Lundabron — lávka pro pěší a cyklisty

Lávka přes řeku Ume – zákres do fotografie

Visutá lávka pro pěší a cyklisty, která byla postavena přes řeku Ume ve švédském městě Umeå, je popsána s ohledem na architektonické a konstrukční řešení, statickou a dynamickou analýzu a postup výstavby. Betonová mostovka o jednom poli délky 179 m je zavěšena na dvou skloněných visutých kabelech o třech polích délek 28,8 + 187 + 29,5 m. Mostovka tloušťky 400 mm je sestavena z prefabrikovaných segmentů, pylon tvaru písmene A byl smontován z prefabrikovaných, kontaktně vyráběných segmentů.

InvestorUmeå Kommun
ProjektStráský, Hustý a partneři, s. r. o., Brno
Generální zhotovitelVeidekke Sverige AB, Region Nord, Umeå
Zhotovitel visutých kabelů a předpětíFreyssinet Polska Sp. z o. o., Varšava
Kontrola projektuWSP, Umeå
Projektčervenec 2016 až prosinec 2018
Realizaceduben 2017 až prosinec 2019

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.

Konstrukční a architektonické řešení

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.

Konstrukční řešení
Podélný řez

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.

Mostovka: nahoře příčný řez, dole podélný řez části konstrukce

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.

Spojení mostovky s visutým kabelem: vlevo příčný řez, vpravo podélný řez
Zavěšení mostovky na visutém kabelu poblíž středu mostu: vlevo příčný řez, vpravo podélný řez 
Typické zavěšení mostovky na visutém kabelu: vlevo příčný řez, vpravo podélný řez 

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:

  • atypické středové závěsy tvořené ocelovými táhly,
  • závěsy z tyčí,
  • od délky 12,5 m závěsy z uzavřených lan.

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.

Pylon: vlevo příčný řez, vpravo podélný řez
Pylon: vlevo axonometrický pohled, vpravo konstrukční prvky a montáž

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.

Skladba kotevního boxu
Kotevní box

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.

Kotevní bloky

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.

Statická a dynamická analýza

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.

Statické působení: nahoře pohled, dole půdorys

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.

Výpočtový model

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 aV = 0,0580 m/​​s2, ve vodorovném směru aH = 0,0152 m/​​s2. Obě hodnoty jsou menší než přípustné aV,dov = 0,0580 m/​​s2aH,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.

Tab. 1 Kritická rychlost větru

Výstavba

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.

Závěr

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.

Lávka přes řeku Ume
Literatura

[1] STRÁSKÝ, J., HUSTÝ, I., JORDÁN, J. Lávka pro pěší přes Švýcarskou zátoku Vranovské přehrady. Beton a zdivo. 1994, č. 4, s. 3 – 11.

[2] STRASKY, J. Stress ribbon and cable supported pedestrian bridges. London: Thomas Telford Publishing, 2005. 2nd edition, 2011. ISBN 0 7277 3282 X.

[3] STRÁSKÝ, J., NEČAS, R. Lávka přes Harbor Drive v San Diegu, Kalifornie, USA. Beton TKS. 2011, roč. 11, č. 4, s. 14 – 22. ISSN 1213 – 3116.

[4] STRÁSKÝ, J., NEČAS, R., KOLÁČEK, J. Dvě lávky přes řeku North Saskatchewan v kanadském Edmontonu. Beton TKS. 2017, roč. 17, č. 4, s. 22 – 30. ISSN 1213 – 3116.

[5] Guidelines for the design of footbridges. fib – Guide to good practice prepared by Task Group 1.2. Fédération internationale du béton (fib), 2005. ISBN 2 – 88394 – 072‑X.

[6] STRÁSKÝ, J., NEČAS, R., KOLÁČEK, J. Dynamická odezva betonových lávek. Beton TKS. 2009, roč. 9, č. 4, s. 80 – 87. ISSN 1213 – 3116.

[7] HOLMES, J., D. Wind Loading of Structures. CRC Press, 2001.

Autoři

Lundabron – pedestrian and cyclist bridge

A suspension pedestrian and cycling bridge, which was built across the Ume River in a city of Umeå, Sweden, is described regarding the architectural and construction solutions, structural and dynamic analyses, and the process of its construction. The concrete bridge deck has a single span of 179 m, which hangs on two inclined suspension cables of three spans: 28.8 + 187 + 29.5 m. The deck is 400 mm thick, assembled from precast segments. The A‑shaped pylon was assembled from match-cast segments.

4/2020 Mosty a lávky | 15. 8. 2020 | Stavební konstrukce

Nadjezd nad dálnicí D1 u Přerova

Nadjezd nad dálnicí D1 u Přerova tvoří integrovaná oblouková konstrukce celkové délky 92 m. Mostovku lichoběžníkového průřezu podpírá oblouk s rozpětím 56 m. Protože patky oblouku jsou spojeny s koncovými příčníky tlačenými vzpěrami, tvoří nadjezd samokotvenou obloukovou konst...
4/2020 Mosty a lávky | 15. 8. 2020 | Stavební konstrukce

Most u obce Čtyřkoly

Článek popisuje návrh a výstavbu integrovaného vzpěradlového mostu u obce Čtyřkoly ve Středočeském kraji. Most byl navržen jako třípolový a převádí silnici III. třídy kategorie S7,5 přes komunikaci I/3. Vnější pole nosné konstrukce tvoří předpjaté betonové desky, střední pole...
4/2020 Mosty a lávky | 15. 8. 2020 | Sanace a rekonstrukce

Stavební údržba Vranovské lávky

Visutá lávka přes Vranovskou přehradu s rozpětím hlavního pole 252 m, která byla postavena v roce 1993, byla v loňském roce opravena. Předmětem stavební údržby provedené na základě diagnostického průzkumu byla oprava pylonu poškozeného bleskem, nové nátěry ocelových prvků a na...