Konstrukce - základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty

začal
v mostním stavitelství
používat také beton.
Obr. 3.1 Karlův most
Novodobý vývoj mostních konstrukcí z oceli a betonu bude součástí předmětů Kovové mosty a
Betonové mosty v rámci dalšího studia.
Mosty – základní typy a uspořádání
- 27 (42) -
3.2 Základní pojmy
3.2.1 Hlavní části mostu
Každý most sestává z vrchní stavby a spodní stavby (obr. 3.2).
Vrchní stavba se skládá z nosné konstrukce a z mostního svršku. Součástmi
nosné konstrukce jsou hlavní nosná konstrukce, mostovka, ztužení, ložiska a
klouby, dilatační (mostní) závěry. V mnoha případech některé části odpadají,
splývají nebo plní více funkcí najednou (např. u deskových mostů – viz dále –
je deska současně mostovkou i hlavní nosnou konstrukcí). Mostní svršek se liší
podle druhu dopravy na mostě (svršek silničních nebo železničních mostů).
Spodní stavba se skládá z mostních podpěr a ze základů. Krajní (koncové)
podpěry se nazývají opěry, vnitřní (mezilehlé) podpěry se nazývají (podle typu
a tvaru) např. pilíře, sloupy, stojky, stěny, bárky apod. Základy přenášejí
zatížení do základové půdy; podle tvaru rozlišujeme základy plošné a hlubinné.
Obr. 3.2 Hlavní části mostu
Části konstrukce jako zábradlí, svodidla, odvodňovací, osvětlovací a revizní
zařízení, ochranné kryty včetně dalších zařízení (potrubí, elektroinstalace,
telekomunikační vedení atd.) se souhrnně nazývají mostní vybavení.
3.2.2 Mostní názvosloví
Každý volný prostor pod mostem umožňující průtok, průchod, průjezd, průhled
napříč se nazývá mostní otvor. Vodorovná vzdálenost líců podpěr je světlost
mostního otvoru. Součet světlostí všech mostních otvorů dává celkovou
světlost mostu. Část mezi dvěma sousedními podpěrami se nazývá mostní
pole. Rozpětím konstrukce se rozumí vodorovná vzdálenost jejích
teoretických podporových bodů. Vzdálenost líců krajních podpěr ve směru osy
převáděné komunikace je délkou přemostění.
Niveleta převáděné komunikace je současně niveletou mostu. Rozdíl mezi
niveletou mostu a nejnižším bodem nosné konstrukce včetně části průhybu
neodstraněné nadvýšením je
stavební výška. Úložná výška
je pak rozdíl mezi niveletou
mostu a horním povrchem
úložného kvádru v ose ložiska.
Vlastní výška kterékoliv části
(prvku) je konstrukční výška
(obr. 3.3). Obr. 3.3 Mostní názvosloví
Konstrukce – základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty
- 28 (42) -
Prostorovou úpravu na mostě a pod mostem udává průjezdní mostní průřez
(viz [3]), pro drážní komunikace do značné míry pevně stanoven (obr. 3.4);
v případě pozemních komunikací se hovoří o tzv. dopravním prostoru, jehož
rozměry závisí na konkrétní
kategorii převáděné nebo
překonávané komunikace.
Podle kritérií vycházejících
z obecných funkcí a uspořádání
mostu rozlišujeme tzv. druhy
mostů. Na základě vlastností mostní
konstrukce rozdělujeme mosty na
jednotlivé typy mostů. (Rozdělení
mostů dále dle obvyklých hledisek).
Obr. 3.4 Průjezdní průřez pro mosty
drážních komunikací
3.2.3 Druhy mostů
Podle materiálu použitého ke stavbě nosné konstrukce mostu rozeznáváme:
• mosty dřevěné
• mosty kamenné (zejména historické)
• mosty cihelné (zděné)
• mosty betonové – železobetonové, předpjaté
• mosty kovové – ocelové, příp. hliníkové (ze slitin na bázi hliníku)
• mosty ocelobetonové – často se zahrnují do skupiny mostů ocelových
Podle druhu dopravy (podle druhu převáděné komunikace, účelu mostu):
• mosty pozemních komunikací (tzv. silniční)
• mosty drážních komunikací (tzv. železniční)
• mosty kombinované – pro dopravu silniční i železniční
• lávky pro chodce
• mosty průmyslové
• mosty zvláštní – např. potrubní, vodovodní, průplavní, jezové apod.
