Wrocławskie Dni Mostowe Mosty łukowe – dzieła kultury. Projektowanie, budowa, utrzymanie

Wrocław, 26-27 listopada 2015

Jan BILISZCZUK1 Marco TEICHGRAEBER2 Volodymyr VOLOTSIUGA3

NAJWIĘKSZE MOSTY ŁUKOWE ŚWIATA

1. Wstęp

Mosty łukowe są budowane od ponad 2000 lat. W okresie tym przeszły ewolucję od konstrukcji murowanych z kamienia lub cegły o niewielkich rozpiętościach przęseł do wielkich, budzących podziw, budowli ze stali lub betonu o przęsłach przekraczających 600 m rozpiętości. W niniejszej pracy przedstawiono 10 największych aktualnie (wrzesień 2015) mostów na świecie.

2. Mosty o najdłuższych przęsłach

2.1. Sheikh Rashid bin Saeed Crossing

Pierwsze miejsce w rankingu mostów łukowych o najdłuższym w świecie przęśle będzie należało do mostu, który pojawi się wkrótce w Dubaju i będzie się nazywał "Sheikh Rashid bin Saeed Crossing". Jest to most zaprojektowany przez firmę FXFOWLE Architects z Nowego Jorku [1] na zamówienie dubajskiego zarządu dróg i transportu. Konstrukcja (rys. 1) składa się z dwóch mostów łukowych przeciętych przez sztuczną wyspę, na której będzie amfiteatr, terminal promowy i Opera Dubaju. Most prowadzi sześć pasów ruchu samochodowego w każdym kierunku (20 000 pojazdów na godzinę), dwa tory dla budowanej linii Zielonej Metra (23 000 pasażerów na godzinę) oraz ciągi ruchu pieszego. Główne przęsło tej konstrukcji ma rozpiętość 667 m, a całkowita szerokość mostu wynosi 64 m. Spód mostu jest umiejscowiony 15 m nad wodą, a klucz łuku wznosi się na 190 m. Całkowity koszt projektu szacowany jest na około 817 mln USD. Most połączy miejscowości Al Jaddaf i Bur Dubaj. Interesujący jest fakt, że intensywność oświetlenia mostu zależy od jaskrawości księżyca. Czym jaśniejszy księżyc, tym bardziej intensywne świeci most.

1 prof. dr hab. inż., Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej 2 mgr inż., Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej 3 mgr inż., Katedra Mostów i Mechaniki Budowli Politechniki Lwowskiej

J. Biliszczuk, M.Teichgraeber, V.Volotsiuga

Rysunek 1. Most Sheikh Rashid w Dubaju o przęśle rozpiętości 667 m [www.fxfowle.com].

2.2. Chaotianmen Bridge

Rysunek 2. Dwupoziomowy most Chaotianmen w Chongqing w Chinach (2009) [www.geolocation.ws].

Jest to most drogowo-kolejowy na rzece Jangcy w mieście Chongqing, Chiny (rys. 2). Most był otwarty w dniu 29 kwietnia 2009 roku jako najdłuższy na świecie most łukowy

J. Biliszczuk, M.Teichgraeber, V.Volotsiuga

w tym czasie. Całkowita długość mostu głównego oraz obu dojazdów zachodniego i wschodniego wynosi 1741 m, wśród których 932 m głównego mostu stanowią przęsła rozpiętości 190 + 552 + 190 m. Jest to ciągła konstrukcja kratownicowa.

Most jest dwupoziomowy. Górny pokład przeznaczony dla samochodów. Jezdnia zawiera trzy pasy ruchu w każdym kierunku i chodniki dla pieszych. Na dolnym poziomie w osi mostu są umieszczone tory linii kolejowych po dwa w każdym kierunku. Całkowita szerokość głównego mostu wynosi 36,5 m. Wykonawcą mostu była firma China Harbour Engineering Company a konsultantem Dorman Long Co [2]. Koszt inwestycji wyniósł 3 mld CNY (360 mln USD).

2.3. Lupu Bridge w Shanghai, Chiny

Rysunek 3. Lupu w Shanghaiu (2003) [www.skyscrapercity.com].

