Magyar Tudomány, 2008/04 410. o.

Hídszerkezetek



A dunaújvárosi Pentele híd

tervezése


Horváth Adrián


szerkezettervezési igazgató

hid fomterv . hu


Nagy Zsolt

acélszerkezeti szakfõmérnök

FÕMTERV Zrt.



Bevezetés


A Nemzeti Autópálya Zrt. pályázatot írt ki a dunaújvárosi Duna-híd engedélyezési tervének elkészítésére, melyet a FÕMTERV Fõvárosi Mérnöki Tervezõ Részvénytársaság nyert meg alternatív ajánlatával. A kiviteli terveket, majd – a kivitelezõi közbeszerzési eljárás után, annak nyertese, a Vegyépszer Zrt. és a Hídépítõ Zrt. alkotta DunaÚJ-HÍD Konzorcium megbízására – a gyártási terveket szintén a FÕMTERV Zrt. készítette. A mederhíd tervezését a BME kísérleti, kutatói és szakértõi munkája segítette, az ártéri hidak felszerkezetét – a FÕMTERV Zrt. megbízásából – altervezõje, a Pont-TERV Rt. tervezte. A mederhíd kiviteli terveinek kijelölt független ellenõrei a pozsonyi Szlovák Mûszaki Egyetem (SUT Bratislava) Építõmérnöki Karának dr. Agócs Zoltán vezette munkatársai voltak, akik tanácsaikkal is segítették a tervezést.

A dunaújvárosi Duna-híd az M8-as autópályát vezeti át a Duna-folyó és annak ártere fölött. A Veszprém–Kecskemét M8-as autópálya-szakasz, elkészülte után, az M0-s nyugati szakasza mai forgalmának 40 %-át veheti át, a híd jelentõsége azonban ennél sokkal nagyobb: az észak–dél irányú európai VI-V/CT tengely és a nyugat–keleti irányú TEN-folyosó Pó-síkságtól (Genova)–Milánó–Grác–Dunaújváros–Nagyvárad–Brassó–Bukaresten át Constanzáig (Fekete-tenger) tartó európai közúthálózati elemének csomópontjában épült (1. ábra). Az elõzõ években az új autópályák nyomvonalán (például: M0 budai szakasza, M8 megépült szakaszai 8-as út néven) fél szélességben, kétszer kétsávos autóútként épültek meg az új utak. A híd megépítését megelõzõen sokéves térségfejlesztési és gazdasági megtérülést elemzõ vizsgálati munka folyt, amelynek eredményei azt mutatták, hogy az M8-s autópálya M6–51-es út közötti szakaszát azonnal teljes szélességben célszerû megépíteni, majd rögtön ezt követõen ki kell építeni a Veszprém–M6-os Dunaújváros szakaszt és az 51-es út–Kecskemét–Szolnok szakaszt. Az autópálya ott – a késõbb megépíteni tervezett – M4-es autópályához fog csatlakozni. Osztrák és román szomszédaink ezeket a fejlesztéseket figyelembe véve fejlesztik saját úthálózatukat, és egyre sürgetõbben várják a magyar oldali befejezést.


A híd helyének meghatározása


Az M8-as autópálya helyét több helyen keresték. A meglévõ országos közúthálózat szerkezetét figyelembe véve a Rácalmás–Dunaújváros közötti nyomvonal lett volna a legalkalmasabb. Dunaújvárostól északra azonban Rácalmásig nem találtak a tervezõk konfliktusmentes folyosót. Az üdülõkkel sûrûn beépített, természetvédelmi területen áthaladó úttal szemben teljes társadalmi elzárkózás bontakozott ki.

A Dunaújvárostól jóval délebbre, Apostag és Dunaegyháza között vizsgált nyomvonal a dunaföldvári híd és az 52. számú fõút közelsége miatt nem hozta volna azokat a külsõ hatásokat, amelyek a beruházást nemzetgazdasági szinten hatékonnyá tették volna.

Harmadikként maradt a két fenti nyomvonalváltozat közötti lehetõség: a Dunavecse és Apostag közötti átvezetés. E nyomvonal társadalmi elfogadtatása sem volt egyszerû. A Kiskunsági Nemzeti Parkot keresztezni a legszigorúbb és legkeményebb környezetvédelmi elõírások betartásával sem lesz egyszerû.

A Pesti-síkság és a Mezõföld löszplatója mintegy 50 m-es szintkülönbséggel, meredeken leszakadó löszfalban találkozik a területen. A megfelelõ hossz-szelvény kialakíthatósága, továbbá a lösztalaj sajátos szerkezeti tulajdonságaiból adódó talajmechanikai szempontok szükségessé tették, hogy a nyomvonal lehetõség szerint természetes eróziós völgyben érje el a platót. A lehetséges kivezetési pontok mellett további kötöttséget jelentett a Duna fölött átfeszített 120 kV-os nagyfeszültségû távvezeték nyomvonala. Az egyeztetések során tisztázódott, hogy annak kiváltásával reálisan nem lehet számolni, így azt mind a vonalvezetés, mind a szerkezetválasztás során adottságként kellett kezelni. A bal parton a nagyfeszültségû vezeték mellett két település, Dunavecse és Apostag határvonalát kellett figyelembe venni a helyszínrajzi tervezéskor. A tanulmánytervi nyomvonalat mindezek miatt módosítva, a tervezett út a kisapostagi vízfolyáson levõ tavat délrõl kikerülve, egy természetes eróziós völgyben éri el a partfalat, majd a 120 kV-os vezeték kilengését és elõírt védõtávolságát figyelembe véve 7000 m sugarú jobb ívvel halad át a rekultivált szeméttelep, feltöltött zagytér, majd az Apostagi-sziget felett. (2. ábra) A mederhídhoz átmeneti ívvel csatlakozva a folyamot egyenes tengellyel keresztezi, majd azonos sugarú bal ívvel csatlakozik a településhatárhoz igazodó bal parti nyomvonalhoz.

