-
1. ábra
|1|
-
2. ábra
|2|
-
3. ábra
|3|
-
4. ábra
|4|
-
5. ábra
|5|
-
6. ábra
|6|
-
7. ábra
|7|
-
8. ábra
|8|
-
9. ábra
|9|
-
10. ábra
|10|
-
11. ábra
|11|
-
12. ábra
|12|
-
13. ábra
|13|
-
14. ábra
|14|
-
15. ábra
|15|
-
16. ábra
|16|
-
17. ábra
|17|
-
18. ábra
|18|
-
19. ábra
|19|
-
20. ábra
|20|
-
21. ábra
|21|
-
22. ábra
|22|
-
23. ábra
|23|
-
24. ábra
|24|
-
25. ábra
|25|
-
26. ábra
|26|
-
27. ábra
|27|
-
28. ábra
|28|
-
29. ábra
|29|
-
30. ábra
|30|
-
31. ábra
|31|
-
32. ábra
|32|
-
33. ábra
|33|
-
34. ábra
|34|
-
35. ábra
|35|
-
36. ábra
|36|
-
37. ábra
|37|
-
38. ábra
|38|
-
39. ábra
|39|
-
40. ábra
|40|
-
41. ábra
|41|
-
42. ábra
|42|
-
43. ábra
|43|
-
44. ábra
|44|
-
45. ábra
|45|
-
46. ábra
|46|
-
47. ábra
|47|
Agócs Zoltán
Híd - mérnöki szerkezet vagy szobor?
I. Bevezetés
Külön öröm és megtisztelés számomra, hogy szűk szakmai területemről előadást tarthatok magyar nyelven Önök és a nagyközönség előtt. A Pozsonyi Műszaki Egyetem Építőmérnöki Karán az Acél- és Faszerkezetek Tanszékének vagyok professzora. Előadásaimon hallgatóimnak hangsúlyozni szoktam, hogy az acélszerkezetek, nagy fesztávolságú csarnokok, acélvázas felhőkarcolók, magas tornyok, de főleg az acélszerkezetű hidak az adott ország életszínvonalát tükrözik. Ezen belül a kötélszerkezetek megléte pedig a legmagasabb műszaki fejlettségről tanúskodik.
Ezt főleg Japánban tapasztaltam, ami ma az egyik leghatalmasabb gazdasággal rendelkező ország a világon (1. ábra).
- |4|
Ez a kötél 290 pászmából áll, minden pászma 127 darab 5,23 mm átmérőjű nagy szilárdságú patentírozott huzalból áll. A huzalok szakítószilárdsága 1800 MPa, ami kb. 5-ször nagyobb mint a közönséges szerkezeti acél szilárdsága. Talán e rövid jellemzésből is kitűnik a kötélszerkezetek előnye, amelyek ma a legprogresszívebb szerkezeti típusokat képezik; az elméleti határ a fesztávolság esetében ma kb. 3000 m. Ezt a határt főleg a huzalok szilárdsága szabja meg; jellemző, hogy az ismertetett híd esetében a tartó kötelet 91%-ban önsúlyának átvétele veszi igénybe.
II. Az alapvető hídtípusok rövid ismertetése
A következőkben áttekintjük a hidak legfontosabb típusait. Statikai rendszerük szerint lehetnek egyszerűen megtámasztott tartók: ezek statikailag határozottak, és a belső erőket az egyensúlyi helyzetekből könnyen meg lehet határozni. A folytatólagos tartók statikailag határozatlanok, és a belső erők (hajlítónyomaték, normál és nyíró erő) meghatározásához előre ismernünk kell a tartó keresztmetszeteit, merevségviszonyait. Itt jegyezném meg, hogy az acélszerkezetű hidak tervezése a mérnöki szerkezetek között elméleti szempontból is, de főleg a részletek kidolgozása szempontjából a legösszetettebb feladatok közé tartozik.
A gerendahidakat használják a leggyakrabban, ezek lehetnek (5. ábra) tömörgerincűek vagy (6. ábra) rácsos szerkezetűek. A főtartók nagyobb magassága esetén a rácsos tartók gazdaságosabbak. Ezek a hidak főleg funkcionális követelményeket elégítenek ki, és formai kiképzésük aránylag korlátolt.
