Zakotwienia stosowane w konstrukcjach mostowych

fot.**Maurice**

Jak wyglądają obiekty mostowe każdy z nas wie. Niejednokrotnie przemierzaliśmy taki obiekt samochodem, rowerem, czy też pieszo. Jednak dziś, zatrzymamy się na chwilę chcąc przybliżyć  jeden z najważniejszych elementów składających się na układ podwieszenia.

W jaki sposób przenieść bezpiecznie na liny ogromne siły pochodzące od obciążenia na dźwigarze? Jak robi się to we współczesnych konstrukcjach mostowych? Na te, i wiele innych ciekawych pytań, znajdziemy odpowiedź w poniższym artykule.

ZAKOTWIENIE ŚRUBOWE

Pierwszym, a zarazem podstawowym połączeniem cięgien jest zakotwienie śrubowe. Ten typ połączenia jest rzadko spotykany. Występuje głównie w kładkach dla pieszych oraz budowlach niewielkich rozmiarów. W rzeczywistości to nagwintowany pręt (najczęściej spotykane 26.5 mm; 32 mm; 36 mm), rzadziej lina wielozwita (ze splotu o średnicy od 2.9 mm do 7 mm) ze specjalną nagwintowaną końcówką, umożliwiająca trwałe połączenie liny z ustrojem nośnym poprzez nakrętkę opartą na odpowiedniej blasze oporowej.

źródło: Macalloy

Proces połączenia cięgna nie mógłby wyglądać prościej. Wystarczy interesujący nas element obsadzić odpowiednio w elemencie oporowym. Za pomocą specjalnego siłownika pręt zostaje wprowadzony w stan początkowego naprężenia (zostaje rozciągnięty) po czym dokręca się nakrętkę do blachy oporowej. W ten sposób wiemy z jaką siłą w rzeczywistości zostało dokręcone cięgno.

 Ten typ cięgna możemy połączyć z ustrojem nośnym również bez użycia siłownika. Kotwienie wygląda wtedy jeszcze prościej, ponieważ wystarczy dokręcić nakrętkę kluczem dynamometrycznym. Jednak takie rozwiązanie jest brzemienne w skutkach. Nigdy bowiem nie wiemy z jaką dokładnie siłą dokręciliśmy nakrętkę, a co za tym idzie, nie jesteśmy w stanie określić rzeczywistego naciągu (naprężenia w cięgnie). Spowodowane jest to wszechobecnym tarciem na styku nakrętka-blacha oporowa. Pamiętajmy, że podczas dokręcania zwiększamy naprężenie spowodowane siłą normalną, a ta z kolei zwiększa siłę tarcia w efekcie czego, im silniej dokręcamy nakrętkę, tym tarcie staje się większe. Należy zatem, na kluczu dynamometrycznym uwzględnić niekorzystny efekt sił tarcia. W wyniku powyższych utrudnień, montaż tego typu stosuje się na bardzo małych obiektach.

Zaletami połączenia śrubowego jest ogromna prostota w wykonawstwie. Nie da się bowiem uszkodzić tak prostego elementu. Cena i szybki sposób montażu, do którego nie potrzebujemy wyspecjalizowanych narzędzi (wyłączając siłownik), to kolejne atuty przemawiające za wybraniem takiej technologi. Ochrona antykorozyjna również nie jest skomplikowana. Wystarczy zaimpregnować miejsce łączenia farbą antykorozyjna użytą do ochrony pręta bądź liny.

wadami niewątpliwie stają się ograniczenia narzucone przez rodzaj cięgna. Tylko w niewielkich konstrukcjach stosuje się cięgna prętowe, ewentualnie wykonane z lin wielozwitych, gdyż tam zazwyczaj siły osiowe są po prostu mniejsze niż w przypadku cięższych i większych konstrukcji. Siły tarcia zaburzają nam obraz z jaka siłą rzeczywiście zostało dokręcone cięgno.

ZAKOTWIENIA WIDELCOWE

Zakotwienia widelcowe to kolejny typ połączenia cięgna z konstrukcją nośną. Spotykany jest w kładkach dla pieszych i niewielkich rozmiarów obiektach mostowych. Podobnie jak w zakotwieniu śrubowym, także tu cięgnami są pręty i liny wielozwite. Końcówka cięgna jest połączona fabrycznie z elementem zakotwienia, a jedynie naszym zadaniem na budowie jest odpowiednia zmiana w długości cięgna za pomocą śruby rzymskiej, dzięki której możemy skrócić lub wydłużyć cięgno oraz dodatkowo na wprowadzeniu naprężenia rozciągającego. Dlatego też do montażu tego typu elementu nie obejdzie się bez specjalnego siłownika, który rozciągnie element z odpowiednią siła. Niewątpliwie zaletami tego typu połączenia jest wygoda w wykonawstwie oraz koszt montażu elementu na obiekcie pomimo specjalnego siłownika.

Wadą są ograniczenia wytrzymałościowe elementów, dlatego stosuje się je tylko w niewielkich i lekkich konstrukcjach podwieszanych.

źródło: Betonserver

ZAKOTWIENIE TULEJOWE

Trzeci typ zakotwienia to połączenie tulejowe, które jest stosowane tylko w przypadku want prefabrykowanych. Najczęściej spotykane na średnich i dużych obiektach mostowych. Są dwa rozwiązania konstrukcyjne połączenia tego typu.

