Návrh lávky přes řeku Labe v Nymburce

Lávka pro pěší a cyklisty spojuje střed města Nymburk s městkou částí Zálabí a zároveň navazuje na komunikace pro pěší a cyklisty situované podél řeky Labe. Protože je situována poblíž historického obloukového mostu, je tvořena také obloukovou konstrukcí, má však větší rozpětí a podle požadavku investora je bez podpěr v řece.

Realizované přemostění vychází z návrhu firmy Stráský, Hustý a partneři (SHP), Brno, který získal v architektonicko-konstrukční soutěži první cenu. Lávka je situována v poloze původní demolované konstrukce.

Konstrukci lávky tvoří dva vně skloněné ocelové oblouky, na kterých je zavěšena mostovka z předpjatého betonu. Vzepětí oblouků bylo voleno tak, aby v převážné části nad řekou byly oblouky situovány nad hlavami chodců, a tak nebránily volnému výhledu z lávky, a aby zároveň chodcům jdoucím podél řeky nezakrývaly pohled na historický most a střed města. Aby oblouky co nejpřirozeněji navázaly na terén, jejich výška se směrem k základům zmenšuje. Odpovídající redukce ohybového namáhání tak umožnila zmenšit velikost základových patek a minimalizovat zásah do břehů.

Protože je štíhlá ocelová konstrukce natřena šedozelenou barvou, oblouky nevytváří dominantu, ale souzní se stávajícím historickým mostem a krásnou polabskou krajinou. Chodník je osvětlen LED svítidly situovanými v madlech zábradlí. Osvětlení oblouku sleduje jeho křivku, a tak zdůrazňuje jeho přirozenou funkci – překonat překážku. Světla jsou orientována směrem dolů, a proto netvoří světelný smog. Jednoduché zábradlí je tvořeno skloněnými sloupky s lanovou výplní. V místě napojení na stávající komunikace jsou navrženy terénní a vegetační úpravy, které přirozeně navazují na polabskou krajinu.

V soutěžním návrhu byla krajní pole tvořena předpjatým pásem vetknutým do krajních opěr, které byly namáhány velkou vodorovnou silou o velikosti až 30 MN. Tato síla byla přenášena kombinací tlačených vzpěr spojujících základy oblouku s opěrami a původním založením tvořeným milánskými stěnami a mikropilotami. Oproti předpokladu návrhu mohly být původní opěry demolovány až při stavbě nové konstrukce, a tak nebylo možné během projekčních prací provést diagnostiku původního založení. Bez informací o stavu stěn a mikropilot nebylo možné původní založení využít, a proto byl předpjatý pás nahrazen spojitým nosníkem.

Mostovku celkové délky 203,8 m tvoří spojitý nosník o osmi polích s rozpětími od 16,41 do 71,93 m. Lávka bezbariérově navazuje na stávající komunikace. Geometrie lávky zaručuje, že plavební kanál o šířce 50 m je bezpečně zachován a podélný sklon mostovky není větší než 7,7 %. Po lávce jsou také převáděny telekomunikační kabely.

Mostovka z předpjatého betonu je nad řekou zavěšena na ocelových obloucích, v krajních polích je podepřena šikmými stojkami. Rozpětí oblouků je 103,17 m a jejich vertikální vzepětí je 11,25 m. 

Vodorovná vzdálenost oblouků je proměnná od 1,9 m v jejich patě do 10,6 m uprostřed rozpětí. V patě jsou oblouky vzájemně spojeny.

Oblouky z oceli S355 mají komorový průřez proměnné výšky od 820 do 1 350 mm a šířky 665 mm. Ocelové průřezy jsou ztuženy výztuhami, na které navazují plechy pro ukotvení závěsů. Uprostřed vnější plochy jsou v obloucích vytvořena vybrání, která slouží k umístění osvětlení oblouků. Typické závěsy jsou tvořeny tyčemi McAlloy Ø 42 a 48 mm. Ty první, které jsou příliš krátké, jsou nahrazeny kloubovým připojením. V průmětu mostovky s oblouky bylo při montáži vzájemné spojení tvořeno pohyblivými ocelovými klouby. Tyto klouby byly po montáži zabetonovány v krátkých blocích.

