složený z předpjatých mostních nosníků I-73 délky 30 m.
Na ilustračním obrázku je zachycen most složený z předpjatých mostních nosníků I-73 délky 30 m. V této délce byly tyto mosty vyráběny v dílcích po 10 m. Přímo na stavbě pak byly jednotlivé díly sestaveny, spáry vyplněny a nosníky byly předepnuty v jeden funkční díl. Po předepnutí měly být kabely vyplněny injektážní hmotou. Injektáž je však Achillovou patou mostů, a to zejména v případě dodatečně předpjatých nosníků se zvedanými kabely. Mosty se obecně blíží zenitu své životnosti, která činí podle zkušenosti 50 až 70 let. Pokud už došlo k narušení a korozi předpínacích kabelů, tato se pak v kombinaci s chloridovými postřiky zrychluje. Stav mostu by měl prokázat nejlépe diagnostický a stavebně-statický průzkum, nebo by se alespoň na zhoršení stavu mělo upozornit v rámci pravidelných prohlídek. Možnost kontroly mostu vizuální prohlídkou ovšem omezují dřívější sanační úpravy. Pokud chce posuzovatel zjistit stavebně-statický stav mostu a zejména stav předpínací výztuže, je odkázán na semidestruktivní sondážní průzkum (diagnostikovaný materiál bývá často pouze mírně, konstrukčně však zcela nenávratně poškozen).
V praxi to znamená dostat se ke kabelům a výztužným drátům právě pomocí tohoto semidestruktivního průzkumu rozkrytím a obnažením zkoumaných míst. Zejména v místech, kde kabely přecházejí do vyšších poloh v nosníku, bývají kabely nedostatečně nebo i vůbec injektovány, a proto jsou silně zkorodované. Popsaný průzkum je pouze lokální a o kousek dál v konstrukci to může být zcela jinak. Posuzovatel se musí na základě pouhých dílčích informací s plnou odpovědností rozhodnout, jak odhadne další životnost mostu, případně stanoví snížení únosnosti, případně demolici. Mostů popsaného typu I-67 a I-73 je v ČR i v SR v rámci prefabrikace postaveno velké množství, řádově tisíce mostů. Ve své době se jednalo o efektivní a rychlé řešení přemostění. S postupujícím časem se dostává stále více prefabrikovaných mostních konstrukcí za hranu své životnosti a jejich další používání je stále rizikovější. Vzhledem k množství těchto mostů je ale mnohdy nereálné řešit v krátkém čase demolici a následnou výstavbu mostů nových. Nabízíme řešení, které efektivním způsobem zesílí stávající prefabrikované mostní nosníky a prodlouží jejich životnost.
Dodatečné zesílení mostu
Vycházíme z toho, že část předpínací výztuže, zejména zvedaných kabelů, je zkorodovaná a nefunkční. Nabízíme řešení, které efektivním způsobem nahradí zkorodovanou předpínací výztuž, obnoví únosnost stávajících prefabrikových mostních nosníků s dostatečnou rezervou a prodlouží jejich životnost. Zesílení je možno provádět přímo na místě bez demontáže mostu s dílčím omezením provozu.
Zesílení mostních nosníků je realizováno pomocí dvou typů vnějších předpínacích prvků, a to jak vodorovných, tak i svislých. Cílem je vnést do dílčího prvku mostu, prostého mostového nosníku novou rovnovážnou soustavu sil, které budou na nosník vyvíjet ohybové momenty opačného smyslu, než jsou ohybové momenty od stálých i nahodilých složek zatížení. Je důležité, aby ohybový obrazec od dodatečného předpětí byl tvarově afinní vůči ohybovému obrazci od stálého zatížení. Jedině tak lze vytvořit dostatečnou kapacitu v únosnosti.
Svislé předepnutí je u 30 m dlouhého nosníku realizováno až sedmi dvojicemi tyčí umístěných v blízkosti stojiny nosníku. V horní části jsou tyče zajištěny sférickými kotevními deskami a maticemi.
Rozmístění tyčí kopíruje rozmístění původních zvedaných kabelů.
