dgks 2010 bojovic_njagulj mos\t u novom sadu 00x

$: DGKS 2010 Bojovic_Njagulj Mos\t u Novom Sadu 00X$
Bojović,A., Njagulj,V.: Železničko-drumski most u Novom Sadu

1

13. Kongres DGKS Zlatibor 22-24.09.2010.

Aleksandar Bojović, Vukan Njagulj:

IDEJNI PROJEKT ŽELEZNIČKO-DRUMSKOG MOSTA PREKO DUNAVA U NOVOM SADU

Delegacija Evropske komisije za Srbiju

Italferr

s.p.a.Rim

IRD EngineeringRim

IIPP

Institut za istraživanja i projektovanja u privredi, d.o.o., Beograd

DEL ING

d.o.o.Beograd(ex Delfin Inženjering)

Saobraćajni institut CIP

d.o.o., Beograd


2

Železničko-drumski most u Novom Sadu

Sadržaj1

Uvod

2

Dispozicija mosta3

Konstrukcija mosta –

izbor rešenja

4

Temelji i stubovi5

Proračun konstrukcije uz osvrt na EN

6

Zaključak7

Učesnici u izradi projekta


3

1 UvodOsnovno o projektu•

Projekt –

donacija EU.

•

Konkurs EU dobijaju Italferr i IRD Engineering.•

Ugovor: Idejno rešenje + Idejni projekt + Glavni projekt + Tenderski dokumenti, 12.06.2007-12.03.2009, crveni FIDIC.

•

Projektni zadatak 2006: 1 kolosek + 2 drumske trake.Urađeno Idejno rešenje, počet Idejni projekt.

•

Železnice Srbije izdaju TU ≠

PZ:

3 koloseka.Urađeni 2. idejno rešenje i Idejni projekt.

•

Projektni zadatak ŽS≠TU: 2 koloseka + 2 drumske trake.•

Urađeni 3. idejno rešenje, novi

-

obiman Idejni projekt, Tenderski dokum.

Finalni rezultat:8 meseci uzaludnog rada,9 meseci čekanja,12 meseci

kašnjenja, žuti FIDIC.


4

Projektni zadatak

•

Lokacija = Lokacija starog mosta.•

Saobraćaj na mostu = 2 koloseka

(e = 4,20m) +

2 drumske trake

(2 x(3,50+0,35)m) + 2 pešačko- biciklističke staze

(2 x 2,50m).

•

Brzine vozova = 160 i 120 km/h

(putn. i teretni)•

Urbanistički uslov = Lučni, čelični most.

•

Fundiranje = Stari temelji, koliko je moguće.•

Instalacije na mostu = Po posebnim zahtevima.

•

Norme za projektovanje: nemačke Ri804:2003 + prateće DIN-Fb 101do104 = EN 1991do1994.


5

2 Dispozicija mostaStari most1961-1999.

Novi most2010.

Saobraćaj 1kol. + 2d. 2kol. + 2d.

Sistem Uklješteni lukovi

Lukovi sa zategama

Lukovi Armirani beton

Čelik

Kolovozna konstrukcija

Prednapr. beton

Spregnuta

Vešaljke Prednapr. beton

Kablovi

Spregovi između luk.

Pred. beton(Čelik)

Čelik

Dužina 466,450 m 474,000 m

Širina 20,150 m 31,600 m

Pokrivena površina

9400 m2 15000 m2

Norme za projekt.

?? DIN-Fb i EN, 2009.

Stari i novi most


6

Razmatrane varijante sistema konstrukcije mostaLuk+rešetkasta greda. Rešetka –

element kog nema u urbanističkim uslovima.

Odbačeno.

Luk sa zategom.

Odgovara urbanističkim uslovima.

Usvojeno.

Dvostruki lukovi.

Nedovoljno racionalno za ovaj most.

Odbačeno.

Rešetkasti lukovi sa zategom.

Ne odgovara urb. usl.

Odbačeno.


7

Rešetkasti luk sa zategom.

Ne odgovara urbanističkim uslovima. Odbačeno.

Racionalna i verovatno estetski najlepša varijanta.


8

Dispozicija mosta

Razdvojene konstrukcije

Niveleta prilagođena što kraćoj vezi sa postojećim kolosekom.

