Politechnika Wrocławska Wrocław, dnia 14.10.2008

Wydział Budownictwa
Lądowego i Wodnego

Instytut Inzynierii Lądowej

Zakład Mostów

 

 

 

 

 

 

 

 

Mosty betonowe - wykład

Referat na temat: Pont de Normandie

 

 

 

 

 

 

 

 

Opracował:

Kamil Łukasik

1. Wstęp.

W niniejszej pracy przedstawiono most Pont de Normandie (Most Normandzki), wybudowany we Francji nad ujściem Sekwany, pomiędzy Honfleur a Hawrem (rysunek 1).

Rysunek 1. Położenie mostu Pont de Normandie.

Most budowano w latach 1988 - 1995, otwarcie nastąpiło 20 stycznia 1995 r. Całkowity koszt budowy wyniósł około 465 mln dolarów.

Do 1999 r. był to najdłuższy most wantowy na świecie (pokonał go most Tatara w Japonii - 890 m).

Pont de Normandie jest o 42% dłuższy od swojego poprzednika, mostu Yang - Pu w Chinach, który był pierwszym, ogromnych rozmiarów belkowym mostem wiszącym o konstrukcji stalowej łączącym dwa brzegi oddalone od siebie o ponad kilometr. Most Normandzki jest również o 62% dłuższy niż poprzedni rekordzista - Norweski 530 metrowy Skarnsund Bridge.

Masa stali konstrukcyjnej użytej do budowy mostu wynosi 5700 t, stali sprężającej 800 t, stali zbrojeniowej 11600 t. Ilość betonu użyta do budowy to 80000 m³. Pomost podwieszony jest do pylonów za pomocą 184 want o masie 2000 t. Powierzchnia malowania mostu wynosi 16600 m².

W celu uwzględnienia kulistości Ziemi, góra pylonów jest odsunięta od siebie o 2 cm więcej niż ich podstawy.

Interesujący jest sposób wykonania nurtowego przęsła mostu (rysunek 2). W odległości 116 m od pylonów do środka przęsła (z obu stron) pomost wykonany jest z betonu sprężonego, środkowe 624 m natomiast ze stali (w celu zmniejszenia masy).

Tabela 1. Dane techniczne.

Konstrukcja	most wantowy
Rodzaj przeprawy	most drogowy (4 pasy drogowe + 2 chodniki)
Materiał	beton zbrojony, beton sprężony - estakady dojazdowe i część przęsła nurtowego, stal - wanty, środek pomostu
Max. rozpiętość przęsła	856 m
Dł. całkowita mostu	2141 m
Wysokość pylonu	214,77 m (odwrócone Y)
Wysokość pomostu	3 m
Szerokość pomostu	23,6 m
Światło po przęsłem	52 m

Wielu ludzi wątpiło w ogóle w to, że most powstanie. Poddawano w wątpliwość celowość budowy, miejsce, a także uważano, że trudno będzie sprostać wiatrom panującym w planowanej lokalizacji. Zdecydowano się jednak na miejsce odległe o 20 km od słynnego mostu wiszącego Tancarville. Decyzja zapadła. Odtąd Normandię miano nie tylko kojarzyć z plażami, na których lądowały wojska alianckie podczas II Wojny Światowej (6.06.1944 r.), ale z jednym z największych podwieszonych mostów na świecie.

Most Normandzki rozciąga się na długości 2141 metrów pomiędzy przyczółkami z głównym przęsłem przekraczającym Sekwanę. Pomost w części dojazdowej wykonany został jako betonowy, zakończony 116 metrowymi wspornikami, a stalowy tylko w głównym przęśle. Z obu stron do pylonów dojeżdża się estakadami o przęsłach równych długości 43,5 m, z wyjątkiem jednego (w północnej części) i dwóch (w południowej), które są innej długości. Ostatnia podpora oddalona jest od pylonu o 96 metrów z każdej strony. Przęsła dojazdowe przechodzą w przęsło główne wspornikami o długości 116 metrów. W związku z tym stalowa część ma 624 m.

Rysunek 2. Widoczny podział mostu na część betonową i stalową.

