mgr in . Tomasz Kaczmarek PPprojekt Sp. z o.o.

Gdzie jeste my po 7 latach?

W ci gu 7 lat od zmiany zasad stosowania w Polsce barier ochronnych w wiadomo ci mostowców utrwalił si fakt, e bariery (i ich zamocowania) musz przej ć odpowiednie testy zderzeniowe, okre lone norm EN 1317.

Dobór barier na podstawie wytycznych GDDKiA nie przedstawia wi kszych trudno ci, chocia wyst puj pewne problemy zwi zane z wymaganiami administracji drogowej dotycz cymi parametrów barier.

Zastosowanie barier o odpowiednich parametrach i ich usytuowanie na obiekcie in ynierskim to jednak tylko cz ć zadania, które musi rozwi zać projektant wyposa aj c obiekt w bariery ochronne.

Bariery podczas uderzenia oddziałuj znacznymi siłami na elementy mostu, do których s mocowane. Siły uderzenia przenosz si na kolejne elementy mostu, a do ich rozproszenia w konstrukcji. Wszystkie elementy mostu, których wymiana lub naprawa jest kłopotliwa, powinny przetrwać zderzenie bez uszkodzeń – musz być zaprojektowane na oddziaływania zderzeniowe.

Sposoby projektowania elementów obiektów in ynierskich podtrzymuj cych bariery ochronne nie s opisane w polskiej literaturze. Projektanci słabo znaj te zagadnienia. Ma to swoje ródło w zaszło ciach historycznych – przez wiele lat

projektanci tym si nie zajmowali.

Stan przed rokiem 2010 i w okresie przej ciowym

Przed rokiem 2010 konstrukcja barier nie była tak zró nicowana, jak obecnie. Niektóre elementy geometrii barier oraz siły, na jakie nale ało projektować zamocowania słupków barier, były okre lone przepisami techniczno-budowlanymi i norm .

W roku 2002 ukazało si pierwsze wydanie „Katalogu detali mostowych”, w którym pokazano zbrojenie kap chodnikowych oraz poł czenia mi dzy kapami a płyt pomostu.

Mocowanie kapy za pomoc kotew talerzowych Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad, Wydział Mostów: Katalog Detali Mostowych opracowany przez Transprojekt – Warszawa 2002/2004

W opracowywanych projektach adaptowano rozwi zania katalogowe nawet w przypadkach, w których nie powinno si było tego robić (np. przy w skich płytach pobocza technicznego). Podej cie takie mo na było spotkać równie po 2010 r.

Zmiana roku 2010

W roku 2010, na skutek zmiany tre ci rozporz dzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty in ynierskie i ich usytuowanie, zapisy odnosz ce si do projektowania statyczno-wytrzymało ciowego elementów obiektu podtrzymuj cych bariery ochronne zostały zast pione zapisem:

„Bariery …. powinny spełniać kryteria

powstrzymywania pojazdu okre lone w normie

przenosz cej norm EN 1317”

W warunkach du ej ró norodno ci barier ochronnych dost pnych na rynku projektant musi rozstrzygn ć kwestie: 1. Na jakie siły nale y projektować elementy

podtrzymuj ce bariery ochronne (w praktyce jakie s warto ci zast pczych oddziaływań statycznych)?

2. W jaki sposób siły te nale y przykładać do konstrukcji? 3. Jaki model obliczeniowy nale y zastosować?

Oddziaływania

PN-EN 1991-2:1997 Eurokod 1: Oddziaływania na konstrukcj – Cz ć 2: Obci enia ruchome mostów

Zalecana klasa Siła pozioma [kN]

A 100

B 200

C 400

D 600

Siły przekazywane na pomost przez bariery ochronne

KLASY SIŁY POZIOMEJ

1. NIE MA BEZPO REDNIEJ ZALE NO CI MI DZY WARTO CIAMI SIŁ POZIOMYCH W KLASACH A-D, POCHODZ CYMI Z POMIARÓW PODCZAS TESTÓW UDERZENIOWYCH, A KLASAMI U YTKOWYMI SYSTEMÓW BARIER OCHRONNYCH. WARTO CI SIŁ ZALE RACZEJ OD SZTYWNO CI POŁACZENIA SYSTEMU BARIERY Z CZ CI MOSTU, Z KTÓR JEST ON ZWI ZANY.

2. NAJMNIEJSZA SIŁA POZIOMA WYNIKA Z POMIARÓW SYSTEMU BARIERY OCHRONNEJ ZE SŁABYM ZAMOCOWANIEM. TAKIE SYSTEMY S CZ STO STOSOWANE W PRZYPADKU SYTEMÓW STALOWYCH BARIER OCHRONNYCH ZGODNIE Z KLASA U YTKOW H2. BARDZO SŁABE

POŁ CZENIE MO E ODPOWIADAĆ SILE POZIOMEJ KLASY A.

