NIEKTORÉ POZNATKY Z DLHODOBÉHO SLEDOVANIA MOSTU LAFRANCONI

Milan CHANDOGA1) - Jozef ZVARA

2)

SÚHRN Most Lafranconi cez Dunaj v Bratislave (obr.1) bol od začiatku jeho prípravy právom považovaný a zaradený do kategórie výnimočných mostov. Pri návrhu – projektovaní nebolo možné dôsledne aplikovať platné STN (ČSN) 73 6206-72 a STN (ČSN) 73 1251-69, preto bolo potrebné vypracovať zvláštne technické podmienky. Ich vypracovaním poveril investor Riaditeľstvo diaľníc (RD), teraz Slovenská správa ciest (SSC) a projektant Dopravoprojekt, š.p. Katedru betónových konštrukcií a mostov SvF STU. Teoretické štúdie, experimentálne práce a merania na moste v čase prípravy a výstavby spracovali viacerí pracovníci katedry. Väčšina týchto pracovníkov z poverenia SSC Bratislava robí aj pravidelný monitoring a hodnotenie stavebného stavu mosta. V ďalšej časti príspevku sú v krátkosti predstavené niektoré výsledky priebežného monitoringu a závery, ktoré sú podrobnejšie prezentované v správach [4] a [5].

Obr. 1. Most Lafranconi 1)Doc.Ing.Milan Chandoga,PhD., Katedra betónových konštrukcií a mostov SvF STU BA. 2)

Doc.Ing.Jozef Zvara,PhD.,Katedra betónových konštrukcií a mostov SvF STU Bratislava

1. VÝNIMOČNOSŤ MOSTA LAFRANCONI A PROGRAM DLHODOBÉHO SLEDOVANIA

Výnimočnosť nosnej konštrukcie možno definovať takto: - ide o letmobetónovaný predpätý diaľničný most s najväčším rozpätím hlavného poľa na

Slovensku s voľnou konzolou 120 m; - ide o prvú aplikáciu vonkajších káblov umiestnených vo vnútri komorového priečneho

rezu s originálnou vlastnou (domácou) konštrukciou s možnosťou sledovania ich napätosti počas výstavby i dlhodobo;

- ide o aplikáciu tzv. zmiešaného predpätia, adhézneho – súdržného, pri výstavbe voľnej konzoly a bezadhézneho – vonkajšieho, vonkajším predpätím pre účinky ďalšieho stáleho i pohyblivého zaťaženia;

- pri návrhu išlo o novú koncepciu teoretického posudzovania napätosti priečneho rezu predpätého komorového trámu, keď v jeho stenách nie sú zainjektované káble, steny preto môžeme považovať za železobetónové a pripustiť v nich trhliny ako pri železobetóne;

- vystuženie tlakovo exponovanej spodnej dosky konzoly pomerne silnou tlakovou betonárskou výstužou, ktorá pozitívne ovplyvnila najmä retardačným účinkom počiatočnú fázu dotvarovania mladého betónu 120 m dlhej konzoly.

Tak ako pre projektovanie, i pre výstavbu mosta musel byť preto v r. 1991 zostavený zvláštny program dlhodobého sledovania [3] formou opakovaných a periodických meraní počas výstavby a po skončení výstavby periodickými prehliadkami hlavných parametrov ako napr. kontrola únosnosti a prevádzkyschopnosti nosnej konštrukcie i spodnej stavby mosta. Kontroly mali včas odhaliť prípadné skryté chyby. V zmysle [3] sú vykonávané ako jednorázové, alebo ako pravidelné opakované merania a prehliadky: 1. Geodetické merania priehybov. Každoročne. (KG SvF STU Bratislava) 2. Meranie klimatickej teploty a jej rozloženie vo vybratých priečnych rezoch nosnej

konštrukcie. Pri meraní napätosti voľných káblov. (KBKaM SvF STU Bratislava) 3. Meranie napätosti vonkajších a niektorých vnútorných injektovaných káblov. Išlo o prvé

rozsiahle použitie magnetoelastickej metódy na meranie napätosti predpínacej výstuže v mostnom staviteľstve. Každé 2 roky (PROJSTAR-PK s.r.o., Bratislava)

4. Pohyby nosnej konštrukcie od teplotných zmien v ložiskách s ohľadom na pohybovú kapacitu prechodových konštrukcií. Vždy po 5 rokoch (KBKaM SvF STU Bratislava)

