Nowatorska konstrukcja wiaduktu drogowego Tomasz Kołakowski, Witold Kosecki, Wojciech Lorenc, Radosław Leusz Wiadukt drogo- wy WD4 prze- prowadzający drogę ekspreso- wą S5 (odcinek od węzła Stry- szek do węzła Białe Błota ) oraz drogę do- jazdową nad torami PKP zaprojektowano i wybudowano w sposób odbie- gający od techno- logii powszechnie stosowanych, co jest widoczne już w konstrukcji przęsła od spodu (fot. 1). biekt stanowią 3 niezależne konstrukcje w postaci Układ konstrukcyjny Inwestor: GDDKiA Projekt: Oram jednoprzęsłowych w dużym skosie (dwie pod Układ konstrukcyjny każdej z trzech oddzielnych kon- Europrojekt Gdańsk Sp. z o.o. obie nitki drogi ekspresowej i jedna pod drogę dojazdo- strukcji stanowi rama jednoprzęsłowa, złożona z beto- Wykonawca: wą), przy czym kąt skrzyżowania z przeszkodą wynosi nowych ścian czołowych posadowionych bezpośrednio BUDIMEX DROMEX SA tylko 38,36 stopnia (rys. 1). na podłożu wzmocnionym kolumnami żwirowymi oraz W pierwotnej wersji obiekt był zaprojektowany jako z rygla o nowatorskiej konstrukcji zespolonej. Rygiel betonowa rama monolityczna (rys. 2) o rozpiętości ramy tworzy konstrukcja zespolona w obszarze przę- 34,66 m mierzonej wzdłuż osi jedni. Na życzenie wyko- słowym oraz betonowa w obszarze przy podporach. nawcy konstrukcji opracowano projekt zamienny kon- Przekrój przęsłowy tworzą zespolone prefabrykaty typu strukcji i technologii montażu. Wprowadzenie częściowej VFT-WIB� połączone monolitycznie z betonową płytą prefabrykacji i odpowiedniej technologii realizacji umożli- wykonaną na mokro po ustawieniu prefabrykatów wiło skrócenie czasu realizacji konstrukcji w dostosowaniu (rys. 4). Do budowy obiektu zastosowano prefabrykaty do narzuconych zamknięć torowych (rys. 3) przy jedno- z częścią stalową wytworzoną ze spawanych blach. czesnym zachowaniu przekroju poprzecznego przęsła Wysokość prefabrykatu wynosi 48 cm. Na pozostałym 28 w formie płyty, jak przewidziano pierwotnie w projekcie. obszarze płyta jest wykonana jako klasyczny żelbet most y mat eri ał y i t echnol ogi e Rys. 1. Widok obiektu z góry Rys. 2. Przekrój podłużny wiaduktu Rys. 3. Przekrój poprzeczny obiektu Rys. 1 Rys. 2 Rys. 3 29 Fot. 1 Rys. 4 Rys. 5 Fot. 2a Fot. 2b Fot. 3a Fot. 1. Widok ramy od spodu Rys. 4. Przekrój poprzeczny przęsła Fot. 2. Montaż prefabrykatów (fot. archi- wum Budimex Dromex SA) Fot. 3. a) prefabrykat po ustawieniu (zdjęcie Budimex Dromex), b) prefabry- katy przygotowane do budowy trze- ciej ramy w tle dwie konstrukcje już zrealizowane Rys. 5. Przekrój poprzeczny prefabrykatu Fot. 2c Fot. 2d Fot. 3b o zmiennej wysokości przekroju. W pierwszej fazie pre- tymczasowego uwzględniały podniesienie wykonawcze, fabrykaty pracują jako swobodnie podparte. Następnie które podano na rysunkach konstrukcyjnych po zwol- są one połączone w ramę ze ścianami za pośrednictwem nieniu podparcia konstrukcja miała osiąść pod ciężarem płyty betonowej o zmiennej wysokości i wykonywana własnym. Prefabrykaty podparto na podporach montażo- jest warstwa nadbetonu na prefabrykatach. W ten spo- wych oparte dolnymi powierzchniami środnika stalowe- sób powstaje monolityczna rama. go. Generalnie konstrukcja wszystkich prefabrykatów jest taka sama, jednak prefabrykaty skrajne są inaczej zbrojone niż wewnętrzne (dotyczy zbrojenia podłużnego w strefie Technologia połączenia z betonem monolitycznym efekt skosu). realizacji prefabrykatów Zabezpieczono szczeliny pomiędzy prefabrykatami, aby Prefabrykaty zespolone składają się z dwóch teowni- nie występowały wycieki mleczka przy betonowaniu. Na- ków połączonych trwale z betonem poprzez zabeto- stępnie zabetonowano płytę przęsła o zmiennej grubości, nowanie w nim środnika z odpowiednimi wycięciami pozostawiając niezabetonowany obszar przęsłowy, tj. nad formującymi łączniki stalowe. Teowniki zabezpieczono prefabrykatami, a więc odwrotnie w stosunku do klasycz- antykorozyjnie na całej półce dolnej i 30 mm wysokości nych technologii stosowanych w konstrukcjach zespolo- środnika. Zaprojektowano je z podniesieniem wyko- nych (najpierw przęsło, potem naroża). Takie rozwiązanie nawczym 81 mm. Belka stalowa w fazie betonowania pozwoliło na zastosowanie niskiej wysokości konstrukcyj- nie przenosi ciężaru mokrego betonu i zbrojenia, tzn. nej prefabrykatów