[ Pobierz całość w formacie PDF ]
T
ADEUSZ
W
ILCZYŃSKI
,
tadeusz.wilczynski@p.lodz.pl
A
NNA
-M
AGDALENA
H
UMMEL
,
anna.hummel@p.lodz.pl
Katedra Geotechniki i Budowli InŜynierskich Politechniki Łódzkiej
AWARIA STALOWEJ KŁADKI DLA PIESZYCH
FAILURE OF A STEEL PEDESTRIAN BRIDGE
Streszczenie
W referacie przedstawiono awarię stalowej kładki dla pieszych spowodowaną, jak ustalono
po obliczeniach nierównomiernym osiadaniem fundamentu podpory. Kładka była trójprzęsłową ramą.
Rygiel ramy (belki pomostu) był w częściach środkowych sztywno połączony ze słupami, które były
zamocowane w fundamentach. W częściach skrajnych rygiel był przegubowo podparty na belkach scho-
dowych w kształcie litery Z. Dźwigary klatek schodowych były przegubowo oparte na fundamentach.
Zimą po okresie silnych mrozów zauwaŜono deformację (wybrzuszenie środników) przy górnym węźle
dźwigara klatki północnej. Deformacja ta wystąpiła tylko w jednym dźwigarze. Nie zanotowano duŜego
obciąŜenia uŜytkowego konstrukcji. Po przeprowadzeniu szczegółowych badań stwierdzono, Ŝe funda-
ment wykonano niezgodnie z pierwotnym projektem, co mogło być przyczyną nadmiernych, nierówno-
miernych osiadań.
Abstract
The paper presents failure of a steel footbridge due, as determined by the calculations,
to uneven settling of foundation of one of the piers. The footbridge was build as a triple span steel frame.
The spandrel beam of the frame was rigidly connected to the inner pillars that were fixed to
the foundation. Both ends of the spandrel beam were pivotally mounted on the Z-shaped stair beams.
The staircase girders were pivotally mounted on the foundations. In winter, after a period of severe frost,
a deformation (bulging of the web) was noticed in the upper part of the lower reaches (the first from
the bottom) of the girder of the northern staircase. The deformation occurred in just one girder. There
was no record of any large payload applied to the structure. After detailed studies, it has been concluded
that the foundation wasn’t performed in accordance with the original project. This might have caused
excessive, uneven subsidence.
1. Opis konstrukcji kładki
. Konstrukcja kładki jest trójprzę-
słową ramą stalową. Rygiel ramy (belki pomostu) jest w części środkowej sztywno połą-
czony ze słupami, które są zamocowane w fundamentach. W częściach skrajnych rygiel jest
przegubowo podparty na belkach klatek schodowych o kształcie litery Z. Dźwigary klatek
oparte są przegubowo na fundamentach. Długość pomostu, od przegubu do przegubu wynosi
22,81 + 9,0 + 22,39 = 54,20 m. Długość kładki w osiach podpór wynosi 25,71 + 9,0 +
+ 25,29 = 60,0 m. Szerokość pomostu w świetle poręczy wynosi od 4,05 m. Pomost kładki
wykonany z Ŝelbetowych płyt prefabrykowanych oparty jest na dźwigarach stalowych
o
przekroju zamkniętym (skrzynkowych), o wymiarach zewnętrznych 300
Kąt skrzyŜowania osi kładki z osią ulicy wynosi 96
°
´
690 mm. Piono-
we ścianki skrzynki wykonano z blach o przekroju 630
´
8 mm, pasy górny i dolny z
blach
260
´
30 mm.
1268
Wilczy
ń
ski T. i inni: Awaria stalowej kładki dla pieszych
Rys. 1. Schemat kładki z podparciem awaryjnym
Podobnie wykonane zostały dźwigary główne klatki schodowej, z belek stalowych skrzynko-
wych o wymiarach zewnętrznych 250
´
500 mm. Belki pierwszego biegu od góry posiadają
ścianki z blach o wymiarach 470
15 mm.
Belki główne biegu drugiego i trzeciego licząc od góry posiadają ścianki o
wymiarach
440
´
8 mm i pasy górny i dolny o wymiarach 250
´
30 mm. Dodatkowo pomiędzy belkami drugiego i
trzeciego biegu
ukształtowany został trójkątny węzeł wzmacniający naroŜe. Stopnie i
podesty schodów
o grubości 11 cm były prefabrykowane. Prefabrykowane płyty Ŝelbetowe pomostu o grubo-
ści 11 cm, przyspawane do dźwigarów przęseł poprzez zabetonowane w
nich marki stalowe
stanowią znaczące stęŜenie poprzeczne. W konstrukcji pomostu zaprojektowano po dwie
poprzecznice o przekroju skrzynkowym, nad podporami środkowymi (słupami) i przy pod-
porach skrajnych, przy przegubach. W klatkach schodowych stęŜenia poprzeczne skrzynko-
we o wymiarach zewnętrznych 160
´
8 mm i pasy 250
´
300 mm wykonano w płaszczyznach podestów, pomię-
dzy przedłuŜeniami belek głównych środkowych (drugich). PrzedłuŜenia belek głównych
w płaszczyźnie podestu wykonano równieŜ jako skrzynkowe o wymiarach zewnętrznych
300
´
250 mm.
