4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i viadukata
Korisno je i ponoviti činjenicu da su više od 80 % svih izgrađenih mostova i
viadukata betonski gredni i okvirni i ta tendencija se nastavlja. Veličina raspona,
ukupna dužina, konstrukcija poprečnih presjeka, način oslanjanja i prenosa uticaja
sa rasponske konstrukcije na stubove i tehnologija gradnje mijenjali su se u toku
više od 100 godina razvoja betonskih mostova i dalje će se mijenjati.
U praksi nebi smjeli biti dozvoljeni diskontinualni sistemi betonskih mostova
od montažnih nosača ili sistemi sa zglobovima u rasponskim konstrukcijama.
Betonski mostovi su kontinualni, okvirni ili kvaziokvirni. Stubovi mostova – potporna
konstrukcija obrađeni su u desetom poglavlju, a oslanjanje i veze rasponskih
konstrukcija i stubova dati su tački 4.2.2 ovoga poglavlja.
4.3.1 Projektovanje i konstruisanje okvirnih (integralnih) mostova
Integralni mostovi je savremeni naziv za betonske i spregnute mostove okvirnih
konstrukcija bez dilatacija i ležišta. Izgradnja integralnih mostova je monolitna, ili
montažno–monolitizirana, a dimenzije nosivih dijelova konstrukcije su robusnije.
Oštećenja takvih mostova su manja jer su uklonjeni glavni izvori oštećenja, područja
nepovezanosti, dilatacije i zone ležišta. Troškovi održavanja su manji a saobraćaj
sigurniji. Okvirne konstrukcije u sebi sadrže sistemske rezerve u preraspodjeli
opterećenja i statičkih uticaja. Pri koncipiranju integralnih mostova nisu poželjne
dimenzionalne disproporcije, jer se tako izbjegava koncentracija napona i prslina.
Za dijelove konstrukcije mostova, koji brže propadaju, treba da bude omogućena
njihova zamjenljivost. Projektovanje mostova u skladu sa propisima i standardima,
nije dovoljna garancija za dobar i trajan most. Potrebna je pravilna koncepcija, koja
pored standarda uvažava iskustva savremene prakse i povratne informacije sa
održavanja i upravljanja mostovima.
Integralni okvirni mostovi ne preporučuju se kod kosih konstrukcija, kada je ugao
zakošenja manji od 30° i kod okvirnih konstrukcija veće dužine sa niskim krutim
stubovima. Interakcija most – temeljno tlo je bitna komponenta deformacionog i
nosivog ponašanja integralne konstrukcije pa je potrebno učestvovanje projektanata
objekta i geomehaničara pri određivanju realnih geomehaničkih parametara.
Prednosti integralnih mostova su:
▪▪ manji troškovi izgradnje,
▪▪ manji troškovi održavanja i popravljanja jer ovakvi mostovi nemaju elemenata
koji zahtijevaju intenzivno održavanje. Ležišta i dilatacije na mostovima
povećavaju troškove izgradnje i troškove održavanja, nesigurnost i zastoje
u saobraćaju, zato ih treba primjenjivati kad su zaista potrebne. Prodiranje
vode sa kolovoza u zonama dilatacija i ležišta su najčešće uzroci oštećenja i
destrukcije betona. Zamjena dilatacija i ležišta je često vrlo složena i skupa,
posebno na autoputevima sa gustim saobraćajem.
148
4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i viadukata
▪▪ jednostavnije i brže građenje pošto nema ležišta i dilatacija koji zahtijevaju
strogu toleranciju kod ugrađivanja sa tačnijim redoslijedom izvođenja radova,
▪▪ viši nivo usluge,
▪▪ trajno i od održavanja nezavisno sprečavanje direktnog dostupa soli do
konstrukcijskih elemenata ispod kolovoza,
▪▪ smanjenje opasnosti od nejednakih slijeganja i naginjanja srednjih stubova,
▪▪ preuzimanje negativnih reakcija iz rasponske konstrukcije,
▪▪ kraći krajnji rasponi omogućavaju upotrebu većeg srednjeg raspona kod
konstrukcija sa tri raspona,
▪▪ veće rezerve u nosivosti zbog mogućih preraspodjela uticaja u graničnom
stanju nosivosti.
Veličina parazitnih uticaja u velikoj mjeri zavisi od geometrije objekta, odnosa
krutosti između rasponske konstrukcije i potpora te krutosti temeljnog tla. Od
značaja je primjena što realnijeg modeliranja krutosti i temeljnog tla, sa čime se
računskim modelom obuhvataju stvarna opterećenja. Ako se za krutost temeljnog
tla primijeni mala vrijednost, onda će se potcijeniti usiljene statičke veličine, koje
nastaju kao posljedica temperaturnih promjena i prednaprezanja. Zbog toga se
kod integralnih mostova izvode odvojeni proračuni nastupajućih usiljenih statičkih
količina, pri čemu se uzimaju u obzir gornje i donje granice karakteristika tla.
