Magyar Tudomány, 2008/04 410. o.

Hídszerkezetek



A dunaújvárosi Pentele híd

tervezése


Horváth Adrián


szerkezettervezési igazgató

hid fomterv . hu


Nagy Zsolt

acélszerkezeti szakfmérnök

FMTERV Zrt.



Bevezetés


A Nemzeti Autópálya Zrt. pályázatot írt ki a dunaújvárosi Duna-híd engedélyezési tervének elkészítésére, melyet a FMTERV Fvárosi Mérnöki Tervez Részvénytársaság nyert meg alternatív ajánlatával. A kiviteli terveket, majd – a kivitelezi közbeszerzési eljárás után, annak nyertese, a Vegyépszer Zrt. és a Hídépít Zrt. alkotta DunaÚJ-HÍD Konzorcium megbízására – a gyártási terveket szintén a FMTERV Zrt. készítette. A mederhíd tervezését a BME kísérleti, kutatói és szakérti munkája segítette, az ártéri hidak felszerkezetét – a FMTERV Zrt. megbízásából – altervezje, a Pont-TERV Rt. tervezte. A mederhíd kiviteli terveinek kijelölt független ellenrei a pozsonyi Szlovák Mszaki Egyetem (SUT Bratislava) Építmérnöki 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 jelentsége 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 elz 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 megelzen sokéves térségfejlesztési és gazdasági megtérülést elemz vizsgálati munka folyt, amelynek eredményei azt mutatták, hogy az M8-s autópálya M6–51-es út közötti szakaszát azonnal teljes szélességben célszer megépíteni, majd rögtön ezt követen ki kell építeni a Veszprém–M6-os Dunaújváros szakaszt és az 51-es út–Kecskemét–Szolnok szakaszt. Az autópálya ott – a késbb megépíteni tervezett – M4-es autópályához fog csatlakozni. Osztrák és román szomszédaink ezeket a fejlesztéseket figyelembe véve fejlesztik saját úthálózatukat, és egyre sürgetbben várják a magyar oldali befejezést.


A híd helyének meghatározása


Az M8-as autópálya helyét több helyen keresték. A meglév országos közúthálózat szerkezetét figyelembe véve a Rácalmás–Dunaújváros közötti nyomvonal lett volna a legalkalmasabb. Dunaújvárostól északra azonban Rácalmásig nem találtak a tervezk konfliktusmentes folyosót. Az üdülkkel srn 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 fút közelsége miatt nem hozta volna azokat a küls hatásokat, amelyek a beruházást nemzetgazdasági szinten hatékonnyá tették volna.