Nawierzchnia na pomoście wykonana jest z asfaltu, nawierzchnia na stopniach schodów
i podestów z betonu. Podparcie belek pomostu na belkach kładki schodowej zostało wyko-
nane za pomocą łoŜyska stalowego dającego moŜliwość przesuwu podłuŜnego i
niewielkie
moŜliwości obrotu (w granicach luzów łoŜyska). Po zamontowaniu prefabrykatów pomostu
brak jest moŜliwości kontroli i konserwacji łoŜyska. Dla przegubowego podparcie belek
klatki schodowej na fundamencie zastosowano łoŜyska styczne. Wykonanie nawierzchni
wokół fundamentu i ułoŜenie kilku warstw asfaltu uniemoŜliwia kontrolę pracy łoŜyska
i jego konserwację. ŁoŜyska są zupełnie niedostępne i
swobodne obroty na podporze
są zablokowane wskutek zagłębienia podpór w nawierzchni na około 28 cm.
´
2. Stan obiektu
Na początku 2001 roku, po okresie silnych mrozów zauwaŜono w belce schodów od stro-
ny północnej deformację (wybrzuszenie) ścianek w jej górnej części. Z wybrzuszeniem
ścianek związane było jego odsunięcie od pierwotnego połoŜenia na zewnątrz o około 5 cm
i
powstanie w podeście szczeliny o tej samej szerokości. Awarii uległa wschodnia część
biegu. W celu zabezpieczenia kładki przed moŜliwymi dalszymi odkształceniami WDiT
podjął decyzję o wykonaniu tymczasowego podparcia dźwigarów głównych pomostu i
dźwi-
garów podestu, co odciąŜyło zdeformowany dźwigar schodów. Zamknięto równieŜ dla ruchu
pieszego wschodnią część klatki schodowej dopuszczając ruch w części zachodniej, gdzie
nie nastąpiło uszkodzenie dźwigara. Sprawdzono, Ŝe w kronikach policyjnych nie zanoto-
wano Ŝadnych szkodliwych zdarzeń związanych z omawianą kładką.
Podczas wykonywania kolejnej inwentaryzacji w roku 2004, stwierdzono zapadnięcie na-
wierzchni asfaltowej chodnika wraz z podbudową, rys. 2, w pobliŜu fundamentów klatki scho-
dowej północnej. Po zapoznaniu się z mapą do celów projektowych, rys. 4, stwierdzono,
Ŝe pod fundamentami przebiega kanał ciepłowniczy w obudowie Ŝelbetowej 2[ 1100
´
1200 mm
Konstrukcje mostowe
1269
i wiązka kabli energetycznych i telekomunikacyjnych. W archiwum odnaleziono szkic projektu
zamiennego posadowienia dopuszczający, wykonanie fundamentu w sposób pokazany na rys.
5. Inną wadą ustaloną podczas wcześniejszych prac jest zagłębienie łoŜyska na fundamencie
około 28 cm poniŜej poziomu nawierzchni, co widać na rys. 3.
Rys. 2. Zapadnięcie nawierzchni
Rys. 3. Zagłębienie fundamentu
Rys. 4. Fragment mapy w rejonie fundamentu kładki
1270
Wilczy
ń
ski T. i inni: Awaria stalowej kładki dla pieszych
Rys. 5. Szkic wykonanego fundamentu
Rys. 6 pokazuje dźwigar schodów z wybrzuszonym środnikiem. Wybrzuszenie to wywo-
łało siłę rozpierającą, wskutek której powstało rozsunięcie prefabrykatów pomostu i powsta-
nie szczelin, przez które przepływa woda opadowa.
Rys. 6. Dźwigar schodów z wybrzuszonym środnikiem
3. Badania stanu awaryjnego
3.1 Wcze
ś
niejsze, pierwsze, badania stanu konstrukcji
W celu określenia przyczyn utraty stateczności środnika belki schodowej zlecono wyko-
nanie ekspertyzy. W ekspertyzie opracowanej w 2001 roku rozpatrzono moŜliwe przyczyny
powstania awarii dźwigara. Nie uwzględniono moŜliwości przemieszczeń fundamentu,
poniewaŜ nie było jeszcze widocznej zapadliny w nawierzchni i gruncie przy fundamentach.
