5 głównych typologii konstrukcyjnych do realizacji betonowych nawierzchni mostowych
Mosty i wiadukty stanowią najważniejszą infrastrukturę prac budowlanych. Pozwalają na łączność transportu (zarówno samochodowego, kolejowego, jak i pieszego) między dwiema lokalizacjami w obszarze miejskim lub pozamiejskim.
Są one różnego rodzaju, sklasyfikowane pod względem zastosowanego materiału, długości, kształtu, wysokości i wielu innych zmiennych.
W niniejszym artykule poddamy analizie te mosty, które mają betonową nawierzchnię na miejscu: Przedstawimy, które rodzaje są najbardziej powszechne i jak postępować z danymi szalunkami.
Po pierwsze, jak można sklasyfikować betonowe nawierzchnie mostowe?
Klasyfikacja pod względem geometrii
Betonowe nawierzchnie mostowe można sklasyfikować pod względem geometrii według 5 głównych typologii:
Mosty proste: Ten typ geometrii przypisuje się wszystkim nawierzchniom mostów i wiaduktów, które są proste i bez znacznych nachyleń. Ta typologia jest geometrycznie najprostsza pod względem użycia szalunku, jednak ważna jest analiza przekroju (patrz następny akapit): przekrój stały nie jest zbyt skomplikowany, jednak przekrój zmienny musi być przygotowany z wysoką dokładnością.
Mosty o zakrzywionej geometrii: W przypadku geometrii zakrzywionej występuje więcej komplikacji, jak wtedy, gdy nawierzchnia mostu lub wiadukt mają pewne wygięcie i, tym samym, przechył toru. Należy wówczas poddać głębszej analizie rozwiązanie oraz powierzchnię szalunku, która będzie się znajdowała na różnych wysokościach i w różnych kierunkach.
Mosty łukowe: Mosty łukowe stanowią bez wątpienia najbardziej złożony rodzaj, w których łuk pełni funkcję obciążania filarów i górnej jezdni oraz rozkładania ciężaru na fundamentach wzdłuż łuku. Ten rodzaj wybierany jest do podtrzymania dużych odległości, gdy nie można wykorzystywać powierzchni naziemnej.
Mosty wiszące: mosty wiszące pozwalają na pokonywanie bardzo ważnych świateł mostu i charakteryzują się obecnością pali, które przenoszą obciążenia na fundament podtrzymujący pomost za pomocą elementów trakcyjnych (ściągi lub liny stalowe).
Klasyfikacja pod względem przekroju
W nawierzchniach mostowych betonowych na miejscu może znajdować się wiele przekrojów, a wybór projektu może zależeć od wielu zmiennych: obciążenie projektowe, długość przęsła, szerokość i wiele innych czynników.
Pośród najczęściej spotykanych rodzajów można wyróżnić następujące przekroje:
Przekrój skrzynkowy prosty: Ten przekrój jest mniej skomplikowany do zaprojektowania i skonstruowania, gdyż jego geometria jest prosta i stała. Z reguły konstrukcja skrzynkowa zapewnia wysoką odporność na obciążenia od wichrowatości, zazwyczaj spowodowane niewspółosiowością obciążeń, wynikającą z ruchu pojazdów.
Przekrój skrzynkowy jednokomorowy (konstrukcja stała lub zmienna): Konieczność zmniejszenia wymiarów poprzecznych podkonstrukcji (słupków i nadproży), co stanowi ważny czynnik, zwłaszcza w przypadku wyniesionych powierzchni miejskich i pozamiejskich, doprowadziła do częstego projektowania przekrojów skrzynkowych o zmniejszonym rdzeniu w stosunku do całkowitej szerokości konstrukcji nawierzchni.
Przekrój odciążony skrzydłowy (stały lub zmienny): Przekrój odciążony skrzydłowy typu mewa (zazwyczaj z cylindrami styropianowymi) pozwala na zmniejszenie grubości przy zachowaniu nienaruszonych właściwości wytrzymałościowych na główne obciążenia.
