BETÓNOVÉ MOSTY I, Navrhovanie železobetónových mostov pozemných komunikácií podľa Eurokódov

217 Pages·2012·5.4 MB·Slovak

by  Jaroslav Halvonik

Betónové mosty I
Navrhovanie železobetónových mostov
pozemných komunikácií podľa Eurokódov
Jaroslav Halvonik – Viktor Borzovič
Betónové mosty I
Navrhovanie železobetónových mostov
pozemných komunikácií podľa Eurokódov
Jaroslav Halvonik – Viktor Borzovič
SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE
2012
Všetky práva vyhradené. Nijaká časť textu nesmie byť použitá na ďalšie šírenie
akoukoľvek formou bez predchádzajúceho súhlasu autorov alebo nakladateľstva.

© prof. Ing. Jaroslav Halvonik, PhD., Ing. Viktor Borzovič, PhD.

Recenzenti: doc. Ing. Martin Moravčík, PhD.
Ing. František Brliť

Schválila Edičná rada Stavebnej fakulty STU v Bratislave.

ISBN 978-80-227-3707-4
Predslov .......................................................................................................................... 5
1. Priestorové usporiadanie mostov pozemných komunikácií ......................................... 7
2. Hlavné časti mostov ..................................................................................................... 12
2.1 Horná stavba .................................................................................................. 15
2.1.1 Nosná konštrukcia mosta ................................................................ 15
2.1.2 Mostný zvršok ................................................................................. 22
2.2 Spodná stavba ............................................................................................... 29
2.2.1 Opory a krídla .................................................................................. 29
2.2.2 Medziľahlé podpery ......................................................................... 35
2.2.3 Prechodové oblasti a prechodové dosky ........................................ 36
3. Zaťaženie a kombinácie zaťažení ................................................................................ 39
3.1 Stále zaťaženia .............................................................................................. 39
3.1.1 Vlastná tiaž konštrukcie ................................................................... 39
3.1.2 Tiaž mostného zvršku a vybavenia mosta ....................................... 40
3.1.3 Nerovnomerné sadnutie podpier ..................................................... 41
3.2 Premenné zaťaženie od dopravy ................................................................... 41
3.2.1 Rozdelenie vozovky na náhradné zaťažovacie pásy ...................... 42
3.2.2 Zvislé zložky pohyblivého zaťaženia – charakteristické hodnoty .... 43
3.2.3 Vodorovné sily – charakteristické hodnoty ...................................... 46
3.2.4 Skupiny zaťažení grX od dopravy ................................................... 47
3.2.5 Únavové zaťažovacie schémy ........................................................ 49
3.2.6 Zaťaženia pre mimoriadne návrhové situácie ................................. 51
3.2.7 Zaťažovacie modely pre opory a priľahlé steny mostov .................. 54
3.2.8 Zaťaženia na chodníkoch, cyklistický cestách a lávkach ................ 54
3.2.9 Špeciálne vozidlá ............................................................................ 57
3.3 Ostatné premenné zaťaženia ......................................................................... 58
3.3.1 Zaťaženie teplotou .......................................................................... 58
3.3.2 Zaťaženie vetrom ............................................................................ 63
3.3.3 Zaťaženie snehom .......................................................................... 63
3.4 Kombinácie zaťažení ..................................................................................... 63
4. Navrhovanie mostných konštrukcií .............................................................................. 70
4.1 Materiály ......................................................................................................... 70
4.1.1 Betón ............................................................................................... 70
4.1.2 Betonárska výstuž ........................................................................... 81
4.2 Trvanlivosť ..................................................................................................... 84
