A hídkoncepció

Az új híd koncepciójának kialakításakor meghatározó volt egy olyan építési technológia körvonalazása, amely az adott helyszíni körülmények nyújtotta lehetőségeket maximálisan képes optimalizálni és ennek révén a híd praktikus módon, magas színvonalon, gazdaságosan megépíthető legyen. Mivel a vasúti pálya az új híd helyén gyakorlatilag terepszinten halad, kézenfekvő megoldásnak mutatkozott, hogy a híd felszerkezete a jelenlegi terepszinten készüljön el – még az autópálya bevágásának megépítése előtt –, így a híd tervezett helyére juttatása viszonylag egyszerű módon megoldható lesz. Ehhez szükség volt egy olyan módszer alkalmazására, amellyel a híd alépítményei mély munkagödör kiemelése nélkül is megépíthetők lesznek. A megoldást az úgynevezett milánói módszer adta.
A választott technológia fő előnye tehát, hogy sem hídprovizórium igénybevételére, sem terelővágány építésére, sem mély munkagödör kiemelésére nincs szükség. Emellett egyéb előnnyel is jár, mint például a jelentős háttöltéssüllyedések kikü­szöbölése a háttöltés volumenének minimalizálása révén.
A hídfőalapozás vágányzónába eső részének, valamint a hídfő szerkezeti gerendáinak megépítése vágányzár igénybevételét teszi szükségessé. A szárnyfalak alapozása és szerkezeti elemeinek megépítése viszont már vágányzár igénybevétele nélkül, a vasúti forgalom minimális zavartatása mellett is megvalósítható.

Alépítmények

A tervezett „dobozszerkezetű” hídfők alapozását és egyben felmenő falazatát is, felülnézetben „J” betű alakot formáló – 100 cm átmérőjű CFA-cölöpökből álló – cölöpfal alkotja (1. ábra). A cölöpfalazat tetejét félköríves vasbeton hídfő szerkezeti gerendák és ezekkel egybeépített szárnyfal-cölöpösszefogó gerendák készülnek.

A hídfők megformálásának lényege esztétikai eredetű. Az igen éles keresztezési szög okozta megformálási nehézségek tompítása érdekében a hídfők homlokfalát hengerpalást alkotja, amelynek áthatása a bevágási rézsűvel, reményeink szerint, esztétikus látványt eredményez majd. Azonban ez a megoldás egy igen fontos szerkezeti előnnyel is jár, ugyanis a ferde keresztezés ellenére a felszerkezet merőleges kialakítású maradhat.
A cölöpfalas hídfő a fej- és szerkezeti gerendákkal együtt biztosítja a közrezárt földmag megfelelő megtámasztását, így a közvetlen vasúti teher viselését, valamint a felszerkezetről átadódó függőleges erők és fékezőerők megfelelő felvételét is.
A háttöltést a hídfő szerkezeti gerenda felől vasbeton térdfal támasztja meg. A térdfalra – üvegszál erősítésű műanyag hídfákkal szerelt – bordás vasbeton kiegyenlítőlemez támaszkodik, amely a vasúti pálya számára megfelelő rugalmas átmenetet biztosít.
A térdfal és a híd végkereszttartója között 100 cm széles vizsgálófolyosó kap helyet. A szerkezeti gerendákkal egybeépülő saruzsámolyok egyedi alaprajzúak. A saruzsámolyok hídnyílás felőli oldalán, a támasztengelytől 100 cm-re emelési hely kerül kialakításra.
A szárnyfalak cölöpösszefogó gerendái egyben a híd üzemi járdáinak folytatásaként, járdaként is szolgálnak. A vasbeton gerendákban a vasúti kábelek számára beépített KPE védőcsövek futnak. A csatlakozó pálya padkájával való kapcsolatot rámpás kialakítás biztosítja.
A maga módján egyedi kialakítású – új híd felszerkezete, statikai rendszerét tekintve hálós függesztésű (network rendszerű) – merevítőtartós ívhíd, szakzsargonban: Langer-híd.
Hogy jobban megérthessük a szerkezettípus kiválasztásának hátterét, nézzük, hogyan is alakult ki ez a szerkezettípus a hosszú évszázadok során.

Visszatekintés

Az ív (boltív) már évezredek óta köztudottan ismert és az építészet számos területén széles körben alkalmazott szerkezeti megoldás. Az évszázadok során kőboltozatos hidak sokasága épült, amelyek közül ma is sokat megcsodálhatunk. Az acélanyagú ívhíd azonban egy sokkal fiatalabb, viszonylag ritka, ám napjainkban egyre kedveltebb szerkezettípus. Ennek oka, a nyilvánvalóan előnyös statikai/szerkezeti adottságai mellett, a markánsan megjelenő, ősrégről örökölt esztétikai értékben is rejlik.
A fémből készült vonógerendás ívhíd ötlete kerek 405 évvel ezelőtt jelent meg először (2. ábra). Ez Verancsics Faustus (Faust Vrančić, született: 1551, Šibenik; elhunyt: 1617, Velence) nevéhez fűződik, aki 1616-ban papírra is vetette vízióját, híres Machinae Novae című művében. Verancsics hídját – a kor technikai színvonalának megfelelően – még nem acélból, hanem bronzból tervezte [1].

