Stalowe kładki dla pieszych – typy konstrukcji, zdjęcia

Stalowe kładki dla pieszych. Konstrukcja cięgnowa

Lekkość stali jako materiału konstrukcyjnego, połączona z możliwościami współczesnej analizy obliczeniowej MES oraz praktycznie nieograniczoną wizją architektów, spowodowała powstanie w ostatnich kilkunastu latach kładek dla pieszych o formach dotychczas niespotykanych. Dominują układy podwieszane, łukowo- lub pylonowo-cięgnowe, w których najmocniejszy akcent wizualny obiektu, jakim jest łuk (fot. 4a¹) lub pylon (fot. 4b), jest „artystycznie” deformowany dla uzyskania odpowiedniego efektu estetycznego i konstrukcyjnego. Przykładów tych popularnych „krzywych kijów” lub „łuków Erosa” mamy coraz więcej także w Polsce [1]. Ponieważ na temat takich konstrukcji powstało w ostatnich latach całkiem spore piśmiennictwo techniczne, niniejszy tekst zawiera przegląd innych form stalowych kładek dla pieszych.

Fot. 4. a) Kładka podwieszona z zakrzywionym pylonem. Fot. stock.adobe / GKor

Fot. 4. b) Układ podwieszany w kładce łukowo-cięgnowej.

Stalowe kładki dla pieszych. Symboliczna formia konstrukcyjna

Kładka Henderson Waves w Singapurze ma kształt węża, zbudowanego z czterech podłużnych falujących dźwigarów łukowych o prostokątnym przekroju poprzecznym (fot. 5). Dwa z nich są położone pod pomostem (łuki odwrócone) i oparte na betonowych podporach, jeden jest położony w poziomie z boku, a jeden biegnie w górnej części wzdłuż osi kładki. Wszystkie cztery łuki są połączone poprzecznie gęsto rozmieszczonymi krzywoliniowymi „żebrami”, do których z kolei są przymocowane panele osłaniające z drewna. W przęsłach biegnących w dolnej części fali panele osłaniające tworzą ochronę przed słońcem i deszczem, natomiast w przęsłach biegnących w górnej części fali znajdują się otwarte pomosty widokowe. Długość całkowita kładki wynosi 274 m i jest to ustrój ciągły, złożony z sześciu przęseł o rozpiętości 24 m i wysokości 3,5 m oraz jednego największego przęsła środkowego o rozpiętości 57 m i wysokości 6 m. Kładka ma szerokość pomostu 8 m i w najwyższym punkcie jest położona 36 m nad jezdnią drogową [2].

Fot. 5. a) Kładka o symbolicznej formie Henderson Waves, Singapur. Fot. stock.adobe / Johannes86

Kładka Dragon King Harbour River Footbridge w chińskim mieście Changsha o długości 184 m ma konstrukcję składającą się z kilku sekcji wstęgi stalowej o charakterystyce tzw. niekończącej się wstęgi Mobiusa, której koniec zawsze łączy się z początkiem. Ta kładka przez jezioro ma trzy oddzielne ciągi (trasy) o szerokości ok. 10 m, a najwyższy z nich wznosi się 20,5 m powyżej poziomu wody. Konstrukcja kładki jest kratownicą przestrzenną, obłożoną blachą.

Fot. 5. b) Kładka Dragon King Harbour River, Changsha

Stalowe kładki dla pieszych. Konstrukcja helikalna

Helisa to linia leżąca na powierzchni walca lub stożka i przecinająca tworzące tych brył pod stałym kątem. Wzdłuż takiej linii są skręcane spiralnie rury lub kształtowniki stalowe, będące częścią kratownicy przestrzennej. Konstrukcja helikalna składa się zazwyczaj z dwóch do czterech spiral, parami skręcanych w przeciwnych kierunkach i łączonych wzajemnie w węzłach. W ten sposób powstaje kratownica przestrzenna, której krzyżulcami są poszczególne odcinki. Ze względu na ich nieprostoliniowość są one dość znacznie zginane, a cała konstrukcja jest zazwyczaj usztywniana podłużnie za pomocą od dwóch do czterech podłużnych prętów (pasów), biegnących na górnym i dolnym poziomie przekroju poprzecznego konstrukcji. W poziomie pasów dolnych jest umieszczany pomost, zazwyczaj w postaci rusztu stalowego, przykrytego panelami z różnych materiałów.