Kolovozna konstrukcija

Raspored ležišta


9

Dispozicija mosta –

poprečni presek

Spregnuta kolovozna konstrukcija, tc

= 250 mm

Tucanički zastor ≥

350 mm

Instalacije i reviziona staza zaštićeni maskom

Pešačka staza sa anti-skid sistemom, t=6 mmAsfaltni

kolovozni zastor 80 mm


10

Osnovni elementi dispozicije poprečnog preseka mostaDve drumske trake sa zaštitnim ogradama H4b-W2-B.

Zaštićene revizione staze. Instalacije: vodovod, E-

i PTT-kablovi.

Odvodnjavanje kolovoza cevima.

Reviziona kolica u 2-3

i 3-4.

Pešačke staze sa ogradama h=1,40m.


11

3 Konstrukcija mosta –

izbor rešenja

Razdvojene konstrukcije zbog jednostavnije

montaže.Prelazna konstrukcija

3A-3B.

Podužno fiksni oslonci.Iskorišćenje velike

nosivosti srednjeg stuba.

Usaglašenost dilatiranja šina i mosta.

Osa 3: Stopa starog mosta.

Osa 2: Oporac starog mosta.

Ose 1, 4, 5: Iz uslova uređenja obala.

Osa 4: Iz položaja oporca starog mosta.

Vodeća

ležišta, M

Osnovni elementi dispozicije


12


izbor rešenjaRazdvojene konstrukcije:

lakša montaža;

prelazna konstrukcija u 3, povoljno za Θ .

Veličina strele H

= H(Θ)

H/L

= 5,21 = Optimalan odnos

H

2-3

= 34 m, H3-4

= 42 m

h

=6,0m

h

=5,5m


13


izbor rešenja

Zatege. Visina i širina preseka:

• gornja ivica –

iz položaja GIŠ;

• donja ivica –

iz polovidbenog profila;

•

širina –

iz uslova stabilnosti lukova i prohodnosti;

• h/b

= 2,300/2,000 m.

Kolovozna konstrukcija. Prednosti spregnute konstrukcije

nad čeličnom OP:

• bitno niže koštanje;

• veća otpornost na zamor;

• manja buka;

• manja opasnost zaleđivanja;

• jednostavnije održavanje.

Vešaljke.

Prednosti kablova

nad krutim zategama:

• bez potrebe za montažnim nastavcima;

• bitno viša otpornost na zamor;

• bitno viša zatezna čvrstoća;

• znatno više prigušenje oscilacija;

•

adekvatna obrada spoljnih površina za aeroelastičnu stabilnost.

OP: 200kg/m2x3€/kg=600€/m2.

Spregnuta konstrukcija:

150kg/m2x1,50€/kg

+ 0,25m3/m2x400€/m3

= 325€/m2.


14

Pojedinosti konstrukcije mosta (1)

Veza lukova i zatega, zatega i kolovozne konstrukcije.Stalni i privremeni oslonci.


15


Kablovi od paralelnih strukova.

Prednaprezanje iz lukova.

Lukovi i rigla za vezu

Elementi preseka lukova konstruisani da odgovore zahtevima izbočavanja.


16


Sprezanje i bočno –

sa zategama, zbog nH

≥

nH,0

= 1,2 Hz .

Veličina nH

je vrlo bitna (EN 1990:2002).

Velika širina mosta –

povoljna okolnost!

Moždanici sa glavom φ25, EN ISO 13918:1998

Beton: C40/50, EN 1992-1-1:2004.


17

4 Temelji i stubovi

1 2 3 4 5

Osa 3:

Stopa starog mosta velikih dimenzija –

pogodna za RX

.

Koristi se kao zamena tla.

Injektiranje tla po celom obimu.

Rotirana osa mosta oko 5/M

da bi se smanjila ekscentričnost opterećenja stubova.

Osa 1:

Novi stub na bušenim šipovima.

Osa 2:

Novi stub na starom oporcu.

Osa 5:


Osa 4:


M


18

Stubovi na desnoj obali -

u osama 1

i 2.

1 2

1 2

Efekat većih nizvodnih reakcija poništen ekscentricitetom stuba u odnosu na osu mosta M. e

= 0,823 mBušeni šipovi φ1500 mm primaju i velike poprečne H-sile.