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

A Pesti-síkság és a Mezföld löszplatója mintegy 50 m-es szintkülönbséggel, meredeken leszakadó löszfalban találkozik a területen. A megfelel hossz-szelvény kialakíthatósága, továbbá a lösztalaj sajátos szerkezeti tulajdonságaiból adódó talajmechanikai szempontok szükségessé tették, hogy a nyomvonal lehetség szerint természetes eróziós völgyben érje el a platót. A lehetséges kivezetési pontok mellett további kötöttséget jelentett a Duna fölött átfeszített 120 kV-os nagyfeszültség 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 nagyfeszültség 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 lev tavat délrl kikerülve, egy természetes eróziós völgyben éri el a partfalat, majd a 120 kV-os vezeték kilengését és elírt védtávolságát 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 szélességébl adódó építési feladat mértéke alapján egyértelm volt, hogy ezt az ártéri felszerkezetet a Duna-meder fell szerelve, szakaszos elretolással célszer megépíteni. A löszfal pereménél a nyomvonal keresztezi az iránytöréssel továbbhaladó nagyfeszültség vezetéket. Az építési és végleges állapotban biztonsági okokból egyaránt szükséges védtávolság miatt mintegy 10 m-es bevágás létesítése volt indokolt, melynek optimumát egyrészrl a csatlakozó ártéri híd pilléreinek magassága, másrészrl a löszterület talajmechanikai adottságai szabták meg. Így alakult ki az állandó 1,46 %-os emelkedés hossz-szelvény. A bal parton, hogy az árterületet ne szkítsük, a hídf az árvédelmi töltés mögé, a mentett oldalra épült. Az árvédelmi töltés tetején lehetvé 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 tengely 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 lev gát és párhuzamm által határolt területen a meder feltöltdése évek óta zajlik. Mindezeket mint alapadatokat figyelembe véve a mederpillérek tengelytávolságát 312 m-re választottuk. A középvízi part és a mederpillérek között így elegend távolság maradt az uszadék- és jégmozgás, illetve a parti hajózás részére, a választott távolság ugyanakkor lehetvé tette, hogy a pilléreket TS-uszályokból kialakított bejáróhídról építsék meg. A mederhíd így megválasztott 307,9 m-es támaszközével a folyó két oldalán mköd, illetve tervezett kikötk hajóforgalma a kivitelezés alatt és a késbbiekben 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 elrendezés ívhidak (4. ábra). Évezredek óta építenek boltozott szerkezeteket kbl és több mint száz éve hasonló erjátékú ívhidakat vasból, acélból, vasbetonból. A dönten nyomott ívszerkezet elnyös 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 szknek bizonyult a fent említett rotterdami ívhíd, és 1986–90 között azonos szerkezeti rendszer 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 pillér ferdekábeles hidat elvetettük, s megvizsgáltuk az ívhíd megépítésének lehetségét. A bal parti kiköt alatt szereltérnek kiváló helyet találtunk, a Duna az év nagy részében hajózható folyó, ezért e mellett a szerkezet mellett döntöttünk. Ez a szerkezet elnyösebb a kisebb kábel-mellékfeszültségek, kisebb baleseti érzékenysége és nagyobb merevsége miatt is a ferdekábeles hídnál. A kábelekkel függesztett merevíttartós ívhidaknál különféle kábelelrendezés lehetséges. A leggyakoribbak az egymást keresztez kábelekkel épült hidak, mert ez eredményezi a legmerevebb szerkezetet. Pozsonyban – esztétikai okokból – lefelé srsöd, sugaras elrendezést választottak. Mi – szintén esztétikai megfontolásból – a minden nézetbl rendezett képet mutató párhuzamos kábelelrendezést kívántuk megvalósítani, melynek lehetségét a BME gondos stabilitási vizsgálataival lehetett igazolni.


A híd leírása


Törekedtünk arra, hogy gyorsan és hatékonyan építhet, gazdaságos és esztétikus, jól üzemeltethet 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 merevíttartójával közel azonos, 3,56 m. A jobb parti ártér fölötti szerkezet támaszközei a hídftl: 75,00 + 12 × 82,50 m, a bal parti 4 × 75,00 m. Az ártéri hidakon az autópálya két különböz 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 acélminsége: S355.

A kéttámaszú mederhíd kábelekkel függesztett merevítgerendás, kosárfül elrendezés ívhíd gyártott támaszköze 307,8 m, a sarutengelyek távolsága hídtengelyirányban ennél 10 cm-rel több az önsúlyterhelés hatására létrejöv 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 dlése 16,5°, tengelyük magassága hídközépen 48 m (5. ábra). Az ívet a merevíttartóval függesztkábelek kötik össze. A kábelek igénybevételeit alapveten az ívtartó és a merevít tartó merevségi viszonyai, a geometriai kialakítás és a feszítési technológia határozza meg. Az igénybevételek változásának megfelelen, a támaszok közelében 24, a híd közepe közelében 18 pászmás kábelt építettek be. Az egy ütemben kiépül 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 jövbeni igényekhez alkalmazkodva – azzal azonos kialakítású. A mederhídon az útpálya tengelye egyenes, a híd a középtengelytl 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 szereltérrl a pillérekre, a lehet legkisebb tömeg szerkezetet kellett tervezni. Ezért választottunk a hazai hídépítésben elször 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 merevíttartó és végkereszttartó elemeken. A nagyszilárdságú acél folyáshatára mintegy 30 %-kal magasabb, mint a hídszerkezeteknél eddig alkalmazott S355 minség acélok folyáshatára, ennek megfelelen a méretezési feszültség – a lemezvastagság függvényében – szintén kb. 25 %-kal magasabb a szokásos minség acéléhoz képest. A nagyszilárdságú acél alkalmazása az úsztatási tömeg mintegy 10 %-os csökkentését tette lehetvé.