Jedną z pierwszych kładek o konstrukcji helikalnej jest kładka Greenside Place Link Bridge nad Leith Street w Edynburgu. Kładka ta ma konstrukcję o przekroju elipsy o szerokości 5 m i wysokości 4 m, wewnątrz której znajduje się pomost o szerokości 2,7 m (fot. 6a).

Fot. 6. a) Kładka helikalna Greenside Place Link Bridge, Edynburg, Wielka Brytania. Fot. stock.adobe / Melastmohican

Konstrukcja ma długość całkowitą 47,3 m, a między ramionami podpór w kształcie litery V przęsło ma rozpiętość 31,5 m. Kładka jest wygięta w planie w kształcie litery S w celu uzyskania ciekawego efektu estetycznego [3].

Najsłynniejszą obecnie kładką helikalną jest Double Helix Bridge w Singapurze. Ma ona 280 m długości i składa się z trzech środkowych przęseł po 65 m długości i dwóch skrajnych po 45 m.

Dwie współśrodkowe konstrukcje helikalne tworzą kratownicę rurową (fot. 6b). Większa i mniejsza spirala, kręcące się w przeciwnych kierunkach, są połączone tylko pod pomostem. Powyżej pomostu połączenie i stałą odległość między nimi zapewniają pręty, cięgna i pierścienie usztywniające, nadające całej konstrukcji odpowiednią sztywność. Konstrukcja jest wykonana ze stali nierdzewnej Duplex 2205 (ze względu na gorący, morski klimat portu w Singapurze). Nad pomostem wykonano szklane zadaszenie.

Fot. 6. b) Kładka Double Helix Bridge, Singapur. Fot. stock.adobe / wirojsid

Kładka w Singapurze jest przykładem zastosowania osiągnięć nauki interdyscyplinarnej zwanej bioniką, która bada budowę i mechanizmy funkcjonowania organizmów żywych w skali mikro i makro w celu ich adaptacji, m.in. w urządzeniach technicznych i konstrukcjach. W przypadku kładki Double Helix zaadaptowano obraz struktury mikrokwasu DNA do konstrukcji kładki. Dokładniejsza analiza statyczna biomorficznej struktury nośnej kładki wskazuje, że zrealizowana inspiracja jest przede wszystkim wyjątkowo atrakcyjna z punktu widzenia uzyskanej formy architektonicznej [2].

Zobacz też: Betonowe kładki dla pieszych – formy konstrukcyjne i parametry

Stalowe kładki dla pieszych. Typ tensegrity

Układy cięgnowo-prętowe typu tensegrity są przykładem awangardowych konstrukcji inżynierskich i do niedawna praktycznie niestosowanych w mostownictwie układów konstrukcyjnych. Słowem tensegrity określa się przestrzenny układ konstrukcyjny, w którym następuje wzajemna stabilizacja elementów rozciąganych i ściskanych, a mechaniczną stabilność ustrój ten uzyskuje dzięki wstępnemu sprężeniu struktury. Układ składa się ze sztywnych elementów (najczęściej prętów, ale też modułów trójwymiarowych) połączonych za pomocą elementów wiotkich (najczęściej naprężonych lin), tak aby elementy sztywne nie stykały się wzajemnie. Wszystkie elementy składowe są łączone wyłącznie przegubowo. Stosowane dotychczas różnorodne wzory połączeń cięgien i prętów mają wpływ nie tylko na odmienność postaci geometrycznej każdego systemu, ale przede wszystkim na jego właściwości mechaniczne [4].

Kładka dla pieszych Forthside Bridge w Stirling w Szkocji ma długość 113,4 m przy rozpiętości głównego przęsła 88,2 m. Konstrukcja kładki składa się ze stalowych masztów o przekroju rurowym oraz krzyżujących się cięgien, tworzących dwie kratownice, do których podwieszony jest pomost. Kratownice są asymetryczne oraz stopniowo się zmieniają na długości. Każda kratownica składa się z masztów, z czego skrajne są pylonami utwierdzonymi w fundamencie, a środkowe stanowią słupki połączone z pomostem. Pomost zawiera dwie belki stalowe o przekroju rury kwadratowej, które odwrócone są pod kątem 45°, tworząc romby, połączone zmiennej wysokości panelami stalowymi. Pomost jest kotwiony do betonowych ścian schodów, stanowiących przyczółki [5].

