Hídépítés 1. előadás Kis László Szabó Balázs 2011.
Előadás vázlat Hídépítési alapfogalmak Hidak osztályozása / hídtípusok Híd tervezési követelmények Híd tervezési fázisok Szabványok Hídépítés története Hidász mérnökök Rekordok Feltekeredő gyaloghíd, London 2
Hidászok jelmondata Az út arra való, hogy összekösse a hidakat. /régi hidász mondás/ 3
Hídépítési alapfogalmak Híd fogalma: olyan építmény, amely arra szolgál, hogy átvezesse valamely közút, vasút, kerékpáros-, vagy gyalogút forgalmát egy bizonyos akadály (völgy, út, vasút, vízfolyás stb.) fölött, és szabad nyílása nagyobb, mint 2,00 m. A 2,00 m alatti műtárgyakat gyűjtőnéven átereszeknek nevezzük. Megyeri híd 4
Hidak részei I. FELSZERKEZET ALÉPÍTMÉNY 5
Hidak részei II. FELSZERKEZET ALÉPÍTMÉNY 6
Hidak részei III. Alépítmény részei: alapozás (sík, cölöp, kút, szekrény) felmenő szerkezet (falak, oszlopok) fejgerenda, más néven szerkezeti gerenda saruzsámoly térdfalak, szárnyfalak Fő funkció: a felszerkezet terheinek biztonságos továbbítása az altalajra Hídfő: a szélső támaszok neve (pl.: egynyílású boltozatok esetén ezekre nehezedik az ív oldalnyomása) Pillér (mederpillér, parti pillér): a közbenső támaszok neve Szokásos szerkezeti elem elnevezések: Hídfő szerkezeti gerenda, Pillér fejgerenda, Hídfő fal Hídfő oszlopok, Pillér oszlopok Pilon 7
Hidak részei IV. Felszerkezet részei: Pályaszerkezet: Funkcionális rész: közúti, gyalogos vagy kerékpáros pályaburkolat vagy vasúti felépítmény szigetelést védő réteg (beton, vagy aszfalt [AC, vagy MA]) szigetelés (RMA vagy vastag bitumen lemez) pályalemez Főtartók: gerendák, hossz-, kereszt és (vég)kereszttartók. Hídtartozékok (ld. következő dián) Kiegyenlítő-, vagy úszólemez: a hídfő és a háttöltés süllyedés különbségét hivatott kiegyenlíteni, csökkenteni. Saruk: a felszerkezet részei (ha vannak), a felszerkezet terheit továbbítja az alépítményekre. A mai, modern hídépítésben a térbeli erőjáték miatt a pályalemez szerves része a főtartóknak, így ez az éles elválasztás már nem lehetséges. 8
Hidak részei V. Hídtartozékok: a híd funkciójának betöltése miatt van szükség rájuk, általában nem teherviselő szerkezeti elemek. dilatációk (aszfaltdilatáció, műgumi, fésűs dilatáció stb.), szegélyek, bevonatok (BV1, BV2, BV3) vízszigetelés (RMA vagy vastag bitumen lemez) korlátok (vezetőkorlát a kocsipálya szélein, gyalogos korlát, üzemi korlát), zajvédő falak, vakítás elleni védelem, leesés elleni védelem víznyelők, csepegtető csövek, vizsgáló lépcsők, vizsgáló lépcső korlát, surrantók, hídvilágítás, közművezetékek (víz, távközlés, csatorna, gáz, ÜHK stb.), hajózási jelzések (táblák, táblák megvilágításai, radarok), speciális vizsgálóberendezések (pl. hágcsók stb.), repülés biztonsági jelzések (éjszakai magasságjelző fény), vízmérce terelősín 9
