Specifika výsuvu mostu Gottleubatalbrücke v Pirně

V německé Pirně probíhá výstavba nového mostu přes údolí říčky Gottleuby, na níž se podílí i dvě divize společnosti Metrostav. Investorem je DEGES (Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und -bau GmbH). Výsledkem architektonické soutěže z roku 2006 je velice štíhlá (1 ku 35!) konstrukce hybridního spřaženého semi-integrovaného polorámu. Článek stručně popisuje pozadí, časovou osu a základní konstrukční data mostu. Popisuje výzvy, se kterými se bylo nutné popasovat při výsuvech štíhlé konstrukce, kdy deformace dosahovaly až 6 m při dosednutí na pilíře. Speciální důraz je kladen na funkcionalitu pomocných konstrukcí, včetně velice náročné manipulace s výsuvným nosem, kterou si vyžádala štíhlá spodní stavba mostu.

Most buduje sdružení ARGE Gottleubatalbrücke sestávající z BeMo Tunnelling a Metrostavu a.s. Divize 4, výrobu a montáž ocelové konstrukce provádí Divize 3 Metrostavu. Příspěvek poskytuje pohled zhotovitele na náročná témata, se kterými se musel popasovat.

Citlivost konstrukce na rychlost a směr větru

Nosná konstrukce mostu Gottleubatalbrücke je navržena jako komorový nosník s konzolami. Horní pásnice komory má šířku 4,5 m, dolní 5,6 m s oboustranným přesahem 50 mm proti stěnám. Stěny jsou tedy šikmé a z nich vychází architektonicky tvarované ocelové konzoly. Ve fázi projektu ukázaly zkoušky ve větrném tunelu, že tvar nosné konstrukce není ideální, při zatížení větrem se může konstrukce rozkmitat, proto je smluvně výsuv omezen na rychlosti větru do 10 m/s.

Ihned po nástupu na stavbu jsme začali rychlost větru kontinuálně měřit a vyhodnocovat směr větru. Ukázalo se, že proudění vzduchu v kilometr širokém údolí směřujícím na sever k Labi není zcela jednoduché. Převládá silné proudění vzduchu ze západu na východ, cca rovnoběžně se směrem mostu. Z detailních jednání se zpracovatelem aerodynamického posudku se ukázalo, že zmiňovaná maximální rychlost platí pouze při proudění kolmo na osu mostu, čehož jsme využívali zejména při výsuvu 5 a 6, kdy síla větru v nárazech dosahovala několikanásobků smluvní hodnoty a průměrná rychlost byla vyšší jak 15 m/s, ale směr větru nemohl způsobovat kmitání konstrukce.

Zároveň s měřením rychlosti a směru větru anemometry u výsuvného nosu (obr. 1) a cca v polovině délky nosné konstrukce je most vystrojen čidly zrychlení. Pokud by limitní hodnoty zrychlení byly překročeny, je rovněž nutné výsuv přerušit.

Obr. 1 – Výsuvný nos během výsuvu, tyč anemometru patrná na adaptéru vedle modrého hydraulického lisu.

V případě přerušení výsuvu před dosažením parkovací pozice je nutné ze špičky výsuvného nosu natáhnout lana k patě pilíře a zde je přes naladěné pružiny napnout na vypočtené hodnoty, aby poskytovaly odpovídající útlum kmitání konstrukce.

Celý monitorovací systém poskytuje informace v reálném čase o všech kritických veličinách, zároveň jsou sledována napětí ve stojinách (viz níže) a měřeno rozložení teploty po průřezu mostu.

Daň za architektonický návrh konstrukce

Guru německých mostařů prof. Leonhardt již dávno postuloval základy návrhu mostů s ohledem na jejich začlenění do krajiny, ale i funkčnost a ekonomiku návrhu. Návrh mostu přes údolí říčky Gottleuby se bohužel jeho doporučení nedrží. Výška nosné konstrukce navržená jako 1/35 rozpětí nejdelšího pole tyto zásady nectí a specifika výstavby mostu pomocí postupného vysouvání už vůbec ne.

