Dvě “butterfly” lávky

Projekty dvou lávek pro pěší a cyklisty navržené pro přemostění řek Váh a Nitra jsou popsány s ohledem na architektonické a konstrukční řešení, statickou a dynamickou analýzu a postup výstavby. Obě lávky tvoří úsporné samokotvené obloukové konstrukce, u kterých je oblouková síla přenášena tahovou únosností předpjaté mostovky. Protože mostovky obou mostů jsou zavěšeny na vně skloněných obloucích, tvoří obě lávky tzv. motýlové (butterfly) obloukové konstrukce. Jak oblouky, tak i mostovka jsou vetknuty do koncových kotevních bloků přímo podepřených vrtanými pilotami, a tak tvoří obě lávky na údržbu nenáročné integrované
konstrukce.

Investorměsto Nitra
ProjektantStráský, Hustý a partneři s.r.o., Brno
Generální zhotovitelSTRABAG s.r.o., oblasť Západ, Bratislava
Podzhotovitel ocelové konstrukceNOPS spol. s r.o., Nitra

Lávka přes řeku Váh v Ružomberku na Slovensku

V roce 2013 vypsalo město Ružombe­rok architektonicko-konstrukční sou­těž na projekt lávky, která měla nahradit stávající dvoupolovou ocelovou konstrukci. Dále popsaný návrh, který podala firma Stráský, Hustý a partneři (SHP), Brno, získal první cenu. Firma SHP následně vypracovala projekty pro územní a stavební povolení. Potom město opravilo stávající konstrukci a příprava stavby konstrukce nové byla odložena. Poněvadž navrhované řešení bylo podkladem pro návrh dalších konstrukcí, je jistě vhodné ji zde popsat.

Architektonické a konstrukční řešení

Lávka spojuje centrum města s obcí Likavka a propojuje komunikace pro pěší a cyklisty situované na obou březích řeky. Pro plynulé napojení na tyto komunikace má lávka proměnnou šířku od 6,5 m ve středu mostu do 9,57 m u opěr. Mostovka z předpjatého betonu je zavěšena na příčně skloněných ocelových obloucích, které s ohledem na její proměnnou šířku u krajních opěr podchází pod mostovku. Otvírá se tak prostor a oblouky nebrání výhledu.

Lávka přes řeku Váh – vizualizace
Lávka přes řeku Váh (pohled shora) – vizualizace

Ocelové oblouky lichoběžníkového průřezu výšky 500 mm a šířky od 200 do 500 mm mají rozpětí 55,2 m, jejich svislé vzepětí je 5,45 m. 

Pohled

Oblouky jsou skloněny 50 ̊ od svislé. Mostovka, která je zavěšena na obloucích každé 3 m, je sestavena z prefabrikovaných segmentů tvořených dvěma 0,556 m vysokými krajními trámy a mostovkovou deskou. 

Příčný řez lávkou

V krajních trámech jsou vedeny předpínací kabely kotvené v koncových příčnících. Šířka segmentů je proměnná od 8 m ve středu mostu do 10,57 m u opěr. Ve spárách jsou segmenty zesíleny příčníky proměnné výšky. U opěr jsou segmenty nahrazeny plnou monolitickou deskou s obvodem odpovídajícím konstrukci v místě příčníků (obr. 5).

Konstrukce lávky — a) pohled shora, b) pohled zespodu

Uspořádání mostu u krajních opěr a statické působení konstrukce jsou zřejmé z obrázků níže. Krajní opěry, které jsou tvořeny koncovými kotevními bloky, jsou podepřeny dvojicemi vrtaných pilot. Ocelové oblouky jsou vetknuty do kotevních bloků monoliticky spojených s mostovkou. Vodorovná složka obloukové síly se tlačenými vzpěrami tvořenými krajními kotevními oblouky přenáší do předpjaté mostovky. Moment od dvojice vodorovných sil působících v patě oblouku a v mostovce je zachycen dvojicí svislých sil působících v pilotách. Pro svislé zatížení tak konstrukce tvoří samokotvený konstrukční systém, ve kterém jsou piloty zatíženy jen svislými silami. Vodorovné zatížení pilot je pak vyvoláno jen objemovými změnami betonové mostovky a zatížením větrem.