Integralni mostovi u krivinama ugodnije reaguju na uticaje od promjene temperature
i skupljanja betona u poređenju sa mostovima u pravcu pa se mogu primijeniti za
mostove veće dužine. Prostorno zakrivljeni mostovi imaju radijalnu deformaciju
tako da na njih manje utiču sile prisile od promjene temperature i reologije betona.
Promjena dužine mostova u krivini se pored obalnih stubova događa po cijeloj
dužini mosta. Konstrukcije od visokovrijednog betona manje su osjetljive na uticaje
od reologije betona zbog čega se mogu primjenjivati za integralne konstrukcije većih
dužina.
Slika 4.54
Zatvorena okvirna armirano betonska konstrukcija
149
4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i viadukata
Statički sistemi integralnih betonskih mostova su okvirne konstrukcije sa jednim,
dva ili više raspona i prikazani su u tački 4.1.3 ovoga poglavlja. Zatvoreni armirano
betonski okvir raspona 2–5 (8) m i visine 2–4 m koristi se za propuste i manje
mostove za vodu i podvožnjake za prolaz ljudi i vozila ispod druge saobraćajnice.
Konstrukcija je racionalna posebno na slabo nosivim tlima i jednostavna za građenje
i održavanje. Dobro je da se konstrukcija spusti pod kolovoz tako da se ne prekida
vozno–dinamički i vizuelni kontinuitet puta.
Otvorena okvirna armirano betonska konstrukcija je racionalna i za građenje
jednostavna kada se primijeni za mostove raspona 8–25 m, temeljene direktno ili
duboko na bušenim šipovima. Za raspone do 15 m gornja konstrukcija je ravna bez
vuta. Za veće raspone preporučuju se vute ili promjenljiva debljina sa paraboličnim
intradosom. Debljina prečke u sredini d ≤ l/20 a pri uklještenju d1 = (1,5 – 1,8)d
(slika 4.53).
Slika 4.55
Okvirna armirano betonska
konstrukcija za manji most
u jednom rasponu
Slika 4.56
Most preko regulisanog korita rijeke izgrađen kao integralna armirano betonska konstrukcija
raspona 20,0 m
Okvirna integralna konstrukcija sa tri nejednaka raspona ukupne dužine do 80 m
(90 m) je jednostavna i ekonomična za monolitnu izgradnju betonskog mosta. Kroz
srednji veći otvor protiče rijeka ili kanal, a bočni manji otvori služe za prolaz lokalnih
150
4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i viadukata
puteva. Temeljenje na bušenim šipovima je jednostavno jer je van korita i povećava
elastičnost okvirne konstrukcije veće dužine (slika 4.57).
Slika 4.57
Shema kontinualne okvirne konstrukcije armirano betonskog mosta
Za objekte dužine 40–80 m treba projektovati fleksibilne obalne stubove što se
najlakše postiže objedinjavanjem temeljenja na bušenim šipovima i obalnog stuba,
sa kraćim konzolnim krilnim zidovima i odgovarajućom izradom nasipa (modifikovani
zasipi). U poglavlju 10 Stubovi mostova i temeljenje je obrađena koncepcija i
konstrukcija elastičnih obalnih stubova i intervencije za omogućavanje deformacija
integralnih konstrukcija. O konstrukciji fleksibilnih upornjaka i interakciji tla i
integralne konstrukcije izrađeno je više studija. Izbjegavanje monolitnog povezivanja
upornjaka i rasponske konstrukcije ima opravdanje kada se usiljene statičke
veličine, koje nastaju od mobiliziranog pritiska zemlje i jako krutog temeljenja, teško
mogu ovladati i kontrolisati. Ako se rasponskom konstrukcijom monolitno povežu
samo srednji stubovi, onda govorimo o semiintegralnom mostu.
Prelaz sa integralnog mosta na trup puta
Za prelaz sa integralnog mosta na trup puta potrebno je konstruisati specifična
rješenja u zavisnosti od dužine mosta i drugih uslova. Kod projektovanja armirano
betonskih propusta, podvožnjaka i manjih mostova dužine do 15 m sa ili bez prelazne
ploče za prelaz sa konstrukcije objekta na trup puta nisu potrebna dodatna rješenja.
Izgrađeni objekat se zasipa kamenim materijalom sa stepenom zbijanja 95–98 % po
Proctoru. Nasipe (zasipe) iza zida okvira treba izraditi u slojevima simetrično na obje
strane da se ne bi izazvala dodatna naprezanja i deformacije okvirne konstrukcije.