Až během zpracování realizační dokumentace se ukázalo, že část mostu tvořící konzolu během výsuvu byla navržena se značnou dávkou odvahy. Do šikmé stěny tloušťky 20 mm je vnášena reakce 8 MN, do stěny tloušťky 40 mm reakce necelých 12 MN. Bohužel jsou ale tyto síly vnášeny mimo rovinu stěny a způsobují tak dodatečné ohybové namáhání. Toto je ještě umocněno faktem, že tvar nosné konstrukce je z venku konstantní a plechy se zvětšují směrem dovnitř. Tento na první pohled správný konstruktérský přístup ale do posudku stěn přidává dodatečné excentricity, do kterých je ještě nutné připočíst nutné excentricity od provádění.

Síly vnášené do stojiny nosné konstrukce je tak nutné co nejvíce rovnoměrně roznést v podélném směru. Výsuvná stolice je tak osazena elastomerovými ložisky o odstupňovaných tloušťkách podle průběhu její tuhosti. Moduly pružnosti elastomerových ložisek bylo nutné experimentálně verifikovat, každé ložisko má tak „rodný list“, který prokazuje shodu vlastností s výpočtem.

Obr. 2 – Komplex pomocných konstrukcí na hlavě pilíře 60.

Návrh a posouzení výsuvné stolice tak probíhá přes studium namáhání ve stěně nosné konstrukce (!!!). Poslední revize statického výpočtu těchto zdánlivě jednoduchých konstrukcí má bezmála 300 stran pro výsuvné stolice na pilířích a 200 stran pro výsuvné stolice ve výsuvném dvoře.

Bohužel byly pilíře v příčném směru navrženy zarovnány se spodním pasem nosné konstrukce. Výsuvná konstrukce tak doslova visí polovinou své hmoty ve vzduchu. Roznášecí rám, na kterém je uložena, ale není možné vzhledem ke geometrii hlavy pilíře uložit na jeho kraji. Roznášecí rámy bylo tedy nutné navrhnout jako torzně tuhé nosníky, aby svými deformacemi nezvyšovaly namáhání stojiny nosné konstrukce.

Ani to ale nestačilo: během výsuvu je třeba počítat se silami až 2 MN v příčném směru. Po dlouhých iteracích byly tyto síly přiřazeny vně uloženým bočním vedením ve tvaru příhradových nosníků připnutých předpínacími tyčemi k hlavám pilířů.

V důsledku všech zde uvedených vlivů se ukázalo jako velice složité navrhnout komplex pomocných konstrukcí na hlavách pilířů (obr. 2) tak, aby splňoval všechny statické a provozní nároky. Návrh probíhal iteračně mezi všemi zúčastněnými stranami více jak dva roky a stál je mnoho sil. Velké poděkování jde zejména na Ing. Lindtnera z Pontexu coby zpracovatele RDS.

Způsob výsuvu a s tím spojená práce s výsuvným nosem

V důsledku výše diskutované extrémní štíhlosti nosné konstrukce dosahují deformace na špičce výsuvného nosu při výsuvu nejdelších polí hodnoty úctyhodných 6 m (!!!), obr. 3. Při návrhu koncepce výsuvu jsme vycházeli z toho, že výsuv bude probíhat s hydraulicky přednastaveným výsuvným nosem a hned po dosednutí bude konstrukce výsuvného nosu vyrovnána do tečné roviny s nosnou konstrukcí.

Obr. 3 – Výsuv nejdelšího pole mostu, krátce před dosednutím na pilíř 60.

Překážkou pro užití tohoto prověřeného a pragmatického přístupu se ukázaly štíhlé pilíře působící v definitivním statickém schématu jako poddajné rámové stojky. K dosednutí na pilíř musí dojít „přirozeně, nikoli vynuceně“, ale konstrukce výsuvného nosu musí být příčně vedena již od okamžiku, kdy dosáhne jeho osy. Musí tedy vjet do „rugbyové brány“ bočních vedení a v ní dále pokračovat.