Hídszerkezeti fogalmak I. Szabad nyílás - támaszköz Pályaszint: út vagy vasúttervező adja meg az értékét, és a helyét, hogy hova értelmezzük. Nem biztos, hogy a híd tengelye megegyezik az út tengelyével! Szerkezeti magasság: a pályaszint és abban a metszékben a felszerkezet legalsó élének magasságkülönbsége. Híd megnevezése: mindenképpen tartalmaznia kell az alábbi adatokat: híd neve és helye, hídközépi szelvényszámát Pl.: M6/147/k sz. szervízúti felüljáró a MÁV Bp.-Pusztaszabolcs vv. (119+66,08 hm) felett a szervízút 0+269,40 km szelvényében 61. sz. főút 131+369 km sz-ben lévő Kaposfői vízfolyás híd Dunaújvárosi Duna-híd LKV: legkisebb vízszint LKHV: legkisebb hajózási vízszint MÁSZ: mértékadó árvízszint LNHV: legnagyobb hajózási vízszint 10
Hídszerkezeti fogalmak II. DV: duzzasztott vízszint LNV: az eddig észlelt legmagasabb jégmentes és jeges árvíz szintje. Űrszelvény: a közúti, vasúti, hajózási útvonal mellett és felett szabadon tartandó térnek a pályára, útvonalra merőleges metszete. A híd alatt is lehetséges forgalom: pl.: ap. aluljáró. Létezik: gyalogos, kerékpáros, lépcső, közúti (külterületi, belterületi; autópálya, főút, egyéb út), vasúti (villamos és egyéb vontatású), villamos, HÉV, metró, hajózási űrszelvény. Jellemző magassági méretek: gyalogos és kerékpáros: 2,50m közúti: 4,70m. Szerkezet mértékadó alsó éle: felszerkezet legalacsonyabb pontja az űrszelvény fölött a legkisebb magasságkülönbségnél. A legkisebb magasságkülönbség az űrszelvény fölött biztonsági tartalék. Mellvéd, korlátbaba: az úttengellyel párhuzamosan elhelyezett falazat, egyben korlát funkciót is betölt. 11
Hídszerkezeti fogalmak III. hidak ferdeségének értelmezése Ferdeségi szög: a híd tengelye és az áthidalt akadály tengelyei egymással hegyesszöget zárnak be. Így megkülönböztetünk: merőleges, bal, illetve jobb ferdeségű hidakat. Nagy ferdeségű hídról 60 alatt beszélünk, ezt tervezésnél célszerű kerülni. BAL ferdeségű híd JOBB ferdeségű híd 12
Hidak osztályozása I. 13
Hidak osztályozása II. 14
Hidak osztályozása III. főtartó statikai rendszere alapján 1. 15
Hidak osztályozása IV. főtartó statikai rendszere alapján 2. 16
Hidak osztályozása V. km-i kialakítás alapján vb. hídszerkezetek 1. 17
Hidak osztályozása VI. km-i kialakítás alapján vb. hídszerkezetek 2. 18
Hidak osztályozása VII. km-i kialakítás alapján acél hídszerkezetek Közúti gerendahíd-keresztmetszetek a) vasbeton pályalemezzel együttdolgozó szekrény; b) ortotrop lemezes szekrényhíd; c) két főtartós, ortotrop pályaszerkezetű híd; d) kábellel feszített acélhíd 19
Hidak osztályozása VIII. főtartó szerkezeti kialakítása alapján 20
Hidak osztályozása IX. főtartó és a pálya relatív helyzete alapján Alsópályás Felsőpályás feszített pályalemez Süllyesztett pályás 21
Hidak osztályozása X. erőjáték bonyolultsága alapján 1. klasszikus hídszerkezet Acél híd esetén Öszvérhíd esetén 22
Hidak osztályozása XI. erőjáték bonyolultsága alapján 2. modern hídszerkezet Acél híd esetén Öszvérhíd esetén 23
Híd tervezési követelmények Funkció: akadály áthidalása, forgalmi követelmények: sávok száma, helyzete, űrszelvény biztonságos átvezetése. Műszaki: útkategóriának megfelelő pályaszerkezet átvezetése, tartóssági követelmények (fő tartószerkezeti elemekre 100év!), űrszelvény, erőtani követelmények: teherbírás, alakváltozás stb. Gazdaságosság: felhasznált anyagok, szerkezeti rendszer helyes megválasztása, építéstechnológia, szállíthatóság, alapozási mód, fenntartási költség. Esztétika: környezetbe való illeszkedés, szerkezeti elemek aránya, nyílásbeosztás, biztonság érzet, látható erőjáték. Gyaloghidaknál ez a sorrend jelentősen megváltozik! 24