przy zachowaniu rozsądnego zużycia deskowanie jest podparte jak w przypadku klasycz- stali konstrukcyjnej. Po uzyskaniu przez beton odpowied- nych prefabrykatów VFT. Należy zwrócić uwagę na to, niej wytrzymałości (układ uciąglony) zwolniono podpory że ze względu na skos konstrukcji rzędne podniesienia montażowe i następnie zabetonowano pozostały obszar wykonawczego płyty i belki nie są takie same w prze- płyty (rys. 6). kroju prostopadłym do osi dzwigara, tylko w przekro- ju ukośnym. Rozpiętość teoretyczna prefabrykatów Modelowanie i obliczanie wynosiła 16,82 m. konstrukcji Układ zamodelowano jako klasy e1+e2+e3,p3 (rys. 7). Elementy objętościowe wykorzystano do zamodelo- Technologia wania półprzestrzeni sprężystej. Uwzględniono fazy realizacji ustroju nośnego realizacji konstrukcji połączone ze zmiennością cech Ściany czołowe przyczółków wykonano do poziomu przekroju poprzecznego i podparciem montażowym spodu płyty przęsła, wyprowadzając z naroża odpowied- oraz zjawiska reologiczne analogicznie jak dla typowej nie zbrojenie. Następnie wykonano podpory tymczaso- konstrukcji VFT. Przy projektowaniu oprócz proble- we poza skrajnią, na których oparto deskowanie płyty mów charakterystycznych dla ram w dużym skosie o zmiennej grubości oraz same prefabrykaty. Podporę trzeba było uwzględnić wiele dodatkowych czynników pod jednym końcem prefabrykatu zaprojektowano wynikających z zastosowanej prefabrykacji i przyjętej 30 na siłę pionową o wartości 1600 kN. Rzędne podparcia technologii realizacji. most y mat eri ał y i t echnol ogi e Rys. 6. Schemat technologii budowy przęsła 31 Rys. 7 Fot. 4a Fot. 4b Fot. 4c Fot. 5 Fot. 4. Technologia wytwarzania konstruk- cji stalowej VFT-WIB� (przęsło mostu ko- lejowego). Fot. 5. Zrealizowany obiekt widok z boku Rys. 7. Wizualizacja modelu dyskretnego konstrukcji pod obciążeniem w wybranych fazach jej realizacji (ostatnie: pojazd K w po- bliżu środka przęsła) Rys. 8. Koncepcja nośności stali w zespoleniu zaproponowana przez Lorenca (z lewej) i kon- cepcja nośności betonu w zespoleniu zapro- ponowana przez Seidla (2) (z prawej) Rys. 8 Kluczowym elementem konstrukcji jest połączenie naprężeń od globalnego zginania przekroju i ścinania Piśmiennictwo ścinane pomiędzy stalą konstrukcyjną a betonem. Prace podłużnego zespolenia. 1. PreCo-Beam: Prefabricated enduring composite beams nad opracowaniem zasad projektowania tego rodzaju Do wytwarzania konstrukcji stalowej zastosowano based on innovative shear połączenia ścinanego były przedmiotem między innymi technologię opracowaną na potrzeby produkcji dzwiga- transmission. Research Fund zakończonego w 2009 roku projektu międzynarodo- rów VFT-WIB�, przecinając arkusz blachy płaskiej zamiast for Coal and Steel, Contract wego PreCo-Beam (1). Stosowane obecnie do projek- środnika belki walcowanej. N� RFSR-CT-2006-00030. towania zasady wymiarowania betonu podał Seidl (2). 01/07/2006 30/06/2009. Bazują one na metodzie nośności granicznej, klasycznej Podsumowanie 2. Seidl G.: Behaviour and load mechanice konstrukcji i próbach ścinanych zgodnie Przedstawiony obiekt jest przykładem nowoczesnej kon- bearing capacity of compo- z Eurokodem 4. Stalowa część przeciętego środnika strukcji, w której zużycie stali konstrukcyjnej jest ograni- site dowels in steel-concrete (kształt przecięcia zbliżony do klotoidy, tzw. CL) jest czone do minimum i kluczową rolę odgrywa technologia composite girders. Roz- wymiarowana na podstawie podejścia zaproponowane- realizacji. Kształtowniki stanowią tu zasadniczo sztywne prawa doktorska. Instytut go przez Lorenca z liniową aproksymacją rozwiązania dla zbrojenie i są umieszczone w dolnej części przekroju Budownictwa Politechniki Wrocławskiej 2009, Raport pierwszej ćwiartki (rys. 8) w układzie bezwymiarowych jedynie w strefie rozciąganej. serii PRE nr 4/2009. nośności na ścinanie i rozciąganie środnika. Jest to kon- Niezależnie od zastosowanej konstrukcji prefabrykatów cepcja naprężeniowa. Bazuje ona na wynikach badań i technologii realizacji przedstawiany wiadukt jest pierwszym (odczyty z tensometrów) i metodzie elementów skoń- obiektem mostowym, do konstrukcji którego zastosowano 32 czonych oraz uwzględnia interakcję efektów w postaci zespolenie typu composite dowels w formie klotoidy. q