Podle druhu překážky (podle účelu volného prostoru pod mostem):
• nadjezdy – nad jinou dopravní komunikací
• mosty říční – nad vodotečí
• mosty inundační – nad územím zplavovaným jen v době povodní
• viadukty, estakády – nad suchým územím; nahrazují nevhodné násypy
Podle určené doby trvání:
• mosty trvalé (definitivní)
• mosty dočasné – např. mostní provizoria
• mosty rozebíratelné – např. vojenské mosty
Podle možnosti přemísťování mostu (nebo nosné konstrukce):
• mosty pevné
• mosty pohyblivé – např. otočné, sklopné, zdvižné apod.
• mosty plovoucí – např. loďové, pontonové
Mosty – základní typy a uspořádání
Podle geometrie v půdorysu (obr. 3.5):
• mosty kolmé (obr. 3.5a, 3.5b) – podepřené na opěrách kolmo k podélné
ose mostu
• mosty šikmé (obr. 3.5c) – podepřené šikmo k podélné ose mostu
Podle průběhu trasy na mostě (obr. 3.5):
• mosty v přímé (obr. 3.5a, 3.5b, 3.5c)
• mosty půdorysně zakřivené (obr. 3.5d), příp. jen se zakřivenou trasou
Obr. 3.5 Geometrické uspořádání v půdorysu
3.2.4 Typy mostů
Podle počtu polí (obr. 3.6):
Pro
srovnání
(obr.
nosník, je plynulejší provoz a při
Podle statického působení nosné konstrukce
né konstrukce):
Podle působení na podpěry
d)c)b)a)
-
• mosty o jednom poli (obr. 3.6a)
• mosty o více polích – konstrukce m
samostatná, např. přemostění řadou prostých nosníků (obr. 3.6b) nebo
může probíhat spojitě, např. přem
přemostění většího počtu polí
s řadou prostých nosníků,
3.6b). Na mostě, jehož nosná
stejném
Obr. 3.6 Počet mostních polí
• mosty deskové
• mosty trámové
• mosty obloukové
mosty rámové
• mosty visuté
• mosty zavěšené
(jedno ze starších hledisek dělení):
• mosty se svislými podporovými tlaky
mosty trámové, oblouky s táhlem a někter
(kotvené do výztužného trám
• mosty s obecně šikmými podporovými tlaky
rámové, vzpěradlové, visuté,
a)
29 (42) -
ůže být v každém poli staticky
ostění spojitým nosníkem (obr. 3.6c).
jsou v zásadě vhodnější spojité nosníky ve
u nichž dochází ke vzniku lomů nivelety
konstrukce je staticky řešena jako spojitý
zatížení menší průhyb.
(statického systému hlavní nos-
(s tzv. trámovým účinkem
é mosty visuté či zavěšené
u)
– např. m
zavěšené apod.
b) c)
•
osty
) – např.
obloukové,
Konstrukce – základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty
Podle polohy mostovky:
• mosty s horní mostovkou (obr. 3.7a), příp. vzepřenou např. u mostů
obloukových (obr. 3.11b) – mostovka i niveleta nad úrovní horní hrany
hlavní nosné konstrukce
• mosty se zapuštěnou mostovkou – mostovka mezi dolní a horní hranou
hlavní nosné konstrukce (niveleta nad její horní hranou)
• mosty s mezilehlou mostovkou (obr. 3.11c) – mostovka mezi dolní a
horní hranou hlavní nosné konstrukce (niveleta pod její horní hranou)
• mosty s dolní mostovkou (obr. 3.7b), příp. zavěšenou např. u mostů
obloukových (obr. 3.11a) nebo visutých (obr. 3.14, 3.15) a zavěšených
– mostovka v úrovni dolní hrany hlavní nosné konstrukce
Obr. 3.7 Poloha mostovky
Popřemýšlejte a vytipujte v místě nebo okolí svého bydliště nějaký konkrétní
vám známý most, po němž často chodíte nebo jezdíte – budeme ho nazývat
„váš most“. Pokuste se k němu nyní přiřadit druh podle materiálu,
převáděné dopravy, překračované překážky, příp. podle půdorysného
uspořádání (geometrie, průběh trasy na mostě).