Slika 4.58
Prelaz sa
integralnog AB
mosta dužine do
15 m na nasip
puta
151
4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i viadukata
Za prelaz sa konstrukcije objekta dužine do 35 m na trup puta bez prelazne ploče,
potrebna su dodatna rješenja. Nasip iz kamenih materijala ojačava se geomrežama
(modifikovani armirani zasip). Za geomreže se koriste polimerni materijali sa malom
rastegljivošću. Pri polaganju mreže treba da su zategnute – ispružene tako da mogu
odmah preuzeti sile zatezanja. Ugradnjom geomreža smanjuju se potisci nasipa na
konstrukciju. Za objekte na putevima niže kategorije, gdje nisu predviđene prelazne
ploče, potrebno je izgraditi armirano betonske potporne grede presjeka 80/100
na širini objekta – nasipa. Na vrhu spoja potporne grede i konstrukcije izvede se
spojnica širine 2 cm, koja se zapuni sa trajno elastičnim asfalt kitom.
Slika 4.59
Prelaz sa integralnog
objekta dužine 35 m na
nasip puta bez prelazne
ploče
Kod mostova dužine 70 (80) m sa prelaznom pločom na prelazu sa konstrukcije
na nasip potrebna su dodatna rješenja na nasipu i u oslonačkoj zoni prelazne
ploče. Nasip se ojačava geomrežama. Između nasipa obalnog stuba integralne
konstrukcije ugrađuje se sloj stiropora debljine 10–30 cm koji omogućuje
deformacije konstrukcije.
Geomreže smanjuju pritiske nasipa na obalne stubove, a stiropor omogućuje
deformacije. Moguća slijeganja tla iza upornjaka neutrališe prelazna ploča koja se
na konstrukciju oslanja preko neoprenskih ležišta i ne sprečava manje deformacije
integralne konstrukcije. Detalj A oslonačka zona prelazne ploče je prikazana u
poglavlju 10 stubovi mostova.
Slika 4.60
Prelaz sa integralnog mosta dužine do 70 (80 m) na put
152
1. integralna AB
konstrukcija iz
vodotijesnog betona
2. hidroizolacija
3. bitumenski premaz
4. nasip iz kamenitog
materijala
5. kolovozna konstr. puta
6. asfalt na objektu
7. AB prelazna ploča
8. asfaltna dilatacija
9. vodotijesna dilatacija
10. stirodur 10–30 cm
11. geomreže
12. neoprenska ležišta
4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i viadukata
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
AB prednapregnuta RK
prepust RK
greda iznad šipova
AB šipovi Φ150 (Φ120)
prelazna ploča
konzolni krilni zidovi
nivo terena
nivo nasipa za izradu
šipova
asfaltna dilat. polistiren
10–30 cm
radne spojnice
kablovi za prednaprezanje
armatura grede
armatura šipova
Slika 4.61
Elastični krajnji stub sa propuštenim nasipom
Kod dužih nadvožnjaka i drugih objekata kod kojih se želi projektovati integralna
konstrukcija bez ležišta i dilatacija konstruišu se elastički obalni stubovi sa
propuštenim nasipom i bušenim šipovima Ф 120 ili Ф 150 cm. Šipovi se izvode
sa nasipa izgrađenog oko 2,0 m ispod nivelete puta prema slici 4.61. Iznad šipova
betonira se greda širine 1,40 m odnosno 1,70 m, armirana prema shemi sa slike,
do radne spojnice na spoju sa rasponskom konstrukcijom. Koncepcija konstrukcije
je vrlo racionalna jer su šipovi istovremeno temelj i tijelo krajnjeg stuba.
Integralna betonska konstrukcija mosta može se izgraditi i sa rasponskom
konstrukcijom iz prefabrikovanih armirano betonskih prednapregnutih T nosača sa
širokim tankim gornjim pojasom. Betoniranjem ploče i poprečnih nosača na licu
mjesta ostvaruje se spregnuta montažno monolitna okvirna – integralna konstrukcija.
Na slici 4.62 je pokazan detalj takve konstrukcije na krajnjim stubovima.
153
4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i viadukata
Slika 4.62
Kruta veza prefabrikovanih T nosača i krajnjih stubova integralne konstrukcije
Iznad bušenih šipova dijametra 120 ili 150 se u I fazi do radne spojnice betonira
ležišna greda. Na ivici ležišne grede se postavljaju neoprenska ležišta za privremeno
elastično oslanjanje nosača na širini min. 20 cm. Po montaži nosača armira se
i betonira gornji dio odnosno poprečni nosači i kolovozna ploča sa osloncima za
prelazne ploče. Armatura sa čela nosača i moždanici sa armaturom poprečnog
nosača i ploče čine jedinstvenu kruto povezanu okvirnu konstrukciju. Po istim
principima konstruiše se i kruto povezivanje montažnih nosača na vrhu srednjih
stubova (slika 4.63).
