Az V/c jelű páneurópai közlekedési folyosó részét képező M6-os autópálya utolsó – Bóly és Ivándárda közötti – szakaszát az S-D 2020 M6 Konzorcium (Strabag Építő Kft., Duna Aszfalt Zrt.) építi a NIF Zrt. megbízásából [3].

A kiválasztott szerkezet és az építéstechnológia

A helyszín és a feladat megismerését követően rögtön felmerült egy Langer-híd gondolata, majd az igények és körülmények részletes elemzése is egy egynyílású acél ívhíd terveinek koncepcióját vetítette előre. A kérdés már csak az volt, hogy ennek megvalósításához vajon mi lesz az optimális építési technológia.
A válaszra sem kellett sokáig várni, elérkezettnek látszott az idő, hogy a hídfők a hazai hídépítésben újszerű és egyben gyors építést garantáló úgynevezett milánói módszerrel készüljenek, a helyszínen készre szerelt felszerkezet pedig a vasúti hídépítésben már jól bevált módon keresztirányú betolással kerüljön a helyére.
Mivel a vasúti pálya az új híd helyén szinte terepszinten halad, így kézenfekvő megoldás kínálkozott, hogy a híd felszerkezetét egy, a vágánnyal párhuzamosan kialakított terepszinti szerelőtéren készre szereljék, még jóval az autópálya földműbevágásának kiemelése előtt. Ennek megfelelően, a gyártóműben elkészült gyártási/szerelési egységek helyszínre szállítását követően, a híd felszerkezetét a vasúti forgalom zavartatása nélkül a szerelőtéren terv szerint összeszerelték (1. ábra), majd csupán négy óra leforgása alatt vágányzárban betolták a helyére (2. ábra) [3, 4].

Előtte persze meg kellett építeni a hídfőket. Úgy gondoltuk, hogy a hídfőalapozás vágányzónába eső része, valamint a hídfők szerkezeti gerendái két rövid vágányzárban megépíthetők lesznek. Így is lett. A szárnyfalak alapozása és fejgerendáik megépítése már vágányzár és a vasúti forgalom zavartatása nélkül is megvalósítható volt.
Miután egy harmadik vágányzárban a felszerkezet a helyére került, a hidat a próbaterhelést követően forgalomba helyezték és egyidejűleg megindulhatott az autópálya bevágási földművének utólagos kiemelése a híd alatti autópálya-szakaszon (3. ábra). A földmű kiemelése után, a cölöpfalas hídfők szabaddá váló felületeit 15 cm vastag vasbeton köpennyel látták el, a híd alatti bevágási rézsűk felületét pedig terméskő rézsűburkolat védi.
A választott technológia fő előnye tehát, hogy időt és pénzt kímélve, sem hídprovizórium, sem terelővágány-építés, sem mély munkagödör kiemelése nem szükséges hozzá. Egyúttal kizártuk az esetleges háttöltéssüllyedésből származtatható későbbi pályahibák megjelenését is.

Feltétlenül megemlítendő, hogy a tervezett építési mód (nagy megelégedésünkre) – a kivitelező saját bevallása szerint – rugalmasan kezelhető, hatékony munkavégzést biztosító technológiának bizonyult, a felszerkezet, illetve a hídfők építése szempontjából egyaránt.