P.S.: Lituji, ale s řešením tohoto problému vám bohužel příliš nepomohu,
každý si musí vybrat sám. V tuto chvíli však není cílem vyčerpávající,
správná a přesná odpověď, ale spíše abyste se na konstrukci známou
z každodenního života, kterou využíváte jako běžní „spotřebitelé“, podívali
z jiného pohledu. Přečtete-li si další části textu, věřím, že svou první
odpověď dále upřesníte, doplníte a pravděpodobně zkorigujete.
Za jedno z nejdůležitějších hledisek považujeme dělení mostů podle statického systému hlavní
nosné konstrukce, který do značné míry ovlivňuje rozpětí i vhodnou volbu materiálu. Dále se
tedy zaměříme na typy mostů podle statického působení nosné konstrukce a základní zásady
pro jejich uspořádání, příp. základní principy jejich statického řešení.
3.3 Mosty deskové
3.3.1
Deskové
obvyklé
řezem,
velká hmotnost
Staticky m
lze také
bývají vhodnější
Prosté desky:
a) b)
- 30 (42) -
Základní typy a základní parametry deskových mos
mosty, u nichž deska mostovky je současně nosnou konstrukcí,
u mostů betonových. Představují systémy s nejjednodušším
jednoduchým vyztužením i snadnou betonáží. Nevýhodou je pom
plynoucí z velké potřebné tloušťky.
ohou působit jako prosté desky pro přemostění jednoho otvoru
použít pro přemostění několika otvorů za sebou, avšak v tom
desky spojité (obr. 3.6c).
železobetonové – max. rozpětí L = 15 m (pro větší rozpětí
jsou nehospodárné); tloušťka 1/10 až 1/8 L (optimálně)
tů
jsou
příčným
ěrně
, které
případě
Mosty – základní typy a uspořádání
předpjaté – max. rozpětí L = 18 m; tloušťka 1/18 až 1/30 L
Pro snížení vlastní tíhy lze použít vylehčenou desku (viz [1]).
3.4 Mosty trámové
3.4.1 Základní typy, výhody a nevýhody trámových mostů
Mosty trámové se používají jak při stavbě betonových mostů, tak při návrhu
mostů ocelových i ocelobetonových, ale též pro mosty dřevěné.
Betonové trámové mosty
Nevýhody deskových betonových mostů lze odstranit opatřením desky žebry –
tzv. trámy. Působení konstrukce jako trámové je navíc podmíněno poměrem
šířky a rozpětí do 1/3, v opačném případě se jedná o desky. Nejčastější jsou
mosty dvoutrámové používané hlavně p silniční a dálniční mosty středních
rozpětí.
(trám
konstrukce
trám
nosníky
proto vhodné i pro m
Ocelové a ocelobetonové trámové mosty
U
konstrukci
z m
být
nosníky
ocelových
mostů
nosníky – viz [2]).