A híd magassági vonalvezetését az építéstechnológia és a gazdaságosság szempontjai alapján határoztuk meg. A jobb parti 1 km-es hídhosszból és az autópálya szélességébõl adódó építési feladat mértéke alapján egyértelmû volt, hogy ezt az ártéri felszerkezetet a Duna-meder felõl szerelve, szakaszos elõretolással célszerû megépíteni. A löszfal pereménél a nyomvonal keresztezi az iránytöréssel továbbhaladó nagyfeszültségû vezetéket. Az építési és végleges állapotban biztonsági okokból egyaránt szükséges védõtávolság miatt mintegy 10 m-es bevágás létesítése volt indokolt, melynek optimumát egyrészrõl a csatlakozó ártéri híd pilléreinek magassága, másrészrõl a löszterület talajmechanikai adottságai szabták meg. Így alakult ki az állandó 1,46 %-os emelkedésû hossz-szelvény. A bal parton, hogy az árterületet ne szûkítsük, a hídfõ az árvédelmi töltés mögé, a mentett oldalra épült. Az árvédelmi töltés tetején lehetõvé kell tenni munkagépek zavartalan közlekedését, az árvízi védekezést, illetve a töltés fenntartási munkáit, ezért a híd alsó éle kb. 4,50 m-rel a töltés síkja fölött halad. Ez a még elfogadható legkisebb magassági méret határozta meg ezen a parton a pillérek és a hídhoz csatlakozó töltés magasságát. A híd teljes hossza 1682,55 m.

Az ártéri hidak 7000 m sugarú vízszintes ívben fekszenek, átmeneti ívvel csatlakozva az egyenes tengelyû mederhídhoz.


A szerkezet megválasztása


A tervezéssel párhuzamosan történtek meg a VITUKI-ban a folyó hidrológiai vizsgálatai. Az érintett folyamszakaszon már korábban elvégzett mederrendezés eredményeképpen a szabályozott Duna mederszélessége mintegy 450 m lesz, a nyomvonaltól délre levõ gát és párhuzammû által határolt területen a meder feltöltõdése évek óta zajlik. Mindezeket mint alapadatokat figyelembe véve a mederpillérek tengelytávolságát 312 m-re választottuk. A középvízi part és a mederpillérek között így elegendõ távolság maradt az uszadék- és jégmozgás, illetve a parti hajózás részére, a választott távolság ugyanakkor lehetõvé tette, hogy a pilléreket TS-uszályokból kialakított bejáróhídról építsék meg. A mederhíd így megválasztott 307,9 m-es támaszközével a folyó két oldalán mûködõ, illetve tervezett kikötõk hajóforgalma a kivitelezés alatt és a késõbbiekben egyaránt zavartalan lehet.

Ebben a nyílástartományban két szerkezettípus versenyez egymással: a ferdekábeles hidak1 (3. ábra) – Oszakában is ilyen szerkezetet választottak a 300 m-nél nagyobb nyílásokhoz – és a kosárfül elrendezésû ívhidak (4. ábra). Évezredek óta építenek boltozott szerkezeteket kõbõl és több mint száz éve hasonló erõjátékú ívhidakat vasból, acélból, vasbetonból. A döntõen nyomott ívszerkezet elõnyös tulajdonságai ellensúlyozták a kivitelezési nehézségeket, és kényelmetlenségeket, amelyeket leginkább az építkezés helyszínén szükséges állványrendszer okoz. Ilyen szerkezet például az 1963-ban épült Fehmarnsundbrücke a tenger fölött és a Van Brienenoord híd Rotterdamnál, a Maas-folyó torkolatában (1965). Az 1960-as évek közepén viszont egy kiváló új szerkezet és építéstechnológia jelent meg, a támaszaitól két irányba szerelt, oszlop(ok)ra kábelekkel közben felfüggesztett gerendahíd, az ún. ferdekábeles híd (Leverkusen híd, 1965; Maxau híd, 1966). Ezek a szerkezetek a nagyobb nyílástartományokból kiszorították az ívhidakat. Hollandiában viszont szûknek bizonyult a fent említett rotterdami ívhíd, és 1986–90 között azonos szerkezeti rendszerû hidat építettek mellé. Ezt más helyszínen – Zwijndrechtben – szerelték össze, s a 4800 tonnás szerkezetet egyben, hajók fedélzetén úsztatták végleges helyére.

A Pentele híd nyomvonalához közeli 120 kV-os légvezeték magas oszlopai a térben esetlegesen helyezkednek el. Ezért – esztétikai okokból – a magas pillérû ferdekábeles hidat elvetettük, s megvizsgáltuk az ívhíd megépítésének lehetõségét. A bal parti kikötõ alatt szerelõtérnek kiváló helyet találtunk, a Duna az év nagy részében hajózható folyó, ezért e mellett a szerkezet mellett döntöttünk. Ez a szerkezet elõnyösebb a kisebb kábel-mellékfeszültségek, kisebb baleseti érzékenysége és nagyobb merevsége miatt is a ferdekábeles hídnál. A kábelekkel függesztett merevítõtartós ívhidaknál különféle kábelelrendezés lehetséges. A leggyakoribbak az egymást keresztezõ kábelekkel épült hidak, mert ez eredményezi a legmerevebb szerkezetet. Pozsonyban – esztétikai okokból – lefelé sûrûsödõ, sugaras elrendezést választottak. Mi – szintén esztétikai megfontolásból – a minden nézetbõl rendezett képet mutató párhuzamos kábelelrendezést kívántuk megvalósítani, melynek lehetõségét a BME gondos stabilitási vizsgálataival lehetett igazolni.


A híd leírása


Törekedtünk arra, hogy gyorsan és hatékonyan építhetõ, gazdaságos és esztétikus, jól üzemeltethetõ hidat tervezzünk. A terepviszonyokhoz legjobban igazodni és a funkciót tökéletesen kiszolgálni, egyben ezeknek a céloknak is megfelelni öt különálló hídszerkezet együttesének tervezésével volt lehetséges.