3. ZALECANE JEST, BY KONSTRUKCJA PODTRZYMUJACA

BARIEROPOR CZ BYŁA PROJEKTOWANA NA LOKALNE

PRZENIESIENIE EFEKTU OBCI ŻENIA WYJ TKOWEGO

ODPOWIADAJ CEGO CO NAJMNIEJ 1,25-KROTNEJ LOKALNEJ

WYTRZYMAŁO CI CHARAKTERYSTYCZNEJ BARIEROPOR CZY (NP.

WYTRZYMAŁO Ć POŁ CZENIA BARIEROPOR CZY Z KONSTRUKCJ ).

Czy dla bariery H2 nale y stosować klas A (100 kN – jak w Eurokodzie), czy te klas C (400 kN) – jak napisali autorzy przewodnika?

Autorzy przewodnika: eksperci prowadz cy szkolenia Joint Research Centre przy Komisji Europejskiej z zakresu wdra ania Eurokodów

PN-EN 1317-1:2001 Systemy ograniczaj ce drog – Cz ć 1: Terminologia i ogólne kryteria metod badań

ZAŁ CZNIK B

POZIOM

POWSTRZY-

MYWANIA

UGI CIE POWIERZCHNI CZOŁOWEJ BARIERY OD STRONY RUCHU [m]

0,1 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0

REDNIA SIŁA F* [kN]

H2 133,0 116,8 100,4 88,1 78,5 70,8

H3 266,4 227,1 189,8 163,0 142,9 127,1

H4a 311,3 267,6 225,4 194,7 171,4 153,1

H4b 269,1 242,1 213,6 191,1 172,8 157,8

„B.3. …..teoretyczne i doświadczalne dowody wskazują, że znacząca

maksymalna wartość siły F(s), przyjęta jako pomiar maksymalnego

oddziaływania bariery, jest 2,5-krotnie większa niż F*”

WYTYCZNE ZARZ DU DRÓG WOJEWÓDZKICH W KATOWICACH

(opracowane przez SITK Zespół Rzeczoznawców o/Rzeszów) REDNIE WARTO CI SIŁ POZIOMYCH DZIAŁAJ CYCH NA

PŁYT OBIEKTU MOSTOWEGO

Siła pozioma

[kN]

ODKSZTAŁCENIA POWIERZCHNI CZOŁOWEJ BARIERY OD STRONY RUCHU

(ugi cie dynamiczne „D”) [m] 0,1 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0

Poziom powstrzymywania

100 H1 H1 H1, H2

200 H2 H2, H3 H3, H4a, H4b

400 H3,H4a,H4b H4a, H4b

600 H3, H4a, H4b – dla bardzo sztywnych konstrukcji (np. barier betonowych zespolonych z konstrukcj obiektu)

DLA BARIER STALOWYCH: Klasa A (100 kN) dla barier H2/L2 Klasa B (200 kN) dla barier H4/L4) Oddziaływanie rozdzielane na dwa słupki i rozkładane w betonowych elementach pomostu pod k tem 45º Warto ci obliczeniowe efektów lokalnych uderzenia (mocowanie barier do powierzchni pomostu) obliczane s przez wymno enie nominalnej wytrzymało ci słupka przez współczynnik 1,5 dla stali S355 i 1,7 dla stali S235. DLA BARIER BETONOWYCH: Klasa B (200 kN) dla barier H2/L2 Klasa C (400 kN) dla barier H4/L4 Rozkład obci enia pod k tem 45º przez barier oraz elementy pomostu

PODEJ CIE NORWESKIE

Dla barier stalowych: Moment przekazywany przez słupek obliczany na podstawie wytrzymało ci plastycznej podstawy słupka zwi kszonej o 40%. Sił pozioma obliczana z momentu i wysoko ci przyło enia siły, przyjmowanej na poziomie profilu prowadnicy lub rodka zestawu prowadnic.

PODEJ CIE SZWAJCARSKIE (2005 r)

Schuler D., Schuler B.B.: Bundesamt für Strassen,: Richtlinie. Anprall von

Strassenfahrzeugenauf Bauwerksteile von kunstbauten. Ergränzungen zur Norm SIA

261 Einwirkungen auf Tragwerke. Bundesamt für Strassen ASTRA, Bern 2005.

PODEJ CIE AUSTRIACKIE

Wytyczne Federalnego Ministerstwa Transportu, Innowacji i Technologii: Rzeczoznawca, na podstawie testów zderzeniowych z rejestracj sił przekazywanych przez barier proponuje dla badanego systemu powstrzymywania równowa ne oddziaływania statyczne pokazane na rysunku obok.

