Lundabron — lávka pro pěší a cyklisty

V prosinci loňského roku byla ve městě Umeå 600 km severně od Stockholmu otevřena visutá lávka pro pěší a cyklisty, čímž byla ukončena dvě století dlouhá snaha místní samosprávy o realizaci přemostění širokého toku řeky Ume. Lávka je situovaná v rekreační oblasti města, spojuje levý břeh řeky s ostrovem Bölesholmarna a navazuje na malý most přemosťující rameno řeky. Snahou zúčastněných bylo navrhnout úspornou a konstrukčně efektivní subtilní konstrukci, která bude odpovídat měřítku krajiny, bude mít lidské rozměry a současně bude pohodlná pro chodce.

Lávku tvoří visutá konstrukce, která svým konstrukčním řešením navazuje na naše předchozí realizace [1] až [4]. Projekt také využívá nové výpočetní postupy, nové materiály a pokrok v technologii stavby mostů.

Lávka, která přemosťuje řeku kolmo, navazuje na pěší komunikace situované podél obou břehů. Niveleta je vedena v zakružovacím oblouku s poloměrem 1 705 m, tečny jsou v podélném sklonu 5,26 %. Volná šířka mezi zábradlím je proměnná od 4 m uprostřed rozpětí do 6 m na opěrách. Lávka také převádí elektrické a komunikační kabely.

Lávku tvoří betonová mostovka o jednom poli délky 179 m, která je zavěšena na dvou visutých kabelech o třech polích délek 28,8 + 187 + 29,5 m. Maximální průvěs visutého kabelu uprostřed rozpětí hlavního pole je 20,9 m.

Mostovka je sestavena z 59 prefabrikovaných segmentů délky 3 m z betonu C45/55 a dvou monolitických koncových příčníků. Proměnná šířka segmentů od 6,4 do 8,4 m je definována půdorysným obloukem s poloměrem 4 100 m.

Proudnicový průřez mostovky tvoří 1,09 m široké a 400 mm vysoké krajní trámy a mostovková deska tloušťky 140 mm. Každý segment je na podélných okrajích ztužen příčníky. Mostovka je podélně předepnuta 2× 2 kabely tvořenými 22 monostrandy vedenými v krajních trámech. Kabelové kanálky v segmentech a ve spárách jsou tvořeny polyetylenovými trubkami.

Visuté kabely jsou pevně spojeny se středním segmentem. Segmenty byly při montáži vzájemně spojeny ocelovými klouby, na které přímo navazují závěsy. Po montáži segmentů byly spáry vybetonovány a předepnuty. Na koncové segmenty navazují monolitické příčníky, ve kterých jsou kotveny podélné předpínací kabely, ložiska a dilatační závěry. Na kotevní desky podélných kabelů jsou navařeny kotvicí plechy, na které jsou připojeny hydraulické tlumiče (omezovače pohybů), které spojují mostovku s opěrami.

Dva visuté kabely jsou tvořeny 2× 55 monostrandy vedenými a zainjektovanými v ocelových trubkách 273/12,5. Ocelové trubky skladebných délek cca 10 m byly při montáži vzájemně svařeny. Po montáži mostovky byly trubky nosnými svary připojeny ke kotevním boxům pylonů a ke koncovým kotevním blokům a staly se tak součástí nosného systému. Zvyšují tuhost kabelů a významně se podílí na přenosu tahového napětí od nahodilého zatížení.

Mostovka je prostřednictvím závěsů spojena s visutými kabely. Ve středu mostu je spojení pevné, zbytek mostovky je zavěšen na vějířovitě uspořádaných závěsech. Na lávce byly realizovány celkem tři typy závěsů:

Všechny typizované závěsy umožňují rektifikaci mostovky pod plným zatížením. Zároveň byl systém navržen tak, aby bylo možné provést výměnu jednotlivých závěsů za provozu.

Pylony výšky 30,25 m mají tvar písmene A. Dříky pylonu, které jsou podélně a příčně skloněny, jsou sestaveny z prefabrikovaných, kontaktně vyráběných segmentů z betonu C60/75. Segmenty byly montovány letmo, v konzolách směřujících od základů k jejich vrcholům. Při montáži byly postupně předepnuty předpínacími tyčemi Ø 50 a 75 mm a kabely sestavenými ze 7 a 12 lan Ø 15,3 mm.

Ve vrcholech pylonů byly mezi dříky vloženy a přivařeny kotevní boxy visutých kabelů. Kotevní boxy jsou tvořeny podkotevními deskami (obrobky z vývalků oceli třídy S355) tloušťky 270 mm, přivařenými k podélným plechům přenášejícím tahovou sílu. Tyto plechy jsou spojeny s příčnými plechy, které přenášejí svislou sílu z boxů do dříků pylonu.