Külön elemzés készült, hogy az S460 szilárdsági csoporton belül a normalizált vagy a termomechanikus hengereléssel gyártott-e a kedvezbb. A nemzetközi hídépítési tapasztalatok feldolgozását követen termomechanikusan hengerelt, az MSZ EN 10112-3:1995 szabvány szerinti S460ML acélt választottuk. Ez tette lehetvé, hogy a rendkívüli igénybevételeknek kitett, a lehetségek határáig merevített támasz fölötti csomópontban elmelegítés 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 összetettségébl és az egyes kapcsolattípusok eltér méretpontossági igényeibl következett, hogy a szerkezeti elemek valamennyi kapcsolata hegesztéssel készüljön.

Az ívtartók téglalap keresztmetszet zártszelvények, a gerinc magassága 3800 mm, a fels 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 szelvény laposacélok, a beúsztatási állapotban szükséges ideiglenes rudak környezetében ersített: T-szelvények. A bordák a függesztési pontok harmadában lev diafragmák kivágásain átfutnak, és azokhoz fülekkel vannak rögzítve. Az íveket nyolc gerenda köti össze. Ezek mérete, az igénybevételeknek megfelelen, az alsó kett-kettnél 3800 × 2500 mm, a hídközépen lév kett-kettnél pedig 2600 × 2500 mm.

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

Az ortotrop pályaszerkezetet a függesztett kereszttartók között 3800 mm-ként lev közbens kereszttartók támasztják alá. A kereszttartók a merevíttartóban részlegesen befogott, a hossztartókkal rugalmasan megtámasztott tartóként viselik terhüket. A pályalemez 12 mm-es acéllemez. A pályalemezt 8 mm lemezvastagságú, trapézszelvény bordák merevítik. A gyalogjárda ortotrop acél pályaszerkezete a merevíttartókba befogott konzolokra támaszkodik, és egyben – a merevít tartó alapszelvényének részeként – mint fels öv dolgozik.

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

A mederhíd és az ártéri hidak összhangját és egységességét az alépítmények megfelel 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 hídf között. A jobb parton a legtöbb támasz közel 30 m magas, míg a bal parti 18 jel alig magasabb 10 m-nél. További kötöttséget jelentett, hogy a pillérek vízbe kerül részeit gerendaszeren 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 közepétl jobbra és balra 4,95 m, illetve 10,45 m távolságra, és a mederhíd a pillér tengelyétl 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 közelít geometriát alterveznk, a Kertész Építész Stúdió Kft. találta meg, a kosárívekbl szerkesztett szilvamag keresztmetszetben. A mederpillérek szilvamag alakját vittük át az ártéri pillérekre is.

A mederpillérek – a 14 és 15 jel támaszok – (8. ábra) szilvamag alaprajzú, tömör vasbeton pillérek, oldalfelületük kb. 18:1 dlés kúppalást, amelybe a 100,00 mB. f. szinttl felfelé mindkét oldalról egy-egy csúcsával lefelé fordított, függleges tengely kúp metsz bele. Az ártéri hidak sarui a pillér metszett felületébl kinyúló rövidkonzolon állnak. A konzol úgy alakul ki, hogy az elbbiekben leírt csonkoló kúpot egy újabb kúppal visszametsszük. A két kúp tengelye egybeesik. A pillérek fels síkja 5 %-ot lejt kifelé. Az ártéri hidak felli fels él a talpgerenda keresztirányú tengelyére szimmetrikusan három, egymáshoz érintlegesen csatlakozó körívbl áll: a középs körív sugara 45,3 m, amelynek két végéhez egy-egy 7,30 m sugarú ív csatlakozik. A mederhíd felli fels élet, az elzvel azonos kontúrvonalból, a csonkoló kúp metszi ki. A kúpmetszések nem csupán esztétikai célt szolgálnak, hanem jelents betontömeget is megtakarítanak. A pillérek alsó vonala a – csonkítatlan – fels peremmel koncentrikus körívekbl áll. A pillérek két – befolyási és kifolyási oldali – élét a 100,00 mB. f. szintig egy sor szélesség, kötésben rakott, kopás- és fagyálló, gránit anyagú orrk falazat védi. A pillérek magassága eltér: a jobb parti (14 jel) 25,0 m, a bal parti (15 jel) – a híd 1,46 %-os lejtése következtében – 20,5 m, a víz alatti beton fels síkja felett.

