01_Budka_E_i_inni_Przyklady_uszkodzen_konstrukcji_mostowych_spowodowanych_uderzeniami_pojazdow.pdf

XXIV

awariebudowlane

Mgr inŜ. E DMUND B UDKA , biuro@promost.wroc.pl

Mgr inŜ. G RZEGORZ L EWANDOWSKI , biuro@promost.wroc.pl

Biuro Projektowo – Badawcze PROMOST Wrocław

Mgr inŜ. M ACIEJ K OśUCH , maciej.kozuch@pwr.wroc.pl

Dr inŜ. W OJCIECH L ORENC , wojciech.lorenc@pwr.wroc.pl

Dr inŜ. J ÓZEF R ABIEGA , jozef.rabiega@pwr.wroc.pl

Politechnika Wrocławska

PRZYKŁADY USZKODZE Ń KONSTRUKCJI MOSTOWYCH

SPOWODOWANYCH UDERZENIAMI POJAZDÓW

EXAMPLES OF BRIDGE STRUCTURE FAILURES CAUSED BY VEHICLE IMPACTS

Streszczenie Konstrukcje wiaduktów, jako obiekty dla bezkolizyjnego skrzyŜowania dróg bądź teŜ dróg i linii

kolejowych, naraŜone są na uderzenia związane z przejeŜdŜającymi pod nimi pojazdami. Uderzenia te wynikają

z przejazdu ponadnormatywnych gabarytowo pojazdów lub z niezachowanej pionowej skrajni drogowej pod

obiektem. W niniejszym artykule autorzy przedstawiają trzy przykładowe konstrukcje wiaduktów kolejowych

uszkodzonych na skutek uderzeń przejeŜdŜających pod nimi pojazdów samochodowych. Zwrócono głównie

uwagę na skutki takich uderzeń – wywołanie stanu awaryjnego lub przedawaryjnego konstrukcji nośnych:

blachownicowej oraz kratowej, oraz konstrukcji Ŝelbetowej belkowo – płytowej przęsła.

Abstract The structures of viaducts, which are forming flyover intersections of roads or roads and railway lines,

are endangered on impacts coming from vehicles passing below the structure. These impacts might result from

one of the following: passing over normative vehicle or unpreserved vertical road gauge under the structure.

In this paper authors demonstrate three examples of rail viaduct structures, which were damaged because

of vehicle impacts. Special attention is paid to the consequences of these impacts. There are presented effects

of impacts on bring out the state of failure emergency in three different types of structures: steel girders, steel

truss and reinforced concrete beam – plate structure.

1. Ogólny opis przedstawianych wiaduktów

1.1. Wiadukt kolejowy w strzelcach opolskich

Wiadukt kolejowy zlokalizowany jest w km 27.055 linii 175 Kłodnica-Kluczbork, nad drogą

krajową nr 94 w miejscowości Strzelce Opolskie. Wybudowany został w 1934 r. Konstrukcję

niosącą przęsła stanowią belki główne wykonane jako nitowane blachownice stalowe wraz

z pomostem, który tworzą blachy nieckowe mocowane bezpośrednio do poprzecznic i podłuŜnic

oraz blachy boczne koryta balastowego mocowane do środników dźwigarów głównych.

PodłuŜnice i poprzecznice wykonane są odpowiednio z dwuteowników walcowanych I260

i I425. Przęsło stalowe w planie jest proste. Rozpiętość wiaduktu mierzona w osiach podpór

wynosi 17,00 m, rozstaw dźwigarów głównych w kierunku poprzecznym – 3,50 m. Konstrukcja

XXIVKonferencjaNaukowoTechniczna

SzczecinMiędzyzdroje,2629maja2009

Mosty, drogi i koleje

oparta jest na stalowych łoŜyskach ruchomych wałkowych i przegubowo – stycznych ustawio-

nych na betonowych ciosach podłoŜyskowych. Ogólny widok wiaduktu przedstawiony został

na rys. 1. Droga nr 94, którą przekracza omawiany wiadukt naleŜy do klasy G, dla której wyma-

gana wysokość skrajni wynosi 4,60 m. Światło pionowe wiaduktu wynosi zaś 4,37–4,50 m, więc

wymagania dotyczące skrajni drogowej nie zostały w pełni spełnione.