Slika 4.63
Kruta veza montažnih T nosača nad srednjim stubovima
154
4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i viadukata
Statička analiza integralnih mostova
Jedan od razloga za nedovoljnu primjenu integralnih mostova je težnja projektanata
za jasnim aplikativnim statičkim sistemima grednih mostova. Savremena računska
oprema i programi koji se zasnivaju na teoriji konačnih elemenata omogućuju
egzaktniju i brzu analizu integralnih mostova na prostornom 3D modelu. Integralni
i konvencionalni mostovi se međusobno razlikuju po načinu preuzimanja uticaja
od promjene temperature, reologije betona i deformacija. Kod konvencionalnih
mostova horizontalne deformacije su slobodne, a kod integralnih mostova su
djelomično spriječene kontaktom sa tlom i nasipom. Interakcija most – temeljna
tla i nasip je od bitnog značaja za ponašanje konstrukcije pri preuzimanju uticaja
i deformacija posebno pri preuzimanju deformacija od parazitnih uticaja. Statičku
analizu pojedinih nosivih dijelova integralne konstrukcije nije moguće obrađivati
odvojeno jer je nosiva konstrukcija integralna sa kompleksnim interaktivnim
djelovanjem rasponske konstrukcije, obalnih stubova sa krilnim zidovima, srednjih
stubova, temelja (šipova), temeljnog tla i trupa puta.
Slika 4.64
Model integralne konstrukcije u jednom rasponu
Veličina parazitnih dejstava zavisi od geometrije objekta od odnosa krutosti između
rasponske konstrukcije i stubova i od krutosti temeljnog tla. Kod monolitne – krute
povezanosti rasponske konstrukcije sa obalnim stubovima posebno je značajna
realna ocjena krutosti temeljnog tla. Pri projektovanju integralnih mostova je
neophodna veća saradnja projektanta sa geomehaničarom nego kod projektovanja
konvekcionalnih mostova. Najbolji način da se izbjegne rizik nepravilne procjene
krutosti tla je da se statičke veličine i deformacije integralne konstrukcije sračunaju
za dvije krajnje vrijednosti karakteristika temeljnog tla. Ocjena realne krutosti tla
i promjene njene vrijednosti po dubini je objektivno vrlo teška. Ako na primjer za
integralni most uzmemo niske vrijednosti koeficijenata krutosti tla, dobiju se za oko
15 % veće vrijednosti momenata i deformacija u sredini rasponske konstrukcije.
155
4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i viadukata
Za visoke vrijednosti koeficijenata krutosti tla dobiju se za oko 10 do 15 % veće
vrijednosti momenata na spoju rasponske konstrukcije i stubova. Sa manjim
dodatkom armature ili kablova treba preuzeti ekstremne uticaje za oba slučaja.
Statičke veličine od parazitnih uticaja zavise i od koeficijenata temperaturnog
izduženja i modula elastičnosti betona. Na te karakteristike materijala se može
uticati izborom agregata. Ako statička analiza pokaže da se parazitni uticaji, a
posebno uticaji od promjene temperature ne mogu preuzeti monolitnom krutom
vezom i modifikovanim nasipom, tada treba opustiti krutu vezu i projektovati
kvaziintegralnu konstrukciju.
Konstrukcija poprečnih presjeka okvirnih (integralnih) mostova biće obrađena u
posebnoj tački ovoga poglavlja zajedno sa poprečnim prosjecima grednih mostova.
U periodu intenzivne gradnje oko 600 km autoputeva u Sloveniji od 1995. do 2010.
godine projektovano je više od 150 manjih mostova, podvožnjaka i nadvožnjaka kao
integralne konstrukcije. Praksa je potvrdila sva rješenja ovdje prikazana. Objekti
služe bez ikakvih oštećenja, trajni su i lijepi posebno integralni nadvožnjaci.
4.3.2 Projektovanje i konstruisanje grednih mostova
4.3.2.1 Opšti dio
Osovine i nivelete puteva bitno utiču i predodređuju geometriju i izgled rasponskih
konstrukcija (RK) mostova. U tački 3.3 detaljnije su obrađeni geometrijski elementi
puteva i njihov uticaj na projektovanje i konstruisanje mostova. Kontinualni gredni
mostovi sa tri ili više približno istih raspona projektuju se na ravnim rasponskim
konstrukcijama i paralelnim pojasevima (slika 4.65 i slika 4.66).
Slika 4.65
Gredni most sa ravnom rasponskom konstrukcijom i paralelnim pojasevima
Slika 4.66
Most preko rijeke
Savinje na autoputu
Ljubljana – Celje
izgrađen 1996
156
Download

dio sadržaja - .pdf - MOSTOVI