Mosty extradosed

HISTORIA

Historia mostów extradosed zaczyna się w 1976 roku, gdy rozpoczęła się budowa mostu Ganter w Szwajcarii. Po czterech latach budowy konstrukcja Christiana Menna nad przełęczą Simplon została ukończona, pokazując światu nowatorski obiekt, który ciężko było zakwalifikować do jakiejkolwiek kategorii. Z wyglądu most przypominał podwieszony, jednak charakterystyczne niskie pylony i obetonowane wanty nie pozwalały na jednoznaczne przypisanie do tej kategorii.

Przez kilka następnych lat zaczęły powstawać analogiczne obiekty, jednak ze względu na swoje wady do których można zaliczyć np. brak możliwości wymiany wanty, czy trudności w oszacowaniu zarysowań otuliny cięgien, nie zyskały one dużej popularności i zaczęto szukać alternatywnych rozwiązań.

Most Ganter - fot. Clare66

Osiem lat później Jacques Mathivat po raz pierwszy używa terminu „Extradosed Prestressed Bridge” w odniesieniu do swojej koncepcji wiaduktu L’Arret Darre.

Wiadukt L’Arret Darre - Mermigas K. K.: Behaviour and design of extradosed bridges, Uniwersytet

Toronto, 2008

Jego konstrukcja, podobnie jak obiekt Christiana Menna jest mostem pośrednim pomiędzy konstrukcjami belkowymi, a podwieszonymi, jednak w tym przypadku pracą bardziej przypomina most dźwigarowy. Charakteryzuje się niskimi pylonami, które pełniły rolę dewiatorów i pozwalały na wyniesienie kabli sprężających ponad pomost. Dodatkowo, pozwalała to na zwiększenie wysokości ramienia działania siły sprężającej, bez konieczności zwiększania wysokości przekroju poprzecznego dźwigara. Niższy pylon automatycznie zmniejsza również kąt nachylenia want, co skutkuje dodatkowym doprężeniem pomostu i objawia się korzystnym wyrównaniem momentów przęsłowych i podporowych, a także zmniejszeniem ugięć.

Zaproponowana konstrukcja mostu Ganter nie pozwala na jej jednoznaczną klasyfikację, a tym samym na uznanie go za pierwszy most typu extradosed na świecie. Zaszczyt ten przypada projektowi Akio Kasugi, wybudowanemu w 1994 roku w Japonii – Odawara Blueway.

 

Most Odawara Blueway - fot. Cassiopeia sweet

CHARAKTERYSTYKA KONSTRUKCJI

Cechą, która rzuca się od razu w oczy, gdy patrzymy na konstrukcję extradosed, jest dużo niższy pylon mający wysokość równą jednej trzeciej wysokości analogicznego pylonu w moście podwieszonym. Do projektowania wstępnego możemy przyjąć, że stanowi ona 0,1 rozpiętości przęsła głównego. Takie proporcje implikują dodatkowo mniejszy kąt nachylenia kabli sprężających, który średnio wynosi 17^o. 

Porównanie schematów pracy mostów podwieszonych i extradosed pod działaniem ciężaru własnego

Dodatkowo wanty są zdecydowanie krótsze i mniej podatne na efekty zmęczeniowe, z większymi dopuszczalnymi naprężeniami, które mogą wynosić nawet 0,6 f_pk.

Porównanie konstrukcji: belkowych, extradosed i podwieszonych

Konstrukcje extradosed możemy kształtować stosując jedno z dwóch podejść:

• sztywne połączenie pylonu z dźwigarem (wg Mathivata) – jest to rozwiązanie bliższe konstrukcjom belkowym, gdzie pylon pełni rolę dewiatora i pozwala na wyprowadzenie sprężenia poza obrys przekroju
• sztywne połączenie pylonu z filarem (wg Menna) – jest to rozwiązanie bliższe konstrukcjom podwieszonym, gdzie pylon stanowi zamocowanie want, a pomost kształtujemy, jako maksymalnie wiotki.

Za ekonomiczne rozpiętości Japońscy inżynierowie, którzy wybudowali najwięcej tego typu obiektów, uważają wartości rzędu 100÷200 m, jednak ostatnie realizacje przesuwają tę wartość do góry, ponieważ wybudowano już obiekty Kiso i Ibi, które mogą się pochwalić rozpiętosciami 275 m, dzięki zastosowaniu rozwiązania hybrydowego, wykorzystującego połączenie stali i betonu. 

Długość przęseł bocznych można dobierać z zakresu 0,5÷0,8 długości przęsła głównego, należy jednak pamiętać o wynikach ostatnich badań, które pokazują, że zastosowanie długości większej od 0,6 rozpiętości przęsła głównego spowoduje znaczne ugięcia, które są niekorzystne dla struktury. Zestawienia smukłości wyraźnie pokazują nam, że mosty extradosed plasują się pomiędzy konstrukcjami belkowymi i podwieszonymi.

fot. Nicolas Janberg

Porównanie smukłości pomstów podiweszonych, extradosed i belkowych wg Flaga K., Torba-Ruchwa J.: Europa kolebką konstrukcji mostowych typu extradosed, Czasopismo techniczne, z. 14-B/2004

Zalecane wysokości co do dźwigara różnią się w zależności od cytowanego autora. Kształtują się one jednak na poziomie 30 przy podporze i 45 w przęśle, gdzie liczby oznaczają stosunek rozpiętości przęsła głównego do wysokości dźwigara. Zalecenia co do odległości zakotwienia pierwszego kabla od pylonu mówią, że najlepiej umieścić je w odległości 0,18÷0,25 rozpiętości przęsła głównego, ponieważ gdy zrobimy to zbyt blisko, to nie będziemy efektywnie wykorzystywać stali.

Szacunkowe wyliczenia Jacquesa Mathivata wskazują także na jakże ważny w dzisiejszych czasach aspekt ekonomiczny. Jak się okazało, głównie ze względu na niższy pylon, możemy zmniejszyć kapitałochłonność obiektu nawet o 30% w stosunku do mostów podwieszonych. Ponadto zmniejsza się nam również czas budowy i minimalizowane są problemy technologiczne związane z wykonywaniem wysokiego pylonu w moście podwieszonym. Christian Menn postuluje również, że konstrukcje tego typu są dużo lepszym rozwiązaniem w terenach górskich, ponieważ obiekty podwieszone źle prezentują się na tle głębokich dolin.

Niezależnie od zastosowanego rozwiązania stworzymy dzieło ciekawe i oryginalne, ponieważ nadal na świecie nie powstało wiele tego typu obiektów. Myślę, że z biegiem czasu będziemy mogli coraz częściej zobaczyć w naszym otoczeniu niższych kuzynów mostów podwieszonych, jednak żeby tak się stało, trzeba bardziej wypromować nowe rozwiązanie, ponieważ nadal wiedza na ich temat jest znikoma.

Dawid Kisała

Posted in: artykuł, extradosed