Újszerű felszerkezet

A maga módján egyedi kialakítású, 72,00 m támaszközű, új acélhíd felszerkezete, statikai rendszerét tekintve egy hálós függesztésű (network rendszerű) merevítőtartós ívhíd, szakszóval Langer-híd. Az elnevezést 1859-ben egy osztrák mérnök, Josef Langer szabadalmaztatta Bécsben, így az egykori Monarchia népeinek hidászai ma is ezt a terminus technicust használják előszeretettel. Érdekes, hogy vasúti Langer-híd Magyarországon legutóbb 55 éve, 1967-ben épült utoljára.
A hagyományos (függőleges) függesztőrudakat felváltó, hálós kábelelrendezésű (network rendszerű) függesztési mód kifejlesztése Per Tveit norvég mérnökprofesszor nevéhez fűződik [5]. Részben ennek a „kis” újításnak is köszönhetően, napjainkban a Langer-tartós ívhidak (tied arch bridge) reneszánszukat élik, látványos az előretörésük közúti és vasúti területen egyaránt [6, 7], így magunk is nagy örömmel vágtunk bele az új tervezési kihívásba.
Mivel kosárfüles kialakítással ebben a nyílástartományban még indokolatlanul széles, így gazdaságtalan pályaszerkezet adódott volna, ezért a két ívet függőleges síkban helyeztük el. Az acélívek tengelytávolságát – a kábelsíkok rakományütközéssel szembeni fokozott védelmét szem előtt tartva – a szokásosnál kissé bővebbre, 5,60 m-re vettük fel. A felszerkezet teljes szélessége, kétoldali üzemi járdákkal együtt, 8,20 m lett. A zárt szelvényű ívek alapvetően konstans magasságúak, az ívvállhoz közeledve azonban enyhén „trombitásodnak”.
A Vierendel tartószerűen nyolc ponton egymáshoz kitámasztott ívek nyílmagassága körülbelül 11,50 m, így a támaszköz viszonylatában kiadódó L/6,26 arányszám látványra is kellemes ívet eredményezett.
Mivel az autópálya bevágásban halad, minimális szerkezeti magasságra kellett törekednünk, így ágyazatátvezetéses vasúti felépítmény nem jöhetett számításba. Ehelyett hosszvályús, folyamatos rugalmas ágyazású felépítményt terveztünk (úgynevezett Edilon lekötéssel), 60E2 rendszerű sínekkel, 900 mm-es szerkezeti magassággal. A hídhoz zúzottkő ágyazatos vasúti pálya csatlakozik, vasbeton kereszt­aljakkal. A híd mindkét végénél, a csatlakozó pályaszakaszon elhelyezett, VM rendszerű síndilatációs készülék biztosítja a sín dilatációs mozgását.
A vasúti felépítményt fogadó, hossz- és kereszttartókkal, merevített ortotróp pályaszerkezetet a merevítőtartó szegélytartói fogják közre, kompakt merevítőtartót alkotva ezáltal. Ebben a rendszerben a kereszttartók gyakorlatilag tetszőlegesen kioszthatók. Végül a korábbi tapasztalataink alapján már bevált tartományba eső 4,50 m-es kiosztást választottunk.
A merevítőtartó szegélytartója aszimmetrikus gerincű „kalaptartó”, ahol a két eltérő magasságú gerinclemezt diafragmák dolgoztatják együtt, így biztosítva a két függesztősík megfelelő merevségű bekötését.
A merevítőtartót és az íves főtartót hálós elrendezésű kábelrendszer köti össze (4. ábra), ami a híd erőjátékának lelke. A nagy szilárdságú FLC függesztőkábelek korszerű, magas szintű technológiát képviselnek. Állítható hosszal és villásfejes-csapos végkapcsolattal (5. ábra) kifinomult rendszert alkotnak. A kábelek nominális szakítószilárdsági értéke 1570 MPa. A főtartónként 2×22 darab, geometriailag optimalizált network elrendezésű kábel két párhuzamos függőleges síkban helyezkedik el sugaras elrendezésben. A teljes függesztőrendszer összesen 88 kábelből áll [8].