Csak nagyon ritkán építenek kerethidakat (7. ábra), használatuk a gerendában fellépő hajlítónyomatékok előnyösebb elosztásához vezet.
A függőhidak (8. ábra) előnyei főleg nagy fesztávolságok és sík terep esetében nyilvánulnak meg teljesen (lásd a bevezetőben ismertetett hidat). E hídtípus szép példája a budapesti Erzsébet-híd is. A függőhíd fő ismertetője, hogy a fő tartókötelek rendszerint a legnagyobb mezőben görbe alakúak (kvadratikus parabola) és diszkrét pontokban a függőleges köteleken keresztül terheltek.
Többféle ívhidat ismerünk, erről a továbbiakban még részletesen beszélünk: a 9. ábrán egy manapság gyakran használt típus látható, amelyen a merev ívre a főtartó (a gerenda) kötelekkel van felfüggesztve.
A ferdekábeles hidak (10. ábra) főleg a II. világháború után a Rajna-hidak felújításánál terjedtek el. Ma közepes nagyságú fesztávolságok esetében ez talán a leginkább használt hídtípus. Magyarország területén egyelőre nem épült ilyen típusú híd, remélhetőleg Budapest területén még ebben az évtizedben megjelenik az első, korunkra olyannyira jellemző ferdekábeles Duna-híd.
Főleg a ferdekábeles és az ívhidakon keresztül szeretném majd a későbbiekben bemutatni a legújabb irányzatokat, és az építészek betörését erre a szent területre, melyet eddig az építőmérnökök őriztek.
Az utóbbi évtizedben új virágzásukat élik azok az ívhidak, amelyeknél a főtartók az ívre (vagy ívekre) kötelekkel vannak felfüggesztve.
III. A híd koncepcióját befolyásoló peremfeltételek és a hídépítő
A híd koncepciójának kidolgozásánál az építőmérnök szempontjából a funkcionális követelmények az alapvetőek. Mivel a választott témához kötődve csak közúti hidakról beszélünk, ezeket a követelményeket a közlekedési szakember és az ide tartozó szabványok határozzák meg. Továbbá figyelembe kell venni a különleges peremfeltételeket: a híd lokalitását, a közeli létesítményeket és a közeljövőben tervezett építményeket, ezek alakját, magassági szintjét, az alapozás lehetőségeit, valamint az új híd hatását a környezetre.
Ezt a kérdést is Japán példájával illusztrálnám, aminek geográfiai helyzete és természeti adottságai nagymértékben befolyásolják a hídszerkezetek tervezését is (11. ábra). A csak szűk tengeri öblökkel elválasztott négy fő japán szigetnek sok helyen annyira kicsi a távolsága, hogy ma már csaknem teljesen össze vannak kötve tengeralatti alagutakkal, de főleg impozáns hídszerkezetekkel. Jó példák erre a Honshu-Shikoku-hidak (12. ábra). A Minami Bisan-Seto-hidat 1988-ban fejezték be. A függőhíd középső mezejének fesztávolsága 1100 m.
- |14|
Ezen a vonalon figyelemreméltó ferdekábeles ikerhidak is épültek: a Hitsushijima és az Iwakurojima. A belső mező fesztávolsága 420 m (13. ábra). Itt már különös fegyelmet szenteltek a pilónok esztétikai megformálásának, alakjuk a hagyományos japán tsuzumi dobra és a kabutónak nevezett díszes sisakra emlékeztet.
Itt szeretném megemlíteni, hogy Japánban minden figyelemreméltó híd, illetve hídkomplexum közelségében külön kiállító csarnokok épülnek (14. ábra), ahol megtalálható a híddal összefüggő minden fontos adat, beleértve az építés költségeit is. A japánok ezeket az emlékhelyeket majdnem zarándokhelyként tisztelik; értesüléseim szerint fő céljuk az ország presztízsének növelése. Az említett hidak tervezése, gyártása, alapozása és szerelése a legmagasabb szintű szakértelmet követeli meg (15-18. ábra).