Polecamy: Kładki dla pieszych – kształtowanie i projektowanie

Kładka Kurilpa Bridge w Brisbane (Australia) o długości 470 m i rozpiętości głównego przęsła 128,0 m (fot. 7) jest pierwszą na świecie konstrukcją tensegrity, wzorowaną bezpośrednio na strukturach ich twórcy B. Fullera. Układ tensegrity zastosowano ze względu na wizualną lekkość konstrukcji oraz estetyczne dopasowanie do znajdującej się w pobliżu galerii sztuki. Kładka
składa się z trzech głównych sekcji, a główną, środkową część kładki stanowi konstrukcja tensegrity: trzy przęsła o rozpiętościach 57 + 128 + 45 m. Układ tensegrity składa się z lin oraz prętów wykonanych ze stali nierdzewnej, a ponadto ze stalowych masztów pionowych i poziomych (poprzecznych) oraz stalowych paneli pomostu, na których ułożono prefabrykowane płyty betonowe, zespolone z pomostem i połączone wzajemnie zamkami monolitycznymi [6].

Fot. 7. Kładka typu tensegrity Kurilpa Bridge, Australia. Fot. stock.adobe / Ines Porada

Kładki ze stali niekonwencjonalnych

Wśród stali niekonwencjonalnych do budowy kładek dla pieszych coraz szerzej są stosowane stale nierdzewne. Związane to jest z dążeniem do minimalizacji kosztów utrzymania i współczesnym oczekiwaniem administratorów infrastruktury na konstrukcje „bezobsługowe”. Coraz częściej elementem decydującym o wyborze konstrukcji/materiału jest bowiem tzw. koszt w cyklu życia konstrukcji (LCC – life cycle cost), którego jednym ze składników jest koszt społeczny, związany z wyłączeniem obiektu z eksploatacji na czas remontu. W dużych skupiskach miejskich, gdzie głównie buduje się kładki dla pieszych, koszty społeczne zaczynają decydować o stosowanych rozwiązaniach materiałowych i konstrukcyjnych. Współczesne rozwiązania kładek ze stali nierdzewnej mają LCC niższy niż podobne konstrukcje ze stali konwencjonalnych.

Stal nierdzewna typu Duplex charakteryzuje się przede wszystkim dużą odpornością na korozję ogólną, korozję międzykrystaliczną, korozję naprężeniową oraz korozję wżerową. Wytrzymałość na rozciąganie w stalach Duplex jest zazwyczaj ok. dwa razy wyższa niż granica plastyczności, a spawanie tej stali jest łatwiejsze niż stali konwencjonalnych. Stale Duplex są wykorzystywane tam, gdzie jest wymagana odporność na działanie agresywnego środowiska (np. woda morska, sól odladzająca) połączona z dużą wytrzymałością.

Wiek XXI przyniósł pierwsze zastosowanie stali Duplex w obiektach mostowych. Jednym z pierwszych była kładka Padre Arrupe (Abandoibarra) nad Nervion River w Bilbao w Hiszpanii (fot. 8a).

Fot. 8. a) Kładka ze stali nierdzewnej Padre Arrupe, Bilbao, Hiszpania. Fot. stock.adobe / Noradoa

Konstrukcja kładki została wykonana ze stali nierdzewnej Duplex 2304 ze względu na portowe położenie nad otwartym akwenem wodnym, a także wysoką wytrzymałość i estetykę konstrukcji. Kładka o długości całkowitej 142,5 m i rozpiętości głównego przęsła 80 m ma szerokość od 4,1 (rampy) do 7,6 m (część środkowa). Dwudźwigarowy przekrój poprzeczny typu U składa się z blachownic, będących jednocześnie balustradami kładki. Ze stali nierdzewnej wykonano wszystkie zewnętrzne powierzchnie dźwigara, natomiast usztywnienia wewnętrzne wykonano z typowej stali niskostopowej [7].

Kładka Ljunga Bay Bridge w Solvesborg w Szwecji (fot. 8b) o długości całkowitej 760 m i szerokości 3,5 m jest prawdopodobnie najdłuższą kładką pieszo-rowerową w Europie. Konstrukcja kładki składa się z trzech 60-metrowych łuków wykonanych ze stali Duplex LDX2101, do których jest podwieszony stalowy pomost, wykonany także z tej stali. Analiza kosztów LCC wykazała, że wyższy koszt bezpośredni zastosowanej stali zwróci się już przy pierwszym powtórnym malowaniu konwencjonalnej konstrukcji ze stali niskostopowej [8].