Kilazulással szemben a sugaras elrendezés bír a legnagyobb ellenállással. Ezt a várakozást a híd próbaterhelése is visszaigazolta, ráadásul a választott elrendezés talán szebb is az állandó hajlásszögű változatnál.
A kábelek megfeszítéséhez egy egyszerű és mint kiderült, kis önsúly esetén is hatékony módszert alkalmaztak. Egyenkénti feszítés helyett, a szükséges feszítőerőt, a kábeleket egyszerre megfeszítve, a merevítőtartó saját önsúlya biztosította.
Az acélszerkezet részletmegoldásainak és a felszerkezet egészének megformálását egyaránt a jelen kor hegesztéstechnológiai igényeihez és színvonalához igazítva törekedtünk kialakítani, különös tekintettel a fáradás hatására. A főtartók egyszerű kialakítása révén például nagy mennyiségű, egybefüggő hosszirányú varrat alakult ki, ami a gyártás során magas szintű robotizálást tett lehetővé [4]. Az ív és a merevítőtartó kulcsfontosságú találkozási végcsomópontját, vagyis az ívváll kialakítását különös műgonddal igyekeztünk kezelni statikai és esztétikai értelemben egyaránt.
A vasúti terhet viselő tartószerkezet nettó tömege függesztőrudakkal együtt mintegy 335  t, vagyis 4,65 t/m. A híd teljes acélszerkezetének tömege sínhosszvályúkkal, terelőberendezéssel és kétoldali üzemi járdával együtt mintegy 402 t (5,58 t/m) lett. Látható, hogy ez egy nehéz vasúti teherre tervezett, de ennek ellenére igen könnyű, gazdaságos és esztétikus felszerkezet.
A nagy szilárdságú kábeleket leszámítva a betervezett acélanyag S355 minőségű „+N”-es anyag. A híd felszerkezetét a helyszínre szállított gyártási-szerelési egységeiből a helyszíni szerelőtéren szerelték készre, teljes mértékben hegesztett kivitelben. Csupán a kábelbekötések készültek villás-csapos kapcsolattal.
A korszerű korrózióvédő bevonat fedőrétegének tervezett RAL 5023 „distant blue” kék színárnyalata igazi felüdülés a jól megszokott „vasúti híd zöld”-höz képest. A függesztőkábelek és a korlátok védőbevonata RAL 7001 „silver gray” színű.

Az erőjátékról

Per Tveit professzor aprónak látszó, de hatalmas horderejű újítása komoly statikai előnyök kiaknázásához vezetett.
A network ívhíd erőjátéka lényegében nyomó és húzó igénybevételekben nyilvánul meg. A főtartó elemek hajlítónyomatékainak nagyságrendje – a hagyományos felfüggesztéshez képest – nagymértékben lecsökken az ívben és a merevítőtartóban egyaránt.
A hagyományos, illetve a network függesztésű ívhíd erőjáték-különbségéből adódó előnyök egy látványos megnyilvánulása a merevítőtartó statikai magasságának csökkenése. Míg a hagyományos függesztésű, 67,14 m támaszközű, budapesti Bartók Béla úti vasúti híd merevítőtartójának magassága 3,00 m (karcsúsága L/22), addig a 72,00 m támaszközű bólyi viadukt merevítőtartójának magassága csupán 1,40 m (karcsúsága L/51), vagyis a Bartók Béla úti hídénak a felét sem éri el.
Network elrendezésben a függesztőrudak nem csupán a merevítőtartó terheit közvetítik az ívre, hanem – a függesztőrudak ferdesége révén – egyfajta nyírási együttdolgozásra késztetik az általuk összekötött fő szerkezeti elemeket. A network rendszerű ívhíd alakváltozása féloldalas teherre sokkal kedvezőbb – a hagyományos felfüggesztéshez képest –, mert a jellegzetes szinuszhullámszerű aszimmetrikus deformációkat igen hatékonyan képes tompítani vagy akár teljesen ki küszöbölni [5, 9]. Ez a jelenség a híd próbaterhelése során is visszaigazolást nyert.
A felszerkezet tetemes merevséggel bír, így a főtartó lehajlásának és véglapelfordulásának mértéke jelentősen lecsökken. A tapasztalt statikai előnyök, főképpen a masszív merevségi mutatók, ezt az ívszerkezeti altípust különösen alkalmassá teszik vasúti használatra.

Egy kis technikatörténet

A fémből készült vonógerendás ívhíd gondolata több mint 400 évvel ezelőttről származik. Elsőként Verancsics Faustus (Faust Vrančić, 1551–1617) 1616-ban vetette papírra vízióját korszakalkotó Machinae Novae című művében. Roppant izgalmas, hogy Verancsics merevítőtartós ívhídja – a kor technikai színvonalához igazodva – még nem vasból, hanem bronzból készült volna.
Verancsics vízióját aztán az elsők között Maderspach Károly (1791–1849) valósította meg, öntött vas és kovácsolt vas alapanyag felhasználásával, 1833 és 1842 között három vonóvasas/vonóláncos közúti ívhíd megépítésével [10].
A vasút hazájában, a híres angol mérnök, Isambard Kingdom Brunel pedig 1849-ben épített egy immár ténylegesen vonógerendás/merevítőtartós vasúti ívhidat a Temze felett.