Przekrój belkowy typu T: Otwarty przekrój belkowy typu T jest najprostszym przekrojem pod względem struktury, ale również o najniższej efektywności z punktu widzenia samych ciężarów konstrukcyjnych i wytrzymałości na wichrowatość toru.
Krążyny do nadbudowy
Nadbudowę lub nawierzchnię można sklepić różnymi metodami, w zależności od rodzaju samej nawierzchni oraz znajdującego się poniżej ukształtowania orograficznego.
Wyróżnia się 5 głównych rodzajów konstrukcji deskowania nawierzchni mostów betonowych, które przedstawimy ze szczegółami:
- Krążyna pełna
- Krążyna portykowa
- Wózek wsporników postępujących
- Belki prefabrykowane na miejscu budowy
- Krążyna nośna
Krążyna pełna
Krążyna pełna to konstrukcja utworzona z wież o wielokierunkowych elementach spiętych ze sobą, których zadaniem jest przenoszenie na grunt obciążeń działających na powierzchnię, tj. ciężaru własnego, ciężaru szalunku oraz betonu.
System ten umożliwia osiąganie nawet znacznych wysokości, podpierając szalunek pomostu na wymaganej wysokości. Szalunek pomostu składa się zazwyczaj z podwójnej kratownicy z metalowych i drewnianych belek pokrytych powłoką fenolową (patrz ostatni akapit).
Zastosowanie krążyny pełnej jest optymalne w następujących warunkach:
- wysokość do 20 metrów;
- możliwość podparcia na podłożu;
- mała liczba przęseł.
Krążyna portykowa
Krążyna portykowa jest wersją, która umożliwia podtrzymanie przęseł o rozpiętości do 20 metrów bez podparcia na gruncie. Stosuje się ją w przypadkach, gdy konieczne jest zapewnienie przejazdu pojazdów na etapie realizacji lub w przypadku konieczności pokonania przeszkody lub cieku wodnego.
Formę portyku uzyskuje się przy użyciu różnych profili metalowych, w zależności od długości przęsła. Dla rozpiętości do 12 metrów możliwe jest zastosowanie profili HEB-400, które wspierają profile HEB-300 i HEB-140.
W przypadku większych rozpiętości konieczne jest zastosowanie belek kratowych, które podpierają wieże o dużej nośności (nie są już tworzone przez rusztowania wielokierunkowe, ale przez profile metalowe).
Zastosowanie krążyny portykowej jest optymalne w następujących warunkach:
- wysokość powyżej 30 metrów;
- przejście przez ciek wodny lub drogę w celu zapewnienia przejazdu pojazdom o długości nieprzekraczającej 20 metrów;
- gdy do pokrycia jest wiele przęseł, następuje wzrost wydajności w porównaniu z przenoszeniem (montażem i demontażem) całej objętości krążyny użytej w każdym z przęseł.
Wózek wsporników postępujących
Ruchomy system wózków składa się z przenośnych konstrukcji metalowych, które podtrzymują szalunek wspornikowy, betonowany symetrycznie po obu stronach filarów. Konstrukcje te umożliwiają szalowanie, rozbiórkę i przemieszczenie, które odbywa się za pomocą podnośników podpartych na świeżo zabetonowanym odcinku mostu (lub w niektórych przypadkach za pomocą dużych dźwigów).
Już od momentu projektowania budowy mostu należy uwzględnić rodzaj metody, ponieważ konieczne jest, między innymi, określenie długości wyprzedzenia, kąta wyprzedzenia sworznia (ciężar konsoli tworzy strzałkę, którą należy wziąć pod uwagę, aby połączyć się z pozostałą częścią mostu), długość podpory i niezbędną wytrzymałość betonu.
Proces rozpoczyna się od pala, przesuwając jednocześnie wsporniki z obu stron w celu zachowania równowagi podczas betonowania. Po pierwszym zabetonowaniu z każdej strony montuje się metalowe konstrukcje, opierając się o odcinek nawierzchni już zabetonowanej z 3-5-metrowym nawisem.