Az alkalmazott hídsaruk, a szokásos követelményeken túlmenen, meg kell feleljenek a földrengésbl adódó igénybevételeknek is. Az egyedi tervezés saruk teherbírása tette lehetvé az ersen szeizmikus területeken szokásos különleges berendezések beépítésének elhagyását. A mederhídon a 14 jel pillér befolyási oldali saruja fix, a kifolyási oldali saru keresztirányban elmozduló kialakítású. A 15 jel pillér befolyási oldali saruja hosszirányban mozgó, a kifolyási oldalon minden irányban elmozduló saru van. A jobb ártéri hídszerkezetek fix sarui a 8 jel pilléren, a hídtengely melletti „magas” ftartó gerincek alatt helyezkednek el. A többi bels saru hosszirányban elmozduló. A küls saruk közül a 8 jel pilléren lev hosszirányban fix, keresztirányban elmozduló, a többi küls saru minden irányban elmozduló. A bal parti ártéri szerkezetek fix sarui a 17 jel pilléren vannak, a többi saru elrendezése a jobb parti elrendezés rendszerének felel meg.

A híd dilatációi a hídfk és a mederpillérek felett vannak, kialakításukat tekintve féss, gumicsatornás szerkezetek. A mederpillérek felett a jobb és bal pályát önálló hidakon átvezet ártéri szerkezetek az osztatlan felszerkezet mederhídhoz csatlakoznak. A saruelrendezésnek megfelelen itt számottev keresztirányú elmozduláskülönbség is jelentkezik a mederhíd és az ártéri hidak felszerkezetei között. Ennek lehetvé tételében is elnyös a féss dilatációs szerkezet.

A híd vízelvezetésének tervezésekor a Közép-Duna-völgyi Környezetvédelmi, Természetvédelmi és Vízügyi Felügyelség elírta, hogy az összegyl vizek akkor vezethetk közvetlenül a folyamba, ha megakadályozható az élvíz szennyezése. A víznyelkbe ezért egy magyar fejlesztés eredményeként szabadalmaztatott olajszr betéteket terveztünk elhelyezni. Ezzel elhagyható volt a nehezen kezelhet, fenntartási szempontból kedveztlen, költséges gyjtcsatorna kiépítése a híd teljes hosszában, a dilatációkon átvezetve. A 17–21 m-enként az útpályán és a járdán elhelyezett víznyelket csak ott köti össze gyjtcsatorna, ahol az áthidalt terület vagy a támaszok védelme azt szükségessé teszi (szeméttelep, árvédelmi töltés, pillérek melletti víznyelk).

A hídon lev gyalogoskorlát a mederhíd ívszerkezetével harmonizál, küls éle az ív dlésével párhuzamos. A biztonsági okokból is befelé döntött korlát oszlopai hegesztett T-, vízszintes elemei csszelvények. 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 dlésével azonos szögben, az útpálya felé döntöttek. A hajózási útvonal határait jelzfények mutatják. Az ív nagy magassága miatt repülési jelzfények beépítése is szükséges volt. Az ártéri szerkezet szekrénytartójában, a mederhíd ívtartójában, merevít tartójában, végkereszttartójában és ívátköt gerendáiban bels világítás épült ki.