5. Mapovanie a meranie šírky vybraných charaktaristických trhlín pomocou príložného deformetra v časovej kontinuite. Vždy po 5 rokoch (KBKaM SvF STU Bratislava)

6. Monitorovanie dynamických parametrov nosnej konštrukcie. Do r.1997 každoročne. (STU Žilina)

2. NIEKTORÉ VÝSLEDKY MONITORINGU Komplexné zhodnotenie technického a statického stavu mosta Lafranconi poskytuje záverečná správa [4]. Vzhľadom na veľký rozsah výsledkov v tomto príspevku uvádzame iba tie, ktoré sú uvedené v kap.1 pod bodmi 3,5. Zhodnotenia vplyvu teploty, dlhodobých priehybov a pohybov nosnej konštrukcie sa zaoberá príspevok Doc.Ľ.Bolhu,PhD, ktorý je uverejnený v tomto zborníku.

2.2 TRHLINY V STENÁCH, DEVIÁTOROCH A KOTEVNÝCH BLOKOCH TRÁMU Úvahy o odhmotnení predpätého betónového trámu s uplatnením myšlienky železobetónových stien komory bez injektovaných parabolických káblov a ich náhradu vonkajšími káblami vedenými v komore priečneho rezu sú opísané v literatúre [1] , [2]. Pri statickom posúdení v projekte bolo preukázané, že šírka trhlín v kritickom priereze bude v rozmedzí at = 0,155 až 0,180 mm < 0,2 mm pri ich vzdialenosti ltDiagonálny tlak v betóne neprekročí 13 MPa a sklon tlačených diagonál medzi trhlinami bude v rozmedzí α = 53 až 56°, pričom ťahavé napätia v stenách boli plne pokryté betonárskou výstužou (zvislými strmienakmi a vodorovnými prútmi) usporiadanou do ortogonálneho systému.

= 0,11 m.

Rozvoj, priebeh a šírku trhlín sme sledovali na obidvoch prístupových povrchoch komôr. Nebolo možné priamo skontrolovať vonkajšie steny trámov pod úrovňou chodníkov. Viditeľné trhliny sme však zaznamenali len v druhom a treťom poli (hlavné polia s rozpätím 172 a 174 m), budovaných letmou betonážou. Pravý most bol budovaný v poradí ako prvý, a preto vystavený obojstranne slnečnému žiareniu a má trhliny na obidvoch vonkajších stenách komory. Ľavý most má trhliny prevažne len na vonkajšej stene ľavého trámu a na vnútornej stene pravého trámu. Vonkajšia stena pravého trámu, chránená pred priamym slnečným žiarením (osvitom) tienená vedľajším mostom, je prakticky bez trhlín. Počet trhlín na vnútorných stenách trámov, v porovnaní s vonkajšími stenami, je zanedbateľný a majú charakter vlasových trhlín výrazne ovplyvnených technológiou výstavby trámu. Považujeme ich za trhliny technologické – zmrašťovacie (obr. 4 a 5). Najvýznamnejšie trhliny boli zaznamenané na pravom moste (PM) – pravom tráme v treťom poli (obr. 2), podobne pravom tráme druhého poľa (obr. 3). Trhliny boli sledované od vzniku a najväčšie z nich boli osadené meracími prístrojmi (deformetre). Niektoré trhliny zo stien pokračujú aj na spodnej doske trámu a ich najväčšia šírka nepresiahla 0,2 mm a sú už stabilizované. Rozhodujúce trhliny majú charakter typických šmykových trhlín so sklonom α = 50 až 60°. Ich pôvod môžeme pripísať kombinácii účinkov priečnych síl, predpätia sústredeného do hornej (mostovkovej) dosky a účinkom najmä hydratačných teplôt, a technologickému zmrašťovaniu. V stenách trámov 83 m polí budovaných dvojetapovou letmou betonážou neboli zistené výraznejšie trhliny naznačujúce statický dôsledok. Majú prevažne charakter trhlín ako dôsledok objemových zmien (zmrašťovanie) v kombinácii s teplotnými účinkami. Výraznejšie sú na vonkajších stranách trámov vystavených priamemu juhozápadnému slnečnému osvitu. Trhliny na vnútorných stranách (v komore) sú výrazne v menšom počte. Možno vidieť, že trhliny na vnútornej a vonkajšej strane navzájom nekorešpondujú. Trhliny v deviátoroch (obr. 6) vznikli takisto ako debniace medzi radmi prechodových oceľových rúr. Zdvihové sily voľných káblov sú zachytené plne betonárskou výstužou. Ich šírky sú od 0,1 do 0,3 mm a nemajú vplyv na statiku a životnosť konštrukcie. V kotevných blokoch v ktorých je umiestnených niekoľko oceľových rúr (prechodiek) vonkajších káblov (obr. 7) vznikli trhliny ešte pred predpínaním ako tzv. debniace trhliny. Trhliny sú už stabilizované a nemajú vplyv na bezpečnosť kotevnej zóny.