Az elmondottak alapján is szeretném hangsúlyozni, hogy a jelentékeny korszerű, főleg nagyfesztávolságú hidak korunk fejlettségéről tanúskodnak. A jövő generációk aszerint is ítélnek meg majd bennünket, hogy milyen hídszerkezeteket hagyunk rájuk. Ezért a tervezők közös célja olyan hidat tervezni, amelynél összhangban van a célszerűség, a biztonság, a gazdaságosság, az esztétikai megjelenés, és amely megfelel a környezetvédelmi követelményeknek.
- |18|
IV. Korszerű ferdekábeles hidak értékelése
- |19|
Ma a számítógépek világában a legösszetettebb szerkezet statikai számítása sem jelent problémát. A szerkezetet azonban ma is előre ki kell találni és elképzelni a legapróbb részleteiben. A ferdekábeles hidak esetében alapvető feladat a függesztőkötelek hosszirányú elosztása és a pilón (vagy pilónok) alaki megformálása. Elmondható, hogy a ferdekábeles híd lényegesen gazdagította a korszerű szerkezetek esztétikai megjelenését. Mint új szerkezeti forma, a gerenda és a függőhidak közti hézagot töltötte ki; összehasonlítva a függőhidakkal a ferdekábeles hidak egyszerűbbek.
Az építőmérnök és az építész közötti sikeres alkotói együttműködés jó példája a pozsonyi ferdekábeles aszimmetrikus Duna-híd (mai neve Új-híd) (19. ábra), amely egyedülálló mérnöki alkotás, ugyanakkor magas esztétikai követelményeket is kielégít. 1972-ben adták át a forgalomnak, ma ez a híd a szlovák főváros újkori szimbóluma, és sok külföldi szakember a világ monumentumai közé sorolja. Az acélszerkezetet tanszékünk tervezte Árpád Tesár professzor vezetésével, az építészcsoportot Jozef Lacko professzor vezette.
Itt szeretnék szólni a forma logikájáról. Kutattam a szimmetrikus két pilónos és az egy pilónos aszimmetrikus felfüggesztések hatékonyságát. Az eredmények alapján egyöntetűen a szimmetrikus ferdekábeles hidak a gazdaságosabbak. Ennek ellenére az utóbbi 20 évben számos egy pilónos híd épült ott is, ahol ez a forma nem indokolt.
A pozsonyi híd esetében a ferde pilón, amely elhajlik a folyó medrétől, a Várhegy vonulatának bizonyos ellenpontját képezi. Egy elképzelt másik pilón a Koronázó Dómtemplom tövében mindnyájunk számára elfogadhatatlan. A híd korszerűségét főleg a középső mező nagy fesztávolsága (303,0 m), illetve az egy síkban való felfüggesztése (ez zárt keresztmetszetű merevítőtartót követel) jellemzi. A folyó szintje felett kb. 80 m magasságban a pilón fejére helyezett kávéház és kilátóterasz eleinte sok vitát váltott ki.
Az itt felsorolt jegyek egy későbbi hasonló japán példán is megtalálhatók, csak a Várhegy hiányzik (20-21. ábra).
- |23|
A pozsonyi egy pilónos ferdekábeles híd új irányzatot indított el. 1992-ben a Sevillai Világkiállításra épült például az Alamillo-híd (22. ábra). Itt már hiányzik a szélső mezőben a ferde kábel, a mederhíd köteleinek húzóerőit a hatalmas pilón hajlító merevségével veszi át. Ez az új forma a statikus mérnökök körében heves vitát váltott ki, értékelése nem volt mindig pozitív.
Rotterdamban 1996-ban épült meg az Erasmus-híd a Maas-folyón (23. ábra). A szerkezet megformálásából kitűnik, hogy nem építőmérnök, hanem építész tervezte. Az előzetes tervben egy szerényebb, két pilónos ferdekábeles híd szerepelt. A megépült szerkezetnél a 139 m magas törtvonalú pilón szerepel. Éppen a pilón tengelyének törése jelenti a statikai problémát, ami által a belső erők folyása összetetté válik. A mederhíd köteleinek megformálásából és a pilón töréséből többletnyomatékok adódnak, melyek nagytömegű pilóntestet igényelnek. A választott hídforma a statikus mérnöknek fejfájást, az építtetőnek pedig lényeges többletköltséget okozott.