4.2.1 Stupne agresivity prostredia ............................................................ 84
4.2.2 Pevnostné triedy betónov z hľadiska trvanlivosti ............................. 86
4.2.3 Krytie výstuže betónom ................................................................... 87
4.3 Analýza konštrukcie ....................................................................................... 90
4.3.1 Metódy na analýzu konštrukcie ....................................................... 90
4.3.2 Idealizácia konštrukcie .................................................................... 91
4.4 Mechanická odolnosť betónových konštrukcií (ULS) ..................................... 94
4.4.1 Ohybová odolnosť ........................................................................... 94
4.4.2 Šmyková odolnosť ........................................................................... 98
4.4.3 Odolnosť v krútení ........................................................................... 105
4.4.4 Sústredené namáhania ................................................................... 111
4.4.5 Medzný stav únavového porušenia ................................................. 114
4.4.6 Prostý betón ..................................................................................... 120
4.5 Medzné stavy používateľnosti (SLS) .............................................................. 123
4.5.1 Kontrola napätí v materiáloch .......................................................... 123
4.5.2 Kontrola vzniku a šírky trhlín ............................................................ 127
4.5.3 Kontrola deformácií .......................................................................... 135
4.5.4 Kmitanie konštrukcií ........................................................................ 136
3
4.6 Konštrukčné zásady ....................................................................................... 138
4.6.1 Svetlá vzdialenosť medzi prútmi výstuže ......................................... 138
4.6.2 Minimálne priemery ohybov ............................................................. 138
4.6.3 Kotvenie pozdĺžnej výstuže ............................................................. 138
4.6.4 Stykovanie a spájanie pozdĺžnej výstuže ........................................ 141
4.6.5 Maximálne vzdialenosti výstuže ...................................................... 143
4.6.6 Čiara materiálového krytia .............................................................. 143
5. Príklady ........................................................................................................................ 145
5.1 Doskový monolitický železobetónový most .................................................... 145
5.1.1 Predbežný návrh rozmerov nosných prvkov .................................... 146
5.1.2 Posúdenie opory .............................................................................. 148
5.1.3 Statická analýza hornej stavby ........................................................ 154
5.1.4 Overenie ohybovej odolnosti ........................................................... 159
5.1.5 Overenie šmykovej odolnosti ........................................................... 161
5.1.6 Overenie únavovej odolnosti ........................................................... 163
5.1.7 Kontrola napätí v materiáloch a kontrola šírky trhlín ....................... 166
5.1.8 Prehľadný výkres a schéma vystuženia dosky ................................ 170
5.2 Trámový monolitický železobetónový most .................................................... 175
5.2.1 Predbežný návrh rozmerov nosných prvkov .................................... 175
5.2.2 Posúdenie opory ............................................................................. 178
5.2.3 Statická analýza hornej stavby ....................................................... 186
5.2.4 Overenie ohybovej odolnosti .......................................................... 191
5.2.5 Overenie šmykovej odolnosti .......................................................... 193
5.2.6 Overenie únavovej odolnosti .......................................................... 195
5.2.7 Kontrola napätí v materiáloch a kontrola šírky trhlín ....................... 199
5.2.8 Prehľadný výkres a schéma vystuženia trámu ............................... 202