Statické působení
Výpočtový model

Statická analýza

Podle povahy řešeného problému byla konstrukce řešena jako prostorová konstrukce sestavená z prutových nebo deskostěnových prvků (viz obrázek s výpočtovým modelem). Analýza, která byla provedena programovým systémem Midas Civil, vyšla ze zvoleného počátečního stavu, ve kterém byla definována požadovaná geometrie i stav napjatosti. Konstrukce vyhověla pro všechna normová zatížení.

Postup výstavby

Návrh lávky předpokládal, že po provedení vrtaných pilot a opěr budou smontovány ocelové oblouky. Pro jejich montáž by byla využita střední podpěra původní lávky (viz obr. a). Oblouky by byly při stavbě kloubově uloženy na krajní opěry. Po svaření obloukových segmentů by byly opěry spojeny montážními předpínacími kabely a montážní podepření oblouků by bylo zrušeno. Dále by byly, při současné úpravě sil v montážních kabelech, symetricky od středu mostu postupně zavěšovány prefabrikované segmenty (obr. b). Po jejich montáži by se osadilo bednění částí mostovky u podpěr. Po kontrole geometrie by se vybetonovaly spáry mezi segmenty a mostovka u podpěr (obr. c). Při předpínání mostovky by se postupně odstranily montážní kabely (obr. d).

Montáž lávky

Popsaná konstrukce je lehká a transparentní, vyznačuje se minimální spotřebou materiálu a má atraktivní vzhled. Doufáme, že bude realizována. Zkušenosti s projektem lávky přes Váh byly využity při návrhu lávky přes řeku Nitru.

Kalvárský most – lávka přes řeku Nitru ve slovenské Nitře

Lávka, která je situována poblíž Technickej fakulty Slovenskej polnohospodárskej univerzity, spojuje stávající pěší a cyklistické komunikace na Wilsonově nábřeží s nově postavenou komunikací na Nábřeží mládeže.

Architektonické a konstrukční řešení

S ohledem na současné výškové vedení komunikací a hladinu velké vody bylo nutno navrhnout konstrukci s co možná nejmenší výškou mostovky, a proto byla navržena ekonomická oblouková konstrukce s předpjatou ocelobetonovou mostovkou přenášející obloukovou sílu svojí tahovou únosností. Aby byl z obou nábřeží zachován volný výhled na historický střed města, je vzepětí oblouku co možná nejmenší.

Lávka pro cyklisty přes řeku Nitra s pohledem na nitranský kostel sv. Ladislava

Snahou bylo navrhnou konstrukci, která otvírá prostor a vyzývá k přejití.

Lávka pro cyklisty přes řeku Nitra – letecký pohled
Konstrukce lávky

Mostovka je ve vrcholovém zakružovacím oblouku s maximálním podélným sklonem 5 % u krajních opěr. Rozpětí oblouku je 49,5 m, volná šířka mezi zábradlím je 4 m. Protože jak oblouky, tak i mostovka jsou vetknuty do krajních opěr podporovaných mikropilotami, tvoří most integrovaný konstrukční systém bez ložisek a dilatačních závěrů.

Ocelové oblouky lichoběžníkového průřezu výšky 450 mm a šířky od 200 do 350 mm mají rozpětí 49,5 m, jejich svislé vzepětí je 5,376 m. Oblouky jsou skloněny 43,62 ̊ od svislé. Mostovka, která je zavěšena na obloucích každé 3 m, je sestavena z krajních komorových nosníků výšky 400 mm, ocelových příčníků proměnné výšky a spřažené mostovkové desky sestavené z prefabrikovaných prvků. Na šířku byly použity dva 150 mm vysoké prvky uložené mezi příčníky. Vzájemné spojení prvků a jejich napojení na krajní nosníky bylo tvořeno petlicovým stykem.