Plnostěnné
otevřen
Příhradové
k jednodušším
stav
V současné
nebo
přímopásové
nosníky
- 31 (42
Pro malé stavební výšky se
ech), zpravidla však ne více než pěti
s jedním trámem. Kromě otevřených
ových mostů ve velké míře uplatňují
(obr. 3.8b), jejichž výhodou je
osty šikmé a půdorysně zakřivené (obr. 3.5c
trámových mostů ocelových, příp.
ocelové trámy – tzv. hlavní
ostovky prostřednictvím ložisek do
plnostěnné nebo příhradové, staticky
(obr. 3.6a, 3.6b), příp. jako nos
mostů je ocelová (prvková, desková
tvoří mostovku betonová deska
Obr. 3.8 Typy trámových mostů
hlavní nosníky (obr. 3.8) m
é (obr. 3.8a) nebo uzavřené – komorové nosníky
hlavní nosníky se v průběhu
(obr. 3.9a), postupně od m
přes systémy několikrát staticky neurčité
době se dává přednost jednodušším
s nízkým stupněm statické neurčitosti),
(obr. 3.9b), příp. se zakřiveným
křivopásové (obr. 3.9c).
a)
ro
) -
navrhují mosty o několika nosnících
. V některých případech se používají i
průřezů se u betonových
průřezy uzavřené – komorové
zejména velká tuhost v kroucení. Jsou
, 3.5d).
ocelobetonových tvoří hlavní nosnou
nosníky, které přenášejí zatížení
spodní stavby. Hlavní nosníky mohou
mohou působit v zásadě jako prosté
níky spojité (obr. 3.6c). Mostovka
– viz [2]), u ocelobetonových
(často spřažená s ocelovými hlavními
ohou být v příčném směru řešeny jako
(obr. 3.8b).
času vyvíjely od složitějších tvarů
nohonásobně staticky neurčitých sou-
až po soustavy staticky určité.
systémům (staticky určitým
a to s přímými pásy – nosníky
horním nebo dolním pásem –
b)
Konstrukce – základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty
přímopásové křivopásové
Obr. 3.9 Tvary příhradových
hlavních nosníků
Dřevěné trámové mosty
Dřevěné trámové mosty se používají omezeně, ale mají své opodstatnění např.
při přemostění otvorů menších světlostí pro převedení méně zatížených
komunikací zejména v přírodním prostředí, kde je jejich působení ekologičtější
a estetičtější než u mostů betonových či ocelových.
3.4.2 Základní parametry trámových mostů
V závislosti na rozpětí se volí vhodný materiál a výška hlavního nosníku.
Betonové trámové mosty prosté: max. rozpětí L = 20 m
s jedním nosníkem – výška trámu h = 1/12 až 1/25 L
se 2 nosníky (dvoutrám) – nejčastěji předpjaté silniční a dálniční mosty
pro rozpětí L = 30 až 45 m
s několika nosníky – různý počet, zpravidla ne více než 5
Ocelové a ocelobetonové trámové mosty:
plnostěnné hlavní nosníky otevřeného průřezu
- prosté nosníky – ekonomické rozpětí L do 30 až 40 m
výška hlavního nosníku h = 1/10 až 1/12 L pro železniční mosty
h = 1/15 až 1/20 L pro silniční mosty
- spojité nosníky – vhodné pro rozpětí pole L do 50 m, v některých
případech efektivní až do 150 m
výška hlavního nosníku h = 1/14 až 1/18 L pro železniční mosty
h = 1/20 až 1/40 L pro silniční mosty
plnostěnné hlavní nosníky uzavřeného průřezu
vhodné pro rozpětí L až do 150 m
a)
b)
c)
příhradové hlavn
- prosté nosníky
výška hlavního nosníku
- spojité nosníky
100 až
výška hlavního nosníku
- 32 (42) -
í nosníky
– ekonomické pro rozpětí L větší než 40 m
1/7 až 1/10 L pro přímopásové nosníky
1/5,5 až 1/8 L pro křivopásové nosníky
– nejčastěji o 3 polích, rozpětí středního pole L běž
200 m, největší mosty dosahují až 500 m
1/9 až 1/15 L pro přímopásové nosníky
1/12 až 1/18 L pro křivopásové nosníky
ně
Mosty – základní typy a uspořádání
vetknutý
Jestliže jste dospěli k názoru, že „váš most“ je trámový, vynasnažte se
trochu to konkretizovat: Jaký má statický systém, jaké jsou hlavní nosníky,
v jaké poloze je mostovka?