Most Lupu (rys. 3) to trójprzęsłowa metalowa łukowa konstrukcja, która składa się z dwóch skrajnych przęseł po 100 m rozpiętości oraz głównego przęsła o rozpiętości 550 m. Most przekracza rzekę Huangpu i powstał w południowej części Szanghaju w celu zmniejszenia zatorów w szybko rozwijających się terenach wokół południowej strony rzeki i śródmieścia [3]. Jego budowa rozpoczęła się w 2000 roku. Most został oficjalnie otwarty w czerwcu 2003 roku. Koszt budowy wyniósł 302 miliony US$. Na moście usytuowano sześciopasmową jezdnię, po trzy pasy w każdą stron. Łuki zostały zbudowane przy użyciu metody wspornikowo-wantowej. Każda sekcja łuku była podwieszana do wykonanej części konstrukcji i łączona przez spawanie. Jak Bay Bridge w Sydney w Australii, Lupu Bridge nie jest używany tylko do transportu, ale jest również atrakcją turystyczną (rys. 3). Jego platforma widokowa zbudowana na szczycie łuku, więc zwiedzający otrzymują wspaniały widok z góry. Aby to zrobić, goście muszą wspiąć się wykonując ponad 300 kroków. Ta atrakcja jest znana jako Shanghai Climb. Projektantem było Shanghai Municipal Engineering

J. Biliszczuk, M.Teichgraeber, V.Volotsiuga

Design Institute, most został wykonany przez Fundację Engineering Company w Szanghaju Shanghaiskiej grupy budowlanej.

2.4. New River Gorge Bridge, USA

Monumentalny łuk ze stali zbudowany z wielkim rozmachem niespotykanym często w mostownictwie. Most New River Gorge w USA (rys. 4), w West Virginia został otwarty w 1977 roku, jako najwyższy i najdłuższy most łukowy w tym czasie na świecie. Główne przęsło ma rozpiętość 518 m i wznosi się nad dno doliny na 267 m. Most od tego czasu stał się symbolem Wirginii Zachodniej.

Ten most został zaprojektowany przez Spółkę Michael Baker, pod kierunkiem głównego inżyniera Clarence V. Knudsen, a zbudowany przez U. S. Steel's American Bridge Division. Budowa trwała trzy lata i kosztowała prawie 37 mln dolarów.

Stal konstrukcyjna stosowana do New River Gorge Bridge to USS Stal COR-TEN, która z wiekiem utlenia się i nadaje mostowi ciemny rdzawy kolor. Zużyto ponad 21 000 t stali konstrukcyjnej, 1 700 ton stali zbrojeniowej, 12 920 metrów sześciennych betonu na fundamenty i 4 560 metrów sześciennych betonu na pomost, o łącznej wadze ponad 39 600 t. Kiedy most otwarto w 1977 roku, skróciło to czas jazdy z 45 minut do mniej niż jednej minuty. W trzecią sobotę października każdego roku, most otwiera się dla ruchu pieszego i odbywa się tam wielki festiwal mostowy [4]. New River Gorge Bridge zwiedza wielu turystów, a Dni Mostowe, które tam odbywają się, to największe wydarzenie roku w otaczającym most parku narodowym, a nawet być może w Wirginii Zachodniej.

Rysunek 4. New River Gorge Bridge (1977) [www..mollywolffphotography.com].

J. Biliszczuk, M.Teichgraeber, V.Volotsiuga

2.5. Bayonne Bridge

Bayonne Bridge był ostatnim z trzech powiązanych mostów planowanych przez Port Authority of New York and New Jersey (wtedy Port New York), aby połączyć New Jersey z Staten Island. Zostały one zbudowane jako część obwodowej sieci autostrad przewidzianej dla całego regionu nowego Jorku [5].

Most został zaprojektowany przez wielkiego budowniczego dużych mostów Othmara Ammanna i architekta Cassa Gilberta. Został zbudowany przez Port Authority New York (obecnie Port Authority of New York and New Jersey) i otwarty w dniu 15 listopada 1931 roku, po uroczystości poświęcenia które odbyło się poprzedniego dnia. Był to najdłuższy most łukowy ze stali na świecie przez okres 46 lat.

Most łukowy (rys. 5) ma rozpiętość 510,5 m. Całkowita długość przeprawy 1762 m. Wysokość nad wodą – 46 m. Łuk przypomina parabolę, ale składa się z 40 segmentów liniowych. Ostatnio, port Authority uruchomił projekt podniesienia jezdni mostu w ramach istniejącego łuku, aby umożliwić przejście dla większych kontenerowców pod spodem.

Rysunek 5. Most Bayonne w Nowym Jorku, USA (1931) [wall.alphacoders.com].

2.6. Sydney Harbour Bridge

Sydney Harbor Bridge (rys. 6) należy do najbardziej rozpoznawalnych mostów na

całym świecie, co czyni go bez wątpienia inżynierską wizytówką Australii. Obiekt ten łączy południowe i północne wybrzeże Zatoki Sydney [7].