Oblouky jsou podepřeny betonovými bloky, které tvarově navazují na jejich vnější tvar. Bloky, které byly vybetonovány po rozepření oblouků, jsou spojené se základovými patkami podepřenými mikropilotami. 

Aby ve spárách mezi oblouky a bloky nevznikl za provozu tah, jsou spáry předepnuty předpínacími tyčemi kotvenými v obloucích a v blocích. Na stěny oblouků jsou navařeny vnitřní výztuhy, které přenáší namáhání ze stěn do patních plechů. Odstranilo se tak velké hranové napětí pod vnějšími stěnami průřezu, a proto nebylo nutné bloky pod oblouky rozšiřovat.

Mostovka z betonu C60/75 je tvořena okrajovými nosníky, středovým žebrem a mostovkovou deskou. Mostovka celkové šířky 5,5 m je každé 3 m ztužena příčníky tloušťky 250 mm. V místě spojení mostovky s oblouky mají příčníky šířku 1 m. Tloušťka mostovkové desky je 120 mm. Výška středního žebra je dvojí: v zavěšeném poli je 350 mm, ve všech ostatních polích jeho výška 590 mm odpovídá celkové tloušťce mostovky. Mostovka je podélně předepnuta dvěma kabely tvořenými lany 12 – 0,6″ umístěnými v krajních nosnících a třemi kabely umístěnými ve středovém žebru – jedním kabelem 19 – 0,6″ a dvěma kabely 22 – 0,6″. Předpínací kabely z 12 a 19 lan jsou spojkovány v konstrukčních spárách situovaných mezi hlavním zavěšeným polem a krajními poli. Kabely tvořené 22 lany jsou průběžné a jsou vedeny po celé délce mostu. Pro případné budoucí zesílení mostu jsou v příčnících vytvořeny otvory pro umístění dalších dvou kabelů tvořených lany 22 – 0,6″.

V krajních polích mají kabely vedené ve středním žebru klasický průběh kabelů spojitého nosníku, v převážné části zavěšeného pole jsou kabely přímé. Protože na zavěšené pole navazují poměrně dlouhá krajní pole, byly spoje oblouku s mostovkou zatíženy velkými reakcemi. Pro jejich odlehčení byly v části zavěšeného pole situovaného u oblouku kabely ohnuty tak, aby odpovídající radiální síly odlehčily spoj a část zatížení se přesunula na navazující závěsy (viz obr. b).

Krajní pole jsou podepřena šikmými pilíři z betonu C40/50. Pilíře mají konstantní tloušťku 0,4 m a proměnnou šířku. Rozšiřují se od svých vrcholů, kde navazují na střední mostovkové žebro, směrem k základům. 

Všechny pilíře jsou vrubovými klouby spojeny s mostovkou. Pilíře umístěné nad základovými patkami oblouku, které jsou z betonu C60/75 a které mají tloušťku 0,6 m, jsou do patek vetknuty; ostatní pilíře mají vrubové klouby také u svých patek. Vrubové klouby v podélném směru umožňují pootočení mostovky, v příčném směru zajišťují rámové spojení stojek s mostovkou a základy. Aby byl zaručen dostatečný tlak potřebný pro funkci vrubových kloubů, jsou stojky předepnuty předpínacími tyčemi ukotvenými v patkách pilířů a v betonových blocích zakotvených v mostovce. Bloky byly betonovány současně s pilíři a byly předepnuty před betonáží mostovky. Aby pootočení kloubů nevyvolalo velké místní ohybové namáhání předpínacích tyčí, jsou tyče zainjektovány tukem. Kolem tyčí se tak vytvořilo pružné prostředí, které redukuje jejich ohyb. Základy podpěr a krajních opěr jsou podepřeny mikropilotami.