Przy każdym betonowaniu należy przeanalizować projekt szalunku, ponieważ są one zaprojektowane tak, aby można je było dostosować do różnych przekrojów.
Zastosowanie wózka wsporników postępujących jest optymalne w następujących warunkach:
- wysokość powyżej 20 metrów;
- brak możliwości podparcia na podłożu;
- mosty łukowe.
Belki prefabrykowane na miejscu budowy
Opcją, którą można zastosować w niektórych przypadkach, jest prefabrykacja belek na miejscu budowy w taki sposób, aby wystarczyło umieścić je dźwigiem na wysokości nad słupami, a następnie umieścić płytę wykończeniową. Proces ten pozwala uniknąć transportu prefabrykowanych belek w fabryce, co może być bardzo skomplikowaną czynnością ze względu na ich długość. Przyśpiesza to również proces budowy w porównaniu z rozwiązaniem nieprefabrykowanym.
Z drugiej strony nadal konieczne jest opracowanie rozwiązania szalunkowego do późniejszego betonowania płyty wykończeniowej, a ponadto rozwiązanie to nie dopuszcza nadmiernych krzywizn i/lub pochyleń.
Zastosowanie systemu do belek prefabrykowanych jest optymalne w następujących warunkach:
- mosty / proste wiadukty;
- krótki czas budowy;
- projekt przekroju typu T.
Konstrukcja nośna belkowa
Konstrukcja nośna belkowa to maszyna, którą należy traktować oddzielnie, a nie jako system szalunkowy. Składa się z konstrukcji nośnej utworzonej z ogromnej podłużnej belki, która pełni rolę konstrukcji nośnej i prowadnicy dla ruchomej konstrukcji poprzecznej podtrzymującej szalunek.
Można ją umieścić na nawierzchni pomostu (w tym przypadku szalunek jest wiszący) lub pod pomostem (w tym przypadku szalunek jest podparty). Mechanizm jest napędzany cylindrami hydraulicznymi, które przemieszczają się od świeżo zabetonowanej części do następnego pala, opierając się w ten sposób na 2 kolejnych palach i następnej świeżo zabetonowanej części; dlatego jego długość musi stanowić co najmniej dwukrotność długości przęsła.
Jest to system powolnego montażu (od 1 do 2 miesięcy w zależności od długości) i jest kosztowny, dlatego ma zastosowanie tylko przy długich mostach (minimum 7 lub 8 przęseł) i/lub przy takich wysokościach, przy których krążyna na gruncie byłaby zbyt droga (powyżej 20 metrów) oraz gdy orografia nie sprzyja umieszczeniu krążyny.
Wariantem tego systemu jest podpora belek i klińców, w której konstrukcja podłużna jest bardzo podobna, ale zamiast przesuwania po niej konstrukcji szalunkowej, przesuwane są elementy prefabrykowane.
Zastosowanie konstrukcji nośnej jest optymalne w następujących warunkach:
- duża liczba przęseł;
- znaczące wysokości od podłoża;
- mosty / wiadukty proste o stałym przekroju.
Szalunek nawierzchni
Szalunek nawierzchni składa się z podwójnej sekcji belek, jednej drewnianej i jednej metalowej, która opiera się na konstrukcji dolnej. Może to być krążyna pełna, krążyna portykowa lub inny rodzaj deskowania.
Pokrycie powłoki stykające się z betonem składa się wyłącznie z paneli drewnianych lub częściej z płyt fenolowych.
O ile wykonanie masywnej płyty wymaga jednorazowego betonowania, o tyle wykonanie przekroju skrzynkowego wymaga co najmniej 2.
Budowa mostów i wiaduktów wymaga wielu innych badań, które, ze względu na ograniczenia miejsca, nie są możliwe do przedstawienia w niniejszym artykule.
Z pewnością zrobimy to w kolejnych artykułach. Śledź nas i bądź na bieżąco!