A tervezés


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

A mederhíd méretezéséhez három különböz szoftvert használtunk, megbízhatóságuk, alkalmasságuk szerint az adott feladathoz igazodva. A globális vizsgálatokat héjmodelleken (10. ábra) és héj-rúd vegyes modelleken végeztük el. A különböz szerkezeti részleteket rúdmodellbe ágyazott, nagyon finom osztású héjmodellen számoltuk. Ezek közül ki kell emelni az ívtartó-merevít tartó csomópont (11. ábra) ellenrzését, valamint a saru és az ívtartó-merevít tartó csomópont emelési hely feletti szerkezeti elemek vizsgálatát. A részletes számítás azt mutatta, hogy a feszültségi trajektóriák átfordulása az ív- és a merevíttartók között dönten a gerincekben történik meg. Az ívtartó fels övének a tehermentesülése lehetvé tette a csatlakozó, saru feletti diafragmarendszer letisztult és statikailag is helyes megoldását (12. ábra). A fellép, a hazai gyakorlatban még el nem fordult, rendkívül nagy reakcióerk miatt részletes vizsgálatra szorult a saruhely és az emelési hely környezete is, egyaránt figyelembe véve a gyártás és az ellenrizhetség szempontjait. A rezgésvizsgálatokhoz rúd- és héjmodelleket egyaránt használtunk. A sokszor rendkívül bonyolult, összetett erjátékú csomópontok vizsgálata, és az úttör jelleg, valójában elzmények nélküli, nagyon nagyméret 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 ellenriztük. A mederhíd acélszerkezeti terveit háromdimenziós acélszerkezeti tervez programmal készítettük el.

Az ortotrop pálya tervezését a BME szakemberei hazai hatályos szabályzatok szerint hajtották végre. Az adott idszakban 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 eredményez feszítési terv elkészítése. Olyan számítási algoritmust dolgoztunk ki, amellyel a kivitelezés során gyors ellenrzéseket tudtunk végrehajtani, gyors választ tudtunk adni a felmerül kérdésekre. A végrehajtáshoz idben közeledve többször kellett a tervet átdolgozni annak megfelelen, hogy a vállalkozó folyamatosan aktualizált építési ütemtervéhez alkalmazkodjék: a kevesebb mvelet, tehát rövidebb feszítési id, vagy a pályát alátámasztó támaszközeli cölöpök minél korábbi kivételi lehetsége, vagy ezek kombinációja teszik lehetvé a híd legkorábbi beúsztatását.


A megvalósítás


A létesítmény megépítésének talán legkényesebb, legveszélyesebb mvelete volt a mederhíd beúsztatása a szereltérrl végleges helyére. A mvelet 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 kivitelezk rendelkezésére álló eszközökkel és eljárásokkal. A tervezési koncepció rögzítése ezért a FMTERV Zrt., a BME, a Hídépít Speciál Kft. és a GANZACÉL Zrt. mérnökeinek szoros együttmködésével történt.

A bal parton, részben a mederben, részben a parton acélcs cölöpökbl építették ki a mederhíd felszerkezetének szerelterét. A felszerkezet majdani ideiglenes támaszhelyeire, azaz a szereltér 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 szereltéren észak–déli irányban kezdték meg a pályaszerkezet szerelését. Az építési id csökkentése érdekében a szerelést a déli oldal irányából is megindították. Ezután, még a pályaszerkezet elkészülte eltt, 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 ket. 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 szereljármokról. Ezt a mveletet rendkívül részletes tervezi elkészítés után, az egymást követ technológiai lépéseket és azok hatásait külön bemutató technológiai utasítás birtokában hat hét alatt végezték el (a gyakorlatban hat hónap sem meglep átfutási id – kisebb hidaknál!). A híd alakja és a kábelerk a számításnak gyakorlatilag tökéletesen megfeleltek. Ezután a hidat a saruhelyek alá épített emeljárom segítségével megemelték. A támaszok közelébe öblöket kotortak a bárkák számára. Az állványokat hordó bárkacsoportok behajózása után kezddött a legkényesebb mvelet, az átterhelés a bárkacsoportokra (14. ábra).