- |24|
V. A modern ívhidak jellemzése
Az ívhidakat gyakran a függőhidakkal hasonlítjuk össze. Míg a függőhidaknál a gerendát karcsú, majdnem láthatatlan tartókötelekre függesztjük, az ívhidak esetében a gerenda (főtartó) a látszatra nehézkes nyomott ív(ek)re van függesztve. Az első esetben a nagyszilárdságú tartókötél húzásra van igénybe véve, és keresztmetszete teljesen kihasználható. A nyomott íveknél mindig fennáll a kihajlás (stabilitásvesztés) esélye, így az ívek anyagigénye mindig jelentős.
- |25|
Ennek ellenére ma újra gyakran használunk két-háromszáz méteres fesztávolságok esetében tömörgerincű alsópályás ívhidakat, ahol a hajlításban merev ív(ek)re a főtartók kötelekkel vannak felfüggesztve. Ez a hídtípus logikus alakjával harmonikusan illeszkedhet be a környezetbe, a részletek precíz és esztétikus megoldása azonban nagy érzékenységet és szakmai tudást követel. Japánban is sok időbe telt, míg a célszerű, sokszor egyhangú megjelenésű hidaktól eljutottak a szobor szépségű megoldásokhoz. Az Aki-híd (fesztávolsága 100 m) esetében a meder feletti ívhíd és a bekötőhíd csatlakozásának megoldása kifogásolható. A két, magasságban és szélességben is eltérő gerenda elhelyezése a mederpillérre zavaróan hat (25. ábra).
Az Aimoto-hídnál (fesztávolsága 128,4 m) a két síkban elhelyezett, egymást keresztező függesztőkötelek kaotikusan hatnak (26. ábra). A Yaniazu-híd (fesztávolsága 154 m) esetében az ívek közötti alsó összekötő keretgerenda alakja túlságosan hangsúlyos, és idegen elemként hat (27. ábra).
A bemutatott példákból is kitűnik, hogy a modern ívhidak tervezésénél és alakjuk megformálásánál fontos szerepet játszik az ívek száma és térbeli elrendezése, az ív magasságának megválasztása, a függesztőkötelek hosszirányú elrendezése, valamint az íveket összekötő keretgerendák alakja és elosztása.
A nemrégiben épült Shinhamadera-hídnál (fesztávolsága 254 m) a japán tervezők már különös figyelmet szenteltek az említett paraméterek megválasztására (28. ábra). Többféle gerendatípust vizsgáltak; a végleges megoldásnál az ovális alakot tartották a legmegfelelőbbnek. A kapott eredmény az alapvető igényeket nagymértékben kielégítő, harmonikusan ható korszerű ívhíd (29. ábra). Az ismertetett példákból látjuk, hogy a tárgyalt hídtípus térbeli stabilitása biztosított, ami szép megoldással is párosul.
- |32|
- |33|
Csak az olyan gazdag országok és városok, mint például Nagoya engedhetik meg maguknak azokat az ívhidakat, ahol az ívek csak önmagukat tartják, és egyetlen feladatuk a látványosság növelése (32. ábra).
Az igazán szép modern ívhidat Nagoya közelében Toyotában találtam meg, melynek összhatása annyira harmonikus, hogy közlekedési funkció nélkül is betöltené térformáló monumentum-szerepét (33. ábra).
.
- |34|
A 2001-ben Krakkóban, a Vistula folyón megépült Koltarski-híd fesztávolsága 166,0 m. (34. ábra). Megjelenése hossz- és keresztirányban is szokatlan. Egészében talán egy teknősbéka páncéljára emlékeztet. A tömörgerincű szerkezet merevítőgerendája feszítőmű-rendszerű. Ez van függőleges rudakkal a négy párhuzamosan haladó ívre felkötve. Ez a híd kétségkívül felhívja magára a szemlélő figyelmét, mérnöki szemszögből azonban talán minden tartóelemből több van rajta, mint kellene. Érdekes és újszerű megoldás, az anyagszükséglet viszont szokatlanul magas, így elgondolkodtató, hogy érdemes-e ennyit áldozni a szépségre.
