Mosty kolejowe W3 – Mosty i wiadukty kolejowe w ciągu LDP

dr inż. Mieszko KUŻAWA 16.04.2014 r.

Wykład dla specjalności Inżynieria Transportu Szynowego

Instytut Inżynierii Lądowej

Kolejowe obiekty inżynieryjne zlokalizowane w ciągu Linii Dużych Prędkości (LDP) charakteryzuje:

• Duże obciążenie stałe od nawierzchni kolejowej i wyposażenia (ciężar nawierzchni bezpodsypkowej od 170 kN/m, a podsypkowej do 250 kN/m),

• Zwiększone naciski osiowe i oddziaływania dynamiczne,

• Możliwość wystąpienia efektów zmęczeniowych,

• Duże siły hamowania i przyspieszania (np. podpora z łożyskiem nieprzesuwnym przęsła 30 m rozpiętości powinna przenosić obciążenie poziome do 1 600 kN),

• Silna interakcja pojazdu szynowego, nawierzchni i konstrukcji przęsła,

• Duża sztywność przęsła na zginanie i skręcanie (ze względu na konieczność zapewnienia komfortu i bezpieczeństwa jazdy),

• Duża sztywność podpór (w celu zapewnienia stateczności toru).

I. Mosty kolejowe w ciągu LDP – uwarunkowania projektowe

Mosty kolejowe w ciągu LDP – uwarunkowania projektowe c.d.

Z uwagi na bezpieczeństwo ruchu odkształcenia konstrukcji obiektu powinny uwzględniać:

• Parametry dynamiczne przęsła: pionowe przyspieszenie, częstości podstawowych form drgań własnych oraz tłumienie drgań,

Analiza przyspieszeń oraz

tłumienia drgań

• Pionowe ugięcia przęsła i wygięcie poprzeczne i skręcenie przęsła

• Przemieszczenia podłużne przęsła,

• Wzajemne przemieszczenia przęsła

• Kąt obrotu przęsła nad łożyskiem,

• Ewentualne odrywania na łożyskach,

Mosty kolejowe w ciągu LDP – uwarunkowania projektowe c.d

Typowe przęsła mostów i wiaduktów Kolejowych LDP to konstrukcje:

• Swobodnie podparte (zalecany schemat we Włoszech, Niemczech, na Tajwanie, w Japonii i Chinach),

• Wieloprzęsłowe belkowe ustroje ciągłe (zalecany schemat we Francji, Portugalii, czy Hiszpanii),

• Rozpiętości 25-35 m – ze względu na konieczność zachowania odpowiedniej sztywności (na LDP maksymalne ugięcie < Lt/3000),

• Oparte na niskich(w płaskim terenie) krępych podporach,

• Skrzynkowe, jedno- lub dwu-otworowe,

• Często prefabrykowane z betonu sprężonego.

Mosty kolejowe w ciągu LDP – uwarunkowania projektowe c.d.

Na ukształtowanie obiektów mostowych na LDP szczególnie istotny wpływ mają warunki dotyczące bezpieczeństwa i komfortu jazdy.

Trasowanie LDP wymaga stosowania łagodniejszych promieni łuków oraz większej szerokości międzytorza (5,0 m – Rzym-Neapol). Minimalne promienie łuków poziomych, dostosowane do prędkości linii, wahają się od 2500 m (stara linia Tokaido) do nawet 7000 m (Hanower–Würzburg).

Maksymalne pochylenia podłużne mogą być większe od tych na liniach konwencjonalnych, osiągając od 1,5% (Sanyo) do 4,0% (Kolonia–Frankfurt).

Stal stosowana jest w przęsłach rozpiętości 25-100 m.

Konstrukcje stalowe mostów kolejowych LDP stosowane z większości przypadków dla przepraw wymagających stosowanie przęseł większych rozpiętości i mają postać:

• łuków z jazdą dołem,

• kratownic z jazdą dołem

• mostów podwieszonych.

Wykonywane są ze stali S355, S420 i S460 (duże odkształcenia elementów konstrukcji i możliwe efekty niestateczności i zmęczeniowe).

Elementy składowe konstrukcji są w zdecydowanej większości przypadków spawane automatami. Na budowie stosowane są połączenia na śruby sprężające.

Cechą charakterystyczną jest stosowanie blach dużej grubości, nawet do 200 mm (przy czym wraz z grubością blachy zmniejsza się jej wytrzymałość zmęczeniowa).

II. Konstrukcje stalowe i zespolone stalowo-betonowe

W przęsłach małych (rozpiętości około 25 m), a w szczególności średnich rozpiętości w ostatnim 20-leciu dominują konstrukcje zespolone, stalowo-betonowe. Obecnie 80% mostów średniej rozpiętości to konstrukcje zespolone.