2. Zasada pracy.

Pomost jest sztywno połączony z pylonem, w związku z czym pracują jako rama. Istotny wpływ w tym wypadku mają wahania temperatury, ale naprężenia nią wywołane są małe w porównaniu do wywoływanych obciążeniem wiatrem. Projekt został tak rozwiązany aby ciężar betonowego wspornika równoważył się z ciężarem przęseł dojazdowych, a lekka (13 t/m) stalowa część głównego przęsła nie powodowała reakcji wypiętrzających w podporach przęseł dojazdowych będąc obciążoną pojazdami czy wiatrem.

Obecność wielu podpór pośrednich znacznie zwiększyła sztywność kabli powrotnych. Mała podatność strefy kotwienia ogranicza w dużej mierze przemieszczenia przęsła głównego oraz pylonu. Zmniejsza ona także różnice w maksymalnych i minimalnych siłach występujących w wantach powrotnych. Powstają jednak nad podporami reakcje odwrotne, które muszą być przenoszone przez specjalne łożyska.

3. Konstrukcja.

a) Pomost.

Kształt pomostu dyktowany był koniecznością minimalizowania wpływu wiatru, a także uzyskania dużej sztywności na skręcanie. Zaprojektowano go w taki sposób, aby współgrać mogły ze sobą beton oraz stal. Uzyskał bardzo opływowy kształt. Zdecydowano się na dźwigar skrzynkowy (rysunek 3) podwieszony na brzegach, ze względu na długość przęsła.

Rysunek 3. Dźwigar skrzynkowy.

Potrzeba dwóch pionowych środników w betonowej części przęsła, podwieszenie po obu stronach dźwigara, a także doświadczenie z wzbudzeniem wirowym spowodowały, że wysokość została zminimalizowana do 3 m. Finalizacja kształtu spowodowana była sposobem zakotwienia want. Zostały one zakotwione na obu krawędziach dźwigara, które muszą być specjalnie wzmocnione celem lepszego rozprowadzenia sił pochodzących z kabli w przekroju przęsła. Zakotwienie kabli w stalowej części pomostu wykonano bardzo prosto. Z zewnętrznych środników dźwigarów zostały wyprowadzone uchwyty w postaci grubych, użebrowanych blach z widelcowym uchwytem na końcu. Do tego uchwytu dospawane są rury obsadowe, jednak nie zajmują one całego wycięcia uchwytu, bo w tej wolnej przestrzeni mieści się blok kotwiący kabel. Stalowy dźwigar w formie skrzynki, wzmocniony jest poprzecznymi przeponami co 3,93 m, z podłużnie trapezoidalnymi elementami. Wzmocnione w ten sposób są górna i dolna płyta, tylko wystarczająco grupa płyta środnika kotwiącego nie wymagała takiego wzmocnienia. Wzmocnienia mają różne grubości w zależności od miejsca utwierdzenia. Pod środkowym pasem ruchu mają 7 mm grubości, płyta 12 mm. Pod zewnętrznym pasem 8 mm, a płyta 14. Odstępy są jednakowe i wynoszą 60 cm. Inaczej jest w dolnej płycie, gdzie wzmocnienia są 8 milimetrowe w odstępach 1 m, a płyta na całej szerokości 12 mm. Tylko dwa segmenty stalowej części przęsła różnią się od pozostałych. Są to elementy bezpośrednio przylegające do części betonowej.

Rysunek 4. Kształt pylonów.

b) Pylony.

Pylon w kształcie odwróconej litery Y (rysunek 4) jest bardzo korzystny pod względem statycznym i wytrzymałościowym. Cechuje go dobra stateczność przy obciążeniu wiatrem, co tłumaczy to rozwiązanie w przypadku mostu Normandzkiego. Ze względu na dużą rozpiętość przęsła centralnego kąt pochylenia kabli jest niewielki, a schodzące się w górnej części pylonu zakotwienia wywołują przyjemne wrażenia estetyczne.

c) Kable.