Výsuvný nos byl navržen na tři polohy nastavení:

• 0 m – tečné nastavení pro přejezd z výsuvného nosu
  na nosnou konstrukci,
• 4 m – nastavení pro výsuv a dosednutí na pilíře,
• 6 m – nastavení pro dosednutí špičky výsuvného nosu
  na pilíře při výsuvu nejdelších rozpětí.

Vzhledem k tomu, že připravit další díl nosné konstrukce k výsuvu trvá několik měsíců, rozhodli jsme se, že je výsuvný nos nutné v těchto polohách mechanicky zajistit, trvalému držení přes hydrauliku nedůvěřujeme.

Výše představený koncept přirozeného dosednutí výsuvného nosu na výsuvné stolice není možné pro návrhy dalších mostů doporučit. Vlivem nerovnoměrného oslunění, či naopak ochlazení větrem se konstrukce velice výrazně vodorovně prohýbá. Například při výsuvu č. 2 vyšlo 3 m před dosažením rugbyové branky bočních vedení slunce z mraků a před našima očima se během několika minut konstrukce vychýlila příčně o 24 cm. Deformaci konstrukce bylo nutné velice namáhavě vyrovnat.

Tzv. přirozené dosednutí je problematické i z dalších důvodů. Vlivem zatížení teplotou imperfekcí konstrukce neprobíhá dosednutí rovnoměrně a trvale. Konstrukce se zčásti zvedá a výsuvné desky se odlehčují, protáčejí a zase zatěžují (obr. 4). V případě protočené výsuvné desky je nutné výsuv okamžitě přerušit a výsuvnou desku osvobodit, jinak by zablokovala celou výsuvnou stolici.

Obr. 4 – Tzv. přirozené dosednutí výsuvného nosu na výsuvné stolice.

Výsuv pokračuje s nastavením výsuvného nosu až do okamžiku, kdy se blíží přechod z výsuvného nosu na nosnou konstrukci. V tuto chvíli je nutné výsuvný nos srovnat do tečné polohy. Tento proces, stejně jako ostatní manipulace s výsuvným nosem, probíhá pomocí hydrauliky umístěné na jeho horním pasu u přechodu na nosnou konstrukci.

Narovnání výsuvného nosu do nastavení 0 m je spojeno s velice zajímavým fenoménem. V důsledku opačného vymezení vůle v čepech spojujících horní i spodní pás výsuvného nosu s nosnou konstrukcí, resp. adaptérem, dojde ke změně směru namáhání výsuvné stolice resp. pilíře. Celý pilíř tak v hlavě vodorovně poskočí.

Z důvodu velké štíhlosti je konstrukce v polích nadvýšena až o 70 cm (!!!). Toto představuje výzvu zejména na přechodu z výsuvného dvora na most, kdy dost často je zatížení přenášeno jen jednou výsuvnou stolici ve výsuvném dvoře a ostatní, včetně opěry 100, jsou odlehčeny a poskytují jen příčné vedení.

Aktuálně připravujeme výsuv Taktu 7, což je poslední velký výsuv. Finální devátý výsuv, kterým uzavřeme přemostění údolí, budeme provádět v létě tohoto roku.

Závěr

Výsuvy mostu Gottleaubatalbrücke v německé Pirně představují výzvu jak pro tým projektantů, zhotovitele i dělnický personál na místě. Doufáme, že se nám tímto příspěvkem povedlo všem zúčastněným poděkovat za jejich nasazení v tomto náročném projektu.

Autoři: Doc. Ing. Marek Foglar, Ph.D.,
Ing. Libor Švec,
Ing. Igor Chorovský,
Ing. Jan Krysta,
Ing. Vladimír Beneš,
Metrostav a.s.