Az ártéri hidak folytatólagos többtámaszú, ortotrop pályalemezes, acél szekrénytartós gerendahidak, szerkezeti magasságuk a mederhíd merevítõtartójával közel azonos, 3,56 m. A jobb parti ártér fölötti szerkezet támaszközei a hídfõtõl: 75,00 + 12 × 82,50 m, a bal parti 4 × 75,00 m. Az ártéri hidakon az autópálya két különbözõ irányú pályája két egymástól független, egymással párhuzamos hídszerkezeten, 7000 m sugarú ívben van vezetve. A két hídpálya közötti légrés 0,60 m, így a híd teljes szélessége 32,20 m. A szerkezeti elemek acélminõsége: S355.

A kéttámaszú mederhíd kábelekkel függesztett merevítõgerendás, kosárfül elrendezésû ívhíd gyártott támaszköze 307,8 m, a sarutengelyek távolsága hídtengelyirányban ennél 10 cm-rel több az önsúlyterhelés hatására létrejövõ megnyúlás után. A szabadnyílás a szerkezeti gerendák homloksíkjai között 304,40 m, a felszerkezet elméleti hossza, a csatlakozó dilatációs szerkezetek tengelyének távolsága, 311,95 m. Az ívek dõlése 16,5°, tengelyük magassága hídközépen 48 m (5. ábra). Az ívet a merevítõtartóval függesztõkábelek kötik össze. A kábelek igénybevételeit alapvetõen az ívtartó és a merevítõ tartó merevségi viszonyai, a geometriai kialakítás és a feszítési technológia határozza meg. Az igénybevételek változásának megfelelõen, a támaszok közelében 24, a híd közepe közelében 18 pászmás kábelt építettek be. Az egy ütemben kiépülõ pálya beosztása: 2 × 3,75 m forgalmi, 3,50 m széles leállósáv, a két irány között 3,60 m széles elválasztósávban 2 × 1 m biztonsági sáv, 1,60 m kiemelt szegéllyel (6. ábra). A híd befolyási oldalán kétnyomú kerékpárút létesült, a kifolyási oldal – a jövõbeni igényekhez alkalmazkodva – azzal azonos kialakítású. A mederhídon az útpálya tengelye egyenes, a híd a középtengelytõl két irányban 2,5-2,5 %-kal, a járdák felülete a kiemelt szegély felé esik 2,5 %-kal.

A mederhíd felszerkezete több szempontból is áttörést jelent a magyar hídépítésben. Mivel a mederhíd úsztatva jutott a szerelõtérrõl a pillérekre, a lehetõ legkisebb tömegû szerkezetet kellett tervezni. Ezért választottunk a hazai hídépítésben elõször nagy szilárdságú, S460-as acélt, azokhoz a szerkezetrészekhez, ahol a szilárdság növelését hatékonyan ki lehet használni, azaz a lemezvastagságot, ezzel a varratméreteket és mennyiségeket, továbbá az anyagmennyiséget és ezzel a tömeget csökkenteni lehet: az ívtartókban, a csatlakozó merevítõtartó és végkereszttartó elemeken. A nagyszilárdságú acél folyáshatára mintegy 30 %-kal magasabb, mint a hídszerkezeteknél eddig alkalmazott S355 minõségû acélok folyáshatára, ennek megfelelõen a méretezési feszültség – a lemezvastagság függvényében – szintén kb. 25 %-kal magasabb a szokásos minõségû acéléhoz képest. A nagyszilárdságú acél alkalmazása az úsztatási tömeg mintegy 10 %-os csökkentését tette lehetõvé.

Külön elemzés készült, hogy az S460 szilárdsági csoporton belül a normalizált vagy a termomechanikus hengereléssel gyártott-e a kedvezõbb. A nemzetközi hídépítési tapasztalatok feldolgozását követõen termomechanikusan hengerelt, az MSZ EN 10112-3:1995 szabvány szerinti S460ML acélt választottuk. Ez tette lehetõvé, hogy a rendkívüli igénybevételeknek kitett, a lehetõségek határáig merevített támasz fölötti csomópontban elõmelegítés nélkül, azaz emberi körülmények között lehessen hegeszteni. A mai acélanyagú hidakban a lemezeket hegesztéssel vagy csavarozással kapcsolják egymáshoz, sokszor a két kötésmódot együtt alkalmazva. A kosárfül alakban elrendezett ívszerkezet geometriai összetettségébõl és az egyes kapcsolattípusok eltérõ méretpontossági igényeibõl következett, hogy a szerkezeti elemek valamennyi kapcsolata hegesztéssel készüljön.

Az ívtartók téglalap keresztmetszetû zártszelvények, a gerinc magassága 3800 mm, a felsõ öve 2140 mm, a gerincek között elhelyezett alsó öv 1960 mm széles. Az övlemezek vastagsága 20–50 mm, a gerinclemezeké 16–40 mm között változik. A lemezhorpadást hosszbordák akadályozzák meg. A hosszbordák általában 280-22 szelvényû laposacélok, a beúsztatási állapotban szükséges ideiglenes rudak környezetében erõsített: T-szelvények. A bordák a függesztési pontok harmadában levõ diafragmák kivágásain átfutnak, és azokhoz fülekkel vannak rögzítve. Az íveket nyolc gerenda köti össze. Ezek mérete, az igénybevételeknek megfelelõen, az alsó kettõ-kettõnél 3800 × 2500 mm, a hídközépen lévõ kettõ-kettõnél pedig 2600 × 2500 mm.

A merevítõ tartók az ívekkel közös síkban vannak, így a paralelogramma keresztmetszetû merevítõ tartók merõleges gerinctávolsága az ívtartók gerinctávolságának felel meg. Belmagasságuk tartótengelyben 3100 mm, felsõ övük a pályalemez esésének megfelelõen 2,5 %-kal esik a hídközép felé. Az övlemezek vastagsága 20–50 mm, a gerinclemez vastagsága 16–40 mm között változik. A merevítõtartókat 11 400 mm-enként velük azonos szerkezeti magasságú, függesztett kereszttartók kötik össze. A kereszttartók gerinclemezének vastagsága 16 mm, az alsó övlemez 650-25 mm szelvényû. A függesztõ kábelek ezekben a csomópontokban csatlakoznak. A lehorgonyzó csöveket 20 mm vastagságú diafragmába behegesztve történik a kábelerõk bevezetése a gerinclemezekbe (7. ábra). A merevítõtartók nagy távolsága okán két hossztartóra is szükség volt. A hossztartók – alsó övüknek a függesztett kereszttartókon való átvezethetõsége érdekében – 500 mm-rel alacsonyabb gerincmagasságúak. A hossztartók gerinclemeze 16 mm vastag, alsó öve 800-40 mm méretû.