Technologii stavby navrhl zhotovitel mostu. Stavbu lávky lze rozdělit do devíti stadií. Střední část mostu byla smontována na břehu, kde byla na pevné skruži vybetonována mostovka a na montážních podpěrách byly smontovány oblouky (obr. a). Poté byla mostovka zavěšena na oblouky, jejichž konce byly montážně podepřeny a vzájemně spojeny vnějšími kabely (obr. b). Pak byla uvolněna skruž a mostovka byla předepnuta. Tímto způsobem vznikla staticky určitá konstrukce tvořená obloukem s táhlem (obr. c). Následně byla takto smontovaná konstrukce celkové hmotnosti 400 t po betonových pásech vedených od skruže do koryta řeky příčně posunuta nad řeku. Zde byla na montážních podpěrách zvednuta, podplavena lodí a následně na loď spuštěna (obr. d). Pak byla konstrukce na lodi dopravena na projektované místo, kde byla zavěšena na montážní podpěry a vyzdvižena do projektované polohy (obr. e). Potom byly k takto smontované konstrukci přivařeny krajní části oblouků (obr. f).

Jak v ocelové obloukové konstrukci, tak v betonových patkách byly navrženy montážní konzoly, mezi které byly vloženy hydraulické lisy. Působením lisů současně s deaktivací vnějších kabelů byly vyvozeny silové účinky na základy oblouku. Oblouk s táhlem tak byl transformován do pravého oblouku (obr. g). Pružné deformace patek oblouku byly eliminovány opakovaným zatížením konstrukce lisy následující den. Pak byly dobetonovány kotevní bloky mezi ocelovou konstrukcí a základovými patkami a montážní konzoly byly odstraněny. Následovala montáž skruže krajních polí a jejich betonáž (obr. h). Po jejich předepnutí byly naneseny chodníkové vrstvy tvořící izolaci konstrukce, pak bylo osazeno zábradlí, dilatační závěry a osvětlení (obr. i).

Konstrukční řešení bylo vyvinuto na základě velmi detailních statických a dynamických výpočtů. Konstrukce byla analyzována programovým systémem Midas. V závislosti na povaze problému byla analyzována jako 3D konstrukce složená z nosníkových, skořepinových a objemových prvků. Výpočtový model vystihl prostorové působení konstrukce a skutečné okrajové podmínky. Působení pilot bylo vystiženo jejich pružným podepřením.

Analýza montážních a provozních fází začala od výchozího stavu, ve kterém byla definována požadovaná geometrie a napětí. Byla také provedena podrobná časově závislá analýza postupně montované konstrukce. Metoda „strut and tie“ byla použita pro kontrolu důležitých detailů. Pečlivě byla také ověřena stabilita štíhlých oblouků.

Výpočet sledoval postupnou výstavbu konstrukce. Při analýze byl použit postupně se měnící výpočtový model. Nejdříve byla analyzována postupná výstavba střední části konstrukce, tj. betonáž mostovky a montáž oblouků (obr. a), následně bylo určeno namáhání při zavěšení mostovky na oblouk, napnutí vnějších kabelů, odskružení a předepnutí mostovky (obr. b). Při příčném přesunu na loď a zavěšení na montážní podpěry byla takto smontovaná konstrukce podepřena na koncích oblouků, při transportu na lodi byla konstrukce podepřena v místě spojení mostovky s oblouky.

Následně byl posouzen stav, kdy se ke střední části připojily krajní části oblouku (obr. c). Potom byly podrobně analyzovány stavy, ve kterých se oblouky postupně rozepřely a kdy se deaktivovaly montážní kabely (obr. d). Tento stav byl postupně posouzen pro pět kroků. Následovalo posouzení betonáže a předepnutí krajních polí a přitížení konstrukce ostatním stálým zatížením.

Pro představu o namáhání konstrukce během výstavby jsou na obr. c) uvedeny ohybové momenty, které vznikají v mostovce od zatížení vlastní tíhou a od předpětí v zatěžovacích stadiích © = (e), (d), a (g) uvedených na obrázku stavební stádia.

