Reliability and failure resistance of the stone bridge structure of Charles bridge during floods

Abstract

The most frequent damage and collapse of some of the spans of Charles Bridge during floods occurred namely in its central part which was exposed to an intense flow of backwater and erosion of the bridge pier footing bottom, which the originally relatively shallow foundations of the piers on boxes were not able to resist for a longer time (the floods of 1432, 1496, 1784, 1890). The stone vault bridge structure was damaged due to scouring of the bridge piers foundations, their successive tilting and settlement accompanied by degradation, and finally collapse of the adjoining bridge vaults. The foundation of piers on caissons and execution of caisson rings in 1892 and 1902 to 1904 in this part of the bridge, together with measures avoiding the piling up of objects in front of the bridge, enabled the bridge to withstand the impact of more than a hundred‐year flood during the events of August 2002. The numerical analysis proved an extreme sensitivity of the stone vault bridge structure to the effects of changes in the footing bottom shape. Due to the changes in the footing bottom (angular rotation, subsidence, shifting), normal and shear stresses arise in the stone vault bridge structure, and exceed the load‐bearing capacity of the masonry causing its disintegration. The fundamental measure to prevent the bridge vaults from failure due to the changes in the footing bottom shape is to secure reliably the bridge piers foundations. The increased rigidity of the stone bridge structure achieved by the interaction with the additionally inserted reinforcing structure and by bracing the bridge body filler does not ensure the reliability and safety of the bridge structure from flood‐related failures.

Karolio tilto mūrinių konstrukcijų patikimumas ir atsparumas per potvynius

Santrauka. Potvynių metu Karolio (angl. Charles) tilte Čekijoje didžiausios pažaidos ir suirimai atsirado centrinėje dalyje, kuri buvo paveikta intensyvia vandens tėkme. Potvynių metu taip pat vyko pagrindo po tilto tarpine atrama erozija, dėl kurios atramos pamato tolesnė eksploatacija buvo negalima (1432, 1496, 1784, 1890 metų potvyniai). Arkinė mūrinė tilto konstrukcija buvo pažeista dėl pagrindų po atramų pamatais išplovimo. Dėl to atsirado pamato posvyris bei nuosėdis, o tai, sukėlė tilto mūrinių skliautų pažaidas, o vėliau – ir suirimą. Šioje tilto dalyje 1892 m. ir 1902–1904 metais įrengti kesoniniai pamatai sustiprino tilto konstrukciją, kuri atlaikė 2002 m. rugpjūtį vykusį potvynį. Atliktas skaitinis eksperimentas parodė, kad arkinė mūrinio tilto konstrukcija yra labai jautri pagrindo deformacijoms. Dėl pagrindo deformacijų (pasisukimo, nuosėdžio, pasislinkimo) padidėja normaliniai ir tangentiniai įtempiai arkų konstrukcijose. Kritiniais atvejais šie įtempiai viršija mūro stiprumo ribą, o tai sukelia mūro suirimą. Klasikinė mūrinių arkinių tiltų apsaugos nuo suirimo dėl pamato deformacijų priemonė, yra patikimas pamatų po tarpinėmis tilto atramomis stiprinimas. Bendrasis tilto standumas buvo padidintas įrengus papildomą laikančiąją gelžbetoninę konstrukciją bei sutvirtinus anstato užpildymą, tačiau tai neužtikrino tilto konstrukcijų patikimumo ir saugos potvynių metu.

Reikšminiai žodžiai: potvyniai, arkinis mūrinis tiltas, pažaida, horizontalusis ir vertikalusis poslinkis, pamato pagrindas, pasisukimas, nuosėdis, poslinkis, tilto skliautų suirimas, antstato užpildymas, normaliniai ir tangentiniai tempimo įtempiai, standumas, antstatas, klimatiniai poveikiai, sąveika.

First Published Online: 14 Oct 2010

Keyword : floods, stone vault bridge structure, damage, horizontal and vertical shif, footing bottom, angular rotation, subsidence, shift, collapse of adjoining bridge vaults, bridge body filler, tensile normal and shear stresses, rigidity, breast walls, non-force effects, interaction