Híd tervezési fázisok I. Tanulmányterv Engedélyezési terv -Hatósági engedély Tender terv Kiviteli terv -Hatósági jóváhagyás Egyesített terv Megvalósulási terv 25
Híd tervezési fázisok II. Tanulmányterv: Feladata, hogy ugyanarra a tervezési feladatra több megoldási lehetőséget mutasson be, lehetővé téve ezzel a legkedvezőbb megoldás kiválasztását. Közelítő statikai számításokat már kell hozzá végezni. Tartalmaznia kell: Műszaki leírást, Általános tervet, Költségbecslést, A változatok összefoglaló értékelését. 26
Híd tervezési fázisok III. Engedélyezési terv: Célja, hogy az építést megelőző hatósági eljárás alapjául szolgáljon. Egy változat kerül kidolgozásra. Tartalmaznia kell: Műszaki leírást, Általános tervet, az alkalmazandó anyagok részletes felsorolásával, és a fő szerkezeti problémák megoldását is tartalmazza, pl: vízelvezetés. Statikai számítást a híd fő tartószerkezeti elemeire kiterjedően, pl. vasbeton km. bevasalhatósága Csak a hídra vonatkozó talajmechanikai szakvéleményt, Az engedélyezési eljárásba bevonandó érintettek név és címjegyzékét: kisajátítandó területek, szomszédok, építéssel érintett kapubehajtók tulajdonosai, közmű-, út-, vízfolyáskezelők, területileg érintett Hatóságok. 30 m felszerkezet-hossz alatt a területileg illetékes NKH Regionális Igazgatósága, e fölött az NKH Kiemelt Ügyek Igazgatósága az engedélyező hatóság. 27
Híd tervezési fázisok IV. Tender-, vagy ajánlati terv: Célja, hogy a feladatra legalkalmasabb kivitelező kerüljön kiválasztása. Tartalmaznia kell az engedélyezési terv tartalmi részen túlmenően: Részletrajzok, Anyagminőségek pontos megnevezése, anyagkimutatás Méret-, és mennyiségszámítást, Beárazandó tételek jegyzékét (árazatlan költségvetés) Részletes statikai számítást (vasalás mennyiségi meghatározása) Ideiglenes létesítmények szükségessége (pl. betonozási járom, szerelőállványok, stb.) 28
Híd tervezési fázisok V. Kiviteli terv: Olyan terveket, leírásokat kell tartalmaznia, amiből a műtárgy megépíthető. Tartalmaznia kell: Részletesen kidolgozott általános tervet, Geometriai terveket, Műszaki leírást, Részletes, minden szerkezeti elemre kiterjedő statikai számítást, Részletrajzokat, Tartószerkezeti elemek elkülönített terveit, vasalási tervek, acélszerkezeti tervek, Részletes, minden szakágra kiterjedő méret-, és mennyiségszámítást Részletes talajmechanikai szakvélemény a hídra vonatkozóan Anyagkimutatások 29
Hídtervezési fázisok VI. Egyesített terv: Feladata, hogy egy hatósági eljárás keretén belül legyen kezelve ugyanannak a hídszerkezetnek az építési engedélye és a kiviteli terv jóváhagyása. Így pénzt és időt lehet megspórolni, hídfelújításoknál alkalmazható eljárás. Kiviteli terv szintű tartalom, de érintettek név és címjegyzékét is kell készíteni. 30