Mostovka: a) příčný řez, b) detaily napojení prefabrikovaných prvků

V krajních trámech jsou vedeny předpínací kabely kotvené v koncových příčnících . Kabely z 2× 19 – 0,6″ lan, které jsou v ocelové konstrukci vedené v HDPE trubkách, zachycují v betonové desce tah od objemových změn betonu a od nahodilého zatížení. Závěsy jsou tvořeny tyčemi McAlloy Ø 42 mm.

Ocelový zárodek, předpínací kabel a výztuž opěry

Ocelová konstrukce byla natřena bílou barvou. Povrch mostovky, který současně tvoří její izolaci, je osvětlen LED světly situovanými v madle zábradlí. Oblouky i krajní nosníky mostovky jsou osvětleny LED světly situovanými v jejich spodních přírubách.

Statická a dynamická analýza, zatěžovací zkoušky

Podle povahy řešeného problému byla konstrukce řešena jako prostorová konstrukce sestavená z prutových nebo deskostěnových 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.

Výpočtový model

Pohoda chodců byla posouzena pro svislé impulsy velikosti 180 N. Odpovídající hodnota maximálního zrychlení aV = 0,511 m/​​s2 je menší než přípustná hodnota aV,dov = 0,665 m/​​s2, která je odvozená od první ohybové frekvence f(V1) = 1,769 Hz [1] a která také odpovídá přípustnému zrychlení aV,dov = 0,700 m/​​s2 podle Eurokódu [2].

Konstrukce lávky byla ověřena statickými a dynamickými zatěžovacími zkouškami provedenými Žilinskou univerzitou [3]. Při statické zkoušce byla konstrukce zatížena prázdnými vozidly Tatra 815 hmotnosti od 11,57 do 12,32 t. Konstrukce byla kontrolována pro dva zatěžovací stavy – účinnost deformací a rozhodujících vnitřních sil byla od 71,3 do 86,7 %. Při prvním zatížení byla čtyři vozidla umístěna symetricky ke středu mostu, při druhém zatížení byla tři vozidla situována na polovině konstrukce. Jak pružné, tak i dlouhodobé deformace byly v souladu s požadavky normy a potvrdily nejen předpoklady statického výpočtu, ale také kvalitu provedených prací.

Statická zatěžovací zkouška — zatížení

Předmětem dynamické zkoušky bylo ověření vlastních tvarů a frekvencí a sledování dynamické odezvy lávky na přejezdy zkušebního vozidla Volkswagen Crafter hmotnosti 2,4 t, které přejíždělo konstrukci hladkými jízdami a jízdou přes normovou překážku rychlostmi od 5 do 40 km/​​h. Maximální zrychlení v polovině i čtvrtině rozpětí byla v rozsahu od 0,2 do 0,3 m/​​s2. Zkoušky prokázaly shodu teoretických a naměřených vlastních frekvencí a potvrdily, že lávka má dostatečnou dynamickou tuhost. Při aplikovaných dynamických zatíženích se nevyskytlo žádné nebezpečné rezonanční rozkmitání konstrukce.

Postup výstavby

Po provedení pilot a základových patek krajních opěr byly osazeny ocelové zárodky komorových nosníků a obloukových žeber. Následně byla kolem zárodků vyvázána betonářská výztuž a opěry byly vybetonovány.

Ocelový zárodek

Aby nebylo nutno stavět montážní podpěry v řece, byla ocelová mostovka sestavená z podélných krajních nosníků a příčníků montážně ztužena táhly situovanými pod nosníky. To umožnilo smontovat celou mostovku a podepřít ji jen montážními podpěrami situovanými u krajních opěr. 

