Sportovní lávka na cyklostezce přes řeku Olši

• Foto

S ohledem na navazující komunikace a hladinu stoleté vody je lávka ve výrazném půdorysném oblouku s poloměrem 100 m a ve výškovém zakružovacím oblouku s poloměrem 441,192 m s maximálním podélným sklonem 5,70 %. Celková délka lávky je 93 m, pole přemosťující řeku má rozpětí 45 m. S ohledem na prominentní polohu bylo snahou všech zúčastněných navrhnout atraktivní moderní konstrukci, která svým řešením důstojně representuje současnou dobu. Pro nalezení optimálního řešení byly vypracovány studie dvou konstrukcí. První byla konstrukce zavěšená na vnitřním okraji na jednosloupovém pylonu situovaném mimo mostovku na polském břehu, druhou byla konstrukce ztužená jednostranným skloněným obloukem. Z těchto alternativ si investor vybral konstrukci obloukovou.

Snahou projektanta bylo navrhnout atraktivní a současně úspornou konstrukci, jejíž architektura umocní její statické působení. Výsledné uspořádání lávky vyplynulo z architektonických a konstrukčních studií a podrobné statické a dynamické analýzy řady variant. Hlavním kritériem návrhu byla pohoda uživatelů a minimální údržba. Proto je mostovka vetknuta do krajních opěr a konstrukce tvoří integrální systém bez dilatačních závěrů. Pro vodorovné zatížení a objemové změny působí mostovka jako tuhý vodorovný oblouk, ve kterém změny teploty vyvolávají změnu jeho vzepětí. Protože konstrukce lávky je založena na poměrně krátkých pilotách vetknutých do únosného skalního podloží, nebylo možné mostovku rámově spojit se štíhlými podpěrami a bylo nutno ji podepřít elastomerovými ložisky výšky 250 mm.

KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ
Lávku tvoří půdorysně zakřivený ocelobetonový komorový nosník o čtyřech polích s rozpětími 17 + 45 + 18 + 13 m. V hlavním poli přemosťujícím řeku je nosník na vnitřní straně půdorysného oblouku ztužen skloněným obloukem. Svislé vzepětí oblouku je 6,75 m, jeho sklon k svislé rovině je 30º, sklon závěsů situovaných po 3,00 m je 45º. Komorový nosník nesymetrického průřezu je vetknut do krajních opěr a je spřažen s betonovou deskou tl. 120 mm z betonu C 30/37. Komorový nosník je ztužen krajními obrubami, které vystupují nad povrch chodníku. V obrubách jsou vedeny vnější kabely kotvené v křídlech opěr.

Opěry a pilíře jsou založeny na vrtaných pilotách Ø 900 mm. Pod každou opěrou je šest pilot délky 10 m. Pilíře 2 a 3 jsou založeny na čtyřech pilotách délky 8 m, pilíř 4 je založen na dvojici pilot délky 8 m. Všechny piloty jsou vetknuty do skalního podloží tvořeného jílovci svrchních těšínských vrstev.

Dřík vnitřních podpěr má proměnný průřez, který se mění od kruhového v hlavě do eliptického v patě. Kruh v hlavě má průměr 800 mm, v patě podpěr 2 a 3 je velikost poloos 2 320 a 1 360 mm. Kratší podpěra 4 má tvar vzniklý zkrácením vyšších podpěr. Bednění podpěr bylo tvořeno 4 ×18 prkny lichoběžníkového tvaru. Protože projektant požadoval, aby spáry mezi prkny sledovaly spádnici, mají prkna rozdílnou šířku. V hlavě podpěr mají šířku 35 mm, v patě 56 až 90 mm. Delší strana podpěr je odlehčena svislou rýhou.

Opěry jsou tvořeny svislým dříkem s konzolou podpírající ocelovou konstrukci. Součástí opěr jsou křídla, ve kterých jsou kotveny kabely, na které navazují zábradelní zídky. Zídky nejen architektonicky ukončují most, ale také umožňují napojení osvětlovacích kabelů vedených v madlech zábradlí.