Rys. 1. Widok na wiadukt w Strzelcach Opolskich od strony Strzelec

1.2 Wiadukt kolejowy w Wólce Orłowskiej

Wiadukt kolejowy znajduje się w km 25.523 linii nr 069 Rejowiec – Hrebenne, szlak

Krasnystaw – Ruskie Piaski nad drogą krajową nr 17 w km 150+208 linii Warszawa –

Zamość – Granica Państwa w miejscowości Wólka Orłowska. Ogólny widok konstrukcji

pokazano na rys. 2.

Rys. 2. Widok na wiadukt w Wólce Orłowskiej od strony Krasnegostawu

Konstrukcję wiaduktu stanowi jednoprzęsłowa, nitowana kratownica stalowa z jazdą do-

łem o rozpiętości teoretycznej równej 47,76 m. Pasy górny i dolny są poziome, ich przekroje

składają się z dwóch ceowników z nakładkami stęŜonymi przewiązkami z płaskowników.

KrzyŜulce dźwigara głównego stanowią elementy dwugałęziowe, stęŜone przewiązkami

z płaskowników. Dźwigary główne to kratownice typu „N”, a wiatrownice górne i dolne oraz

tęŜniki poprzeczne pionowe są typu „X”. Wysokość kratownicy w osiach pasów wynosi

6,96 m, rozstaw osiowy dźwigarów głównych 5,10 m. Dźwigary oparte są na łoŜyskach nie-

przesuwnych przegubowych na jednym przyczółku oraz ruchomych dwuwałkowych na

362

Budka E. i inni: Przykłady uszkodze ń konstrukcji mostowych spowodowanych uderzeniami pojazdów

drugim. Światło pionowe pod wiaduktem wynosi 4,59 m, przy wymaganej skrajni pionowej

dla klasy drogi G – 4,60 m.

1.3. Wiadukt kolejowy w Lubinie

Wiadukt kolejowy znajduje się w km 1.785 zelektryfikowanej, jednotorowej Przemysłowej

Linii Kolejowej nad ul. Hutniczą w Lubinie. Został on wybudowany w 1965 r. Widok z boku

na obiekt przedstawiono na rys. 3.

Rys. 3. Widok na wiadukt w Lubinie od strony zachodniej

Konstrukcję niosącą wiaduktu stanowi jednoprzęsłowy układ płytowo – belkowy o sche-

macie statycznym belki swobodnie podpartej. Jest to monolityczna konstrukcja Ŝelbetowa

składająca się z dwóch dźwigarów głównych, czterech poprzecznic i płyty pomostowej z dwoma

wspornikami. Rozpiętość teoretyczna przęsła wynosi 10,75 m. Światło wiaduktu w licach

podpór wynosi 9,99 m. Szerokość całkowita przęsła wynosi 4,44 m. Dźwigar główny stanowi

układ dwóch belek Ŝelbetowych o przekroju prostokątnym 0,51 m na 1,60 m wysokości licząc

od spodu dźwigara do góry płyty pomostowej, w rozstawie osiowym 2,11 m. Grubość płyty

pomostowej wynosi 25 cm. Wysokość konstrukcyjna w środku rozpiętości wiaduktu wynosi

1,87 m. Przęsło oparte jest bezpośrednio na stalowych ciosach za pomocą łoŜysk z blach

stalowych płaskich o grubości 20 mm. Blachy dolne łoŜysk, zarówno stałych jak i ruchomych,

stanowią górne blachy stalowych ciosów podłoŜyskowych. Światło pionowe pod obiektem

wynosi 4,53 m, a zatem spełnia wymagania dotyczące pionowej skrajni drogowej.