Stavební stádia
Montáž ocelové mostovky

Po osazení mostovky byly smontovány oblouky (obr. b) a viz obrázek níže.

Montáž oblouku

Oblouky byly osazeny na montážní klouby situované na koncích zárodků. Geometrie oblouků byla zajištěna montážními podpěrami situovanými vedle podpěr podporujících mostovku. Po kontrole geometrie byly oblouky přivařeny k zárodkům. Následovala postupná montáž a napínání závěsů, čímž byla tíha mostovky postupně přenesena na oblouky (viz obrázek výše c). Dále následovala montáž prefabrikovaných prvků mostovky, betonáž spár a předepnutí mostovky (viz obrázek výše d). Pak mohlo být montážní předepnutí nosníků a podepření mostovky a oblouků zrušeno.

Stavba konstrukce byla zahájena v dubnu 2020 a do provozu byla uvedena v dubnu 2021.

Lávka přes řeku Nitra spojuje Wilsonovo nábřeží a Nábřeží mládeže
Lávka je osvětlena LED světly situovanými — v madle zábradlí
Lávka je osvětlena LED světly situovanými — ve spodních přírubách oblouků a krajních nosníků

Závěr

Konstrukce obou lávek tvoří úsporný a na údržbu nenáročný integrovaný konstrukční systém bez ložisek a dilatačních závěrů. Protože pro přenesení obloukové síly je využita tahová únosnost předpjaté mostovky, jsou popsané konstrukce velmi hospodárné. Lávky lze postavit s minimálním dopadem na životní prostředí. Konstrukce lávek jsou lehké a transparentní, současně jsou však bezpečné a jejich pohyb od zatížení chodci anebo větrem nevyvolává u uživatelů nepříjemné pocity.

Literatura:

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

[2]  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.

[3]  BUJŇÁK, J. a kol. SO 201 – 00 – Cyklolávka cez rieku Nitra. Záverečná správa zo statických a dynamických zaťažovacích skúšok mosta. Žilinská univerzita v Žiline, Stavebná fakulta, Katedra stavebných konštrukcií a mostov. Žilina, 2021.

Autoři

Two “Butterfly” Footbridges

The projects of two footbridges for pedestrians and cyclists designed to bridge the Váh and Nitra Rivers are described with regard to their architectural and structural solutions, static and dynamic analyses and the process of their construction. Both structures form economical self-anchored arch structures, in which the arch force is resisted by the tensile strength of the prestressed bridge deck. Since the bridge deck of both bridges is suspended on the outward inclined arches, both bridges form a so-called butterfly arch structures. As both the arches and the bridge deck are embedded at the end anchor blocks directly supported by the drilled piles, both bridges form low-maintenance integral structures.

3/2022 Mosty a tunely | 10.9.2022 | Stavební konstrukce – lávky

Lávka pre peších v Topoľčanoch

V minulom roku bola otvorená nová lávka pre peších a cyklistov cez rieku Nitra v Topoľčanoch. V článku je predstavený koncepčný návrh, ako aj výstavba tejto subtílnej a architek...

3/2021 Mosty | 10. 9. 2021 | Stavební konstrukce

Výstavba lávky pro pěší v Nymburce

V Nymburce, na místě dřívější lávky pro pěší stržené v roce 2018, probíhají v současnosti dokončovací práce na nové mostní konstrukci. V článku je z pohledu generálního zhotovitele popsána jak konstrukce lávky, tak zejména výstavba na břehu Labe včetně transportu konstrukčního...
4/2020 Mosty a lávky | 15. 8. 2020 | Stavební konstrukce

Architektonicko-konstrukční návrh lávky z UHPC v Lužci nad Vltavou

Proces návrhu unikátní konstrukce lávky v Lužci nad Vltavou  - 138 m dlouhé lávky z UHPC pro pěší a cyklisty - z pohledu architekta.