Az előbbiekben részletesen ismertettem a pozsonyi ferdekábeles Új-hidat, ami ma már bekerült a tankönyvekbe. Ezután a híd után megtisztelő, de roppant nehéz feladat hasonló rangú új hidat tervezni a Dunán a szlovák főváros számára. Az előzetes tervezési munkák eredményeként itt is ívhidat terveztünk, a mederhíd fesztávolsága 231 m.
- |38|
- |39|
A híd fő tervezője a Dopravoprojekt Bratislava tervezőhivatal, főmérnöke Miroslav Maaseík. Eugen Chladný professzor kollégámmal a híd acélszerkezetének megtervezésénél működtem közre szaktanácsadóként.
Örömmel vettem a hírt, hogy a közeljövőben Magyarországon - Dunaújvárosban - is épül a pozsonyihoz hasonló kosárfül alakú modern Duna-híd. Aránylag idős koromban ért az a megtisztelő felkérés a budapesti FŐMTERV részéről, hogy csoportommal egy független ellenőrző statikai számítást dolgozzunk ki, és szaktanácsadóként részt vegyek a mederhíd acélszerkezetének kiképzésénél. A híd tervezői Horváth Adrián és Nagy Zsolt a FŐMTERV részéről; a budapesti testvéregyetem [BMGE] képviselője Dunai László professzor (38. ábra).
A mederhíd fesztávolsága 307,8 m, az ívek magassága 48 m, megépítése után a maga nemében ez a híd világrekordot jelenthet majd. Az ívek itt is egymáshoz hajló ferde síkokban helyezkednek el, a mező végein mereven kapcsolódnak a gerendához. A főtartók, amelyek vonórúdként veszik át a ívek vízszintes erőit, függőleges acélkötelekkel 11,4 méterenként vannak az ívekre függesztve (39. ábra). A pályaszerkezetet a mederhíd teljes hosszában acél ortotróp (ortogonálisan anizotróp) lemez képezi. A híd harmonikus megjelenésével remélhetően elnyeri majd a világszerte ismert budapesti Duna-hidak rangját.
VI. Lehet-e egy kis híd esetében nagyot alkotni?
Egy világszerte ismert japán professzor, Mamuro Kawaguchi, aki több hatalmas csarnokszerkezet alkotott, egyetlen gyaloghíd megtervezésével bizonyította, hogy kis híd esetében is lehet nagyot alkotni. Tervei alapján 1994-ben Beppuban, az ismert fürdővárosban megépült az Inachus-híd, amely mindössze 34,0 m fesztávolságú, aránylag kisméretű sétálóhíd(40. ábra). A híd lencseszerű alakjával, érzékenyen megválasztott anyagával és szinte óramű pontossággal kivitelezett részleteivel harmonikusan illeszkedik a számunkra talán szokatlanul is szépen kiképzett környezetbe.
A feszítőmű-rendszerű híd felső öve, ami egyben a pályaszerkezetet is képezi, 78 gránitblokkból áll, melyek hosszirányban kötelekkel vannak egymáshoz feszítve (41. ábra). Az alsó övet laposvasakból kiképzett láncszemek alkotják, amelyek a csuklók helyén csapokkal vannak egymáshoz erősítve. A nyomott, csőszerű ingaoszlopok térbeli elhelyezésűek.
Ez a tökéletesen megtervezett és kivitelezett kis híd is hozzájárult ahhoz, hogy ma a függesztőművek az építészek által is elfogadott és kedvelt szerkezettípust képeznek; lehetővé teszik, hogy minimálisan szükséges szerkezeti elemből, kisszámú csomóponttal optimális és szép szerkezetet építsünk (42. ábra).
Mivel a hidat elsősorban nem a szépségéért építjük, a társadalomnak, az építtetőnek kell meghatároznia, menyit tud és mennyit érdemes áldozni az esztétikai minőségre. Az amsterdami Erasmus-híd esetében a látványos egy pilónos megoldás 36 %-os többletköltséghez vezetett. A sevillai Alamillo-híd költségéből majdnem két hasonló fesztávolságú hidat lehetett volna megépíteni.