2. Uderzenia pojazdów samochodowych w prz ę sła wiaduktów

2.1. Stalowy wiadukt kolejowy o d ź wigarach blachownicowych w Strzelcach Opolskich

W roku 2008 miała miejsce kolizja drogowa, na skutek której dźwigary główne wiaduktu

zostały uszkodzone. PrzejeŜdŜający pod obiektem pojazd uderzył w blachownicę od strony

Strzelec Opolskich w pobliŜu środka rozpiętości przęsła, następnie jadąc dalej uszkodził

dźwigar od strony Bytomia (w mniejszym stopniu). Na pierwszym z nich zerwaniu uległy trzy

z czterech nakładek pasa dolnego oraz wszystkie nity w miejscu kontaktu z pojazdem

(zgodnie z protokołem z kolizji drogowo – kolejowej 26 szt.), a na znacznym odcinku wybo-

czeniu uległ środnik blachownicowego dźwigara głównego oraz jedno z Ŝeber usztywnia-

jących środnik. Wszystkie nakładki pasa dolnego, jak i kątownik styku montaŜowego w tym

miejscu zostały zdeformowane. Zaobserwowano liczne przetarcia i zerwania główek nitów

363

Mosty, drogi i koleje

oraz powstałe wcześniej wgniecenia nakładek pasa dolnego pochodzące od kontaktu

z przejeŜdŜającymi pojazdami. Miejsce bezpośredniego uderzenia zilustrowane jest na rys. 4.

Rys. 4. Uszkodzenie pasa dolnego blachownicy – zerwanie oraz deformacja nakładek pasowych, deformacja

Ŝebra, środnika oraz ścięcie nitów łączących nakładki pasa

Na skutek kolizji uszkodzeniu uległy równieŜ betonowe ciosy podłoŜyskowe. W wyniku

znacznej siły poziomej, prostopadłej do osi toru, cały obiekt uległ przesunięciu na łoŜyskach

w kierunku poprzecznym o kilka centymetrów. Skutkiem tego uszkodzone zostały bolce stabi-

lizujące dolną płytę łoŜyska wałkowego, a cios podłoŜyskowy został rozłupany (rys. 5).

Rys. 5. Przesunięcie konstrukcji na łoŜyskach w kierunku poprzecznym oraz zniszczenie ciosu podłoŜyskowego

NaleŜy dodać, Ŝe przedstawiony na rys. 5 schemat zniszczenia ciosu podłoŜyskowego

został zaobserwowany przy wszystkich łoŜyskach, zarówno stałych jak i jednokierunkowo

przesuwnych. Całkowitemu zniszczeniu uległ teŜ jeden ze wsporników podchodnikowych,

który został wyrwany z konstrukcji podczas uderzenia.

Analiza statyczno – wytrzymałościowa przeprowadzona w ramach Przegl ą du specjalnego

wiaduktu po kolizji drogowej wykazała, Ŝe w stanie sprzed kolizji wiadukt spełniał wymaga-

nia nośności dla klasy obciąŜenia taborem kolejowym k = -1 wg [1]. Po uwzględnieniu uszko-

364

Budka E. i inni: Przykłady uszkodze ń konstrukcji mostowych spowodowanych uderzeniami pojazdów

dzenia Ŝadne normowe obciąŜenie nie moŜe być przeniesione przez konstrukcję, zaś w stanie

bezuŜytkowym (cięŜar własny wiaduktu wraz z wyposaŜeniem) wiadukt nie stwarza zagro-

Ŝenia dla bezpieczeństwa ruchu kołowego pod nim. W trakcie analizy MES uszkodzenie zo-

stało zamodelowane jako ubytek przekroju poprzecznego (3 zerwane nakładki). Dodatkowo

uwzględniono występowanie w sąsiedztwie styku montaŜowego i stopniowy przyrost nośno-

ści nakładek od 0 do ich pełnej wytrzymałości na odcinku zdeterminowanym nośnością nitów

na ścięcie. Spowodowało to zupełne wyłącznie ze współpracy pasa dolnego w pobliŜu środka

rozpiętości dźwigara.