Az ortotrop pályaszerkezetet a függesztett kereszttartók között 3800 mm-ként levõ közbensõ kereszttartók támasztják alá. A kereszttartók a merevítõtartóban részlegesen befogott, a hossztartókkal rugalmasan megtámasztott tartóként viselik terhüket. A pályalemez 12 mm-es acéllemez. A pályalemezt 8 mm lemezvastagságú, trapézszelvényû bordák merevítik. A gyalogjárda ortotrop acél pályaszerkezete a merevítõtartókba befogott konzolokra támaszkodik, és egyben – a merevítõ tartó alapszelvényének részeként – mint felsõ öv dolgozik.

A sárvári Rába-hídon szerzett tapasztalataink alapján itt is párhuzamos pászmás függesztõelemeket terveztünk. A feszítõkábelek bekötése a diafragmába hegesztett fogadócsövekbe történik.

A mederhíd és az ártéri hidak összhangját és egységességét az alépítmények megfelelõ kialakításával is szükséges volt megoldani. A jobb part közel 50 m magas löszfaláról ereszkedik le az út a bal part alföldi szintjére. A 10 m bevágással is 40 m a szintkülönbség a két hídfõ között. A jobb parton a legtöbb támasz közel 30 m magas, míg a bal parti 18 jelû alig magasabb 10 m-nél. További kötöttséget jelentett, hogy a pillérek vízbe kerülõ részeit gerendaszerûen kellett kialakítani a lehetséges uszadékok, illetve az esetleges jégnyomás miatt. Így az egyes támaszok pillérmagasságainak aránya az 5:1 értéket is elérte. Az egységes megjelenéshez hozzátartozik, hogy a mederpillérek formája sem különbözhet teljesen az ártéri pillérek alakjától. Ezeken a pilléreken pedig egyszerre támaszkodik az ártéri hidak két felszerkezete, egymáshoz viszonylag közel, a pillér közepétõl jobbra és balra 4,95 m, illetve 10,45 m távolságra, és a mederhíd a pillér tengelyétõl 17,10 – 17,10 m távolságra. Tehát a pillér alátámasztó szerepe a mederhíd alatt a híd szélén, az ártéri hidak alatt pedig a szekrénytartók gerincei alatt, a híd hossztengelyéhez sokkal közelebb szükséges. Ezt a funkciót legjobban közelítõ geometriát altervezõnk, a Kertész Építész Stúdió Kft. találta meg, a kosárívekbõl szerkesztett szilvamag keresztmetszetben. A mederpillérek szilvamag alakját vittük át az ártéri pillérekre is.

A mederpillérek – a 14 és 15 jelû támaszok – (8. ábra) szilvamag alaprajzú, tömör vasbeton pillérek, oldalfelületük kb. 18:1 dõlésû kúppalást, amelybe a 100,00 mB. f. szinttõl felfelé mindkét oldalról egy-egy csúcsával lefelé fordított, függõleges tengelyû kúp metsz bele. Az ártéri hidak sarui a pillér metszett felületébõl kinyúló rövidkonzolon állnak. A konzol úgy alakul ki, hogy az elõbbiekben leírt csonkoló kúpot egy újabb kúppal visszametsszük. A két kúp tengelye egybeesik. A pillérek felsõ síkja 5 %-ot lejt kifelé. Az ártéri hidak felõli felsõ él a talpgerenda keresztirányú tengelyére szimmetrikusan három, egymáshoz érintõlegesen csatlakozó körívbõl áll: a középsõ körív sugara 45,3 m, amelynek két végéhez egy-egy 7,30 m sugarú ív csatlakozik. A mederhíd felõli felsõ élet, az elõzõvel azonos kontúrvonalból, a csonkoló kúp metszi ki. A kúpmetszések nem csupán esztétikai célt szolgálnak, hanem jelentõs betontömeget is megtakarítanak. A pillérek alsó vonala a – csonkítatlan – felsõ peremmel koncentrikus körívekbõl áll. A pillérek két – befolyási és kifolyási oldali – élét a 100,00 mB. f. szintig egy sor szélességû, kötésben rakott, kopás- és fagyálló, gránit anyagú orrkõ falazat védi. A pillérek magassága eltérõ: a jobb parti (14 jelû) 25,0 m, a bal parti (15 jelû) – a híd 1,46 %-os lejtése következtében – 20,5 m, a víz alatti beton felsõ síkja felett.

Az alkalmazott hídsaruk, a szokásos követelményeken túlmenõen, meg kell feleljenek a földrengésbõl adódó igénybevételeknek is. Az egyedi tervezésû saruk teherbírása tette lehetõvé az erõsen szeizmikus területeken szokásos különleges berendezések beépítésének elhagyását. A mederhídon a 14 jelû pillér befolyási oldali saruja fix, a kifolyási oldali saru keresztirányban elmozduló kialakítású. A 15 jelû pillér befolyási oldali saruja hosszirányban mozgó, a kifolyási oldalon minden irányban elmozduló saru van. A jobb ártéri hídszerkezetek fix sarui a 8 jelû pilléren, a hídtengely melletti „magas” fõtartó gerincek alatt helyezkednek el. A többi belsõ saru hosszirányban elmozduló. A külsõ saruk közül a 8 jelû pilléren levõ hosszirányban fix, keresztirányban elmozduló, a többi külsõ saru minden irányban elmozduló. A bal parti ártéri szerkezetek fix sarui a 17 jelû pilléren vannak, a többi saru elrendezése a jobb parti elrendezés rendszerének felel meg.