A felszerkezetet a mvelet végrehajtása során a véglegestl alapveten eltér megtámasztási módból adódó igénybevételek miatt meg kellett ersíteni. Ezt egyrészt ideiglenes rudak beépítésével, másrészt a szerkezet szelvényeinek ersítésével, merevítésével hajtották végre. Az ersít rudazat (15. ábra) – a több változaton végzett számítás eredményeképpen – ív-ftartónként 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 keresztmetszet rúdból állt.

A tervezés különleges feladata volt a közel 20 000 kN (!) nyomóervel terhelt csuklós rúd erbevezetésének megoldása a merevít tartó gerincébe, továbbá a nyomóer terítése a rúd teljes keresztmetszetébe. A közelít számítás alapján kidolgozott konstrukciót ezért síkhéjelemekbl felépített modelleken ellenriztük, a hazai elírások hiányos volta miatt részben az Eurocode elírásai alapján. Az ívtartók, merevít tartók és hossztartók egyedi igénybevételek miatti szelvényersítése mellett szükség volt a merevít bordázat ersítésére, illetve meghosszabbítására is.

A merevít tartót, az alkalmazott bárkák geometriai adottságához igazodva, a hídvégek közelében 2 × 8 ponton, az 1-2. kábelek közötti mezben lev kereszttartóknál, továbbá a szomszédos 2-2 diafragmánál támasztották alá (17. ábra). Az elzetes statikai vizsgálat azt az eredményt adta, hogy a gerinc behorpadása csak akkor küszöbölhet 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 széls pontja fölött a merevíttartó függleges síkú alakváltozásának különbsége 240 mm. Ennek az alakváltozásnak kellett úgy szabadon megtörténnie, hogy közben minden pontban azonos er 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 túlmenen, olyan komplex modellen hajtottunk végre ellenrzést, 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 véletlenszer hatások következményeit – például valamelyik bárka lékesedése, a híddal terhelten úszó bárkák ütközése tetszleges irányban –, mind a hídszerkezeten, mind a bárkákon. (18. ábra) A vizsgálat célja volt megállapítani a kiviteleznek megadandó tréshatárokat, 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 mvelet során, de a technológiának mindig megadható egy reális tréshatár, melynek betartásával híd tönkremenetele megelzhet.

A közel fél évig tartó, heti rendszeresség 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 reakcióer 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 mvelet kézbentartására eredetileg nyúlásmér bélyegek felragasztását és ezzel a szerkezet, az ideiglenes merevítrudak és a bárkák kényes pontjai feszültségállapotának folyamatos figyelését terveztük. Az elkészít munkák azonban elhúzódtak. A következ hétre viszont kedvez idjárást jósoltak. Számításaink szerint ugyanis 20 km/h-nál kisebb szélsebesség volt csak megengedhet a horgonyok korlátozott teherbíró képessége miatt, a Duna vízszintje is éppen meghaladta a bárkák merüléséhez szükséges legkisebb értéket, a csapadékmentes sz miatt pedig inkább apadás volt várható. A kedvez körülmények elmulasztásával több hónapos késedelmet kockáztattunk volna, így a mérrendszer elkészítésére nem maradt id és lehetség. A gondos elkészítés és a kábelfeszítés során tapasztalt kiváló egyezés a számítás és a mért adatok között kell alapot szolgáltattak a munka sikeres elvégzésére, ezért hozzájárultunk a beúsztatási mvelethez. A teher átvétele másfél napi megfeszített munkával sikerült. A híd a következ napon, 2006. december 6-án, szerdán behajózott a pillérek elé. A szükséges segédberendezések átszerelésére a kedvez idjárás miatt két napot fordítottak a tervezett néhány órával szemben. Ekkor azonban már a meteorológiai elrejelzés szerint sürgeten le kellett tenni a hidat a várható viharos szél miatt. A szintén hihetetlenül kockázatos els három-négy órai mveletsor tökéletes sikerrel zajlott le. Ekkor a tervezi csapat – egy f 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 mveletet. Éjjel fél kettig 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 befejezdött. Az ideiglenes merevít rudakat napokkal késbb gyakorlatilag feszültségmentesen tudták kivenni, ami igazolta, hogy a szerkezet épségben, maradó alakváltozások nélkül viselte remélheten hosszú életében elforduló legnagyobb igénybevételét.