19

Stubovi na levoj obali -

u osama 4

i 5.

4 5

54


20

Stubovi na levoj obali -

u osama 4

i 5.

Stub u osi 4 Stub u osi 5

4 5

Bušeni šipovi φ1500 mm primaju i velike popr. H-sile.


21

Centralni stub –

u osi 3.

3

Temelj starog mosta

Zaštitna zavesa injektiranjem

Ukupna opterećenja V,H(G+Q) i pritisci na tlo σ:

max V = 115952

kN, corr. H = 35653 kN → σ

≤

361 kN/m2

corr. V = 107232 kN, max H = 50234 kN

→ σ

≤

457 kN/m2

corr. V = 105182 kN, min H = 17139 kN → σ

≤

467

kN/m2


22

5 Proračun konstrukcije uz osvrt na ENStanje srpskih normi za čelične železničke mostove 2009/2010.

Tema Srpske norme Evropske norme Komentar

Saobr. železnička optereć. Šeme LM71, SW/2DS 804:1982

Šeme LM71,SW/2 + TrainsEN 1991-2:2003

SRPS bez opt. za zamor.

Saobr. drumska optereć. V600,V300,p1

,p2

DIN 1072:1985LM1(TS,UDL), LM2, LM4EN 1991-2:2003

Različita opterećenja.

Vetar, toplota, seizmika ISO 4854:1987, -----, ruski SNiP

iz ’80.EN 1991-1-4:2004, EN 1991-5:2003, EN 1998:’04

Drugačije definisana ili nedefinisana.

Čelični materijal EN 10025:1993Ostalo ne postoji

EN 10025:2005-2008EN 1993-1-10:2005

Izbor mater. neupotrebljiv.Ostalo –

ne postoji.

Opšti koncept proračuna Dopušteni naponi Granična stanja ULS,SLS SRPS zastareo.

Gran. stanje nosivosti ULS σdop

DIN 18800-1:1981Stabilnost: Prep.CECM:’80

Serija EN 1993 SRPS zastareo.

Gran. st. upotrebljivosti SLS

EN 1990:2002EN 1993-2:2006

U SRPS ne postoji.

SLS pri vetru na konstruk., kablove

EN 1991-1-4:2004Preporuke zemalja EU

U SRPS ne postoji.

Zamor r = σmax

/σmin

DIN 4132:1980Δσ

= |σp,max

–

σp,min

|EN 1993-9:2005

SRPS zastareo.


23

Opterećenja

Težine

ukupno, karakteristične vrednosti:

• težina čelične konstrukcije: ΣG1,s,k

= 120.000 kN

• težina betonske kolov. ploče: ΣG1,c,k

= 66.000 kN

• težina stalnih tereta: ΣG2,k

= 110.000 kN

• ukupno: ΣGk

≈

300.000 kN

Saobraćajna železnička opterećenja:

• pojedinačno: LM71, SW/2;

• za dinamičke proračune: voz tipa 2, voz tipa 5;

• grupe opterećenja za ULS: gr11-gr17, gr21-gr27;

•

dinamički koeficijent Φ za lukove, zatege, vešaljke, kolovoznu konstrukciju.

Dinamički koef.

kao Φ(n0

(G)),

ili iz Voz tipa 2 i 5 iz proračuna

time history F(x,t).

Saobraćajna drumska opterećenja:

• pojedinačno: LM1, LM2, LM4;

• za proračun zamora: LM3;

• grupe opterećenja: gr1, gr2, gr3, gr4, gr6.

Ostala opterećenja

(kratak izvod):

• vetar, EN 1991-4:2005 : vb

= 21,60 m/s;

•

toplota, EN 1991-5:2005; čelična konstrukcija ΔTN,neg

= -36K, ΔTN,pos

= +41K; kablovi ΔTN,neg

= -

51K, ΔTN,pos

= +56K; 2 komb. ΔTN

+ΔTM

;

•

zemljotres, EN 1998-2:2005: nelinearna direktna dinamička analiza, 7 zapisa g(X,Y,t).


24

Redosled proračuna konstrukcije

(5) Ekstremne presečne sile max/min N,V,M

i N,V, max/min M

od 8 saobraćajnih grupa delovanja pomoću odgovarajućih UL. Ukupno oko 37.000 sila!