Hídtervezési fázisok VII. Megvalósulási terv: A megvalósult, elkészült építményt ábrázolja, a kivitelező, és a Mérnök (a Megrendelő által felkért független műszaki ellenőr) aláírásával hitelesített dokumentum. Minden, kiviteli tervtől való eltérést ábrázolni kell rajta. Megvalósult pályaszint, szerkezeti elemek, beépített anyagok pontos megnevezése stb. Üzemeltetési kézikönyvet (Fenntartási utasítást) kell készíteni azokhoz a hidakhoz, amelyeknek a legnagyobb szabad nyílása 50 m-nél, vagy a szerkezeti hosszuk (felszerkezet hossza) 100 m-nél nagyobb, vagy a Kezelő, Megrendelő kéri ezek elkészítését. 31
Hatályos hídépítési szabványok Évezredeken át a hídépítés csupán a közvetlen tapasztalatokra épülő gyakorlati tevékenység volt, ma már szabványokkal és számítási eljárásokkal támogatott tudatos tervezés. Közúti hidak: Útügyi Műszaki Előírások ÚT 2-3.401 Általános előírások, ÚT 2-3.411 Létesítési szabályok, ÚT 2-3.412 Erőtani számítás, ÚT 2-3.413 Acélhidak tervezése, ÚT 2-3.414 Beton, vb., feszített vb. hidak tervezése, ÚT 2-3.415 Öszvérhidak tervezése. Vasúti hidak: Vasúti Hídszabályzat kötetei, H1 H4 kiegészítései Alapozásokhoz: MSZ 15000-es sorozat NAGYON KÖZELI JÖVŐ: EUROCODE, MSZ EN 199X formában 32
Hídépítés rövid története Természetes hidak Természetes ívhidak A mesterséges hidak egyidősek az emberiséggel: patakon átvezető kidöntött fa gerenda 33
Hídépítés rövid története Mérnöki hidak Az első mérnöki hídszerkezetek: Függőhídként készültek, fő tartószerkezetük növényekből fonva. Fahidak Nepál, Dudh Khosi-völgy 34
Hídépítés rövid története Kőgerenda hidak Csak jóval ez után épültek kőgerenda hidak (görögök, kínaiak) Tarr Steps (Anglia) 35
Hídépítés rövid története Kőboltozatok I. Az 1. boltozatot a sumérok építették (Úr városa, Kr. előtt 4-3000 körül). A rómaiak már mesterei voltak. Római kori boltozatok Ponte Fabricio (Kr.e. 62) Római kori boltozatok Akvadukt: vízátvezetést biztosító híd (korunkban hajózható) /Kérdés: Mikor nagyobb a terhelés: csak víz vagy hajó is van?/ Pont du Gard (Nimes mellett) (Kr.u. I. sz.) 36
Hídépítés rövid története Kőboltozatok II. Több ezer évesek is vannak. Anyaguk: kő, tégla Szerkezeti forma: tiszta körív, kosárgörbe Igénybevétel: nyomás Vác melletti Gombás patak hídja (1757) 37
Hídépítés rövid története Boltozatok A 8db Rómában kb. 2000 éve épült hídból még 6db ma is áll!! Kép fent: Anji híd, Kína Fesztávolság: 37m! Szegmensív: a félkörívnél laposabb boltozat Kép lent: Hortobágyi Kilenclyukú híd (1833) 38
Hídépítés rövid története Ívhidak I. Középkortól építették. Anyaguk: kő, tégla, vas, acél, beton, vasbeton, fa Igénybevétel: nyomás, hajlítónyomaték Szerkezeti rendszer: befogott, két- és háromcsuklós hidak Ördög-híd, Martorell 39
Hídépítés rövid története Mostari Öreg híd épült 1567., újjáépítve 2002-ben Ívhidak II. 40
Hídépítés rövid története Ívhidak III. Az igazi fejlődés akkor indul meg, amikor új építőanyagok (kavart vas, acél, vasbeton, alumínium stb.) jelennek meg. Ívhidak Iron bridge Coalbrookdale (1779) új anyag: vas 41
Hídépítés rövid története Ívhidak IV. Új építési technológiákat találnak ki, vagy alkalmaznak hídszerkezetekhez is (pl. Sydney Kikötő-híd konzolos építése). Kikötő híd, Sydney 42
