Vývoj modulárních lávek pro pěší a cyklistickou dopravu

• Foto

V roce 2010 jsme se s projektem TA01030849 „Vývoj provizória pro pěší a cyklistickou dopravu z materiálů vyšších pevností“ přihlásili do prvního kola soutěže ALFA vypsané TA ČR. Uspěli jsme v silné konkurenci a projekt jsme řešili od 1/2011 do 9/2013.

Projekt se zabýval vývojem samostatného lávkového provizória, jež efektivně umožní převést pěší dopravu při rekonstrukcích pozemních staveb a zachování pěšího provozu po živelních pohromách. Samotné parametry modulárních lávek byly nastaveny tak, aby splňovaly prostorová kritéria pro trvalou konstrukci. Je tedy možné lávky využívat po delší časové období, případně z nich realizovat stavbu trvalou.

Výsledkem jsou dvě produktové řady lávek ML 18 a ML 36, jež zvýší bezpečnost a komfort pěších a cyklistů. Realizačním firmám nabízí výrobek, který nemusí vždy pro jednotlivé zakázky vyvíjet, vyrábět a montovat. Krajům a obcím je tak umožněno budovat dočasné i trvalé lávky s vysokou mírou bezpečnosti a zaručenou životností.

VÝHODY SYSTÉMOVÝCH MODULÁRNÍCH LÁVEK
Unikátní systém rozebíratelných lávek pro rozpětí prostého pole od 3 do 36 m, v kroku 3 m přináší chodcům i cyklistům vyšší komfort a bezpečnost, než bylo dosud obvyklé.

• Průchozí šířka 2 000 mm splňuje požadavky trvalé stavby a je o 500 mm větší než u ostatních dočasných konstrukcí.
• Povrch mostovky z plných kompozitových desek s protiskluznou úpravou poskytuje komfort všem účastníkům provozu. Je bezúdržbový a na rozdíl od roštů nehrozí omezení pohybu ženám na podpatcích či osobám se sníženou schopností pohybu.
• Vysoká bezpečnost provozu chodců a cyklistů je zajištěna nejen madlem ve výši 1 300 mm nad mostovkou a okopovou lištou. Zvýšený komfort pěším poskytuje další madlo umístěné v ideální výši 900 mm nad mostovkou.
• Bezpečný nástup a sestup z lávky je řešen sklonitelnou rampou v rozsahu spádu ± 8,33 %. Do rampy lze integrovat sloupek, jenž zabraňuje přejezdu vozidel.

Výhody naše řešení přináší nejen uživatelům, ale i státní správě, krajům, městům a obcím, stavebním firmám, projektantům a správcům dopravních cest. Systémové provizorium je vhodné nejen po živelních pohromách, ale i při rekonstrukcích stávajících mostů ve městech a obcích kde umožní zachovat pěší a cyklistický provoz.

• Efektivní řešení, jež svým rozsahem rozpětí pokrývá 99,5 % jednopolových mostů I – III. třídy v evidenci ŘSD a 97 % vícepolových mostů I. – III. třídy. Pro zbylé je možné lávky spojit na mezipodpoře, např. ze systému PIŽMO.
• Ekonomickým řešením je rozdělení typu provizorních lávek na ML 18 (3 – 18 m) a ML 36 (3 – 36 m) kde použití ML 18 představuje v rozpětí 9 – 18 m výrazně nižší pořizovací náklady než použití prvků ML 36 pro totéž rozpětí. Ze statistiky vyplývá, že jednopolových mostů do 18 m je 92,3 % a z celkového počtu jedno i vícepolových mostů, je mostů do 18 m 81,1 %.
• Bezúdržbová konstrukce provizória.
• Ocelové díly lávky jsou žárově zinkovány ponorem, mostovkovédíly jsou kompozitové.
• Lávky jsou dimenzované pro použití na 95 % území ČR bez omezení, pouze v horských oblastech, kde návrhová rychlost větru přesahuje 27 m.s^–1, je nutné lávky posoudit na konkrétní lokální situaci.
• Výborná skladovatelnost v rozloženém stavu.
• Pro přepravu lávek v rozloženém stavu není potřeba nadrozměrné dopravy.
• Rychlá montáž – montáž jednoho pole ML 18 se pohybuje od 15 – 25 minut v závislosti na uložení materiálu na staveništi a rychlosti pohybu jeřábu. Sestavení lávky ML 36 se dá provést během jednoho dne, záleží na místních podmínkách a použité mechanizaci.
• Osazení přes překážku jeřáby. Typ ML 36 je alternativně možno přes překážku vysouvat po výsuvné dráze.
• Garantovaná životnost konstrukce min. 30 let (jako provizorní konstrukce) ověřená únavovými testy. Jedná se o první lávku, kde byly klíčové styčníky v reálných rozměrech cyklicky zatěžovány a byla tak stanovena životnost na základě testů.
• Po lávce je možný mimořádný přejezd vozidla integrovaného záchranného systému se šířkou vozidla do 1,85 m a zatížením na kolo do 7,5 kN.
• Lze zaměnit a kombinovat některé prvky z ML 18 a ML 36, což vede ke skladovacím a investičním úsporám.
• Lehké konstrukce lávek nevyžadující masivní spodní stavbu.