(1) N,V,M

za sve opterećenja koja nisu saobraćajna:

Gk

, Qlac

, Qlbk

, F**W

, FW

, ΔTN

, ΔTM

;

(2) max/min (N,V,M) od saobraćajnih opterećenja, za svako opterećenje i svaki štap (element):

LM71/Tr1,Tr2, SW/0/Tr1,Tr2, LM1/Lane 1,2, LM4/R,L, Qlb

, Qs

, FW,X,Y,Z

, ∆TN

, ∆TM

.

(3) Preliminarno dimenzionisanje delova konstrukcije.

(4) Uticajne linije za N

i M

svih razmatranih preseka

lukova, zatega i vešaljki. Razmatrani preseci na ΔX

= 3,00 m. Ukupno oko 4.600 uticajnih linija!

(6) Ekstremne presečne sile:• od grupa opterećenja gr21-gr27 i gr1-gr4;• od toplotnih delovanja ΔTN

, ΔTM

i njihovih kombinacija;

(7) Ekstremne deformacije za SLS.Ekstremna vertikalna ubrzanja od vozova tipa 2 i 5.

(8) Proračun dinamičkog koeficijenta Φ

od modela pokretnih sila od vozova tipa 2 i 5.

Poređenja rezultata:

N,V,M(Φ

x Train Type 2 i

5)/

/N,V,M(Φ=1 x LM71).

Dva modela za proračun konstrukcije:

Model 1: svi elementi su štapasti,

Model 2: kolovozna ploča u FE.


25

Pregled proračuna za ULSULS = Granično stanje nosivosti za gr21-gr27

ULS = Granično stanje nosivosti za gr1-gr6


26

Pregled proračuna za ULSSLS = Granično stanje upotrebljivosti za konstrukciju

SLS = Aerodinamički efekti na

konstrukciju

Konstrukcija Vešaljke (kablovi)

Odvajanje vrtloga od grede Odvajanje vrtloga

Galopirajući flater Galopiranje

Klasični flater Vibracije izazvane kišom i vetrom

Divergencija


27

Rezultati proračuna (1)Primer: Luk: max/min My,ser

od težine i grupa železničkih opterećenja G, gr26, gr27.


28

Rezultati proračuna (2)Primer: Luk 3-4: Kontrola napona

σx,Ed

/σx,Rd

≤

0,88 .


29

Rezultati proračuna (3)

Luk 3-4.

Kontrola izbočavanja

pojaseva:

[σx,Ed

/(ρx

fy

/γM1

)]2

≤

0,94

Luk 3-4.

Kontrola izbočavanja vertikalnih limova:

[σx,Ed

/(ρx

fy

/γM1

)]2

+ 3[τEd

/(χv

fy

/γM1

)]2

≤

0,87


30

Rezultati proračuna (4) Luk 2-3. Kontrole izbočavanja

po

EN 1993-1-5:2005, SRPS U.E7.121:1986, DASt-Ri 012:1978.Vertikalni limovi

Pojasevi.


31

Rezultati proračuna (5)Kontrole kablova

u graničnim stanjima ULS i SLS i pri zamoru (Fat) pri LM71/Tr1+LM71/Tr2.

Kontrola kablova pri delovanju kiše i vetra.

Gk


32

Rezultati proračuna (6)Dinamički proračun. Vozovi tipa 2 i 5 (EN 1991-2:2005). Funkcija istorije opterećenja P(t).


33

Rezultati proračuna (7)Dinamički proračun. Voz tipa 2 na 1-2-3. Dinamički i statički ugibi

tačaka zatege kod vešaljki δ(t).


34

Rezultati proračuna (8)Dinamički proračun. Voz tipa 2 na 1-2-3. Dinamički koeficijent Φ(V).


35


Dinamički proračun. Voz tipa 2. Zaključak

o merodavnom proračunu –

statički ili dinamički.


36


Kolovozna spregnuta konstrukcija. Kolovozna ploča. Presečne sile

NX

(G2,k

) [kN/m]


37


Kolovozna spregnuta konstrukcija. Kolovozna ploča. Presečne sile


38

Rezultati proračuna (10)Kolovozna spregnuta konstrukcija. Kontrola napona (EN 1994-2:2005, DIN-Fb 104-2:2003).