A híd dilatációi a hídfõk és a mederpillérek felett vannak, kialakításukat tekintve fésûs, gumicsatornás szerkezetek. A mederpillérek felett a jobb és bal pályát önálló hidakon átvezetõ ártéri szerkezetek az osztatlan felszerkezetû mederhídhoz csatlakoznak. A saruelrendezésnek megfelelõen itt számottevõ keresztirányú elmozduláskülönbség is jelentkezik a mederhíd és az ártéri hidak felszerkezetei között. Ennek lehetõvé tételében is elõnyös a fésûs dilatációs szerkezet.

A híd vízelvezetésének tervezésekor a Közép-Duna-völgyi Környezetvédelmi, Természetvédelmi és Vízügyi Felügyelõség elõírta, hogy az összegyûlõ vizek akkor vezethetõk közvetlenül a folyamba, ha megakadályozható az élõvíz szennyezése. A víznyelõkbe ezért egy magyar fejlesztés eredményeként szabadalmaztatott olajszûrõ betéteket terveztünk elhelyezni. Ezzel elhagyható volt a nehezen kezelhetõ, fenntartási szempontból kedvezõtlen, költséges gyûjtõcsatorna kiépítése a híd teljes hosszában, a dilatációkon átvezetve. A 17–21 m-enként az útpályán és a járdán elhelyezett víznyelõket csak ott köti össze gyûjtõcsatorna, ahol az áthidalt terület vagy a támaszok védelme azt szükségessé teszi (szeméttelep, árvédelmi töltés, pillérek melletti víznyelõk).

A hídon levõ gyalogoskorlát a mederhíd ívszerkezetével harmonizál, külsõ éle az ív dõlésével párhuzamos. A biztonsági okokból is befelé döntött korlát oszlopai hegesztett T-, vízszintes elemei csõszelvényûek. Ezeket a korlátokat a Kertész Építész Stúdió Kft. tervezte.

A híd éjszakai látványa és a biztonságos közlekedés érdekében teljes hosszban útvilágítás is létesült. Az oszlopok a korláthoz hasonlóan, az ívek dõlésével azonos szögben, az útpálya felé döntöttek. A hajózási útvonal határait jelzõfények mutatják. Az ív nagy magassága miatt repülési jelzõfények beépítése is szükséges volt. Az ártéri szerkezet szekrénytartójában, a mederhíd ívtartójában, merevítõ tartójában, végkereszttartójában és ívátkötõ gerendáiban belsõ világítás épült ki.


A tervezés


A hazai gyakorlatban eddig nem alkalmazott, ráadásul a világon eddig megépült legnagyobb támaszközû kosárfülíves szerkezetnél mintegy 60 m-rel nagyobb támaszközû híd megtervezése elképzelhetetlen lett volna a legfejlettebb technikát jelentõ statikai és acélszerkezeti konstrukciós számítógépi programok alkalmazása nélkül. Mintegy tízezer (ebbõl közel háromezer különbözõ) lemezbõl több mint háromszáz különbözõ gyártmányt állítottak össze a tervek alapján! (9. ábra)

A mederhíd méretezéséhez három különbözõ szoftvert használtunk, megbízhatóságuk, alkalmasságuk szerint az adott feladathoz igazodva. A globális vizsgálatokat héjmodelleken (10. ábra) és héj-rúd vegyes modelleken végeztük el. A különbözõ szerkezeti részleteket rúdmodellbe ágyazott, nagyon finom osztású héjmodellen számoltuk. Ezek közül ki kell emelni az ívtartó-merevítõ tartó csomópont (11. ábra) ellenõrzését, valamint a saru és az ívtartó-merevítõ tartó csomópont emelési hely feletti szerkezeti elemek vizsgálatát. A részletes számítás azt mutatta, hogy a feszültségi trajektóriák átfordulása az ív- és a merevítõtartók között döntõen a gerincekben történik meg. Az ívtartó felsõ övének a tehermentesülése lehetõvé tette a csatlakozó, saru feletti diafragmarendszer letisztult és statikailag is helyes megoldását (12. ábra). A fellépõ, a hazai gyakorlatban még elõ nem fordult, rendkívül nagy reakcióerõk miatt részletes vizsgálatra szorult a saruhely és az emelési hely környezete is, egyaránt figyelembe véve a gyártás és az ellenõrizhetõség szempontjait. A rezgésvizsgálatokhoz rúd- és héjmodelleket egyaránt használtunk. A sokszor rendkívül bonyolult, összetett erõjátékú csomópontok vizsgálata, és az úttörõ jellegû, valójában elõzmények nélküli, nagyon nagyméretû feladat számításában a felépített végeselemes modellek és szoftverekbe beépített programeljárások tesztelésének ideje legtöbbször meghaladta magának a szerkezetnek a számítási idejét.

A híd beúsztatás közbeni állapotát szintén két modellen, rúd- és héjmodellen vizsgáltuk. A rugalmas hídszerkezet szintén rugalmas állványokon keresztül adta át terhét a hajlékony, vízen úszó bárkákra. A rendkívül összetett, bonyolult szerkezetegyüttes igénybevételeit és feszültségeit nemlineáris számítással kellett és lehetett számítani. Az óriási kockázat miatt a számítási eredményeket a bárkák próbaterhelésével is ellenõriztük. A mederhíd acélszerkezeti terveit háromdimenziós acélszerkezeti tervezõ programmal készítettük el.

Az ortotrop pálya tervezését a BME szakemberei hazai hatályos szabályzatok szerint hajtották végre. Az adott idõszakban az Eurocode vonatkozó fejezete többször is megváltozott, ezért részletes vizsgálatot végeztek a pályalemez szükséges vastagságának meghatározására. A BME Hidak és Szerkezetek Tanszékén – a feszültségkoncentráció meghatározása alapján – végrehajtott vizsgálat szerint a pályalemez vastagságának növelése nem volt indokolt.