Na spodní pásnici nosníku jsou tyče kotveny přes sférickou desku a matku na ocelové deviátory, které zároveň slouží pro zesílení vodorovnými lany a jejich kotvení. Po předepnutí jsou deviátory zajištěny proti posunutí dosaženou třecí silou.
Vodorovná lana budou pod spodní pásnici nosníku zakotvena v ocelových svařencích, které jsou k mostnímu nosníku upevněny pomocí svislých předpínacích tyčí. Nejúčinnější poloha tyčí je v těsné blízkosti stojiny nosníku. Aby bylo možné tyče nainstalovat, je třeba v obou pásnicích, na shodné svislici, vyvrtat otvory pro protažení tyčí, osazení a předepnutí. Vozovkový kryt a spádová deska bude odvrtána v potřebné šířce, a pokud to bude potřeba, bude provedeno i zahloubení do vlastního betonu nosníku. Pak bude možné toto vybrání zapravit pevným betonem. Poloha jednotlivých vrtů, a to jak horních, tak dolních bude stanovena geodetickým rozměřením. Vrtání bude probíhat z vrchu i zespodu se zvýšenou přesností.
Svislé tyče kompenzují zkorodované původní trasované kabely. Experiment prokázal, že svislé předpětí výrazným způsobem přispívá k tuhosti nosníku a umožňuje vzdorovat vnějšímu zatížení a také kompenzovat ohybové namáhání. Jedná se o druhotný efekt zesílení, který ale podstatnou měrou vylepšuje výsledky této metody.
Po aplikaci svislého předpětí je možné přistoupit k finálnímu zesílení postupným zavedením předpětí do všech předpínacích lan. Lana jsou délkově odstupňována v závislosti na průběh ohybového momentu od zatížení.
Zatěžovací zkouška byla provedena pomocí dvou mostních nosníků, z nichž jeden tvořil protizávaží osazením nosníku nad sebe. V 1. etapě prací byl zatěžován nezesílený mostní nosník.
Následně provedená zatěžovací zkouška prokázala, že zesílený nosník se chová pod zatížením výrazně lépe. Vykazuje výrazně nižší deformace při srovnatelném zatížení a i samotný proces zatěžování bylo možné rozšířit z původního zatížení 850 kN uprostřed rozpětí až na cca 1 050 kN, ale s výraznou redukcí výsledného průhybu. Ani po dosažení zvýšené hodnoty zatížení nosník nesignalizoval žádné poruchy.
Zkouška byla ukončena z důvodu omezené velikosti protizávaží. Únosnost zesíleného mostního nosníku byla dosažena dvojnásobná než u nezesíleného.
- Nezesílený stav: aplikované zatížení: 850 kNprůhyb v l/2: 238 mm
- Zesílený stav: aplikované zatížení: 850 kNprůhyb v l/2: 120 mm
Z provedené zatěžovací zkoušky plyne, že zvolená zesilovací metoda má jedinečný potenciál v udržitelnosti stávajících mostních konstrukcí vybudovaných pomocí betonových prefabrikovaných nosníků a z nich vytvořených mostů.
Zvolená a odzkoušená metoda zesilování má jedinečný efekt v prodloužení životnosti mostu, minimalizace jeho rizika náhlého kolapsu, zvýšení zatížitelnosti mostní konstrukce (pokud je požadována).
Cílem zesílení mostních nosníků není vytvoření z hlediska životnosti neomezeného konstrukčního systému, je ale jednoznačným přínosem u mostů v tzv. havarijním stavu nebo se k němu blížící, jichž je v ČR a SR celá řada a u nichž není možné okamžitě provést kompletní výměnu za most nový ať už z ekonomického, časového, či provozního důvodu.
Popsaná metoda zesilování je nejen technicky přínosná, ale při své realizaci přináší výrazné ekonomické bonusy nízkým rozsahem stavebních prací, jejich rychlostí a snížením omezení provozu etapizací prací.
Odzkoušení zvolené metody by se neobešlo bez spolupráce s kolegy VUT FAST Ústavu betonových konstrukcí.
Autoři: Ing. Karel Pinkas,
Ing. Jiří Chalabala,
PEEM, spol. s r. o.
Ing. Michal Požár, Ph.D.,
Ing. Jan Koláček, Ph.D.,
Vysoké učení technické v Brně