P.S.: Nenechám vás v tom tak úplně samotné, na konci kapitoly je příklad
s ukázkami známých mostů u nás – budete mít aspoň možnost porovnání s
„vaším mostem“.
3.5 Mosty obloukové
3.5.1 Základní typy, výhody a ne
Základní výhoda
jejich tvaru, který
Z tohoto důvodu
oblouky ve s
Nevýhodou
nákladnější výroba a mon
Základní dělení
na opěry hovořím
při svislém zatížení
oblouky (obr.
viz odst. 3.2.4), které při svislé
Z hlediska statického systému hlavní
podle stupně
staticky neur
oblouky dvoukloubové
trojkloubové (obr. 3.10c) –
Oblouky vetknuté se pro m
mostů, naopak
oblouků teprve
kloubem, protože
trojkloubových
řešení ztužení
v obtížných základových
montáži oblouků, které jsou
Obr. 3.10 Oblouky podle
stupně statické neurčitosti
Z hlediska vzájemného
mostovku, rozlišujem
- 33
dvoukloubov
obloukových mostů
se volí blízký tvaru
je nejvhodnější parabola
rovnání s mostními konstrukcem
obloukových mostů obecně
táž.
oblouků vychází z jejich
e o pravých obloucích
vyvozují šikmé podporové
3.10b2, 3.10c2) – s tá
m zatížení působí na základy
statické neurčitosti na
čité, oblouky s jedním
(obr. 3.10b)
staticky u
alá a střední rozpětí navrhují převážn
u mostů ocelových
pro velká rozpětí. V praxi
konstrukce kloubu
oblouků, u nichž navíc
a vznikají velké průhyby.
podmínkách
jinak staticky neurčité.
poměru tuhosti
e oblouky tuhé
a)
(42) -
ý trojkloubov
výhody obloukových mostů
z hlediska statického vyplývá
výslednicové čáry od
. Z estetického
i jiných tvarů
je jejich náročn
statického působení.
(obr. 3.10a, 3.10b1,
tlaky, anebo se
hlem (konstrukce s trám
svislým
nosné konstrukce rozdělujem
oblouky vetknuté (obr.
kloubem – dvakrát
– jedenkrát staticky n
rčité.
se uplatní štíhlé konstrukce
se zřídka uplatňují
překáží ve vozovce,
nastávají problémy
Statická určitost
a často se tento systém
oblouku a tuhosti
např. s mostovkou na
b1)
b2)
ý
zejména z
vnějšího zatížení.
hlediska působí
velmi příznivě.
ější, pracnější a
Z hlediska tlaků
3.10c1), které i
jedná o nepravé
ovým účinkem –
i tlaky.
e oblouky
3.10a) – třikrát
staticky neurčité,
eurčité a oblouky
ě u betonových
vetknutých
oblouky s jedním
stejně tak u
při konstrukčním
je však výhodná
využívá při
trámu, který nese
kyvných stojkách
c1)
c2)
Konstrukce – základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty
dolní mostovka horní mostovka
dolní mostovka mezilehlá mostovka
horní (vzepřená) motovka
v poloze horní či mezilehlé (obr. 3.11b1, 3.11c), příp. s táhlem s mostovkou
v poloze dolní (obr. 3.11a1), a oblouky volné – netuhé. Různou kombinací
tuhých a netuhých oblouků a trámů vzniká např. tuhý trám vyztužený volným
obloukem s dolní mostovkou – tzv. Langerův trám (obr. 3.11a2), volný oblouk
vyztužený tuhým trámem s horní mostovkou (obr. 3.11b2), tuhý oblouk s tuhým
trámem apod.
Obr. 3.11 Oblouky podle
tuhosti oblouku a trámu
Vlastní oblouk lze provést jako plnostěnný nebo příhradový, s rovnoběžnými i
různoběžnými pásy, které se k podporám sbíhají (oblouky srpovitého tvaru)
nebo naopak rozbíhají (oblouky s výškou zvětšující se k patkám). Oblouky
s horní mostovkou, jejichž horní pás nese přímo konstrukci mostovky a tvarem
sleduje niveletu, se nazývají oblouky s vyztuženými cípy.