Hídépítés rövid története Ívhidak V. Pontosabb számítási eljárások jelennek meg: magasabb rendű elméletek, VEM (végeselemek módszere Ívhidak La Barqueta híd Sevilla új anyag a XIX. század végén: beton, vasbeton 43
Hídépítés rövid története Függőhidak (lánchidak) I. Felszerkezetük minden esetben acélból készül Tartószerkezeti elemei: pilon, kábel, régen lánc, merevítőtartó Igénybevételek: húzás, hajlítónyomaték Lánchíd 1849. 202,6m Akashi híd 1998. 1991m Messinai-szoros híd tervezés alatt, 3360m! (Szicília) Régi Erzsébet-híd 1903, 290m 44
Hídépítés rövid története Függőhidak (lánchidak) II. Mai Erzsébet-híd 1964. 290m Budapest, Erzsébet híd Passau, Luitpold híd 45
Hídépítés rövid története Gerendahidak Létrejöttét az építőanyagok és az építéstechnológiák fejlődésének köszönheti: pl.: feszített vasbeton, szekrény keresztmetszet stb. Igénybevétel: normálerő, nem nyíróerő + hajlítónyomaték Általában többtámaszú szerkezetként épülnek. Vasbeton rácsos tartó, Vierendeel tartók, Kerethidak, előregyártott hídgerendás hidak, szekrénytartók, bordás lemezhidak, stb. Pl: autópálya aluljárók és felüljárók jelentős része 46
Hídépítés rövid története Gerendahidak Budapest, Árpád híd Budapest, Szabadság híd ködben 47
Hídépítés rövid története Gerendahidak, bordás hidak Endrődi Hármas- Körös híd ártéri híd 2009. Merevacél-betétes beton. Városligeti Wünsch híd, 1896 48
Hídépítés rövid története Feszített gerendahidak Tipikus autópálya aluljáró híd Kőröshegyi völgyhíd 49
Hídépítés rövid története Ferdekábeles hidak Tartószerkezet: Pilon+feszített ferde kábelek + merevítőtartó Igénybevétel: normálerő + hajlítónyomaték Megyeri híd Millaui völgyhíd 50
Nagy magyar hidász mérnökök Maderspach Károly Feketeházy János (Szabadság híd tervezője) Kherndl Antal (függőhidak számítása, Erzsébet híd, Lánchíd) Zielinszki Szilárd (vasbeton) (acél, Városligeti tavon) Czakó Adolf Beke József Kossalka János Hunyadi Mátyás (Megyeri híd tervezője) Mihailich Győző (vasbeton) Horváth Adrián (Pentele híd főtervezője) Enyedi Béla (ívszerkezetek) Folly Róbert (veszprémi völgyhíd) Haviár Győző Sávoly Pál (Lánchíd és Erzsébet híd újjáépítése) Álgyay-Hubert Pál (Petőfi híd tervezője) Korányi Imre Széchy Károly (alagút is) Bölcskei Elemér (V-lábú vasbeton kerethidak) Varasdi vb. völgyhíd, ívhíd) Palotás László (keretszerkezetek) Wellner Péter (M7 Kőröshegyi völgyhíd tervezője) 51
Nagy nemzetközi hidász mérnökök Freyssinet (francia, vb. feszítés, vb. lassú alakváltozása) Leonhardt (vasbeton alapjai, ismertető füzetek, kísérletek, tartórács számítási eljárások) Maillart (svájci, vasbeton ívhidak, 90m fesztáv) Hoyer (tapadóbetétes feszítés) William Tierney Clark (Lánchíd, Londoni Hammersmith híd tervezője) Santiago Calatrava (spanyol-svájci, építész építő mérnök. Különleges hidak, nagy esztétikájú hidak tervezése) 52
Legnagyobb nyílás: 1. Pentele-híd (304m) 2. Megyeri híd (300m) 3. Erzsébet híd (290m) Legnagyobb hídjaink Leghosszabb hidak: 1. M7 Kőröshegyi völgyhíd (1872m) 2. Megyeri híd (1861) 3. Pentele-híd (1680m) Világban Akasi Kaikio, Japán (fesztáv: 1991m) Lake Pontchartrain Causeway, USA (teljes hossza 38.4 km, épült 1956-ban) 53