Firma Freyssinet dostarczyła kable podwieszające . Składają się one z 15 mm splotów, każda indywidualnie chroniona przeciw korozji. Druty są galwanizowane, a przestrzeń między nimi wypełniona została woskiem. Następnie każdy splot jest zabezpieczony powłoką z polietylenu wysokiej wytrzymałości (HDPE). W celem zwiększenia opływowości kabli są one umieszczone w osłonie także z HDPE, składającej się z dwóch połówek, nałożonych po naciągnięciu kabli.

Odległości zakotwień na całej długości pomostu są różne. W przęsłach dojazdowych wynoszą 14,5 m do ostatniej podpory pośredniej, następnie do końca wspornika 16 m, a w stalowej części 19,65 m. Pokrywa się to z rozmieszczeniem przepon w dźwigarze stalowym. Ilość splotów w kablach w zależności od miejsca zakotwienia także jest różna. Licząc od pylonu, kolejne siedem kabli w stronę przęsła dojazdowego oraz te podtrzymujące wspornik składają się z 51 splotów. Następne pięć ma po 30 splotów, kolejne 44, a ostatnie 6 po obu stronach liczą 53 sploty.

Rysunek 5. Kabel.

Zakotwienia w pylonie mieszczą się w jego stalowej części na długości około 60 m. Pierwsze dwa kable zakotwione są bezpośrednio w betonowej podłodze, co dobrze wzmacnia stalową skrzynie mieszczącą zakotwienia. Wszystkie kolejne, oprócz dwóch pierwszych, zamocowane zostały w elementach tej samej wysokości - 2,7 m. Stalową skrzynie z boku otacza betonowa konstrukcja pylonu. Jest ona z nią połączona, a elementy betonowe dodatkowo sprężone między sobą siedmioma 15 mm splotami o sile ściskającej około 4,5MN.

Rysunek 6. Gotowy most.

4. Technologia budowy.

W dużej mierze projekt mostu o takich wymiarach uzależniony jest od technologii budowy. W Moście Normandzkim wykorzystano trzy główne metody budowy. Przęsła dojazdowe zostały wykonane metodą nasuwania podłużnego, aż do ostatniej podpory. Podczas gdy pylon był prawie skończony, rozpoczęto betonowanie wspornikowe ostatniego przęsła dojazdowego i wspornika betonowego równocześnie, aby równoważyły własne ciężary. Najpierw ukończono ostatnie przęsło przed głównym, a następnie betonowano wspornik aż do uzyskania 116 m. Stalowa część pomostu została montowana wspornikowo, kolejno podnosząc segmenty długości 19,65 m. Wiele pytań konstruktorom nasuwało się odnośnie zachowania się wsporników podczas budowy. Obawy były przede wszystkim co do wielkości odkształceń wspornika poddawanego wpływowi wiatru.

a) Przęsła dojazdowe.

Konstrukcja przęseł dojazdowych metodą nasuwania podłużnego nie była prosta, ze względu na pochylenie niwelety mostu wynoszącą 6%. Wykonawcy opracowali system oparty na trapezoidalnych łożyskach i poziomych oraz pionowych podnośnikach. Poziome podnośniki na podporach przesuwały pomost razem z łożyskami o 15 cm. Żeby zminimalizować tarcie w łożyskach zastosowano niewielkie wałki. Po poziomym przesunięciu, podnośniki unosiły pomost na wszystkich podporach o około 9 mm. Wtedy poziome sprężyny przesuwały łożyska do poprzedniej pozycji, podnośniki opuszczane, a pomost ponownie wspierał się na łożyskach gotowych na kolejny etap.

Rysunek 7. Nasuwanie przęseł.

Pomost składał się z segmentów długości 7,25 m. Każdy był prefabrykowany niedaleko każdego z przyczółków, sprężany cięgnami i instalowany. Typowe przęsło składało się z sześciu segmentów.

Każdy z nowych segmentów, oprócz tego na podporze, otrzymywał po sześć cięgien sprężających, po jednym w każdym węźle. Są one długości jednego przęsła tak, aby każdy segment był wyposażony pięcioma cięgnami. Po ukończeniu przęsła, środkowe dwa cięgna, składające się z 27 splotów 15mm, były naprężane od jednej podpory do drugiej.

b) Betonowe wsporniki.