A tervezés különleges feladata volt a tervezett geometriát eredményezõ feszítési terv elkészítése. Olyan számítási algoritmust dolgoztunk ki, amellyel a kivitelezés során gyors ellenõrzéseket tudtunk végrehajtani, gyors választ tudtunk adni a felmerülõ kérdésekre. A végrehajtáshoz idõben közeledve többször kellett a tervet átdolgozni annak megfelelõen, hogy a vállalkozó folyamatosan aktualizált építési ütemtervéhez alkalmazkodjék: a kevesebb mûvelet, tehát rövidebb feszítési idõ, vagy a pályát alátámasztó támaszközeli cölöpök minél korábbi kivételi lehetõsége, vagy ezek kombinációja teszik lehetõvé a híd legkorábbi beúsztatását.


A megvalósítás


A létesítmény megépítésének talán legkényesebb, legveszélyesebb mûvelete volt a mederhíd beúsztatása a szerelõtérrõl végleges helyére. A mûvelet során az úsztatandó tömeg mintegy nyolcszorosa volt az eddig hazánkban úsztatott legnagyobb hídtömegnek. A véglegesen alkalmazott technológia megtervezésekor figyelembe kellett venni, hogy a beúsztatás folyóvízben, nem pedig tengerben (például Japánban [13. ábra]), illetve szabályozott csatornában történik, a hazai kivitelezõk rendelkezésére álló eszközökkel és eljárásokkal. A tervezési koncepció rögzítése ezért a FÕMTERV Zrt., a BME, a Hídépítõ Speciál Kft. és a GANZACÉL Zrt. mérnökeinek szoros együttmûködésével történt.

A bal parton, részben a mederben, részben a parton acélcsõ cölöpökbõl építették ki a mederhíd felszerkezetének szerelõterét. A felszerkezet majdani ideiglenes támaszhelyeire, azaz a szerelõtér négy sarkába, négy-négy fúrt vasbeton cölöpöt készítettek, melyek tetejére vasbeton lemez épült. Ezt a négy támaszt úgy kellett kialakítani és méretezni, hogy a felszerkezetet rajtuk több mint 7 m magasba fel lehessen emelni. A szerelõtéren észak–déli irányban kezdték meg a pályaszerkezet szerelését. Az építési idõ csökkentése érdekében a szerelést a déli oldal irányából is megindították. Ezután, még a pályaszerkezet elkészülte elõtt, indult meg az ívek szerelése. A szerkezetek a terhelés hatására alakváltoznak, ezért a szerelt alak eltér a végleges állapotban megkívánt alaktól – a számított lehajlás értékével magasabbra, túlemelve építik meg õket. A Pentele híd ívét középen 70 cm-rel kellett túlemelni, ennyit hajolt le kiállványozása után és a kábelek megfeszítése során. A szerelés befejezése után, a kábelek megfeszítésével emelték fel a pályát a szerelõjármokról. Ezt a mûveletet rendkívül részletes tervezõi elõkészítés után, az egymást követõ technológiai lépéseket és azok hatásait külön bemutató technológiai utasítás birtokában hat hét alatt végezték el (a gyakorlatban hat hónap sem meglepõ átfutási idõ – kisebb hidaknál!). A híd alakja és a kábelerõk a számításnak gyakorlatilag tökéletesen megfeleltek. Ezután a hidat a saruhelyek alá épített emelõjárom segítségével megemelték. A támaszok közelébe öblöket kotortak a bárkák számára. Az állványokat hordó bárkacsoportok behajózása után kezdõdött a legkényesebb mûvelet, az átterhelés a bárkacsoportokra (14. ábra).

A felszerkezetet a mûvelet végrehajtása során a véglegestõl alapvetõen eltérõ megtámasztási módból adódó igénybevételek miatt meg kellett erõsíteni. Ezt egyrészt ideiglenes rudak beépítésével, másrészt a szerkezet szelvényeinek erõsítésével, merevítésével hajtották végre. Az erõsítõ rudazat (15. ábra) – a több változaton végzett számítás eredményeképpen – ív-fõtartónként mindkét végen 2-2 merev végcsomópontú, az 1–2 kábelek között elhelyezett, továbbá egy síkjában csuklós végcsomópontú (16. ábra), a 2-3. kábelek közé beépített, szekrény keresztmetszetû rúdból állt.

A tervezés különleges feladata volt a közel 20 000 kN (!) nyomóerõvel terhelt csuklós rúd erõbevezetésének megoldása a merevítõ tartó gerincébe, továbbá a nyomóerõ terítése a rúd teljes keresztmetszetébe. A közelítõ számítás alapján kidolgozott konstrukciót ezért síkhéjelemekbõl felépített modelleken ellenõriztük, a hazai elõírások hiányos volta miatt részben az Eurocode elõírásai alapján. Az ívtartók, merevítõ tartók és hossztartók egyedi igénybevételek miatti szelvényerõsítése mellett szükség volt a merevítõ bordázat erõsítésére, illetve meghosszabbítására is.

A merevítõ tartót, az alkalmazott bárkák geometriai adottságához igazodva, a hídvégek közelében 2 × 8 ponton, az 1-2. kábelek közötti mezõben levõ kereszttartóknál, továbbá a szomszédos 2-2 diafragmánál támasztották alá (17. ábra). Az elõzetes statikai vizsgálat azt az eredményt adta, hogy a gerinc behorpadása csak akkor küszöbölhetõ ki biztonsággal, ha a teherátadás egyenletes, azaz egy ponton a híd súlyának 1/64 része terheli az alátámasztást. Ez önmagában az állványzatrugalmasság, illetve rugalmas betétek révén nem megvalósítható. Az alátámasztás két szélsõ pontja fölött a merevítõtartó függõleges síkú alakváltozásának különbsége 240 mm. Ennek az alakváltozásnak kellett úgy szabadon megtörténnie, hogy közben minden pontban azonos erõ ébredjen a megtámasztási pontokon. Ennek érdekében, a GANZACÉL Zrt. javaslatára, hidraulikus sajtókból kialakított ágyazat alkalmazása mellett döntöttünk.