Tahová síla z visutých kabelů je přenášena do krajních kotevních bloků zakotvených v základových deskách. Kotevní bloky jsou svařované ocelové konstrukce, ve kterých jsou visuté kabely kotveny tak, aby jejich kotvy byly přístupné pro údržbu a zároveň aby byly chráněné před přímými účinky povětrnosti.

Základním nosným prvkem kotevních bloků jsou ocelové plechy, které byly v kotevní části svařeny v uzavřený komorový průřez; v zabetonované části jsou opatřeny spřahujícími trny a otvory pro protažení průběžné výztuže základů. Základové desky jsou podepřeny ocelovými pilotami SSAB RD z oceli S460. Piloty jsou vetknuty do skalního podloží a jsou předepnuty 40 m dlouhými předpjatými kotvami navrženými tak, aby i při maximálním tahu visutých kabelů byly piloty tlačeny. Kotvy, které se v základových deskách překrývají s patkami kotevních plechů, mají 10 m dlouhé kořeny zakotvené ve skalním podloží. S ohledem na namáhání pilot byly kotvy při montáži mostovky napínány ve dvou krocích.

Mostovka je uložena na všesměrných hrncových ložiscích, podélné vedení dilatačních pohybů je zabezpečeno pomocí vodicího ložiska umístěného v ose mostovky. Mostní závěry jsou povrchové, lamelové.

Pro eliminaci účinků nahodilých zatížení s rychlým nárůstem odezvy (zatížení chodci, příčný vítr apod.) je mostovka dále vybavena čtveřicí tlumičů (omezovačů pohybu) spojujících mostovku s opěrami.

Statické působení konstrukce je zřejmé z následujícího obrázku. Pevné spojení visutých kabelů s mostovkou ve středu mostu a spojení mostovky s opěrami tlumiči vytváří statický systém, ve kterém je mostovka pro dynamické účinky příčně a podélně vetknuta do opěr. Takto jsou omezeny příčné a vodorovné pohyby konstrukce. Skutečnost, že visuté kabely jsou tvořeny mono­strandy a mostovka je předepnuta nesoudržnými kabely také tvořenými monostrandy, garantuje, že při jakékoliv deformaci mostovky se napětí v kabelech zvyšuje po celé jejich délce. Při omezení podélného pohybu mostovky tlumiči v opěrách odpovídající radiální síly stabilizují konstrukci a omezují její deformace. Vzniká tak velmi tuhý statický systém, u kterého je odezva na pohyb konstrukce od zatížení chodci anebo větrem minimální.

Podle povahy problému byla konstrukce řešena jako prostorová konstrukce sestavená z prutových, deskostěnových anebo prostorových prvků. Analýza montážních i provozních stavů vyšla ze zvoleného počátečního stavu, ve kterém byla definována požadovaná geometrie i stav napjatosti. Konstrukce byla řešena dvěma programovými systémy: Ansys a Midas Civil. Na dalším obrázku je prostorový výpočtový model, který sloužil pro analýzu dynamické odezvy.

Konstrukce byla posouzena podle Eurokódů a specifikací Trafikverketu (švédské obdoby ŘSD). Podle těchto požadavků bylo nutné zajistit ve spárách mezi segmenty tlak 4 MPa. Pro posouzení pohody chodců a účinků větru byla provedena modální analýza konstrukce. Pro informaci o tuhosti konstrukce jsou na následujících obrázcích uvedeny první svislý a první vodorovný tvar a frekvence.

Pohoda chodců byla posouzena podle [5] a [6] pro impulsy vyvolané dvěma osobami s hodnotami 2× 180 N pro svislý směr a 2× 70 N pro vodorovný směr. Odpovídající maximální zrychlení ve svislém směru je a_V = 0,0580 m/​​s², ve vodorovném směru a_H = 0,0152 m/​​s². Obě hodnoty jsou menší než přípustné a_V,dov = 0,0580 m/​​s² a a_H,dov = 0,0152 m/​​s², které jsou odvozené od odpovídajících vlastních frekvencí ve svislém a vodorovném směru.

Aerodynamická stabilita daná poměrem odpovídajících kroutivých a ohybových frekvencí byla ověřena pro první dvě torzní frekvence s velmi dobrými výsledky. Kritické rychlosti větru, které byly určeny podle Selbergova kritéria [7], jsou uvedeny v následující tabulce.

Nejdříve byly provedeny otevřené svahované jámy a základové desky pylonů. V deskách byly osazeny kabelové kanálky předpětí pylonu a ocelové prvky sloužící k přesnému osazení prvních segmentů dříků pylonů. Následovaly výkopy pro základové desky kotevních bloků a provedení vrtaných pilot. Po osazení ocelových kotevních bloků a výztuže desek a ocelových trubek, ve kterých byly vedeny skalní kotvy, byly desky vybetonovány. Následovalo provedení skalních kotev a jejich částečné předepnutí.