Az ív vállában ébredő jelentős vízszintes irányú erők igazán hatékony felvételét azonban csak a vas és az acél megjelenése tette lehetővé, így az ötlet megvalósítása még több mint két évszázadot váratott magára.
Maderspach Károly (született: 1791, Oravicabánya; elhunyt: 1849, Ruszka­bánya) a víziót megvalósítva, 1833 és 1842 között három vonóvasas/vonóláncos ívhidat épített (lugosi Csuka-patak-híd, herkulesfürdői Cserna-híd, karánsebesi Temes-híd) öntöttvas és kovácsoltvas alapanyag felhasználásával [1]. Sajnos, az utókornak ezekből a hidakból egy sem maradt fenn.
A híres angol mérnök, Isambard King­dom Brunel 1849-ben épített egy immár vonógerendás kialakítású vasúti ívhidat, amely szerencsére ma is megcsodálható az angliai Windsorban, a Temze felett.
Az úgynevezett Langer-tartós acél ívhidak korunkban reneszánszukat élik, látványos az előretörésük közúti és vasúti területen egyaránt. Nyílástartományuk tipikusan 40-150 m-re tehető, de ennél lényegesen nagyobb nyílású hidak is épültek már (lásd például a dunaújvárosi Pentele-hídat, amely 308 m).
A jelenkori ívhídépítési kedv feléledéséhez jelentősen hozzájárult a függőleges függesztőrudakat felváltó, hálós kábelelrendezésű (network rendszerű) függesztési mód megjelenése [2].
A network rendszerű ívhíd kifejlesztése Per Tveit norvég mérnökprofesszor nevéhez fűződik. Ahogy erre cikkünk is rávilágít, ez az aprónak tűnő újítás komoly statikai előnyöket eredményezett, számos kedvező tulajdonsággal felruházva ezt a hídtípust. A hagyományos Langer tartós szerkezet jellegzetes szinuszhullámszerű alakváltozása aszimmetrikus teherre teljességgel kiküszöbölhetővé vált, a szerkezet merevsége jelentősen megnőtt. Ennek tényét a szerkezet első rezgési sajátalakja is alátámasztja.
A network rendszerű ívhidak talán legfőbb tartószerkezeti tulajdonsága a nagy merevség, ami ezeket a szerkezeteket vasúti szempontból különösen alkalmassá teszi. Az erőjátékban a nyomó és húzó igénybevételek dominálnak, ezzel egy időben a hajlítónyomatékok látványosan lecsökkennek az ívben és a merevítőtartóban egyaránt. A network rendszerű ívhíd – a kábelek ferde helyzete miatt – aszimmetrikus terhekre sokkal kedvezőbben viselkedik, mert az aszimmetrikus deformációkat – a függőleges helyzetű függesztőrudakhoz képest – hatékonyabban képes gátolni [3, 4].
A hálós függesztésű modern ívszerkezet, nyilvánvaló statikai előnyei miatt, mára megjelent a nehéz forgalmat bonyolító vasúti hídépítés területén is, nem mellesleg jelentős esztétikai potenciáljának köszönhetően is [5].

A felszerkezet

A tervezett M6-os autópályát a meglévő vasúti pálya nyomvonala igen éles, 35°-os szögben keresztezi, így a főpálya 26,60 m-es koronaszélességének közbenső támasz nélküli áthidalásához viszonylag nagy hídnyílás adódott.
A szóba jöhető változatok elemzését követően végül egy 72,00 m támaszközű hídra esett a választás. Az acélívek tengelytávolsága 5,60 m, a felszerkezet teljes szélessége üzemi járdákkal együtt 8,20 m [6] (3. ábra).
A nyolc ponton – Vierendel-tartó­sze­rűen – egymáshoz kitámasztott ívek nyílmagassága körülbelül 11,50 m (L/6,26).
A merevítőtartó magassága 1,40 m (L/51-es karcsúság), ami egy hagyományos felfüggesztésű ívhíd (például Bartók Béla út feletti híd) merevítőtartó magasságának csupán a fele. Mivel a bevágás mélységének további növelésére nem volt mód, így egy lehető legkisebb szerkezeti magasságú felszerkezet tervezésére volt szükség.
Végül 900 mm szerkezeti magasságú hidat terveztünk, így a híd alatt az előírások szerint szükséges 5,70 m-es űrszelvénymagasságot biztosítottuk (4. ábra).
A szerkezeti magasság szükségszerű minimalizálásának igénye egyben determinálta a vasúti felépítmény típusát is, így folyamatos rugalmas ágyazású, hosszvályús vasúti felépítményt terveztünk 60E2 rendszerű sínekkel.
A hídhoz zúzottkő ágyazatos vasúti pálya csatlakozik, vasbeton keresztaljakkal. A híd mindkét végénél, a csatlakozó a pályaszakaszon VM-60 rendszerű síndilatációs készülék kerül beépítésre.