A beúsztatáshoz alkalmazott TS-bárkák, az alátámasztó állványzat és a híd statikailag sokszorosan határozatlan rendszert alkotnak. Ezért, a szokásos statikai vizsgálaton túlmenõen, olyan komplex modellen hajtottunk végre ellenõrzést, amely képes volt figyelembe venni a bárkának, részelemeinek, így kiemelten a bordáknak és a válaszfalaknak, az állvány alkotórúdjainak és az azt összekapcsoló teherelosztó fabetéteknek, továbbá a hídszerkezetnek a tényleges merevségi viszonyait. A szokásos számítások mellett érzékenységvizsgálatot is végeztünk. Ennek során számítással követtük a teherátadás folyamatát. Elemeztük az esetleges véletlenszerû hatások következményeit – például valamelyik bárka lékesedése, a híddal terhelten úszó bárkák ütközése tetszõleges irányban –, mind a hídszerkezeten, mind a bárkákon. (18. ábra) A vizsgálat célja volt megállapítani a kivitelezõnek megadandó tûréshatárokat, feltárni a kockázatos helyzeteket és mindezekre megoldási javaslatot adni. A vizsgálatok azt mutatták, hogy a szerkezetegyüttesnek több kritikus pontja és kritikus állapota van a napokig tartó mûvelet során, de a technológiának mindig megadható egy reális tûréshatár, melynek betartásával híd tönkremenetele megelõzhetõ.

A közel fél évig tartó, heti rendszerességû egyeztetés mellett folyó tervezés végeredményeképpen alakult ki az alkalmazott megoldás. E szerint a TS-bárkák bordáira a merev állványzat puha- és keményfa alátétek speciális kombinációjával támaszkodott. Az állványzat tetején hídvégenként egy közös körre kapcsolt hidraulikus rendszer biztosította, hogy valamennyi támaszkodási ponton azonos nagyságú reakcióerõ keletkezzék. A bárkák teherbírásának és a teljes teherátadó, teherelosztó rendszernél alkalmazott számítási eljárás helyességének igazolására próbaterhelés is történt (19. ábra). A mért feszültségek a leginkább igénybe vett elemeknél jó egyezést mutattak a számítottakkal.

A rendkívül kényes teherátadási mûvelet kézbentartására eredetileg nyúlásmérõ bélyegek felragasztását és ezzel a szerkezet, az ideiglenes merevítõrudak és a bárkák kényes pontjai feszültségállapotának folyamatos figyelését terveztük. Az elõkészítõ munkák azonban elhúzódtak. A következõ hétre viszont kedvezõ idõjárást jósoltak. Számításaink szerint ugyanis 20 km/h-nál kisebb szélsebesség volt csak megengedhetõ a horgonyok korlátozott teherbíró képessége miatt, a Duna vízszintje is éppen meghaladta a bárkák merüléséhez szükséges legkisebb értéket, a csapadékmentes õsz miatt pedig inkább apadás volt várható. A kedvezõ körülmények elmulasztásával több hónapos késedelmet kockáztattunk volna, így a mérõrendszer elkészítésére nem maradt idõ és lehetõség. A gondos elõkészítés és a kábelfeszítés során tapasztalt kiváló egyezés a számítás és a mért adatok között kellõ alapot szolgáltattak a munka sikeres elvégzésére, ezért hozzájárultunk a beúsztatási mûvelethez. A teher átvétele másfél napi megfeszített munkával sikerült. A híd a következõ napon, 2006. december 6-án, szerdán behajózott a pillérek elé. A szükséges segédberendezések átszerelésére a kedvezõ idõjárás miatt két napot fordítottak a tervezett néhány órával szemben. Ekkor azonban már a meteorológiai elõrejelzés szerint sürgetõen le kellett tenni a hidat a várható viharos szél miatt. A szintén hihetetlenül kockázatos elsõ három-négy órai mûveletsor tökéletes sikerrel zajlott le. Ekkor a tervezõi csapat – egy fõ kivételével – elindult hazafelé. Útközben ért minket a hír, hogy az egyik támasz fölött, a megtámasztott lemez és a támasz között rés nyílik. Azonnal leállítottuk a mûveletet. Éjjel fél kettõig tartó számításokkal igazoltuk, hogy a tervezett állapot ilyen tönkremenetelre nem vezethet. A hajnali munkakezdéskor ismét sajtókra emelték az érintett támaszt, s a minimális hézag változatlansága igazolta ezt az eredményt. A lemez nem volt ideálisan sík, a hézag eredetileg is megvolt, egyáltalán nem tágult. A lemezhorpadás veszélye egy pillanatra sem állt fenn. A híd letétele néhány órán belül sikerrel befejezõdött. Az ideiglenes merevítõ rudakat napokkal késõbb gyakorlatilag feszültségmentesen tudták kivenni, ami igazolta, hogy a szerkezet épségben, maradó alakváltozások nélkül viselte remélhetõen hosszú életében elõforduló legnagyobb igénybevételét.

A jobb parti ártéri hidak 1068 m hosszú szerkezetei egyedülállóan hatékony, újszerû technológiával valósultak meg: a Duna felõl, szakaszos elõretolással épültek (20. ábra). A kb. 17 m hosszú, teljes keresztmetszeti szélességû szerelési egységeket úszódaru emelte a 13 és 14 jelû támaszok között kialakított segédjáromra, ahol teljes keresztmetszetben illesztették õket. Innen indult a tolás az 1 jelû hídfõ irányába. A szerkezet elejét ún. vendéghíd támasztotta meg. A BME Hidak és Szerkezetek Tanszéke tervezte vendéghíd kéttámaszú rácsos tartó volt, melyet mindig elõretoltak a következõ nyílásba, ha a felszerkezet eleje közel 34 m hosszban túlhaladt a következõ támaszon. Ezután akasztotta fel rá a felszerkezet elejét, és folytatta annak kitolását a GANZACÉL Zrt. Az összehangolt sajtók folyamatos tolásával a technológia hallatlanul gyorsnak és hatékonynak bizonyult: kellõ gyakorlati idõ után 12 m/h átlagsebességet értek el. A bal parti ártéri hidak szerelésénél további két, önmagában nem különleges építéstechnológiát alkalmaztak.