3. POLE POHĽAD APRAVÝ MOST -

3. POLE POHĽAD B

PRAVÝ TRÁM

PO

HĽA

D B

TRÁM

Dun

aj

PRAVÝ MOST

ĽAVÝ

PO

HĽA

D A

Dunaj

TRÁMPRAVÝ

Petržalka

Obr.2. Trhliny v tráme

Petržalka

2. POLE POHĽAD B

PRAVÝ MOST - PRAVÝ TRÁM2. POLE POHĽAD A

Dun

aj

Dunaj

PRAVÝ MOST

ĽAVÝTRÁM

PO

HĽA

D B

PO

HĽA

D A

PRAVÝTRÁM

Obr.3 Trhliny v tráme

2. POLE POHĽAD CPRAVÝ MOST -

Petržalka

ĽAVÝ TRÁM

PO

HĽA

D C

TRÁM

Dun

aj

PRAVÝ MOST

ĽAVÝ

Dunaj

TRÁMPRAVÝ

ĽAVÝ MOST - PRAVÝ TRÁM2. POLE POHĽAD D

ĽAVÝTRÁM

Dunaj

OH

ĽAD

D

PRAVÝTRÁM

ĽAVÝ MOST

Obr.4 Trhliny v tráme

3. POLE POHĽAD DĽAVÝ MOST -

PRAVÝ MOST -3. POLE POHĽAD C

Petržalka

Dun

aj

ĽAVÝ MOST

PRAVÝ TRÁM

ĽAVÝ TRÁM

TRÁMĽAVÝ

ĽAVÝTRÁM

PO

HĽA

D D

TRÁMPRAVÝ

Dunaj

PRAVÝTRÁM

PO

HĽA

D C

Dunaj

PRAVÝ MOST

Obr.5 Trhliny v tráme

Obr. 6. Trhliny v deviátore

Obr. 7. Trhliny v kotevnom bloku

2.2 VONKAJŠIE KÁBLE A KONTROLA VEĽKOSTI PREDPÍNACEJ SILY Pri výstavbe letmo betónovaného mosta, v našich podmienkach mimoriadnych parametrov s rozpätím hlavných polí l = 172 a 174 m, bolo navrhnuté prvý raz tzv. zmiešané predpätie, zainjektované káble a vonkajšie káble umiestnené v komore priečneho rezu. Keďže presnosť vnesenia predpínacej sily je závažný parameter kvality, použili sa vo veľkom rozsahu elastomagnetická metóda merania predpínacej sily. Cieľom merania bolo určenie: - veľkosť sily v súdržných predpínacích kábloch a veľkosť strát pri zakotvení pod kotvou, - straty trením a časovú zmenu sily v dlhých kábloch dĺžky až 240 m a rozdelenie sily po

dĺžke kábla, - rozdelenie a časový priebeh sily vo vonkajších kábloch, - zmeny sily v súdržných aj vonkajších kábloch počas zaťažovacej skúšky a pri dlhodobej

prevádzke mosta. Osadených bolo celkom 54 elastomagnetických snímačov (zainjektované a vonkajšie káble). Funkčných zostalo celkom 32 snímačov (16 snímačov na pravom a 16 snímačov na ľavom moste). Poškodenie vzniklo ako dôsledok vandalského vlámania sa do priestoru komory mosta koncom roka 1994. Závery meraní možno charakterizovať štatistickým zhodnotením napätosti vonkajších a zainjektovaných káblov v tab.1. Neistota nameraných hodnôt je menšia ako ± 2%. Pokles napätosti káblov má v závislosti od času logaritmický priebeh a treba počítať s neistotou dlhodobých meraní asi ± 20 MPa. V tab.1 je uvedená stredná hodnota napätosti po zakotvení káblov Pzak.