Technické řešení obou typů lávek je chráněno užitnými vzory č. 23434 a 23459.

VÝVOJ MODULÁRNÍCH LÁVEK ML 18 A ML 36
Studie proveditelnosti
Ze závěrů analýzy dat rozpětí mostů ŘSD a dalších zdrojů uvedených ve studii proveditelnosti, bylo určeno dispoziční řešení lávek. Na jeho základě byly postupně vyvíjeny a analyzovány varianty řešení jak z hlediska funkčního, konstrukčního, materiálového, tak i montážního a ekonomického. Modulární krok byl po analýze stanoven na 3,0 m. Během zpracování variant docházelo k úpravám návrhu s ohledem na dosažené výsledky VaV. Za hlavní lze považovat rozdělení řešení na lávky v rozsahu 3 – 36 m (ML 36) a lávky v rozsahu 3 – 18 m (ML 18) se snahou o využití některých stejných dílců pro obě varianty. Toto dělení bylo vedeno ekonomickými kalkulacemi, kdy bylo nalezeno efektivnější řešení pro lávky do rozpětí 18 m než univerzální řešení s rozpětím od 3 do 36 m.

VARIANTY ŘEŠENÍ
Bylo zpracováno celkem osm základních variant řešení. Výsledné varianty lze charakterizovat takto:

ML 18
Typová řada ML 18 je určena pro rozpětí 3 – 18 m. Konstrukci jednoho pole tvoří dva hlavní nosníky s integrovaným zábradlím, mostovkový rošt, dva příčné rámy, kompozitní díly mostovky a dva okopné plechy. Mostovka může být nahrazena jinými typy, například pororoštem či dřevěnými fošnami. Provizorium je vybaveno elastomerovými ložisky, jež se dají použít na jakýkoliv rám a nájezdovými rampami. Typ zábradelní výplně byl schválen ŘSD.

ML 36
Typová řada ML 36 je určena pro rozpětí 3 – 36 m. Konstrukce je prvková, příhradová, mostovkový rošt a díly kompozitní mostovky jsou totožné s ML 18. Hlavní pasy jsou uzavřeného profilu, příčný uzavřený rám je tvořen dvěma polorámy a mostovkovým roštem. Diagonály ve stěnách či mezi horními pasy mohou být tvořeny jak systémovými táhly Macalloy, tak diagonálami z trubek.

DYNAMICKÁ ANALÝZA
U lehkých mostních konstrukcí je mimořádně významnou součástí návrhových výpočtů posouzení dynamických vlastností. Především je nutné korektní stanovení odezvy konstrukce lávky na zatížení větrem a posouzení vlivu účinků pohybu chodců na kmitání. V roce 2010 a 2011 byla provedena řada dynamických výpočtů obou lávek včetně CFD analýzy, která prokázala, že oba typy lávek jsou vůči uvedeným vlivům odolné.

KLÍČOVÉ DETAILY – VÝROBNÍ, STATICKÉ A DYNAMICKÉ TESTY
Pro určení garantované životnosti a vlivu konstrukčního řešení na únavu jsme se rozhodli provést před výrobou funkčních vzorků dynamické testy klíčových styčníků lávek. U obou typů lávek se jednalo o napojení dolního a horního pasu na příčný rám. Testovány byly tedy čtyři typy přípojů, vyrobené v reálném měřítku, každý v min. šesti kusech. Jelikož se každý detail skládal ze dvou připojených pásů, získali jsme tedy dostatek výsledků pro jeden typ přípoje a mohli jsme se z něj pokusit stanovit životnost. Klíčové detaily byly z důvodu objektivity vyrobeny včetně prostorových vůlí ve stycích, nutných pro montáž konstrukce a povrchovou ochranu.