A jobb parti ártéri hidak 1068 m hosszú szerkezetei egyedülállóan hatékony, újszer technológiával valósultak meg: a Duna fell, szakaszos elretolással épültek (20. ábra). A kb. 17 m hosszú, teljes keresztmetszeti szélesség szerelési egységeket úszódaru emelte a 13 és 14 jel támaszok között kialakított segédjáromra, ahol teljes keresztmetszetben illesztették ket. Innen indult a tolás az 1 jel hídf irányába. A szerkezet elejét ún. vendéghíd támasztotta meg. A BME Hidak és Szerkezetek Tanszéke tervezte vendéghíd kéttámaszú rácsos tartó volt, melyet mindig elretoltak a következ nyílásba, ha a felszerkezet eleje közel 34 m hosszban túlhaladt a következ 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: kell gyakorlati id 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 méret elregyártott elemekkel még – ismereteink szerint – nem. A legnagyobb is a negyede volt az itt használt elemeknek. A 42 m hosszú, 14 m legnagyobb szélesség, 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 merevítszerkezetekkel akadályozták meg.


Összefoglalás


A mederhíd kéttámaszú, kábelekkel függesztett merevítgerendás, kosárfül elrendezés 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 támaszköz acélszerkezet ívhídja is. Magyarországon itt terveztek, és alkalmaztak elször S460 szilárdsági osztályú, termomechanikusan hengerelt acél hídszerkezetet.

Figyelemreméltó, ahogy a 87 000 kN súlyú szerkezetet egyben, bárkákon úsztatták végleges helyére a bal parti szereltérrl. Ismereteink szerint, folyami viszonyok között, ekkora és ilyen tömeg hidat még nem úsztattak. A tengerekhez képest korlátozott merülési lehetség miatt a folyón nincs olyan szállítójárm, ami eleve alkalmas lenne ekkora tömeg, fleg koncentrált erátadású 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 nagymérték alakváltozása miatt igényelt rendkívül gondos számításokat és különleges intézkedéseket. Az erbevezetés egyenletességét a merevíttartóba, és emellett a szerkezet szabad alakváltozását hidraulikus ágyazat tette lehetvé.

A dunaújvárosi Duna-híd építésénél nagyon változatos építéstechnológiákat alkalmaztak. A mederhíd felszerkezetének gyártása és szerelése – beleértve a kábelek befzését és feszítését, a híd parti, majd pilléreken történt emelését és az úsztatást – a kivitelezés alatt folyamatosan új kihívások elé állította a kivitelez és az azt segít tervez csapatot. Az ártéri hidak felszerkezeteinek szerelésénél négy különböz technológia szerepelt. Az építéstechnológiák tervein a tervezk és a kivitelezk a kivitelezés során végig, folyamatos együttmködésben dolgoztak.

A Pentele híd tervezésében és kivitelezésében a magas szint mérnöki tudás és a felkészült, gondos kivitelez ötletes, hatékony technológiája mködött 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 körgyrn Budapesttl északra épül Duna-híd (Lásd Kisbán Sándor cikkét).




1. ábra • Magyarország tervezett gyorsforgalmi fúthálózata

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 dl (kosárfül elrendezés) 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 cs környezetében, az ívben

8. ábra • A 14 jel 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-merevít gerenda csomópont számítási modelljének végeselemes hálózata

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

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

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

15. ábra • Ideiglenes merevít rudak a bárkákkal alátámasztott mederhídban. Hozzánk legközelebb a csuklós bekötés rúd

16. ábra • A csukló a pályalemez fölött

17. ábra • A bárkákra épített állvány, a híd egyik sarka közelében, 16 ponton támasztotta meg a merevít 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 rácsszerkezet gerenda, ún. vendéghíd segítségével, szakaszosan elretolva 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.]