Fot. 8. b) Kładka ze stali nierdzewnej Ljunga Bay Bridge, Sölvesborg, Szwecja.

Stalowe kładki dla pieszych. Podsumowanie

Współczesne trendy w budowie betonowych i stalowych kładek dla pieszych skupiają się wokół spełnienia trzech podstawowych oczekiwań stawianych kładkom: komfort i bezpieczeństwo, wysoka trwałość oraz estetyka. Pierwsze z tych oczekiwań jest realizowane głównie na etapie kształtowania układu konstrukcyjnego kładki. Wysoką trwałość kładek uzyskuje się głównie za sprawą trwałych materiałów, użytych do ich budowy. Celem coraz szerszego zastosowania zarówno betonów UHPC, jak również stali nierdzewnych jest podniesienie trwałości obiektu i minimalizacja kosztów utrzymania w cyklu życia konstrukcji. Estetyka kładek dla pieszych to dzisiaj domena głównie architektów, którzy do osiągnięcia jak najlepszego efektu stosują niekonwencjonalne formy takich obiektów.

Przedstawione w artykule obiekty pokazują współczesne trendy w kształtowaniu kładek dla pieszych. Rozwój możliwości obliczeniowych oraz jakości materiałów konstrukcyjnych, a także wzrost świadomości społecznej i estetycznej użytkowników kładek spowodowały powstanie nowych form i konstrukcji. Kolejne etapy tego rozwoju zależeć będą głównie od postępu w inżynierii materiałów konstrukcyjnych. To właśnie coraz bardziej wytrzymałe, lżejsze, trwalsze i bardziej estetyczne materiały umożliwią architektom w niedalekiej przyszłości tworzenie kolejnych form konstrukcyjnych. Oprócz widocznego już dzisiaj postępu we wdrażaniu nowych gatunków betonu i stali także inne zaawansowane materiały konstrukcyjne (kompozyty FRP, stopy aluminium, drewno klejone, szkło) również znajdą swoje miejsce w tym rozwoju.

Piśmiennictwo

1. J. Biliszczuk, K. Berger, C. Machelski, Onysyk, PI Prabucki, M. Wegrzyniak, Examples of new built footbridges in Poland, The conference proceedings: Footbridge 2002 – Conception et comportement dynamique des passerelles pietonnes, Eds. AFGC, OTUA, Paris 2002.

2. K. Ryż, Singapur – nowoczesna metropolia Dalekiego Wschodu. Spojrzenie na wybrane obiekty w przestrzeni publicznej miasta-państwa, „Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne”, maj-czerwiec, 2014.
3. S. Fryer, Structural Design of Helical Steel Footbridges,The conference proceedings: Footbridge 2014 – Past, Present & Future, Eds. Lotte Debell, Helena Russell, London 2014.
4. W. Gilewski, A. Kasprzak, Tensegrity w konstrukcjach mostowych, Acta Scientarum Polonorum, „Architectura” Vol. 10, No. 3, 2011.
5. K. Brownlie, P Curran, S. Thompshon, Forthside Bridge, Stirling, Scotland, The conference proceedings: Footbridge 2008 – Footbridge for urban renewal, Ed: Elsa Caetano, Porto 2008.

6. I. Ainsworth, K. Franklin, P Burnton, Kuripla, Bridge – a case study, The conference proceedings: Footbridge 2011 – Attractive structures at reasonable costs, Eds. Jan Biliszczuk, Jan Bień, Paweł Hawryszków, Tomasz Kamiński, Wrocław 2011.
7. M.F. Millanes, J. Pascual, The new Abandoibarra footbridge in Bilbao,The conference proceedings: Footbridge 2002 – Conception et comportement dynamique des passerelles pietonnes, Eds. AFGC, OTUA, Paris 2002.
8. A. Finnås, Duplex Stainless Steels for Durable Footbridges,The conference proce- edings: Footbridge 2014 – Past, Present & Future, Eds. Lotte Debell, Helena Russell, London 2014.

prof. dr hab. inż. Tomasz Siwowski
kierownik Katedry Dróg i Mostów
Politechnika Rzeszowska

siwowski@prz.edu.pl

Numeracja ilustracji jest kontynuacją numeracji z artykułu >> Betonowe kładki dla pieszych – formy konstrukcyjne i parametry