Značky ............................................................................................................................. 207
Literatúra ......................................................................................................................... 213
4
Predslov
Publikácia je určená najmä študentom stavebných fakúlt, ale aj projektantom ako pomôcka
na navrhovanie betónových mostov. V publikácii sú zhrnuté najdôležitejšie požiadavky, ktoré
je potrebné splniť, aby navrhnutá nosná konštrukcia mosta bola nielen bezpečná, ale
funkčná počas celej predpokladanej životnosti. Uvádzané návrhové pravidlá a kritériá
dôsledne vychádzajú z teórie medzných stavov, pričom odrážajú najmä požiadavky
spoločných európskych noriem – eurokódov. Súčasne je väčšina z nich aplikovateľná tak na
železobetónové, ako aj na predpäté mosty. Čitateľ môže okrem teoretických poznatkov
získať aj praktické skúsenosti z navrhovania železobetónových mostov vďaka dvom
príkladom, ktoré sú súčasťou publikácie.
Publikácia je rozdelená spolu do 5 kapitol. Prvá kapitola je venovaná priestorovému
usporiadaniu mostných konštrukcií na pozemných komunikáciách. Ide najmä o šírkové
usporiadanie mosta, prejazdné profily a požadované gabarity. Druhá kapitola uvádza
základné pojmy používané v mostnom staviteľstve, hlavné časti mostného objektu, ktoré
ďalej podrobnejšie opisuje. Tretia kapitola je venovaná zaťaženiam mostov na pozemných
komunikáciách a na lávkach pre chodcov. Okrem stálych zaťažení sú v kapitole popísané
premenné zaťaženia spôsobené dopravou a zaťaženia spôsobené teplom. Ďalej sú tu
uvedené pravidlá na vytváranie návrhových kombinácií zaťažení, ktoré sa používajú na
overenie bezpečnosti a používateľnosti nosnej konštrukcie mosta. Štvrtá kapitola je
rozsahom najväčšia a obsahuje teóriu navrhovania betónových konštrukcií so zreteľom na
špecifické požiadavky mostov. Okrem opisu fyzikálno-mechanických vlastností nosných
materiálov sa v kapitole venuje veľká pozornosť napr. požiadavkám na zaistenie trvanlivosti
betónových mostov. Ďalej sa kapitola venuje všetkým relevantným spôsobom namáhania,
ako sú ohyb, šmyk, krútenie, sústredené namáhanie, nielen z hľadiska jednorazového
porušenia, ale aj únavového zlyhania. V kapitole sú vysvetlené prakticky všetky relevantné
kritériá, ktoré potrebuje projektant na návrh železobetónového mosta. Piatu kapitolu tvoria
dva príklady. Prvý príklad je venovaný návrhu masívnej opory a železobetónovej doskovej
konštrukcie, druhý príklad návrhu železobetónovej stenovej opory a trámovému mostu.
Každý príklad je ukončený schémou vystuženia.
Cieľom autorov publikácie bolo vysvetliť základné princípy a postupy používané pri návrhu
železobetónových mostných konštrukcií s ohľadom na prechod na nové európske normy,
ktoré dôsledne vychádzajú z teórie medzných stavov.
Autori ďakujú recenzentom publikácie Ing. Františkovi Brliťovi a doc. Ing. Martinovi
Moravčikovi, PhD., za cenné pripomienky, rady a námety. Rovnako ďakujú Ing. Marte
Kalinovej za aktívnu pomoc pri tvorbe tejto publikácie.
5
6
1 Priestorové usporiadanie mostov pozemných komunikácií
Určenie okrajových podmienok priestorového usporiadania mosta je prvou podmienkou pri
návrhu geometrického tvaru mostného objektu. Tieto podmienky zohľadňujú požiadavky
komunikácie na moste a prekážky pod mostom, ktorá sa premosťuje. Ide teda o stanovenie
šírkového, dĺžkového a výškového usporiadania na moste a pod mostom.
Priečne usporiadanie cestnej komunikácie na moste je dané normou [34]. Vychádza
z nasledujúcich predpokladov:
• aby sa voľná šírka na moste (v podjazde) bez ohľadu na priečnu úpravu rovnala voľnej
šírke na voľnej trati, t. j. pred a za mostom,
• aby sa šírka jazdných pásov na moste (v podjazde) zachovala taká istá ako na voľnej
trase.
Dopravný priestor (cestný, železničný, električkový) nad jazdnou časťou komunikácie spolu
s priechodných priestorom pre chodcov a cyklistov vytvárajú spoločne prejazdný priestor.
Priečny rez týmto priestorom vedený kolmo na os jazdného pása tvorí priechodný prierez.
Priechodné prierezy sú svetlé prierezy, do ktorých nesmú zasahovať žiadne časti stavieb,
stavebných konštrukcií a zariadení, okrem výnimiek uvádzaných normou. Tieto prierezy majú
horné obmedzenie rovnobežné s povrchom jazdného pása a bočné obmedzenie je zvislé.
povrch vozovky
h
p
povrch
h
c
chodníka
b (b ,b ) b
p 1 2 c
Obrys priechodného prierezu a) nad vozovkou b) nad chodníkom