Przywrócenie pierwotnych parametrów nośności obiektu [1] okazało się wyjątkowo trud-

nym zadaniem. W miejscu kontaktu pojazdu z konstrukcją znajdują się styki montaŜowe

środnika i pasów dźwigara blachownicowego, co powoduje, Ŝe wciągnięcie do współpracy

kolejnych nakładek odbywa się na znacznym odcinku. Fakt ten determinuje zwiększenie

zakresu naprawy w celu uzyskania pełnej nośności analizowanego przekroju. Na długości

ok. 3 m w środku rozpiętości do wysokości ¾ dźwigara usunięto zdeformowany fragment

środnika wraz z nakładkami styku montaŜowego i odtworzono go za pomocą blachy spawanej

do istniejącej konstrukcji. Naprawa pasa dolnego obejmowała usunięcie dwóch dolnych

nakładek, a następnie w celu uniknięcia spawania doczołowego wszystkich nakładek w jed-

nym przekroju, wycięcie kolejnych z przesunięciem styku o ok. 300 mm w kierunku środka

rozpiętości licząc od obu końców przedostatniej nakładki. W ten sposób uzyskano „schodko-

wanie” kolejnych nakładek i równomierne włączenie do współpracy całego przekroju.

Istniejącą konstrukcję połączono z odtworzonym pasem dolnym za pomocą śrub spręŜających.

Zaprojektowano równieŜ odtworzenie węzła oraz zastrzału pod wspornik podchodnikowy

uszkodzony w czasie uderzenia.

2.2. Stalowy wiadukt kolejowy o d ź wigarach kratowych w Wólce Orłowskiej

W styczniu 2008 r. nastąpiło uderzenie pojazdu samochodowego w konstrukcję od strony

Lublina. Wygięte zostały ceowniki pasa dolnego. Dodatkowo w części środkowej pasa dol-

nego w miejscu uderzenia powstało rozwarstwienie pomiędzy ścianką środnika ceownika,

a przykładkową blachą pionową (tworzącymi przekrój pasa dolnego). Pas dolny ceowników

pasa dolnego kratownicy na odcinku około 1,5m został wygięty i podwinięty. Doszło równieŜ

do częściowego przerwania jego ciągłości. Ścięte zostały nity mocujące przewiązki do gałęzi

pasa dolnego. Wiązka stęŜenia dolnego uległa deformacji, a w miejscu osłabienia otworem na

nit pękły obydwa kątowniki. Zdeformowane zostały równieŜ kątowniki tworzące pas dolny

poprzecznicy, która była bezpośrednio naraŜona na uderzenie. Ilustracje uszkodzeń przedsta-

wiają rysunki 6 i 7. Analiza statyczno – wytrzymałościowa wykazała, Ŝe przed kolizją wia-

dukt kolejowy spełniał wymagania stanów granicznych nośności i uŜytkowalności dla obcią-

Ŝenia klasy k = +1. Po jego uszkodzeniu przekroczona była nośność dla klasy k = -3. RównieŜ

analizowane rzeczywiste obciąŜenie taborem eksploatacyjnym uŜytkowanym na rozwaŜanej

linii kolejowej (lokomotywy ST 44) dawało wytęŜenie przekraczające nośność przęsła

wiaduktu. Wiadukt został więc wyłączony z uŜytkowania do czasu jego naprawy i wzmocnie-

nia. W stanie bezuŜytkowym, przy powstałych uszkodzeniach, obiekt nie stwarzał zagroŜenia

– przenosił obciąŜenia stałe związane z cięŜarem własnym oraz wyposaŜenia.

365

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: