9
4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i viadukata 148 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.

4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i ... · ploče, potrebno je izgraditi armirano betonske potporne grede presjeka 80/100 na širini objekta – nasipa. Na vrhu

  • Upload
    others

  • View
    51

  • Download
    1

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i ... · ploče, potrebno je izgraditi armirano betonske potporne grede presjeka 80/100 na širini objekta – nasipa. Na vrhu

4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i viadukata

148

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.

Page 2: 4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i ... · ploče, potrebno je izgraditi armirano betonske potporne grede presjeka 80/100 na širini objekta – nasipa. Na vrhu

4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i viadukata

149

▪ 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 4.54Zatvorena okvirna armirano betonska konstrukcija

Page 3: 4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i ... · ploče, potrebno je izgraditi armirano betonske potporne grede presjeka 80/100 na širini objekta – nasipa. Na vrhu

4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i viadukata

150

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).

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

Slika 4.55Okvirna armirano betonska konstrukcija za manji most u jednom rasponu

Slika 4.56Most preko regulisanog korita rijeke izgrađen kao integralna armirano betonska konstrukcija raspona 20,0 m

Page 4: 4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i ... · ploče, potrebno je izgraditi armirano betonske potporne grede presjeka 80/100 na širini objekta – nasipa. Na vrhu

4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i viadukata

151

puteva. Temeljenje na bušenim šipovima je jednostavno jer je van korita i povećava elastičnost okvirne konstrukcije veće dužine (slika 4.57).

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 4.57Shema kontinualne okvirne konstrukcije armirano betonskog mosta

Slika 4.58Prelaz sa integralnog AB mosta dužine do 15 m na nasip puta

Page 5: 4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i ... · ploče, potrebno je izgraditi armirano betonske potporne grede presjeka 80/100 na širini objekta – nasipa. Na vrhu

4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i viadukata

152

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.

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.

1. integralna AB konstrukcija iz vodotijesnog betona

2. hidroizolacija3. bitumenski premaz4. nasip iz kamenitog

materijala5. kolovozna konstr. puta6. asfalt na objektu7. AB prelazna ploča8. asfaltna dilatacija9. vodotijesna dilatacija10. stirodur 10–30 cm11. geomreže12. neoprenska ležišta

Slika 4.59Prelaz sa integralnog objekta dužine 35 m na nasip puta bez prelazne ploče

Slika 4.60Prelaz sa integralnog mosta dužine do 70 (80 m) na put

Page 6: 4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i ... · ploče, potrebno je izgraditi armirano betonske potporne grede presjeka 80/100 na širini objekta – nasipa. Na vrhu

4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i viadukata

153

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.

Slika 4.61Elastični krajnji stub sa propuštenim nasipom

1. AB prednapregnuta RK2. prepust RK 3. greda iznad šipova 4. AB šipovi Φ150 (Φ120) 5. prelazna ploča 6. konzolni krilni zidovi 7. nivo terena8. nivo nasipa za izradu

šipova9. asfaltna dilat. polistiren

10–30 cm10. radne spojnice11. kablovi za prednaprezanje12. armatura grede13. armatura šipova

Page 7: 4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i ... · ploče, potrebno je izgraditi armirano betonske potporne grede presjeka 80/100 na širini objekta – nasipa. Na vrhu

4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i viadukata

154

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 4.62Kruta veza prefabrikovanih T nosača i krajnjih stubova integralne konstrukcije

Slika 4.63Kruta veza montažnih T nosača nad srednjim stubovima

Page 8: 4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i ... · ploče, potrebno je izgraditi armirano betonske potporne grede presjeka 80/100 na širini objekta – nasipa. Na vrhu

4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i viadukata

155

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.

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.

Slika 4.64Model integralne konstrukcije u jednom rasponu

Page 9: 4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i ... · ploče, potrebno je izgraditi armirano betonske potporne grede presjeka 80/100 na širini objekta – nasipa. Na vrhu

4. Projektovanje betonskih grednih i okvirnih mostova i viadukata

156

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 4.65Gredni most sa ravnom rasponskom konstrukcijom i paralelnim pojasevima

Slika 4.66Most preko rijeke Savinje na autoputu Ljubljana – Celje izgrađen 1996