Obr. 1.1 – Schéma priechodných prierezov
Šírka priechodného prierezu pozemnej komunikácie b sa stanoví ako voľná (kategóriová)
p
šírka b pri smerovo nerozdelených komunikáciách alebo ako čiastková voľná šírka b , b pri
1 2
smerovo rozdelených komunikáciách.
Výška priechodného prierezu h je:
p
4,80 m - pri diaľniciach, rýchlostných cestách a cestách I. a II. triedy,
4,50 m - pri cestách III. triedy a miestnych rýchlostných a zberných komunikáciách,
4,20 m - pri miestnych komunikáciách, obslužných a účelových komunikáciách,
5,85 m - pri podjazdoch pod ľahkými dopravníkovými mostmi a podobným
zariadením, ochrannými sieťami, potrubím a iným vedením,

7
5,20 m - na osobitne určených trasách.
Šírka priechodného prierezu pre chodcov a cyklistov b sa stanoví v závislosti od výhľadovej
c
intenzity premávky chodcov a cyklistov. Základná šírka pruhu pre chodcov je 0,75 m a pre
cyklistov 1,0 m. Celková šírka chodníka sa získa po pridaní bezpečnostného odstupu 0,5 m,
z čoho vyplýva minimálna šírka 1,25 m. Výška priechodného prierezu h je 2,50 m.
c
Služobné chodníky sa navrhujú na mostoch, ktoré nemajú verejné chodníky. Ich funkcia sa
týka údržby mosta. Navrhujú sa na mostoch väčšej dĺžky ako 50 m s dovolenou rýchlosťou
nad 80 km/h. Šírka služobného chodníka b je 0,75 m.
c
Príklady priečneho usporiadania zvodidiel a obrubníkov na mostoch a podjazdoch sú na
obrázkoch 1.2 až 1.4. Pre betónové zvodidlá sa nenavrhujú predsunuté chodníkové obruby
a analogicky platia obrázky 1.5 aj pre tento typ zvodidla.
Nevyhnutnú voľnú výšku nad vozovkou pozemnej komunikácie tvorí výška priechodného
prierezu h . V prípade podjazdu je potrebné dodržať bezpečnostnú vzdialenosť medzi
p
horným obrysom priechodného prierezu a dolným obrysom zdeformovanej nosnej
konštrukcie mosta alebo jeho vybavením. Odporúčaná hodnota je 0,15 m, ktorá tvorí rezervu
na obnovu asfaltového krytu vozovky alebo ďalšej deformácie nosnej konštrukcie.
Odrazové obrubníky majú od krytu vozovky výšku 0,12 m až 0,20 m. Navrhujú sa, ak je
dovolená rýchlosť na pozemnej komunikácii najviac 60 km/h. V prípade, že je nad
obrubníkom navrhnuté zvodidlo alebo zábradľové zvodidlo, navrhujú sa odrazové obrubníky
aj pri dovolenej rýchlosti viac ako 60 km/h. Výška obrubníka sa navrhuje v súlade
s podmienkami výrobcov konkrétnych typov navrhnutých zvodidiel alebo zábradľových
zvodidiel. Prejazdné obrubníky majú výšku 0,07 m a navrhujú sa v prípade, keď je dovolená
rýchlosť vozidiel na pozemnej komunikácii vyššia než 60 km/h, pozri obr. 1.3.
b z b b b
p c p c
500
80 250 180 min. 810 min. 810

a) most na diaľnici, ceste a miestnej komunikácii b) most na miestnej komunikácii v ≤ 60 km/h
d
s chodníkom

Obr. 1.2 – Príklady priečneho usporiadania betónových zvodidiel na mostoch

8
POZEMNÉ KOMUNIKÁCIE – RÝCHLOSŤ v > 60 km/h
d
b 500 b bp 500
p c
z
500
0 0
5 5
7 7
a) most na diaľnici, ceste a miestnej b) most na diaľnici, ceste a miestnej
komunikácii s chodníkom komunikácii bez chodníka
b 500 b
p c
z
0
5 c) most na ceste s chodníkom
7
(len pri oprave alebo rekonštrukcii)
POZEMNÉ KOMUNIKÁCIE – RÝCHLOSŤ v ≤ 60 km/h
d
b
b b p
p c
500
500
d) most na miestnej komunikácii s chodníkom e) most na miestnej komunikácii
bez chodníka (v prípade zábradľového
zvodidla sa zábradlie nenavrhuje)
b b b 500
p c p
f) most na účelovej komunikácii, príp. ceste g) most na účelovej komunikácii, príp. ceste
s chodníkom bez chodníka

Obr. 1.3 – Príklady priečneho usporiadania oceľových zvodidiel a obrubníkov na mostoch
(zvodidlá sú vykreslená schematicky, použijú sa schválené zvodidlá)

9