Metoda wspornikowa wydaje się być łatwiejszą, ale ze względu na wysokość pomostu wcale tak nie było. Nie było możliwe od razu podwieszanie wspornika na docelowych kablach, wykorzystano więc tymczasowy system podwieszenia. Ze względu jednak na konflikt w geometrii płaszczyzn podwieszeń, tymczasowe kable musiały być mocowane w środkowej części pomostu.

c) Stalowa część głównego przęsła.

Montaż wspornikowy części stalowej był bardzo standardowy, jedyną różnicą była jej długość. Każdy segment był dostarczany barką, a stamtąd podnoszony za pomocą przesuwnego urządzenia zamocowanego na ostatnim segmencie. Segment był spawany do wspornika będąc jeszcze podwieszonym do samojezdnego żurawia. W tym czasie montowano i naciągano odciągi które przenosiły jego ciężar. Kiedy etap spawania na to pozwalał, mocowano kable podwieszające, naciągano splot za splotem i zwalniano żuraw.

Rysunek 8. Montaż głównego przęsła.

d) Liny tłumiące i spiralny kształt osłon.

Ze względu na możliwość występowania dużych amplitud drgań podwieszeń wynikających ze wzbudzenia wiatrowo-deszczowego, na osłonach kabli umieszczono półokrągłą spiralę. Zastosowano także liny tłumiące. Składały się one z czterech splotów 15 mm. Zapewniają stabilizację każdej liny. Wykorzystano także tłumiki hydrauliczne umieszczone przy dolnym zakotwieniu want, około 4 m nad poziomem pomostu. Każdy z tłumików był regulowany po uwzględnieniu rzeczywistej charakterystyki drgań lin.

Spiralny kształt osłon z polietylenu testowano w tunelu wiatrowym CSTB w Nantes. Sprawdzano najpierw drgania okrągłej osłony, następnie z nałożoną spiralą, a wyniki potwierdziły efektywność w niwelowaniu wibracji.

e) Fundamenty.

Most Normandzki usytuowany jest, z geologicznego punktu widzenia, w zachodniej części rejonu Paryża. W tym miejscu przeważają grunty z pokładami piasku, żwiru, iłów oraz wapieni.

Warstwy układają się następująco. Pierwsza warstwa, grubości około 20 m, to piaski bardzo niskiej jakości, głównie z domieszkami mułów. Następnie występuje warstwa żwiru,
z ziarnami średnicy dochodzącej do 30 cm, z wyjątkami nawet 70 cm. Kolejna warstwa to iły. Wszystko to przykrywa pierwszą warstwę wapieni. Podpory przęsła dojazdowego a także przyczółki posadowione są na tych wapieniach, czyli na głębokości około 40 m. Poniżej znajduje się 4 m iłu przykrywającego drugą warstwę wapieni na których opierają się pale obu pylonów. W tym miejscu głębokość posadowienia dochodzi nawet do 54 m.

Każda z podpór przęseł dojazdowego jest posadowiona na czterech palach średnicy 1,5 m. Przyczółki z kolei na ośmiu tego samego typu, a pylony na 14 palach średnicy 2,1 m. Pale pod podporami pośrednimi południowego przęsła były wiercone w pomocniczej rurze i bentonitowej zawiesinie w warstwie piasków do głębokości około 18 m. Podpory północnego przęsła dojazdowego, posadowione zostały na palach wierconych w stalowych rurach, przechodząc przez całą grubość warstwy piasku. Aby uzyskać dostęp do każdej podpory potrzebne było wykonanie 1,2 km nasypu na tkaninie, a także 750 m tymczasowego stalowego mostu. Wykonawcy zamienili grodzie powstałe z stalowych rur, dookoła każdej podpory, na betonowe grodzie wykonane z czterech prefabrykowanych elementów. Każdy z czterech elementów został zainstalowany na czterech mniejszych stalowych palach wkoło wwierconych już palach fundamentowych i połączony celem powstania okrągłej grodzi betonowej.

Stopy fundamentowe każdej nogi pylonu są połączone sprężonym ściągiem, aby zminimalizować ilość potrzebnego zbrojenia.

2

---