Spřažený komorový nosník šířky 4,375 m má výrazně nesymetrický průřez navržený tak, aby střed smyku byl co neblíže jednostrannému zavěšení. Nesymetrickému průřezu také odpovídá nesymetrické podepření. Ocelová konstrukce celkové délky 89,90 m má délku polí 15,40 + 45 + 18 + 11,40 m.

Komorový průřez, který je po cca 3,0 m ztužený příčníky, má v příčném směru proměnnou výšku. Dolní pásnice rozvinuté šířky cca 4,40 m je vytvořena skružením plechu P10 do tří tečně navazujících poloměrů R 10 000, R 3 000 a R 1 350 mm. Po cca 600 mm je pásnice vyztužena sedmi kusy podélných výztuh L 100 × 50 × 8. Výztuhy se uvažují jako průběžné, k příčníku jsou přivařeny tupým svarem. Horní pásnici tvoří přímý plech P10, šířky cca 3,50 m. V podélném směru je vyztužen osmi kusy neprůběžných podélných výztuh P6 × 90. V místech „rámových rohů“ navazují na horní pásnici vodorovné podélné výztuhy, také z plechu P10. Vnější i vnitřní stěny trámu jsou průběžné, všechny z plechů P10. Na horní líce stěn jsou průběžně přivařeny trubky TR 152,4x10, ve kterých jsou vedeny předpínací kabely. Všechny svarové spoje jsou, s ohledem na namáhání, navrženy jako plnoprůvarové, podložené. Horní pásnice truhlíku a šikmé podélné výztuhy jsou opatřeny trny pro spřažení s železobetonovou mostovkovou deskou.

Oblouk je navržen jako parabolický, vyrobený skružením z trubek. Skružená trubka je z profilu TR F 457 × 25. Od paty až do místa za první závěs je zesílena na 40 mm. Oblouk je vyplněn betonem C 30/37 vytlačovaným od pat k jeho vrcholu. Po cca 3,0 m jsou z vnější strany navařeny styčníkové plechy P20 pro závěsy. Po celé délce je oblouk doplněn tvarovanou chráničkou z plechu P6 pro umístění osvětlení.

Oblouk je přivařen ke kuželovitým patním plechům tloušťky 200 mm. Spodní pásnice je v uložení odstupňována; v šířce 2,30 m a délce 5,0 m zesílena na 16 mm a v šířce 1,80 m a délce 2,60 m dále zesílena na 35 mm. Oblouková síla je do celého průřezu přenášena diagonálními výztuhami přivařenými ke spodní pásnici.

Závěsy jsou navrženy jako tyčové HPT 40 se smluvní mezí kluzu 860 MPa, v dolní části jsou rektifikovatelné. Bylo použito systémové řešení vyvinuté dodavatelem ocelové konstrukce. Závěsy jsou čepy připevněny ke styčníkovým plechům, které jsou u dolního konce součástí příčníků, u horního konce jsou navařeny k ocelové trubce oblouku.

Spřažená deska je u opěr zapuštěna do ocelového průřezu. Nad konzolou opěry je ve spodní pásnici vynechán otvor, ve kterém je situována svislá betonářská výztuž zajišťující spřažení ocelové konstrukce s betonovou konzolou. Rámové spojení ocelové konstrukce s dříkem opěry je zajištěno navázáním betonářské výztuže desky na výztuž dříku a podélným předpětím.

Konstrukce je předepnuta dvěma vnějšími kabely vedenými a zainjektovanými v ocelových trubkách situovaných v krajních obrubách ocelové konstrukce. S ohledem na zajištění maximální ochrany proti korozi jsou kabely tvořeny monostrandy, na vnitřním okraji je kabel sestaven z 19 lan, na vnějším okraji z šesti lan.

Dostatečný podélný spád umožnil odvést srážkovou vodu za opěry, kde je voda zachycena příčnou liniovou vpustí a odtud svedena z OP1 do řeky Olše a z OP5 do potoka Puncowka. Chodník je osvětlen svítidly LED situovanými v madle zábradlí a v chráničce situované mezi závěsy oblouku.