Tuhé oblouky se uplatňují u betonových mostů, oblouky volné jsou časté u
mostů ocelových (viz Langerův trám), s rozvojem lepených dřevěných profilů
se v poslední době rozšiřují také obloukové mosty dřevěné.
3.5.2 Základní parametry obloukových mostů
Za tvar střednice oblouku lze zvolit parabolu (staticky nejvýhodnější), ale i
kružnici, elipsu či jinou vhodnou křivku. Přitom u ocelových mostů nezáleží
na volbě tvaru střednice tolik jako u mostů betonových, kde je snaha
eliminovat velké ohybové momenty tak, aby průřezy byly namáhány téměř
centrickým tlakem. Obloukové mosty se navrhují pro přemostění otvorů o
jednom poli, ale též pro přemostění více otvorů.
Rozpětí obloukových mostů L: obecně optimální L mezi 100 až 300 m
betonové mosty – L mezi 70 až m, pro malá rozpětí nehospodárné,
proto nejčastější rozpětí L = 200 až 300 m, existují i obloukové mosty
pro rozpětí nad 400 m
ocelové mosty – L mezi 60 až 300 m, příhradové oblouky pro rozpětí L
až 500 m
Vz oblouků f: tvar a výšku oblouku charakterizuje poměr vzepětí a
a1)
a2)
b1)
b2)
c)
epětí
- 34
rozpětí oblouku f / L
betonové mosty – f / L = 1 až 1/15
- vetknuté oblouky – optimálně
až 1/6
- dvoukloubové oblouky – optim
- trojkloubové oblouky – optimálně
ocelové mosty – f / L = 1/5 až 1/10
200
(42) -
f / L = 1/3 až 1/5, hospodárně
álně f / L = 1/5 až 1/8
f / L = 1/7 až 1/10, příp. až 1/15
, optimálně f / L = 1/6 až 1/7
f / L = 1/5
Mosty – základní typy a uspořádání
- 35 (42) -
3.6 Mosty rámové
3.6.1 Základní typy, výhody a nevýhody, základní parametry
Rámové mosty jsou častější betonové, v oblasti ocelových mostů není jejich
použití tak rozšířené.
Z hlediska statického systému hlavní nosné konstrukce platí základní dělení
(podobně jako u mostů obloukových) podle stupně statické neurčitosti na rámy
trojkloubové – staticky určité, rámy dvoukloubové – jedenkrát staticky
neurčité a rámy vetknuté – třikrát staticky neurčité (obr. 3.12).
Obr. 3.12 Rámy podle statického systému
Trojkloubové rámy se používají pro mosty omezeně, kloub je totiž nevhodným
prvkem ve vozovce, v tomto směru jsou vhodnější dvoukloubové rámy. Často
se betonové rámové mosty navrhují s krátkými krajními poli (obr. 3.13a). Pro
betonové rámové mosty o jednom poli s rozpětím L = 60 až 80 m běžně, často
i více než 100 m, jsou nejčastější vetknuté rámy. Ocelové rámové mosty se
navrhují téměř výhradně jako dvoukloubové (obr. 3.13b), nejčastěji plnostěnné,
v některých případech i s táhlem (vedeným pod komunikací).
Z hlediska výpočtu platí pro rámy prakticky stejné zásady jako pro oblouky.
Též při konstrukčním řešení rámových mostů se vychází z podobných principů
jako u mostů obloukových; zde je však třeba věnovat pozornost konstrukčnímu
řešení rámových rohů.
Obr. 3.13 Základní typy rámových mostů
Jste-li přesvědčeni, že „váš most“ patří mezi obloukové nebo rámové,
pokuste se nyní o určitou specifikaci (nemusí to být vždy jednoduché, ale
aspoň v základních rysech): Jaký statický systém podle vás má oblouk, příp.
rám (kolikrát je staticky neurčitý?, má táhlo? – někdy není viditelné), v jaké
poloze je mostovka,