Dlatego skoncentrowano się na obliczeniach statyczno-wytrzymałościowych konstrukcji
klatki schodowej. Dzięki temu przy pomocy programu komputerowego otrzymaliśmy anali-
zę pracy tego typu konstrukcji.
Obliczenia przeprowadzono dla następujących schematów statycznych:
a) schemat statyczny podstawowy zgodnie z projektem kładki
Konstrukcje mostowe
1271
b) schemat statyczny uwzględniający obustronne wytworzenie się dodatkowych podparć
pod dolnymi dźwigarami klatek schodowych eliminujących efekt przegubu
c) schemat statyczny uwzględniający jednostronne wytworzenie się dodatkowego pod-
parcia pod dolnym dźwigarem klatki schodowej oraz jednostronne zablokowanie gór-
nego przegubu; rozwaŜono ewentualność zablokowania górnego przegubu wskutek
korozji stali i zanieczyszczenia
d) schemat statyczny uwzględniający obustronne wytworzenie się dodatkowych podparć
pod dolnymi dźwigarami klatek schodowych oraz obustronne zablokowanie przegubów.
Obliczenia te wykazały, Ŝe:
– „w schemacie podstawowym, wg projektu kładki, maksymalne napręŜenia w uszkodzo-
nym elemencie są przekroczone o 25% czyli, Ŝe konstrukcja kładki nie spełnia wymo-
gów aktualnych norm: PN-82/S-10053 Obiekty mostowe. Konstrukcje stalowe.
Projektowanie. i PN-85/S-10030 Obiekty mostowe. ObciąŜenia.
– w schemacie c) uwzględniającym wytworzenie się zamocowania przekroju podporowe-
go pod dolnym dźwigarem klatki schodowej oraz jednostronne zablokowanie przegubu
górnego, środniki dźwigarów między spocznikami klatki schodowej znajdują się
na granicy utraty stateczności juŜ przy uwzględnieniu tylko obciąŜeń stałych.”
3.2 Autorskie badania stanu konstrukcji
Przeprowadzona analiza statyczno-wytrzymałościowa nie wyjaśniła ostatecznie przyczyn
awarii kładki. Awaria kładki nastąpiła w okresie zimowym, kiedy kładka była bardzo mało
uŜywana, a zatem przeciąŜenie uŜytkowe kładki naleŜy wykluczyć. Autorzy wcześniejszej
ekspertyzy, jako jedną z przyczyn awarii przyjęli rozsadzenie przekroju skrzynkowego
dźwigara klatki schodowej przez zamarzającą wodę. Uznali, Ŝe deformacji sprzyjały zbyt
cienkie środniki dźwigara, w których utrata stateczności moŜe wystąpić juŜ przy uwzględnie-
niu tylko obciąŜeń stałych (w przypadku zablokowania przegubów – schemat c) obliczeń).
Trudno bez zastrzeŜeń zgodzić się z takim wnioskiem, poniewaŜ wybrzuszenie środników
nastąpiło w górnej części dźwigara, przy węźle górnym, a woda zebrana była w części
dolnej. Autorzy ekspertyzy nie znali warunków posadowienia kładki i podziemnego zagos-
podarowania terenu. W dalszych badaniach ustalono, Ŝe fundament kładki został wykonany
jak na rys. 5. w bezpośrednim sąsiedztwie wiązki kabli energetycznych, elektrycznych i tele-
komunikacyjnych podlegających wymianie i nie był odpowiednio zabezpieczony przed
naruszeniem podłoŜa. Obecnie po szczegółowym rozpoznaniu terenu i
wykonanych oblicze-
niach przyjęto, Ŝe w znacznym stopniu do awarii belek schodów kładki przyczyniło się
nierównomierne osiadanie podpór belek. Pierwotnie fundament był projektowany w kszta-
łcie prostokąta, fundament zamienny został wykonany w postaci dwóch ław. Spowodowało
to zmniejszenie nośności granicznej gruntu
Q
FNB
. Oprócz tego przyczyną zwiększonego osia-
dania było zniszczenie podłoŜa a następnie jego wypłukiwanie w
sąsiedztwie fundamentu.
4. Obliczenia statyczno-wytrzymało
ś
ciowe
4.1 Obliczenia statyczne
Przyjęto model obliczeniowy kładki w postaci ramy przestrzennej o 160 węzłach i 170
elementach. Odkształcona belka posiada następujące charakterystyki przekroju:
[ Pobierz całość w formacie PDF ]