Mosty zespolone stalowo – betonowe są najczęściej projektowanymi i budowanymi obiektami mostowymi w klasie mostów średniej i dużej rozpiętości. Powodem wzrastającego zainteresowania mostami zespolonymi jest zarówno ich wysoka nośność, trwałość i niezawodność, potwierdzona przez ponad 50 lat doświadczeń, jak i nowe możliwości kształtowania przekrojów poprzecznych oraz rozwój metod budowy mostów zespolonych. Do najważniejszych zalet mostów zespolonych należą:
- Optymalne wykorzystanie wysokiej wytrzymałości na rozciąganie stali konstrukcyjnej oraz wytrzymałości na ściskanie betonu, co pozwala na kształtowanie bardzo smukłych i estetycznych obiektów mostowych,
- Technologiczność budowy (krótki czas i prostota montażu), pozwalająca na niezakłócony ruch drogowy i/lub kolejowy pod budowanym obiektem,
- Wysoka nośność, trwałość i wytrzymałość zmęczeniowa żelbetowych płyt pomostów przy ograniczeniu rozwartości rys oraz odpowiedniej grubości płyty,
- Większa odporność na korozję w porównaniu z mostami stalowymi,
- Zmniejszenie rozmiarów oraz liczby podpór i fundamentów obiektów mostowych, co jest związane ze znacząco mniejszym ciężarem własnym przęseł mostów zespolonych w porównaniu z przęsłami mostów betonowych,
- Niższe koszty oraz mniejsze obciążenia środowiska w cyklu życia mostu (LCCA, LCA) w stosunku do innych rodzajów konstrukcji mostowych.
Mimo braku polskiej normy dotyczącej projektowania drogowych mostów zespolonych w Polsce często są budowane tego typu konstrukcje. Świadczą o tym liczne przykłady mostów zbudowanych w ostatnich 20 latach na największych polskich rzekach, m.in. most na Wiśle w Wyszogrodzie, most na zalewie w Zegrzu, most na Sanie w Radymnie, most na Bugu w Miałkini, Most im. Pionierów Miasta Szczecin, Most Marii Skłodowskiej-Curie w Warszawie, a ostatnio mosty na Wiśle w Kamieniu i Połańcu. Są to w większości belkowe układy ciągłe o rozpiętości głównych przęseł 70-160 m, dwu- lub czterodźwigarowe, tworzące ruszt stalowy z blachownicami, poprzecznicami, przykryty płytą żelbetową, zespoloną z dźwigarami stalowymi z pomocą łączników sworzniowych. Taki układ konstrukcyjny przęseł mostów, przy aktywnym zastosowaniu możliwości technologicznych ich budowy, okazał się bardzo efektywny technicznie i ekonomicznie i jest obecnie doskonałą alternatywą dla powszechnie budowanych betonowych mostów sprężonych. Kolejnym powodem rosnącego zainteresowania mostami zespolonymi jest wprowadzenie do ich projektowania europejskich norm konstrukcyjnych (PN-EN), tzw. Eurokodów, wśród których jest pierwsza w historii polska norma podająca procedury projektowania mostów zespolonych PN-EN 1994-2, pozwalające na znaczącą optymalizację materiałową oraz zwiększenie trwałości tych obiektów. Obecnie koniecznością staje się popularyzacja metod projektowania mostów zespolonych wedlug Eurokodów, czemu ma służyć niniejsza publikacja.
Podręcznik został opracowany w formie przewodnika po zagadnieniach projektowania drogowych mostów (wiadukt, estakad) zespolonych według Eurokodów. Ponieważ Eurokody zostały stworzone do weryfikacji projektowania, w podręczniku nie przedstawiono fazy projektowania koncepcyjnego. Nie zawiera on zatem wytycznych do projektowania koncepcyjnego. Nie zawiera on zatem wytycznych do projektowania koncepcyjnego (kształtowania), lecz obejmuje procedury sprawdzania normowego (tzw. code checking) wstępnie przyjętego układu konstrukcyjnego oraz przekrojów elementów przęseł mostu. Podręcznik nie wyczerpuje całkowicie zagadnienia, jakim jest projektowanie mostów zespolonych według Eurokodu 4, gdyż nie obejmuje np. przęseł z belek stalowych obetonowanych czy zespolonych przęseł skrzynkowych. W podręczniku nie opisano wszystkich oddziaływań uwzględnianych podczas projektowania mostów, np. obciążeń ponadnormatywnych, wyjątkowych, sejsmicznych. Przyjęto jedynie typowe obciążenia i oddziaływania, najbardziej istotne w obliczeniach mostu drogowego o konstrukcji zespolonej.