Současně byly v ocelové formě kontaktně vybetonovány segmenty dříků pylonů. V armokoších byly osazeny trubky tvořící kabelové kanálky, kotvy pro kotvení předpínacích tyčí a kabelů, ocelové naváděcí prvky a plechy pro přivaření kotevních boxů. Segmenty mostovky byly betonovány v nastavitelné formě. V armokoších byly osazeny trubky kabelových kanálků a plechy pro montážní kloubové spojení a pro zavěšení segmentů na visuté kabely.

Následně byly letmo montovány segmenty dříků pylonů. Pro jejich výstavbu bylo kolem pylonů postaveno jednoduché lešení, které bylo s ohledem na montáž v zimních měsících chráněno plachtou. Každý segment se nejprve osadil „na sucho“ na smykové trny a zajistil se pomocí předpínacích tyčí. Po geodetickém zaměření a ověření správnosti jeho polohy byl segment přizvednut, spára byla vybavena těsněním kabelových kanálků, vrstvou epoxidového tmele a následně byl segment spuštěn do definitivní polohy. Při potřebě rektifikace odklonu byla do vrstvy epoxidového lepidla vložena mřížka z nerezové oceli. Následovalo montážní předepnutí spáry. Po vytvrdnutí tmele byly tyče napnuty na projektovanou sílu.

Po dokončení montáže segmentů byly mezi dříky pylonu vloženy ocelové kotevní boxy. Po jejich přivaření byla osazena a napnuta montážní lana, která sloužila k montáži trubek visutých kabelů. Ocelové trubky hlavního pole byly postupně zavěšovány, vzájemně svařovány a následně posouvány od jednoho břehu na druhý. Souběžně s tím, jak narůstala tíha v hlavním poli, se vyrovnávala horizontální složka síly v kotvení lan montáží trubek v krajních polích. Pro svařování ocelových trubek byla u jižního pylonu vytvořena chráněná plošina.

Po smontování trubek hlavního a zadních polí byly protaženy a napnuty monostrandy visutých kabelů. Monostrandy hlavního pole byly napnuty podle jejich „nenapnuté“ délky. Monostrandy krajních polí byly napínány postupně; velikost předpínací síly byla určena s ohledem na namáhání a velikost deformace pylonu.

Segmenty mostovky byly montovány jeřábem umístěným na soulodí z pontonů, segmenty byly dopravovány transportními čluny. Nejdříve byl osazen střední segment, pak následovala střídavá montáž ostatních segmentů. Montáž pokračovala od středu mostu směrem k opěrám s maximální nevyrovnaností zatížení tíhy jednoho segmentu. Montovaný segment byl nejdříve kloubově připojen k předcházejícímu segmentu, pak byl připojen k závěsu.

Při montáži se postupně měnil tvar montované mostovky, která nejdříve sledovala tvar visutých kabelů. Průběžně byla kontrolována poloha a směr mostovky, pro rektifikaci směru byly pro ocelové klouby připraveny spojovací šrouby menších průměrů. Souběžně s osazováním segmentů mostovky byla kontrolována mezní poloha vrcholů pylonů a postupně byly napínány monostrandy krajních kabelů.

Po montáži mostovky byly protaženy kabely podélného předpětí a vybetonovány koncové příčníky. Následně byly vybetonovány spáry mezi segmenty a po dosažení jejich pevnosti 0,5 MPa byla konstrukce předepnuta na 20 % hodnoty předpínací síly. Tak bylo ve spárách vytvořeno tlakové napětí bránící porušení betonu od montážního zatížení. Souběžně s tím probíhaly dokončovací práce na opěrách. V zadních kotevních blocích byly dopnuty zbývající skalní kotvy. Po dosažení 80 % pevnosti beto­nu spár byly předpínací kabely dopnuty.

Po instalaci izolačních vrstev a vozovky byly trubky nosných lan přivařeny ke kotevním boxům pylonů a ke koncovým blokům. Staly se tak součástí nosného systému. Dále byla provedena injektáž visutých kabelů. V samotném závěru montáže byly osazeny tlumiče, mostní závěry, krycí plechy tlumičů, bylo smontováno zábradlí, osvětlení apod.

V prosinci loňského roku byla lávka slavnostně otevřena. Nyní se provádí úpravy terénu a sadové úpravy.

Konstrukce lávky Lundabron byla realizována jako Design & Build Project zhotovitelem, který neměl s výstavbou mostů a lávek žádné zkušenosti. Proto realizace technologicky náročné konstrukce kladla mimořádné nároky na projektanta, který zajišťoval nejen vlastní projekt, ale i projekt technologie výstavby. Po počátečních potížích se podařilo konstrukci úspěšně dokončit.

Přes mimořádnou štíhlost je konstrukce dostatečně tuhá a pro uživatele pohodlná. Lávka krásné okolí nepřehlušuje, ale tvoří jeho organickou součást.