Alapozás és a hídalépítmények

Ahogy már említettük, a felszerkezethez hasonlóan a hídfők megépítéséhez is különleges technológiát választottunk, nevezetesen a milánói módszert. Az igen éles keresztezési szög miatt a hídfőtömb és a bevágási rézsű kölcsönhatásában kialakuló geometriai konfliktus feloldása érdekében, a hídfők homlokfalát rondellaszerűen, hengerpalást alakúra terveztük. Ezáltal a felszerkezet támaszvonalának merőleges végkialakítása is biztosított (6. ábra), dacára a ferde keresztezésnek.
A „dobozszerkezetű” hídfők alapozását és egyben felmenő falazatát is, alaprajzilag J betűt formáló, 100 cm átmérőjű CFA cölöpökből álló, hézagos cölöpfal alkotja. A cölöpfalazat tetejét félköríves vasbeton hídfőszerkezeti gerendák és azokkal egybeépített, hosszan hátranyúló rámpás járófelületű szárnyfalfejgerendák képezik. A „dobozszerkezetű” hídfő hatékonyan biztosítja a közrezárt földmag megfelelő megtámasztását, így a közvetlen vasúti teher viselését, valamint a felszerkezetről átadódó reakció- és fékezőerők megfelelő felvételét is. Emellett egy gazdaságos műszaki megoldás.
A háttöltést a hídfő szerkezeti gerendája felől vasbeton térdfal támasztja meg. A térdfalra – műanyag kompozit hídfákkal szerelt – bordás vasbeton kiegyenlítőlemez támaszkodik, megfelelő rugalmas átmenetet biztosítva a vasúti pálya számára és egyben a felszerkezet véglapelfordulásából származó vasúti felépítménymozgást megfelelő módon kezelve.

Összefoglalás

A hálós függesztésű modern ívszerkezet, nyilvánvaló statikai és gazdasági előnyei miatt, mára már népszerűvé vált a nehéz forgalmat bonyolító vasúti hídépítés területén is. Európa nyugati felében a British Railways [6], a Deutsche Bahn, az ÖBB vagy a Holland Vasutak vonalain is üzemelnek már network ívhidak, de a szomszédos országok közül például Ausztriában, Romániában és Szerbiában is már legalább egy-egy vasúti network ívhíd épült.

A szerkezet népszerűségének titka a triviálisan egyszerű statikai erőjáték mellett, talán a könnyű megépíthetőségben is rejlik, de cseppet sem mellékes jelentős esztétikai potenciálja sem, hiszen fontos, hogy a vasúti híd is legyen szép.
A MÁV Zrt. hálózatában eddig négy vasúti Langer-híd épült, mind a négy acélhíd. 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 is, valamint a Miskolc–Hejőcsaba 3. számú főút bevezető szakasza felett átívelő vasúti ívhíd is (1. táblázat). A Magyar Vasúttörténeti Parkban pedig 2010 óta üzemel egy, az MSc Kft. fiatal mérnökei által tervezett, 6,60 m támaszközű kerti vasúti acél ívhíd, ami a park hangulatának fokozása mellett, hiteles megjelenésével oktatási, demonstrációs célokat is szolgál.
A bólyi viadukt Magyarország első vasúti network ívhídja, jelenleg a legnagyobb támaszközű vasúti Langer-híd. Emellett ez az egyetlen, teljes egészében cölöpfalas hídfőkkel megépített nagyvasúti híd, valamint az egyetlen folyamatos rugalmas ágyazású, korszerű vasúti felépítménnyel rendelkező Langer-híd.
Örömünkre szolgál, hogy részt vehettünk eme korszerű szép híd (7. ábra) megvalósításában.