A mederhíd alépítményének építésénél kéregelemeket gyártottak, és helyeztek a folyóba, hogy száraz munkaterületen tudjanak dolgozni. Ilyen technológiával már épült híd Magyarországon, Ausztriában és Németországban, de ekkora méretû elõregyártott elemekkel még – ismereteink szerint – nem. A legnagyobb is a negyede volt az itt használt elemeknek. A 42 m hosszú, 14 m legnagyobb szélességû, 1,80 m magasságú, 0,20 m falvastagságú, szilvamag alakú kéregelemeket egy úszódaru emelte föl, és szállította a helyére (21. ábra). Az emelési kapacitás korlátai miatt, a kéregelemek nemcsak munkagödörhatároló szerkezetek voltak, hanem egyben bentmaradó zsalui is a mederpillérek alsó részének. A szilvamag alakú kéreg rendkívül karcsú falának stabilitásvesztését acél merevítõszerkezetekkel akadályozták meg.


Összefoglalás


A mederhíd kéttámaszú, kábelekkel függesztett merevítõgerendás, kosárfül elrendezésû ívhíd. Támaszköze 307,9 m, jelenleg a világon a legnagyobb ebben a kategóriában. Az eddigi legnagyobb hasonló szerkezet a japán Shinhamadera híd volt, melynek támaszköze 254 m. A híd egyben Európa harmadik legnagyobb támaszközû acélszerkezetû ívhídja is. Magyarországon itt terveztek, és alkalmaztak elõször S460 szilárdsági osztályú, termomechanikusan hengerelt acél hídszerkezetet.

Figyelemreméltó, ahogy a 87 000 kN súlyú szerkezetet egyben, bárkákon úsztatták végleges helyére a bal parti szerelõtérrõl. Ismereteink szerint, folyami viszonyok között, ekkora és ilyen tömegû hidat még nem úsztattak. A tengerekhez képest korlátozott merülési lehetõség miatt a folyón nincs olyan szállítójármû, ami eleve alkalmas lenne ekkora tömeg, fõleg koncentrált erõátadású tömeg szállítására – állványokkal együtt kb. 105 000 kN súlyt vittek a bárkák. A bárkák szempontjából szükséges teherelosztás érdekében a hidat sok ponton kell alátámasztani, ami a híd nagymértékû alakváltozása miatt igényelt rendkívül gondos számításokat és különleges intézkedéseket. Az erõbevezetés egyenletességét a merevítõtartóba, és emellett a szerkezet szabad alakváltozását hidraulikus ágyazat tette lehetõvé.

A dunaújvárosi Duna-híd építésénél nagyon változatos építéstechnológiákat alkalmaztak. A mederhíd felszerkezetének gyártása és szerelése – beleértve a kábelek befûzését és feszítését, a híd parti, majd pilléreken történt emelését és az úsztatást – a kivitelezés alatt folyamatosan új kihívások elé állította a kivitelezõ és az azt segítõ tervezõ csapatot. Az ártéri hidak felszerkezeteinek szerelésénél négy különbözõ technológia szerepelt. Az építéstechnológiák tervein a tervezõk és a kivitelezõk a kivitelezés során végig, folyamatos együttmûködésben dolgoztak.

A Pentele híd tervezésében és kivitelezésében a magas szintû mérnöki tudás és a felkészült, gondos kivitelezõ ötletes, hatékony technológiája mûködött együtt. Fiam, Horváth Ágoston szerint: ha valaki valami újat alkot, Isten végtelen tervének kis darabját valósítja meg. Talán ennél a hídnál is ez történt.


Kulcsszavak: Pentele híd, ívhíd, acélszerkezet, vasbeton alépítmény, beúsztatás, tervezés, építéstechnológia



1 Ferdekábeles híd például a jelenleg az M0-s körgyûrûn Budapesttõl északra épülõ Duna-híd (Lásd Kisbán Sándor cikkét).




1. ábra • Magyarország tervezett gyorsforgalmi fõúthálózata

2. ábra • A Pentele híd hosszmetszete és felülnézete

3. ábra • Ferdekábeles híd; Alex Fraser híd a Fraser-folyó fölött, British Columbia, Kanada

4. ábra • Ívhíd egymás felé dõlõ (kosárfül elrendezésû) két ívvel; Pentele híd, Dunaújváros

5. ábra • A Pentele híd mederhídjának keresztmetszete

6. ábra • A Pentele híd mederhídja pályájának általános keresztmetszete

7. ábra • Feszültségek a kábellehorgonyzó csõ környezetében, az ívben

8. ábra • A 14 jelû mederpillér nézeti és metszeti rajzai

9. ábra • A mederhíd háromdimenziós acélszerkezeti tervének részlete

10. ábra • A mederhíd háromdimenziós végeselemes számítási modelljének részlete

11. ábra • Az ív- végkereszttartó-merevítõ gerenda csomópont számítási modelljének végeselemes hálózata

12. ábra • A saru fölötti csomópont három-dimenziós acélszerkezeti tervének részlete

13. ábra • A Shinhamadera híd elszállítása a szerelõtérrõl (Oszakai-öböl, Japán)

14. ábra • A mederhíd felvétele a bárkákra (2006. december 5.)

15. ábra • Ideiglenes merevítõ rudak a bárkákkal alátámasztott mederhídban. Hozzánk legközelebb a csuklós bekötésû rúd

16. ábra • A csukló a pályalemez fölött

17. ábra • A bárkákra épített állvány, a híd egyik sarka közelében, 16 ponton támasztotta meg a merevítõ gerendát

18. ábra • A bárka–állvány–híd együttes szerkezet háromdimenziós modelljének részlete

19. ábra • A bárkák próbaterhelése

20. ábra • A jobb parti ártéri hidak felszerkezetét rácsszerkezetû gerenda, ún. vendéghíd segítségével, szakaszosan elõretolva építették.

21. ábra • A mederpillérek építésénél használt egyik kéregelem áthelyezése a gyártótéren

22. ábra • Az elkészült híd


<-- Vissza a 2008/04 szám tartalomjegyzékére


<-- Vissza a Magyar Tudomány honlapra


[Információk] [Tartalom] [Akaprint Kft.]