A felszerkezet szerkezeti részleteinek és a híd egészének megformálását a jelenkor hegesztetett acélszerkezet-technológia színvonalához igazítva igyekeztünk kialakítani. Az ív és a merevítőtartó találkozási pontjának alapvető fontosságú csomópontját, vagyis az ívváll kialakítását különös figyelemmel igyekeztünk kezelni mind statikai, mind esztétikai értelemben.
A két főtartó ívet függőleges síkban helyeztük el. A főtartó tengelytávolságát – a függesztőrudak esetleges rakományütközéssel szembeni kitettségének csökkentését megcélozva – a szokásosnál kissé bővebbre, 5,60 m-re vettük fel. A zárt szelvényű ívek nagyrészt konstans magasságúak, az ívvállhoz közeledve azonban enyhén „trombitásodnak”.
A merevítőtartó szegélybordája alapvetően egy „I” tartó, amelyhez diafragmák közbeiktatásával egy második „pótgerinc” is kapcsolódik, így a két függesztősík különválasztott bekötése a két gerinchez biztosított.
A szegélybordák a hossz- és kereszttartókkal merevített ortotróp pályaszerkezetet közrefogják. A kereszttartók ilyen rendszerben gyakorlatilag tetszőlegesen kioszthatók, esetünkben az optimalizált távolság 4,50 m.
Mivel az ívváll kialakítása „csomólemez” jellegű, így az ívszelvény és a merevítőborda gerincszelvényei egyaránt, központosan bekötve továbbítják a nyomó-, illetve húzóerőket a támaszcsomópontba.
A tervezett függesztőrudak, villás fejjel és csapos kapcsolattal ellátott, fáradással és rezgésekkel szemben kedvezően viselkedő, zárt kialakítású FLC-kábelek. A függesztősíkonként 22 kábelt főtartónként két síkban helyeztük el. A hídon így összesen 88 kábel lesz beépítve, csaknem 1 km összhosszban. Network rendszer alkalmazásakor döntő jelentőségű, hogy a hálózat geometriailag megfelelően optimalizált legyen. Ugyanis a függesztőrúd és a merevítőtartó tengelye által bezárt szög nagysága befolyásolja a rendszer rúdkilazulás iránti hajlamát, ráadásul a megfelelő szögtartomány a hasznos teher és az önsúly arányára is érzékeny. Mivel esetünkben a felszerkezet egy ortotróp acél pályalemezes „könnyű” acélszerkezet, így a hídváll környékén viszonylag lapos szögek adódtak.

A szakirodalom szerint a kilazulással szembeni legnagyobb ellenállással bíró, úgynevezett sugaras elrendezésű, az ív tengelyének érintőjével azonos szöget bezáró kábelrendszert alkalmaztuk (5. ábra) és ezt számítással is alá tudtuk támasztani (6. ábra). Ráadásul ez a kábelelrendezés kedvezőbb esztétikai hatással is bír, mint például az állandó hajlásszögű változat.
A vasúti terhet viselő szerkezet acélanyagának nettó tömege függesztőrudakkal együtt mintegy 335 tonnának adódott (4,65 t/m). A betervezett acélanyag – a kábeleket leszámítva – S355 minőségű. A híd teljes mértékben hegesztett kivitelben készül.
A felszerkezet két oldalán üzemi járda fut végig korláttal és kábelcsatornával ellátva, emellett a szerkezet vizsgálata és esetleges kisebb javítások megkönnyítése céljából a hídon 2 darab vizsgálókocsi is rendelkezésre áll majd.
A híd felszerkezetét a gyártóműben elkészült gyártási/szerelési egységek helyszínre érkezését követően – a vágánnyal párhuzamosan kialakított szerelőtéren, a vasúti forgalom zavartatása nélkül – összeszerelik, majd keresztirányban a helyére tolják. Miután a felszerkezet a helyére került és a hidat forgalomba helyezték, megindulhat az autópálya bevágási földművének kiemelése a híd alatti szakaszon is. A bevágási földmű utólagos kiemelését követően, a cölöpfalazat látszó felületeit 15 cm vastag lőttbeton köpennyel és felületi védőbevonattal látják el. A híd alatti rézsűs felületek fugázott terméskő burkolatot kapnak.

Összefoglalás

A MÁV Zrt. hálózatában jelenleg 4 Langer-hidat találunk. Ezek közül a legismertebb talán a budapesti Bartók Béla úti kétvágányú vasúti híd, de ilyen típusú hídszerkezet a balmazújvárosi és a tiszalöki Keleti-főcsatorna-híd, valamint a miskolci, 3. számú főút bevezető szakasza felett átívelő vasúti híd is (1. táblázat).

Érdekesség, hogy létezik még egy ötödik, mini Langer-híd is, nevezetesen az MSc Kft. fiatal mérnökei által tervezett, a Magyar Vasúttörténeti Parkban 2010-ben átadott 6,60 m támaszközű kerti vasúti acélhíd.
Az M6-os autópálya felett átívelő új híd Magyarország első network rendszerű vasúti ívhídja lesz, a maga 72 m-es támaszközével pedig a legnagyobb támaszközű Langer tartós vasúti acélhíd.