Blízkost Třineckých železáren a jejich spad výrazně ovlivnily architektonické řešení mostu. S obavy, že spad zůstane mezi oky tahokovu, bylo nutné navrhnout klasickou svislou výplň zábradlí. Bohužel, transparentní vodorovná výplň nebyla přijata polským investorem. Protože spad by mohl také znehodnotit projektantem navrhovanou stříbrnou metalízu, jsou nosná konstrukce a madla zábradlí natřeny městem vybranou barvou s označením Pacific Colar.

STAVBA LÁVKY
Po provedení pilot a spodní stavby byla zahájená montáž nosné konstrukce. Protože při nedávných povodních řeka Olše zaplavila montážní podpěry a skruže stavěných mostů, bylo rozhodnuto smontovat ocelovou konstrukci na podpěrách situovaných na skruži přemosťující řeku.

Vzhledem ke skutečnosti, že konstrukce se při stavbě deformovala nejen ve svislém, ale i vodorovném směru, a že při stavbě docházelo také k výraznému zkrucování konstrukce, byla mimořádná pozornost věnována určení výrobní geometrie konstrukce a poloze montážních podpěr. Zatímco nadvýšení oblouku v jeho rovině bylo maximálně 19 mm, jeho příčné nadvýšení dosahovalo velikosti až 410 mm (s vlivem stočení nosníku 490 mm).

Montážní podpěry musely být navrženy tak, aby při postupné výstavbě umožnily natočení a příčný pohyb montované konstrukce. S ohledem na tvar příčného řezu, který neumožňoval jednoduché podepření, byla montovaná konstrukce podobně jako při výrobě v místě příčníků zavěšena na podpěry.

Ocelová konstrukce mostovky byla postupně sestavena ze šesti segmentů délek 12,00 až 18,00 m. Oblouk byl sestaven ze tří dílů délek 10,50 a 18,80 m. Na krajních opěrách byla konstrukce podepřena ve svislém směru ve dvou bodech, ve vodorovném směru byla poloha montované konstrukce zajištěna svislými čepy.

Při stavbě se nejdříve vzájemně svařily díly mostovky 2, 3 a 4 a obloukové segmenty. Potom se závěsy napnuly na 50 % projektované hodnoty. Následně se přivařily zbylé montážní díly mostovky 1, 5 a 6. Po provedení všech svarů se odstranilo podepření konstrukce na mezilehlých montážních podpěrách. Následovalo vybetonování oblouku a po dosažení požadované pevnosti betonu se závěsy dopnuly na 100 % jejich projektované hodnoty. Potom byla najednou vybetonována spřažená deska. Po dosažení požadované pevnosti se napnuly předpínací kabely. Při jejich napínání se konstrukce na montážních podpěrách příčně posunula do projektované polohy. Konstrukce pak byla na podpěrách výškově rektifikována a uložena na ložiska.

Díky přesné výrobě a kontrole při stavbě se podařilo smontovat konstrukci v požadované geometrii.

STATICKÁ A DYNAMICKÁ ANALÝZA
Lávka byla analyzovaná jako geometricky nelineární konstrukce programovým systém ANSYS. Globální analýza byla provedena na prostorovém prutovém modelu, detaily mostovky a detail spojení mostovky s obloukem na prostorovém modelu sestaveném z deskostěnových a objemových prvků. Aby bylo vystiženo reálné podepření lávky, byla konstrukce namodelována včetně opěr a pilot podepřených pružinami vystihujícími podloží. S ohledem na postupnou výstavbu byla mostovka modelována dvojicí průřezů modelujících ocelový průřez a betonovou mostovku.

Na vnitřních podpěrách bylo bráněno jen svislým deformacím. Při tomto uložení vznikají v konstrukci maximální ohybová a smyková namáhání. Podobně i spřažená mostovková deska byla uvažována s redukovanou tuhostí vystihující její možné porušení trhlinami.

Základním krokem výpočtu bylo nalezení výchozího rovnovážného stavu. Ten byl určen iterativně, přičemž v jednotlivých krocích byly postupně měněny sklon oblouku a závěsů, tvar průřezu (poloha těžiště a středu krutu) a poloha a velikost předpínacích kabelů. Výsledkem byla konstrukce, ve které síly závěsů spolu s radiálními silami od kabelů vyrovnávaly kroucení od zatížení stálého.