Pierwsze, w którym rozplecioną końcówkę liny zakotwia się w tulei, za pomocą zalewy kompozytu epoksydowego z płynem cynkowym, która trwale łączy wantę w bloku kotwiącym np. system firmy BBR - Hiam.

Procedura montażu wanty w zalewie epoksydowej wygląda następująco. Wiązkę splotów przekłada się przez blok oporowy oraz przez specjalna tuleje, której powierzchnia zewnętrzna została w nagwintowana w fabryce. Następnie specjalnym siłownikiem rozciąga się sploty do założonego przez projektanta naprężenia kabla. Do tulei wstrzykuje się iniekt, który zastyga i trawle łączy wszystkie sploty.

źródło: 2bangkok

Drugie, polegające na wykonaniu bloku kotwiącego z otworami do przepuszczenia drutów (przeważnie o średnicy 7 mm). Druty są kotwione dzięki zgrubieniom końcówek wykonanych metodą spęczniana na zimno np. system firmy BBR – Dina.

Połączenie systemem Dina polega na przełożeniu wiązki drutów przez płytę kotwiącą oraz nakręceniu specjalnej tulei z gwintem na zewnętrznej powierzchni do korpusu oporowego. Zakłada się nakrętkę ustalającą na tuleję, po czym za pomocą siłownika rozciągamy wantę do ustalonego naprężenia. Następnie dokręcamy prefabrykowaną nakrętkę ustalającą poprzez, która będzie przekazywana siła z wanty na korpus oporowy.

Źródło: Biliszczuk J.: "Mosty podiweszone. Projektowanie i realizacja", Arkady, 2005

Zaletą tych połączeń jest między innymi duża wytrzymałość zmęczeniowa elementów. Ochrona antykorozyjna polega na założeniu na elementy korpusu szczelnej obudowy (kaptur zakotwienia), która uniemożliwi wtargnięcie wilgoci do wnętrza połączenia.

ZAKOTWIENIE SZCZĘKOWE

Ostatnim, najczęściej spotykanym zakotwieniem jest połączenie szczękowe (systemy firmy Freyssinet). Połączenie te jest bardzo skomplikowane, ponieważ każdy splot w kablu łączony jest indywidualnie za pomocą szczęki o kształcie stożkowym. Ten typ zakotwienia występuje tylko dla cięgien kablowych. Występują elementy ochrony antykorozyjnej, sprężyny, bloki kotwiące oraz pierścienie oporowe i regulujące (w połączeniu regulowanym). Konieczne jest w połączeniach tego typu użycie specjalnego siłownika, który naciąga każdy splot kabla.

źródło: Freyssinet

Procedura zakotwienia kabli przedstawia się następująco. Na przełożone sploty cięgna, przez rurę obsadową i blok kotwiący zakłada się pierścień oporowy, w którym są wywiercone otwory w odpowiednim kształcie (odwrotnie stożkowym). Następnie na każdy splot zakłada się szczękę, ze sprężyną dociskową. Kolejno, za pomocą siłownika sprężamy kabel. W trakcie rozciągania kabla, sprężyny dociskają szczęki do pierścienia oporowego, tak by szczęki przesuwały się po rozciąganej linie. Gdy proces sprężania zostanie zakończony, czyli osiągnięte zostanie zamierzone naprężenie w wancie, wówczas na siłowniku zmniejszamy naprężenie wanty, co skutkuje skróceniem kabla, to z kolei spowoduje zaciskanie się szczęk na obwodzie każdego ze splotu. Po procesie łączenia kabla zakłada się na końcówkę kaptur ochronny.

źródło: BBRNetwork

Ten system łączenia ma ogromną zaletą jaką niewątpliwie jest ochrona antykorozyjna. Końcówki splotów oraz szczęki wypełnia się woskiem.

Tłumiki drgań w połączeniach szczękowych są zintegrowane z połączaniem umieszczonym w rurze obsadowej. Żadne inne połączenie nie przewiduje takiego rozwiązania. Zdarzają się systemy, wyposażone w system regulacji naciągu wanty poprzez pierścień regulacyjny np. system VSL. Wadą tego połączenia jest cena, zaś dużą trudność w projektowaniu sprawia dobór odpowiedniego kąta zakotwienia rury obsadowej, gdyż jest ona sztywno zamocowana do ustroju nośnego. Pamiętajmy bowiem, że każda wanta posiada własna masę. Siła ciężkości wywołuje odchylenie krzywizny od cięciwy łączącej oba skrajne punkty zakotwienia elementu, w związku z czym styczna nowo powstałej krzywej musi mieć takie same nachylenie jak rura obsadowa, tak aby elementy idealnie były ze sobą spasowane. W połączeniach przegubowych problem ten nie występuje.

źródło: Freyssinet

Należy nadmienić, iż bez względu na rodzaj zakotwienia, to właśnie ten element decyduje o trwałości systemu podwieszenia i jest zarazem najbardziej kosztowny.

Łukasz Kubat

Kamil Bubic

Posted in: Kamil Bubic, Łukasz Kubat, tulejowe, widelcowe, zakotwienia