Głównym celem podręcznika jest w miarę szczegółowe przedstawienie procedury sprawdzania stanów granicznych według Eurokodu 4 i norm związanych na przykładzie trójprzęsłowego mostu belkowego o dwudźwigarowym przekroju poprzecznym. Autorzy podręcznika, chcą podkreślić jego dydaktyczny charakter i widząc potrzebę przypomnienia projektantom wybranych podstaw mechaniki budowli, wykonali analizę statyczną układu przęseł mostu w sposób elementarny, opierając się na liniach wpływu sił wewnętrznych oraz najprostszym rozkładzie poprzecznym obciążenia ruchomego. W podręczniku przedstawiono wyniki globalnej analizy statycznej dla całego mostu, pełne obliczenia sprawdzające wykonano natomiast dla dwóch wybranych przekrojów poprzecznych przęseł: przekroju podporowego (nad filarem) i przekroju w środku rozpiętości najdłuższego przęsła. Na podstawie opisanego przykładu bez większych trudności można wykonać obliczenia sprawdzające dla układów jedno- i wieloprzęsłowych oraz przęseł wielodźwigarowych, przeprowadzając adekwatną dla danego układu analizę statyczną.
W projektowaniu drogowych mostów zespolonych podstawową normą jest część druga Eurokodu 4 [PN-EN 1994-2], odsyłająca jednak w wielu miejscach do innych Eurokodów, niezbędnych do zaprojektowania mostu zespolonego. W podręczniku cytowano ostateczną, końcową wersję Eurokodów, opublikowaną przez PKN jako Polskie Normy PN-EN. Ze względu na brak załączników krajowych do Eurokodów w podręczniku odwoływano się do europejskich załączników krajowych oraz podanych tam wartości, co opatrzono odpowiednim komentarzem. Aby ułatwić posługiwanie się tekstem, w obliczeniach wstawiano odsyłacze do odpowiednich klauzul poszczególnych Eurokodów oraz uzupełniono komentarze na temat możliwości wyboru innych opcji.
Tekst podręcznika przygotowano w postaci standardowego raportu z obliczeń sprawdzających poprawność ukształtowania i zaprojektowania przęseł typowego mostu zespolonego. Przedstawiono ogólne dane o moście, szczegółowe dane o przyjętej geometrii przęseł i dźwigarów, założenia na temat technologii wykonania mostu oraz charakterystyki przyjętych materiałów. Opisano kolejno wszystkie obciążenia i oddziaływania przyjęte w obliczeniach oraz sposób ich uwzględniania w globalnej analizie statycznej mostu. Przedstawiono ogólne dane o moście, szczegółowe dane o przyjętej geometrii przęseł i dźwigarów, założenia na temat technologii wykonania mostu oraz charakterystyki przyjętych materiałów. Opisano kolejno wszystkie obciążenia i oddziaływania przyjęte w obliczeniach oraz sposób ich uwzględniania w globalnej analizie statycznej mostu. Przedstawiono wymagane kombinacje obciążeń i oddziaływań w stanach granicznych nośności (ULS – ultimate limit state) oraz użytkowalności (SLS – serviceability limit state), a następnie przeprowadzono globalną analizę statyczną, którą oparto na wymaganiach Eurokodu 4. W wyniku przeprowadzonej analizy wyznaczono siły wewnętrzne w wybranych przekrojach (M,V,N) w postaci obwiedni ich wartości na długości przęseł mostu.
Obliczenia przedstawione w podręczniku prezentują normowe sprawdzenie przejętych wstępnie przekrojów (geometrii) przęsła według procedur Eurokodu 4. Kolejno omówiono procedury sprawdzania następujących warunków normowych w przęsłach mostu zespolonego:
- Stanów granicznych nośności (ULS) przekrojów zespolonych, z wyjątkiem zmęczenia,
- Stanów granicznych użytkowalności (SLS) przekrojów zespolonych,
- Stanu granicznego zmęczenia (ULS) w wybranych elementach,
- Stanów granicznych płyty betonowej (ULS i SLS),
- Łączników zespalających.