Dla mniejszych rozpiętości przęseł stosowane są blachownice, dwu- lub cztero-dźwigarowe, skrzynkowe, z pomostem zagłębionym.

Konstrukcje z dźwigarami łukowymi

Obiekt długości 325 m zbudowano w 2000 r. według projektu Marca Mirmama. Konstrukcje przęseł stanowią dwa łuki typu Langera rozpiętości 2 x 115 m połączone trzecim łukiem z zastrzałami.

Most La Garde-Adhémar nad kanałem Donzère na LDP Méditerranée (Francja)

Pierwszą konstrukcją zespoloną na LDP w Hiszpanii był wiadukt w Llinars (2006) koło Barcelony projektowany na 350 km/h. Jest to konstrukcja ciągła długości 307 m składająca się 5 przęseł rozpiętości 45 + 71+ 75 + 71 + 45 m.

Wiadukt w Llinars na linii Madryt – Barcelona (Hiszpania)

Most w Nantenbah na Menie zlokalizowany jest w ciągu linii Hanower – Wurzburg oddano do użytkowania w 1994 r. Konstrukcja zaprojektowana na 200 km/h zyskała uznanie i doczekała się kilku nagród za innowacyjność. Główne przęsło ma 208 m rozpiętości, a skrajne po 83 m.

Most na Menie w Nantenbah (Niemcy)

Konstrukcje z dźwigarami kratowymi

Most Newark Dyke nad groblą Newark w ciągu linii kolejowej Wschodniego Wybrzeża Wielkiej Brytanii w 2000 r. zastąpił starą ponad 100-letnią konstrukcję kratową. Most znajduje się w ciągu ważnej linii łączącej Londyn z Edynburgiem.

Most Newark Dyke (Wielka Brytania)

Viaduct Arroyo Las Piedras na linii Cordoba-Malaga (Hiszpania)

Konstrukcje blachownicowe zespolone

Viaduct Arroyo Las Piedras (Hiszpania)

rozpiętości przęseł: 50,4 + 17 x 63,5 + 44 + 35 m; wysokość dźwigarów 3,85 m; wysokość podpór do 93 m; grubość płyty pomostowej 0,41 m

Wiadukt o dźwigarach walcowanych obetonowanych

(Francja)

W zdecydowanej większości przypadków obiekty mostowe zlokalizowane w ciągu LDP to typowe, ekonomiczne przęsła mostowe o przekroju skrzynkowym z betonu sprężonego. Najczęściej stosowane rozwiązania to:

• Ciąg przęseł swobodnie podpartych z łożyskami nieprzesuwnymi, przy wyskości podpór < 15-20; nie są wtedy wymagane urządzenia wyrównawcze na końcach obiektu,

• Konstrukcja ciągła wieloprzęsłowa z łozyskiem nieprzesuwnym na jednym końcu (przyczółku) i urządzeniem wyrównawczym na przeciwnym końcu, siły poziome nie są wtedy przekazywane na podpory pośrednie; długość obiektu ograniczona do 800-1000 m,

• Konstrukcja ciągła z łożyskami nieprzesuwnymi na obu końcach (przyczółkach) i swobodnie podpartym przęsłem w środkowej części obiektu.

II. Konstrukcje żelbetowe i z betonu sprężonego

Typowe przekrój poprzeczny obiektu ciągłego z przęsłami rozpiętości 50 m

W Hiszpanii przęsła rozpiętości 25-35 m wykonywane są w postaci płyt żelbetowych z otworami okrągłymi.

Przy większej rozpiętości, ale < 45 m przyjmowany jest przekrój korytkowy z płytą pomostu wylewaną na miejscu budowy.

Obiekty strunobetonowe i kablobetonowe (Włochy)

Most na Padzie koło Piacenzy to najbardziej charakterystyczny most na całej linii. Rozpietość głównego przęsła wynosi 192 m, skrajnych po 104 m. Pomost podwieszono do 2 pylonów wysokości 50 m. Pomost wysokości 4,5 m i szerokości 15,7 m wykonano w postaci skrzynki z betonu sprężonego.

Konstrukcje podwieszone

Most na Padzie koło Piacenzy (Włochy)

Most Tianxingzhou przez Jangcy (Chiny)

Most Froschgrundsee na linii Erfurt-Norymberga(Niemcy)

Konstrukcje z dźwigarami łukowymi betonowymi

Most Ilmtal na linii Erfurt-Norymberga(Niemcy)

Dziękuję za uwagę !