STRONA INTERNETOWA FEDERALNEGO MINISTERSTWA

TRANSPORTU, INNOWACJI I TECHNOLOGII

siła pozioma moment zginaj cy

liczba zestawów sił rozstaw zestawów sił

ŹRÓDŁA NIEMIECKIE

W zwi zku z wprowadzaniem barier o wy szym poziomie powstrzymywania w Niemczech uruchomiono ró ne programy badawcze.

STANOWISKO BADAWCZE TÜV MONACHIUM DO POMIARU SIŁ

Wyniki testów zderzeniowych wykazały, e siły działaj ce na

konstrukcj mostu znacznie (3÷4 razy, inne ródło 6 razy)

przewy szały siły przyjmowane przed 2009 r.

Obliczanie wspornika Obliczanie kapy i jej zamocowań

Bariera ochronna na podstawie testów kwalifikowana jest do odpowiedniej klasy siły poziomej od A do D wg Eurokodu 1- 2. Wsporniki mostów obliczane s na siły wynikaj ce z klasy siły poziomej. Kapy i ich zamocowania obliczane s na oddziaływania wynikaj ce z 1,25-krotnej wytrzymało ci lokalnej bariery.

ODDZIAŁYWANIA - KOMENTARZ

1. Oddziaływania w przedstawionych normach i wytycznych: a) albo s siłami działaj cymi na barier ochronn w cało ci (na cały system), b) albo s wła ciwe dla konkretnej bariery ochronnej (okre lone dla tej bariery

poprzez testy lub decyzj rzeczoznawcy, wzgl dnie zale od parametrów wytrzymało ciowych słupków).

2. Dla wła ciwego zaprojektowania elementów podtrzymuj cych bariery ochronne w przypadku oddziaływań typu a) konieczne jest przeprowadzenie skomplikowanych obliczeń metod elementów skończonych, z dokładnym zamodelowaniem słupków i elementów poziomych bariery decyduj cych o współpracy słupków. Trzeba prowadzić obliczenia nieliniowe, uwzgl dniaj c zarówno nieliniowe warunki podparcia jak i nieliniowo ć materiału. Obliczenia takie s pracochłonne, a potrzebne oprogramowanie kosztowne.

3. Projektowanie elementów podtrzymuj cych bariery na oddziaływania typu b) mo e mieć miejsce jedynie dla konkretnego typu bariery. W obecnych warunkach prowadzenia inwestycji w Polsce wybór bariery nast puje dopiero na etapie wykonawstwa, w jego pó nej fazie. Obiekt mostowy projektowany jest wcze niej, gdy bariera, która b dzie stosowana, nie jest jeszcze znana.

Model obliczeniowy

W raportach z niemieckich programów badawczych mo na znale ć informacje odno nie powi zania mocowania kap z modelem obliczeniowym oraz zasad ustalania szeroko ci współpracuj cych dla poszczególnych składowych oddziaływań zderzeniowych.

S te opisane wykonane analizy numeryczne

…i podane informacje odno nie spr ysto ci poł czeń (podpór spr ystych kapy) przyjmowanych w prowadzonych obliczeniach.

EA×u=12×L1+0,5×12×L2

cF=1/u L1=20 cm L2=45 cm

Rozci gane rami p tlicy:

Kotwy talerzowe: Podatno ć wyliczona dla wydłu enia ruby kotwy o 1mm przy napr eniu zbli onym do granicy plastyczno ci Podpory pionowe w miejscach ramion pr tów p tlicowych: J.w., ale dla napr enia równego 60% granicy plastyczno ci

wg Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen. Brücken- und Ingenieurbau Heft B 108

Na podstawie tych informacji mo na podj ć prób budowy własnego modelu obliczeniowego.

Strefa docisku podczas uderzenia – punkt obrotu kapy

Siły przekazywane przez podstaw słupka

Obci enia modelu (zachowane poło enie wypadkowej)

Powłoka w osi kapy i belki gzymsowej (obszar naro ny o zwi kszonej sztywno ci)

Strefa docisku – podpora niepodatna (beton-beton) Kotwy talerzowe i pr ty zbrojeniowe – podpory spr yste

Model obliczeniowy (program ABC Obiekt 3D

Powi kszenie strefy obci onej

Wniosek końcowy

DIY – zrób to sam

Po 7 latach od wprowadzenia nowych przepisów projektant nie mo e w praktyce ustalić obci eń, na jakie powinien zaprojektować elementy mostu podtrzymuj ce bariery ochronne. Ma równie trudno ci z przyj ciem modelu obliczeniowego.

Jak mo na w tym okresie scharakteryzować przesłanie do projektantów od twórców norm i wytycznych, autorów podr czników?

Trudno wi c oczekiwać zwrotnie rozwi zań ekonomicznych, cechuj cych si wła ciwym zapasem bezpieczeństwa.

Tomasz Kaczmarek PPprojekt Sp. z o.o. Warszawa Biuro Katowice t.kaczmarek@ppprojekt.co