Prace nad przeprawą rozpoczęto już w roku 1923 i przewidywano, że po ukończeniu budowy w roku 1932, będzie ona największym mostem łukowym świata. Jednak równolegle prowadzone prace nad większym łukowym mostem Bayonne w Nowym Jorku, zakończyły się o rok wcześniej niż w Sydney.

J. Biliszczuk, M.Teichgraeber, V.Volotsiuga

Rysunek 6. Widok na Sydney Harbor Bridge. [www.wikipedia.org].

Konstrukcję Harbor Bridge stanowi stalowy łuk kratownicowy opierający się na czterech masywnych kamiennych fundamentach. Pylony o wysokości 89 m są jedynie elementami architektonicznymi. Rozpiętość głównego przęsła wynosi 503 m, a długość całej przeprawy to 1149 m. Wysokość łuku nad poziomem morza osiąga wartość 134 m, jednak w okresie letnim, kiedy konstrukcja nagrzewa się, potrafi ona wzrosnąć o 18 cm. Do budowy łuku zużyto 52 800 t stali i ponad sześć milionów nitów. Na obiekcie odbywa się ruch pieszy i kołowy, jednak w noc sylwestrową most służy również jako scena noworocznego pokazu sztucznych ogni.

2.7. Chenab Bridge

Rysunek 7. Wizualizacja Chenab Bridge [www.spatialprecision.com].

J. Biliszczuk, M.Teichgraeber, V.Volotsiuga

Chenab Bridge (rys. 7) to budowany most łukowy z jazdą górą na linii kolejowej łączącej miejscowości Baramulla i Jammu w Indiach, w regionie Kaszmir. Przeprawa nad rzeką Chenab, po ukończeniu bodowy, będzie najwyższym mostem łukowym na świecie – odległość od powierzchni wody rzeki do pomostu wynosić będzie 359 m. Rozpiętość przęsła łukowego wynosi 465 m, a długość całej przeprawy opartej na siedemnastu filarach osiągnie 1 315 m. Tego typu konstrukcja stanowi innowacyjne rozwiązanie w Indiach. Linia kolejowa, pomiędzy miejscowościami Baramulla i Jammu, przebiega w górzystym terenie i składa się z licznych tuneli i mostów. Ponieważ w Indiach nie ma odpowiednich norm regulujących projektowanie tego typu konstrukcji, jako podstawę projektową przyjęto normy brytyjskie oraz wzorowano się na norweskich metodach budowy mostów i wiaduktów w terenach górzystych.

Stalowa konstrukcja mostu będzie odporna na duże zmiany temperatury powietrza i prędkości wiatru dochodzące do 260 km/h. Ponadto, ze względu na zagrożenie atakami terrorystycznymi w regionie Kaszmiru, konstrukcja wykonana będzie ze stali odpornej na wybuchy i uderzenia pocisków, o grubości 63 mm. Obiekt zostanie również wyposażony w system monitoringu, w celu zwiększenia bezpieczeństwa jego przyszłych użytkowników [8].

2.8. Mingzhou Bridge

Rysunek 8. Mingzhou Bridge w końcowym etapie budowy. [www.commons.wikipedia.org].

Mingzhou Bridge (rys. 8) to obiekt trójprzęsłowy nad rzeką Yongjiang z jazdą pośrednią w miejscowości Ningbo w Chinach i stanowi część wschodniej obwodnicy miasta. Rozpiętość środkowego przęsła łukowego wynosi 450 m, a przęsła skrajne mają długość po 100 m. Zarówno łuk, słupy i podpory, wykonane są jako spawane, użebrowane od wewnątrz, stalowe skrzynki. Pomost, składający się ze stalowej ortotropowej płyty, został dodatkowo

J. Biliszczuk, M.Teichgraeber, V.Volotsiuga

sprężony dwoma grupami kabli kotwionymi na krańcach głównego przęsła. Elementy mostu poniżej jezdni – siodła, fragmenty łuków i słupy, budowano na rusztowaniach stacjonarnych, natomiast do wykonania góry konstrukcji użyto żurawia o udźwigu 400 t [9].

2.9. Xingguang Bridge

Xingguang Bridge (rys. 9) to trójprzęsłowy most z jazda pośrednią, znajdujący się w Chinach, nad rzeką Zhu Jiang w miejscowości Guangzhou. Górną część konstrukcji stanowią trzy kratownicowe łuki. Dolne elementy mostu wykonano z betonu. Pomost to konstrukcja zespolona. Podłużnice i poprzecznice wykonano elementów stalowych, natomiast sama płyta to kompozyt z trzech warstw betonu. Dolną warstwę stanowią prefabrykowane płyty o grubości 12 cm, kolejną wykonano ‘in-situ’ z warstwy betonu o grubości 8 cm. Wierzchnia warstwa to asfaltobeton. Najdłuższe, środkowe przęsło osiąga rozpiętość 428 m, a skrajne maja po 177 m długości [11].