Pri ľavom moste sú uvedené zvlášť snímače nad piliermi (zainj. ľavý PI) a zvlášť snímače v strede polí v mieste zmonolitnenia (zainj. ľavý PO).

(MPa), stredná hodnota úbytku napätosti – úbytok (MPa), štandardná odchýlka súboru meraní – s.d. (MPa).

V roku 2000 vykonal PROJSTAR-PK s.r.o. pravidelné meranie napätosti vonkajších káblov. Výsledky sú na obrázkoch 8. až 11. Kontrola technického stavu vonkajších káblov nezistila žiadne zmeny oproti prehliadke pri uvádzaní mosta do prevádzky. ZÁVER Most Lafranconi znamená pre Slovenskú betonársku obec určitý míľnik, ktorý ako sa ukazuje nebude v najbližšej dobe prekonaný. Pri príprave, vypracovaní projektovej a realizačnej dokumentácie i pri vlastnej realizácii sa stretli všetky významné osobnosti a odborné inštitúcie Slovenska. Len vďaka integrácii týchto síl sa podarilo zvládnuť viacero teoretických a praktických problémov navrhovania a realizácie mosta. Pri tejto príležitosti autori tohto príspevku pripomínajú slovenskej odbornej verejnosti Ing.T.Šefčíka zodp. projektanta mostu a s úctou spomíname na Prof.B.Búciho,PhD.

Tabuľka 1. Štatistické zhodnotenie napätosti voľných a zainjektovaných káblov

Kábel P(MPa)

zak. Úbytok (MPa)

s.d. (MPa)

VVK pravý

Zainjektovaný pravý

VVK ľavý

Zainjektovaný ľavý PI

Zainjektovaný ľavý PO

1290

1187

1318

1147

1094

212

251

243

243

181

24,9

25,5

29,3

47,0

44,6

y = 1257,5x-0,0133

1000

1050

1100

1150

1200

1250

1300

1350

1400

0,1 1 10 100 1000 10000 100000ČAS / hod

NAPÄ

TIE

/ MPa

Obr. 8. Lafranconi – pravý most – časový priebeh napätia vo voľných kábloch

Obr. 9. Lafranconi – pravý most – dlhodobé straty sily vo voľných kábloch (počítané voči sile po zakotvení)

STRATA = 10.85(t/1000)0.0897 (%)

5,0

7,5

10,0

12,5

15,0

17,5

20,0

1 10 100t / 1000hod

STR

ATA

/ %

LITERATÚRA [1] Chandoga, M.-Zvara, J.: Niektoré konštrukčné problémy mosta cez Dunaj pri Lafranconi

v Bratislave. Inžinierske stavby, 38, 1990, č. 3-4, s.144-149. [2] Búci,B. -Choma,Š. –Hrnčiar,Ľ. –Šefčík, T. –Zvara, J.: Most Lafranconi cez Dunaj

v Bratislave. Inžinierske stavby, 42, 1994, č. 2-3, s.73-81. [3] Program dlhodobého sledovania, D2 most pri Lafranconi. Dopravoprojekt, š.p. Bratislava,

január 1991. [4] Chandoga, M. a kolektív.: Zhodnotenie stavu mosta ev. č. D2-125. Most cez Dunaj

Lafranconi po piatich rokoch. Objednávateľ SSC Bratislava. Záverečná správa. Katedra betónových konštrukcií a mostov SvF STU, Bratislava, september 1997.

[5] Jaroševič, A.: Kontrolné meranie napätosti Vk mosta Lafranconi. Objednávateľ SSC Bratislava. Priebežná správa, PROJSTAR-PK s.r.o., Bratislava VIII/2000.

Obr. 10. Lafranconi – ľavý most – časový priebeh napätia vo voľných kábloch

Obr. 11. Lafranconi – ľavý most – dlhodobé straty vo voľných kábloch (počítané voči sile po zakotvení)

y = 1288,6x -0,0111

1000

1050

1100

1150

1200

1250

1300

1350

1400

1450

0,1 1 10 100 1000 10000 100000ČAS / hod

NAPÄ

TIE

/ MPa

STRATA = 9.9546(t/1000)0.076

5,0

7,5

10,0

12,5

15,0

17,5

20,0

1 10 100t / 1000hod

STRA

TA /

%