Takto definovaná konstrukce pak sloužila pro analýzu účinků nahodilého zatížení, objemových změn a větru. Pro výpočet maximálního napětí v mostovce byla zohledněna její lokální stabilita. Stabilita oblouku byla spočtena včetně zadaných imperfekcí pro zatížení větrem a postupně se zvětšující nahodilé zatížení. Oblouk vybočil až při 16 násobku nahodilého zatížení. Únosnost oblouku byla vyčerpána při 3,1 násobku nahodilého zatížení, kdy došlo ke zplastizování paty oblouku. Ke ztrátě stability tedy nedojde před vyčerpáním únosnosti. Protože stabilita oblouku závisí na únosnosti závěsů, byly závěsy podrobně posouzeny nejen pro jejich tahové, ale také ohybové namáhání.

Montážní geometrie konstrukce byla získána postupným odebíráním konstrukčních prvků od výchozího rovnovážného stavu.

Důležitá byla také dynamická analýza konstrukce. S ohledem na skutečnost, že první torzní frekvence je menší než 1 Hz a první ohybová frekvence je v rozsahu frekvence lidských kroků, byla konstrukce posouzena na vybuzené kmitání. Maximální amplituda kmitání mostovky max u = 6,430 mm, maximální rychlost kmitání max v = 0,030 m/s a maximální zrychlení a_max = 0,346 m/s². Toto zrychlení je menší než přípustné zrychlení a_lim = 0,434 m/s².

Statické předpoklady a kvalita provedení byly ověřeny statickou a dynamickou zatěžovací zkouškou. Při statické zkoušce byla konstrukce zatížena paletami obrubníků situovaných ve středním poli. Účinnost zatížení byla 77,3 %. Svislé deformace, zkroucení mostu a deformace oblouku byly v dobré shodě s vypočítanými hodnotami.

Při dynamické zkoušce byly nejdříve ověřeny vlastní tvary a frekvence kmitání. Ukázalo se, že konstrukce je tužší, protože spřažená deska není porušena trhlinami a elastomerová ložiska svoji tuhostí brání volnému posunu a pootočení konstrukce. Proto byl proveden nový výpočet zohledňující skutečnou tuhost desky a ložisek. Dále byla konstrukce buzena náhodným a synchronizovaným přechodem chodců a přejezdem vozidla rychlosti 5 a 15 km/hod. Při buzení synchronizovanou dvojicí chodců bylo naměřeno maximální zrychlení a_max = 0,04 m/s², při přechodu synchronizovanou skupinou 17 chodců modelující vandalismus bylo naměřeno maximální zrychlení a_max = 0,24 m/s².

Konstrukce lávky se před i po dynamickém zatěžování chovala pružně a nebyly odhaleny závady či poruchy globálního anebo lokálního charakteru. Konstrukce je velmi tuhá, nechvěje se a uživatelé nemají nepříjemný pocit, když stojí anebo jdou po lávce.

Výstavba lávky byla zahájena na podzim roku 2010, ukončena na podzim 2011. Lávka byla předána veřejnosti spolu s parkovými úpravami v červnu 2012.

Projekt byl spolufinancován Evropskou unií z Evropského fondu pro regionální rozvoj v rámci Operačního programu přeshraniční spolupráce ČR – PR 2007 – 2013.

Sports Footbridge on the Bike Trail across the River Olše
The footbridge over the river Olša was built under cross border cooperation, connecting the towns of Český Těšín and Polish Cieszyn. The construction also included a reconstruction of the Park of Adam Sikora and the landscaping of both banks. In this way, a space for meetings, rest and recreation was created on both sides of the river. The schemer tried to design an attractive as well as saving design with an architecture reinforcing its static appearance. The final arrangement of the footbridge resulted from the architectural and construction researches and a detailed and dynamic analysis of several options. The main design criteria included user-comfort and minimum maintenance.

Autor

• Stráský, Hustý a partneři s.r.o.

www.shp.eu