Rysunek 9. Caiyuanba Yangtze River Bridge.[www.wikpedia.en].

2.10. Caiyuanba Yangtze River Bridge

Obiekt znajduje się w miejscowości Chongqing w Chinach i łączy od roku 2007

dzielnice Nan’an i Yuzhong (rys. 10). Jest to most łukowy z jazdą pośrednią, którego największe przęsło posiada rozpiętość 420 m. Pomost obiektu, szeroki na 36,5 m, wykonano jako skrzynkowy. Górna jej część to ortotropowa płyta po której przebiega sześciopasmowa ulica oraz dwa chodniki.

J. Biliszczuk, M.Teichgraeber, V.Volotsiuga

Rysunek 10. Widok na Caiyuanba Yangtze River Bridge [www.tylin.com].

Środniki skrzyni i jej dolny pas, tworzą natomiast konstrukcje przestrzennej kratownicy ze stalowych rur. Wewnątrz skrzyni przeprowadzono dwie linie kolejki jednotorowej. Dolną część konstrukcji łuków wykonano jako betonowe ramy w kształcie litery Y.

Zdecydowano się użyć betonu ze względu na mniejsze ryzyko z niszczenia go przez pływające na rzece Jangcy barki. Ramiona ramy sprężono ze sobą za pomocą cięgien, natomiast do skrajnych ramion, na krańcach od strony estakad dojazdowych, przymocowano pionowe odciągi. Główną część konstrukcji – łuk nad pomostem – wykonano jako stalową skrzynkę o stałej szerokości 2,40 m i stałej wysokości 4,00 m. W celu zapewnienia ochrony przed korozja wewnątrz skrzynki, zainstalowano w niej wentylację odprowadzającą wilgotne powietrze. Pomost do łuku podwieszony jest za pomocą dziewiętnastu par wieszaków [12].

3. Zakończenie

Rysunek 11. Koncepcja Feliksa Pancera żelaznego mostu przez Wisłę z 1831 roku [10].

J. Biliszczuk, M.Teichgraeber, V.Volotsiuga

W tym miejscu warto przypomnieć działalność Feliksa Pancera (1798 – 1851), wielkiego polskiego inżyniera, dydaktyka i wizjonera [10]. W roku 1831 przedstawił on koncepcję żelaznego mostu łukowego przez Wisłę w Warszawie, o rozpiętości 576,00 m. Tej rozpiętości przęsła łukowego nie udało się zbudować do dnia dzisiejszego. Zostanie ona pobita w moście Sheikh Rashid w Zjednoczonych Emiratach Arabskich, którego rozpiętość po wybudowaniu wyniesie 667,00 m.

Literatura [1] http://www.fxfowle.com/projects/35/sheikh-rashid-bin-saeed-crossing/ [2] http://en.chinabridge.org.cn/TECHNOLOGY/Miscellaneous-243.html [3] https://en.wikipedia.org/wiki/Lupu_Bridge [4] Gregory A. Good, Lynn Stasick, New river gorge national river. Administrative

history. West Virginia University. 2008. [5] http://www.panynj.gov/bridges-tunnels/bayonne-bridge-history.html [6] Handbook of International Bridge Engineering. Edited by Wai-Fah Chen, Lian Duan

CRC Press, 2014. [7] http://www.environment.gov.au/heritage/places/national/sydney-harbour-bridge [8] http://www.railway-technology.com/projects/chenab-bridge-jammu-kashmir/ [9] www.datajembatan.com [10] KUCHARZEWSKI F., Inżynier polski Feliks Pancer i jego prace. Wyd. E.Wende i S-

ka. Warszawa 1900. [11] YE Mei-xin, HUANG Qiong, WU Qin-qin, Analysis of steel-concrete composite

structure withoverlap slab of Xingguang bridge, School of Civil and Architectural Engineering, Central South University, Changsha 410075, China.

[12] TANG Man-Chung, SUN John Design of the Main Spans of the Chongqing Caiyanba Bridge.

LARGEST ARCH BRIDGES IN THE WOLRD

Summary

This paper contains a short description of the largest arch bridges in the world. Most of them are built objects but some are still under construction. The ranking includes different types of bridges like the old and historical, famous Sydney Harbour Bridge or a big group of modern Chinese constructions that are designed and built in the 21st century.