Pro posouzení pohody chodců a účinků větru byly nejdříve určeny vlastní tvary a frekvence. První čtyři svislé tvary a frekvence jsou uvedeny na obrázku níže, první dva vodorovné tvary a frekvence jsou na obrázku pod ním. Jak je zřejmé z obrázků, při kmitání konstrukce v příčném směru dochází současně ke zkroucení mostovky. S ohledem na nesymetrické konstrukční uspořádání se čisté kroutivé frekvence nevyskytly.

Pohoda chodců byla posouzena 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 zrychlení a_V,dov = 0,459 m/​​s² a a_H, dov = 0,167 m/​​s², které jsou odvozené od odpovídajících vlastních frekvencí ve svislém a vodorovném směru [2], [3].

Konstrukce lávky byla ověřena statickými a dynamickými zatěžovacími zkouškami provedenými akreditovanou měřicí laboratoří firmy Stráský, Hustý a partneři [4], [5].

Při statické zkoušce byla konstrukce zatížena prázdnými vozidly Tatra Phoenix o hmotnosti od 16,76 do 17,48 t, které nenaplněné mají přibližně stejný nápravový tlak na předních i zadních nápravách. Konstrukce byla kontrolována pro čtyři zatěžovací stavy, účinnost zatížení byla od 57 do 70 %. Při zkoušce byla čtyři vozidla umístěna rovnoměrně nad obloukem, dvě vozidla byla situována na polovině oblouku a jedno vozidlo bylo postupně situováno ve středu druhého a šestého pole. Vozidla byla umístěna excentricky k podélné ose mostu, při zatížení čtyřmi vozidly byla osa vozidel vzdálena 0,456 m od osy mostu. Konstrukce tak byla ověřena nejen pro ohybové, ale také krouticí zatížení.

Jak pružné, tak i dlouhodobé deformace byly v souladu s požadavky normy a potvrdily nejen předpoklady statického výpočtu, ale také kvalitu provedených prací.

Předmětem dynamické zkoušky bylo ověření vlastních tvarů a frekvencí a sledování dynamické odezvy lávky na účinky chodců. Při měření se určovala odezva konstrukce na chůzi dvou osob jdoucích synchronizovanou chůzí v rezonanci s některou vlastní frekvencí svislého nebo vodorovného kmitání lávky a odezva konstrukce na běžný provoz na lávce.

Měření prokázala dobrou shodu vypočítaných a naměřených vlastních frekvencí. Z hlediska pohody chodců byl kritický přechod dvou osob krokovou frekvencí 2,3 Hz (~ f(7) = 2,241), kdy maximální hodnoty zrychlení dosahují hodnoty 0,45 m/​​s². Toto zrychlení je však menší než přípustná hodnota 0,70 m/​​s². Pro ostatní zatížení je zrychlení do 0,25 m/​​s².

Výsledky detailních dynamických zkoušek potvrdily předpoklady návrhu a prokázaly shodu teoretických a naměřených vlastních frekvencí. Také potvrdily, že lávka má dostatečnou dynamickou tuhost. Při aplikovaných dynamických zatíženích se nevyskytlo žádné nebezpečné rezonanční rozkmitání konstrukce. Pohyb chodců nevyvolává u uživatelů nepříjemné pocity.

Nová mostní konstrukce využívá podobný konstrukční systém jako vedlejší historický obloukový most. I když má podstatně větší rozpětí, stávající most nepřehlušuje, ale doplňuje. Lávka využívá jeden z nejstarších nosných prvků – oblouk –, který svým tvarem vystihuje snahu překlenout překážku, avšak dává mu moderní výraz. Vnější sklonění oblouků otvírá prostor a vyzývá k přechodu. Osvětlení konstrukce zdůrazňuje statickou funkci a nezpůsobuje světelný smog. Konstrukce lávky je tvořena prvky, které mají lidský rozměr, je pohodlná pro uživatele a její pohyb vyvolaný pohybem chodců anebo větrem nevyvolává u uživatelů nepříjemné pocity. Konstrukce lávky byla postavena s minimálním vlivem na provoz na řece.