Ploča C40/50

Poprečni nosač

S355J2G3


39

Rezultati proračuna (11)Kolovozna spregnuta konstrukcija. Kolovozna ploča.

ULS –armatura. SLS –

prsline.


40

Rezultati proračuna (12)Glavni noseći sistem. Deformacije. Vertikalni ugibi (Gk

).


41

Rezultati proračuna (12)Glavni noseći sistem. Deformacije. Vertikalni ugibi (LM71).


42

Rezultati proračuna (12)Glavni noseći sistem. Deformacije. Vertikalni ugibi

(Gk

+LM71).


43

Rezultati proračuna (13)Glavni noseći sistem. Deformacije. Rotacije

(LM71).


44


Vertikalni ugib, LM71/Tr1:2-3: L/δ

= 2332 > 8003-4: L/δ

= 1842 > 800

Rotacije u 3:3A.

LM71/Tr1+Tr2 +ΔTN

: Θ ≤

0,0036 < 0,0050 rad3B: LM71/Tr1+Tr2 +ΔTN

: Θ ≤

0,0052 ≈

0,0050 rad

Uvrtanje kolovozne konstrukcije:t

< 1 mm/3m < 3 mm/3m pri V

= 160 km/h

Frekvencije oscilacija:

Ravan Deo 1-2-3 Deo 3-4-5

Vertikalna n1,V

= 0,76 Hz n1,V

= 0,53 Hz

Horizontalna n1,H

= 1,47 Hz n1,H

= 1,03 Hz

Torzija n1,T

= 1,98 Hz n1,T

= 2,03 Hz

Aeroelastična stabilnost. Greda i kablovi OK.ULS. Naponi i izbočavanje –

OK.Fat

pri LM71/Tr1+Tr2 > LM71/Tr1 > voz.2 i 5 OK.


45

6 Zaključak

Železnički: V ≥

200 km/h

Železnički: V <

200 km/h

Drumski mostovi

Glavni noseći sistem. Racionalnost projekta.

Masa čelične konstrukcije.

Očekivane mase

čeličnih lučnih mostova prema međunarodnoj literaturi.


46

Primeri masa izvedenih čeličnih lučnih drumskih mostova.

16 mostova izvedenih 1973-2007. u Holandiji, Nemačkoj, Francuskoj, Japanu, Slovačkoj, Luksemburgu, Srbiji, SAD, Mađarskoj, Češkoj, Kini.


47

Železnički, greda: V ≥

200 km/h

Železnički, luk: V ≥

200 km/h

Železnički, greda: V <

200 km/h

Železnički, luk: V <

200 km/h

Želez., greda bez zastora: V <

200 km/h

Očekivane mase

čeličnih lučnih mostova (t/m)/kolosek

prema međunarodnoj literaturi.


48

Zaključak

Mase lukova 2-3 i 3-4 su optimalne

i tačno u očekivanim vrednostima za vozove sa V <

200 km/h.


49

Izgledi mosta

(1)


50

Izgledi mosta

(2)


51

Izgledi mosta

(3)


52

Izgledi mosta

(4)


53

Izgledi mosta

(5)


54

Izgledi mosta

(6)


55

7 Učesnici izrade projekta mosta

Donacija za projektDelegacija Evropske komisije za Srbiju

ProjektantiItalferr

S.p.A., RomaIRD Engineering

S.r.I., Roma

Lokalni partnerInstitut IIPP

d.o.o., Beograd

Podizvođač

za projekt konstrukcije mostaDEL ING

d.o.o. (ex Delfin Inženjering), Bg

Projektant po zakonima Rep. SrbijeSaobraćajni institut CIP

d.o.o., Beograd

Organizacije Odgovorna lica

Rukovodilac Projekta

Prof. Mario Paolo Petrangeli

Odgovorni projektant konstrukcije mosta

Aleksandar Bojović, dipl.ing.građ.

Odgovorni projektant stubova i temelja

Vukan Njagulj, dipl.ing.građ.

Projektanti (svi dipl.ing.građ.)

Dejan Srejić, Slobodan Jaćović, Uroš

Kostić, Kristijan Koložvari, Zoran Canić.

Projektanti ostalih struka

svi iz Saobraćajnog instituta CIP d.o.o.

dgks 2010 bojovic_njagulj mos\t u novom sadu 00x

Documents