A különleges, ferde síkban fekvő egy ívre függesztett hidak is magas többletköltséghez vezetnek. A legújabb irányzatokat tekintve úgy vélem, hogy a középfesztávolságú látványos hidak esetében az az ésszerű, ha az esztétikai kialakításra szentelt költség nem több 20 %-nál; hatalmas hidak esetében pedig ne lépje túl a beruházási érték 5 %-át.
Utaltam rá, hogy sok egyéb feladathoz hasonlóan a hídtervezés megoldása is csapatmunkát követel. A sikeres megoldás megkívánja, hogy az együtt dolgozó szakemberek egymást megbecsülve és egymás szaktudását elismerve alkossák meg a minden igényt kielégítő, korszerű hídszerkezeteket.
VII. A Mária Valéria-híd
- |43|
A Párkányt Esztergommal összekötő Mária Valéria-híd újjáépítésével 1968-ban kezdtem foglalkozni. Volt egy Mária húgom, aki Párkányban tanított; a másik húgomat Valériának hívják, egyebek mellett ezért lett a Mária Valéria-híd sorsa szívügyem.
A rendszerváltás után végre az érdeklődés központjába került a Duna egyetlen csonkán maradt hídja is. A második világháború végén a híd felszerkezete a három belső mezőben tönkrement, megmaradtak a mederpillérek, a hídfők és a két szélső, 83,5 m fesztávolságú mező felszerkezete a Duna két partján.
Egy ilyen, két országot összekötő nagyméretű híd esetében nehéz a csonka híd további sorsáról dönteni. A jövőbe kellett látni; a műszaki szempontokon kívül a politikai, gazdasági és hagyományőrző szempontokat, valamint a híd kivételes helyét - az esztergomi bazilika közelségét - is figyelembe kellett venni.
1990-ben szlovák felkérésre elvégeztem egy átfogó diagnosztikai vizsgálatot. A híd megmaradt részeinek műszaki állapotát felmérve az alábbi következtetéseket vontuk le.
- Az eredeti mederpillérek és a hídfő törzsén komolyabb károsodások nem voltak.
- A diagnosztikai szemrevételezés, az anyagvizsgálat és az ellenőrző statikai számítások eredményei alapján a híd eredeti acélszerkezete a szélső nyílásokban a továbbiakban fölhasználható.
- |44|
A középső nyílásban kívánatos 100x10 m méretű hajózási űrszelvény biztosítására az eredeti mederpilléreket magasítani kell. A második és harmadik javaslatban rácsos, illetve tömörgerincű gerendahidak szerepeltek. A negyedik változat, egy háromnyílású, szimmetrikus ferdekábeles rendszer, a hídépítészet korszerű stílusát képviselte (44. ábra). Az eredeti szélső nyílások a háború rossz emlékét idézik. Ezeket később tömörgerincű tartókkal pótolták volna, és a híd elnyerte volna egységes stílusát.
1995-ben végre döntés született róla, hogy a híd eredeti alakjában épüljön meg, új technológiával, felhasználva az eredeti híd megmaradt részeit.
1999-ben a budapesti Pont-terv és a pozsonyi Dopravoprojekt közös tenderben dokumentációt dolgozott ki a híd felújítására (45. ábra). Ennek értelmében a fő műtárgy öt nyílású acélszerkezetű híd, amelynek támaszközei 83,5+102,0+119,0+102,0+83,5 m nagyságúak. A híd felújításának tervezése során figyelembe vettük az 1895-ben épült eredeti szerkezet felhasználását a szélső nyílásokban szükséges módosításokkal (46. ábra). Az eredeti híd stílusának megőrzése érdekében a tartók gerinclemezében a kivágások olyan alakúak, hogy rácsos tartó benyomását keltsék (47. ábra). A kiszélesített járdák szerkezete alakjában hűen követi az eredeti megoldást.
A három középső nyílásra az eredeti híddal megegyező alakú új szerkezetet terveztünk. A szélső mezőkben az eredeti szerkezetből a főtartókat, a felső és alsó szélrácsokat és a harántmerevítők felső részeit használtuk fel.
2001 őszén végre elkészült a felújított Duna-híd, amely nemcsak a két partot kötötte össze, de a két ország népét is közelebb hozta egymáshoz.