Jako problematické se ukázalo stanovení vhodného rozkmitu zatížení, protože pro lávky není normami určeno únavové zatížení. Kategorie zatížení lávek chodci se v zahraniční literatuře [1] dělí do pěti kategorií TC1-TC5 od velmi nízké dopravy TC1, nízké dopravy TC2, husté dopravy TC3 a velmi husté dopravy TC4 až po výjimečně hustou dopravu TC5 jež značí nepohodlná chůze, tvořící se dav, nikdo není schopen si sám vybrat místo pohybu ani volný prostor. Zatížení je stanoveno dle průměrného chodce P s hmotností 74,4 kg.

Nízká doprava TC2, q = 0,2*P/m² = 0,15 kNm^–2
Hustá doprava TC3, q = 0,5*P/m² = 0,37 kNm^–2
Velmi hustá doprava TC4, q = 1,0*P/m² = 0,75 kNm^–2
Výjimečně hustá doprava TC5, q = 1,5*P/m² = 1,12 kNm^–2

Tabulky s denními přechody chodců platí za předpokladu, že se dav chodců bude vyskytovat na lávkách vždy jako kompaktní blok v celé ploše lávky. Jen tak je schopen vyvodit uvažovaný rozkmit účinků vnitřních sil v taženém dolním pase. Kompaktní blok chodců je uvažován o hustotě dopravy TC4 (1 osoba.m^–2 = 0,8 kN.m^–2) což je značeno jako doprava velmi hustá.

V tabulce 1 jsou uvedeny dva případy stanovení živostnosti pro typ ML 36 (rozpětí 36 m a 24 m) a dva případy pro ML 18 (18 a 15 m). Výsledky ukazují vysokou bezpečnost a životnost s ohledem na dobu používání a nasazení, a umožňují nám stanovit garantovanou životnost konstrukce min. 30 let s ohledem na únavové chování.

FUNKČNÍ VZORKY
Před výrobou funkčních vzorků (prototypů) jsme vyrobili vždy dvě pole lávky, na nichž jsme si ověřili výrobní tolerance a vůle ve spojích s ohledem na technologii výroby a zejména typ povrchové ochrany. Jako finální povrchová ochrana bylo zvoleno žárové zinkování ponorem. Potvrdily se naše předpoklady, že nárůsty zinku budou na obráběných plochách výrazně vyšší, než požadovaných 80 μm. Na obráběných či broušených místech dosahovali úrovně až 400 μm a tím se blížily vůlím použitým pro testy klíčových detailů.

Byly vyrobeny dva funkční vzorky v délkách 18 m (ML 18) a 36 m (ML 36) které byly v roce 2013 podrobeny montážním a zatěžovacích testům.

ML 18 – MONTÁŽ FUNKČNÍCH VZORKŮ
Funkční vzorek ML 18 byl v délce 18 m sestaven v areálu naší firmy v průběhu měsíce března. Rychlost montáže jednoho pole, která se pohybovala mezi 15 – 20 minutami, byla ovlivněna zejména rychlostí autojeřábu a uspořádáním staveniště.

ML 18 – ZATĚŽOVACÍ ZKOUŠKA
Při zatěžovací zkoušce jsme si ověřili dva stavy, jeden symetrický a jeden vyvozující kroucení lávky vlivem asymetrického zatížení. Zatížení na lávku bylo realizováno osazením devět kusů roštových nosníků, což činí 52 % užitného zatížení.

Kromě statických zkoušek byly provedeny i zkoušky dynamické a to jak přechodem skupiny osob, tak souhlasným krokem dvou osob za účelem ověření vlastních frekvencí lávky.

ML 36 – FUNKČNÍ VZOREK O ROZPĚTÍ 36 M
Montáž funkčního vzorku ML 36 lávky ve variantě s táhly Macalloy ve stěnách, byla zahájena 9. 5. 2013 a dokončena 10. 5. 2013. V odpoledních hodinách 10. 5., byl funkční vzorek osazen na ložiska na montážní opěry z panelové rovnaniny a příčníku z profilu PIŽMO pomocí jeřábu TEREX AC/40.

Konstrukce vykazovala větší průhyby z důvodu nedostatečné aktivace táhel a vůlí ve stycích. Měli jsme původně v plánu provést aktivaci táhel až po osazení na ložiska. Rozhodli jsme se ale aktivaci neprovádět a využít této situace. Ponechali jsme konstrukci v tomto stavu a rozhodli jsme se ji před zatěžovací zkouškou nijak nevyrovnávat. Jednalo se tak o simulaci stavu, do jakého by mohla neodborná firma přivést lávku nedůslednou montáží.

Na základě zaměření geometrie, jak před, tak po zatěžovací zkoušce, tak i po následné výměně stěnových táhel za trubky, jsme dokázali najít řešení jak z velké části eliminovat vůle v čepech. Nastavení vůlí a jejich eliminace byla jedním z cílů montážních zkoušek.

Všechny nám známé provizorní konstrukce mají konvexní tvar po osazení do otvoru vyvolaný tím, že se díly vyrábějí bez nadvýšení jež by eliminovalo průhyb od stálého zatížení. U modulových řad s proměnným rozpětím v kroku 3 m se nedá nastavit nadvýšení tak aby vyhovovalo všem projektovým rozpětím, protože křivka průhybu je s rozpětím proměnná a navíc má tvar podobný kubické parabole. Má tak s větším rozpětím nelineární vzrůstající hodnoty průhybu.

Konstrukce ML 36 splňuje požadavky norem, kde je pro dočasné konstrukce lávek požadována hodnota průhybu max. 1/150 rozpětí. Krajním hodnotám se blíží jen v maximálním rozpětí 36 m, se snižující se délkou se výrazně snižuje i průhyb. Takovéto naladění konstrukce je nezbytné pro optimalizaci ekonomiky a účelnosti systémového provizória.

ML 36 – ZATĚŽOVACÍ ZKOUŠKA
Zatěžovací zkouška proběhla 29. 5. 2013. Pro její provedení bylo nutné najít dostupné balastní zatížení, které bylo možné přesouvat přímo po mostovce. Z důvodu vodorovného ztužení u horního pasu jsme nemohli využít vkládání prvků pižmo shora přímo na mostovku. Zvolili jsme tedy palety s rolemi bitumenové izolace, které jsme pomocí paletového vozíku rozváželi po mostovce.

Měli jsme obavy, zda kompozitová mostovka vydrží soustředěné zatížení 2 × 3,75 kN s osovou vzdáleností 150 mm, které vystihuje přední kolo paletového vozíku. Proto jsme oslovili dodavatele, který na uvedené zatížení otestoval jeden díl mostovky MD40. Námi požadované zatížení 7,5 kN mostovka s úspěchem přenesla, k první
trhlině došlo při zatížení 11,5 kN, k celkovému kolapsu došlo při zatížení 21 kN.

DOKUMENTACE PRO VÝROBU A POUŽITÍ
Na základě výsledků zatěžovacích a montážních zkoušek, kdy jsme otestovali montážní stavy i varianty ztužení, jsme upravili výrobní, projekční a montážní dokumentace funkčních vzorků.

ZÁVĚR
Věříme, že si naše řešení provizorních lávek najde svou cestu ke konečnému uživateli a jsme vděční za podporu, které se nám prostřednictvím TAČR na jeho vývoj dostalo.

Projektantům, kteří budou potřebovat vyřešit převedení pěší dopravy během rekonstrukcí, nabízíme kompletní podporu, výkresy obou typů pro všechna rozpětí v dwg, včetně zatěžovacích údajů na spodní stavbu.

Realizačním firmám, krajům či obcím nabízíme zakázkovou výrobu provizorií či jejich pronájem, jsme schopni zajistit dopravu, montáž i osazení do otvoru. Jsme připraveni v případě zájmu zahájit výrobu lávek vlastními prostředky, či případně prodat práva k jejich výrobě případným zájemcům.

Projekt TA01030849 „Vývoj provizória pro pěší a cyklistickou dopravu z materiálů vyšších pevností“ byl řešen s finanční podporou TA ČR.

LITERATURA:
[1] Heinemeyer – Butz – Keil – Schlaich – Goldack – Trometer – Lukic – Chabrolin – Lemaire – Martin – Cunha – Caetano. Design of Lightweight Footbridges for Human Induced Vibrations, ECCS CECM EKS, JRC First Edition May 2009, ISBN 987-92-79-13387-9

Development of Modular Foot and Cycle Bridges
Project architects and companies implementing projects encounter temporary bridges relatively frequently. They always represent bridge structures designed for a single use, and usually, only a short time is determined and few resources are designated for their projecting, since they are additional constructions to reconstruction of a more significant construction – road transport bridge. Thus, the temporary bridges often do not fulfil requirements for safe crossing of persons with reduced mobility, bridgings are slippery, and discontinuous railing usually have no surface protection. Sometimes, they are even made of unplaned boards. This situation together with troublesome operation of pedestrian traffic on formerly military road provisional measures have led us to an attitude that the time to solve this issue has come.

Autoři

• Ing. Simon Pavel
• Prof. Ing. Karmazínová Marcela CSc.
• Ing. Kameš Štěpán
• Weinstein Dušan
• Ing. Veselý Jiří
• Ing. Pilgr Milan PhD.