Provozní zatížení železničních mostů

ilustrační foto - most v Heřmani

Zatížení provozem je jedním ze základních hledisek, které charakterizují železniční síť. Je to údaj, který vyjadřuje efektivitu využití sítě a definuje požadavky na dopravní cestu. Tato práce se věnuje průměrnému provoznímu zatížení, které dává provoznímu zatížení tvar, jenž je nezávislý na délce sítě a umožňuje plynulé navázání na dosavadní výsledky v dotyčné problematice [1], [2].

Provozní zatížení je důležitým ukazatelem, který umožňuje vzájemné porovnání železničních sítí, nebo posouzení konkrétní železniční sítě z hlediska provozu v závislosti na čase. Na území České republiky se sleduje zatížení tratí prakticky
od počátku železniční dopravy. V práci jsou používány statistické údaje, které byly získány z několika zdrojů Českých drah. Protože se jedná o období zahrnující časový interval delší než 150 let, je jasné, že statistické metodiky zaznamenaly během svého vývoje spoustu změn, které souvisejí jednak se změnami délky sítě, se změnami majitelů sítě, s různým dělením úseků, dále s vývojem jednotlivých trakcí a v neposlední řadě i s možností evidence a následným zpracováváním údajů.

V rámci studie provozního zatížení [2] bylo nutné sledovat pouze takové hodnoty, které jsou pro železniční síť výstižné z hlediska provozu a jež jsou srovnatelné pro co možná nejdelší časový úsek. Proto se po podrobném zpracování archivních statistik došlo k závěru, že je vhodné sledovat hrubé tunokilometry přepravené po celé síti. Podrobnější specifikace statistik sice zaznamenávají zajímavé informace z hlediska provozu dráhy, ale jsou srovnatelné pouze v krátkém časovém období ve kterém byly prováděny.

Klasifikace

Zatížení mostních konstrukcí lze v souladu s [1] klasifikovat podle tří různých hledisek:

1. rozdělení zatížení podle povahy působících sil (statické nebo dynamické zatížení),
2. rozdělení zatížení podle směru působících sil (zatížení svislé, vodorovné podélné a vodorovné příčné),
3. rozdělení zatížení podle účelu použití (zatížení charakteristické, návrhové provozní a návrhové extrémní, dle [3] únavové zatížení).

Návrhové provozní zatížení je zatížení, které se vyskytuje při každodenním provozu. U evropských železničních správ je jednotkou návrhového provozního zatížení hmotnost nákladu a vozidel včetně lokomotiv, který se přes danou konstrukci převeze za rok [4]. Tato hmotnost se vyjadřuje v miliónech tun.

Provozní zatížení je pro jednotlivé intervaly dle [1] klasifikováno následovně:

• velmi těžké přes 60. 10⁶ t / rok,
• těžké 30 – 60. 10⁶ t / rok,
• střední 10 – 30. 10⁶ t / rok,
• lehké 2 - 10. 10⁶ t / rok,
• velmi lehké do 2. 10⁶ t / rok.

Podle normy [5] je klasifikace následující:

• velmi těžké 30 - 60. 10⁶ t / rok,
• těžké 10 - 30. 10⁶ t / rok,
• střední do 10. 10⁶ t / rok.

Provozní zatížení dle [3] bere v úvahu jeden typ provozního zatížení a to s hodnotou 25. 10⁶ t / rok, která se při výpočtech násobí součinitelem závislým na objemu dopravy.

Průměrné provozní zatížení, historie a jeho vývoj

Průměrné provozní zatížení je údaj, který charakterizuje provozní zatížení bez závislosti na délce železniční sítě a to jednak z důvodů návaznosti na předcházející výsledky [1] a za druhé kvůli rozdělení sítě při rozpadu Československa.

V tab. 2 je zapsán počet přepravených hrubých tunokilometrů, které jsou vypočítány ze statistik v závislosti na jednotlivých létech a to od roku 1954 do roku 2003. Tunokilometry jsou rozděleny také podle druhu dopravy a to podle toho, zda se jedná
o dopravu nákladní nebo osobní. V šestém sloupci tabulky jsou hodnoty průměrného provozního zatížení odečtené z grafu dle [1]. Hodnoty zatížení jsou uvedeny v milionech tun a charakterizují železniční provoz na tratích tehdejších ČSD.

Na to, aby bylo možné statistiku průměrného provozního zatížení doplnit o aktualizované údaje, neboť literatura [1] řeší problematiku provozního zatížení s ohledem na rok vydání pouze do roku 1980, byla hledána závislost mezi provozním zatížením, které bylo získáno z archivních zdrojů Českých drah a hodnotami, které byly zpracovány Frýbou [1].

Průměrné zatížení je vztaženo k celé délce sítě. Proto jsou v pátém sloupci tabulky hodnoty celkového provozního zatížení vydělené hodnotou odečtenou z grafu [1,obr. 10.2. str. 182]. Vypočítané hodnoty odpovídají přibližně délce kolejí na síti
tehdejších Československých státních drah. Malá nepřesnost, která tuto hodnotu v pátém sloupci tabulky doprovází je způsobena chybou, která vzniká při odečítání hodnot z grafu. V posledním sloupci tabulky jsou hodnoty průměrného provozního zatížení dle autorky, přičemž bylo postupováno následovně.

Průměrné provozní zatížení je bráno jako celkové zatížení v miliónech hrubých tunokilometrů za rok v závislosti na celkové délce kolejí.

P_pz = c_z / s,

kde
p_pz … je průměrné provozní zatížení,
c_z … je celkové zatížení dopravou,
s … celková délka kolejí.

Celková délka kolejí se od padesátých let výrazně změnila pouze jednou a to při rozpadu ČSD na ČD a ŽSR. Ostatní změny jsou z hlediska celé sítě nepatrné a proto jsou zanedbány a vzaty v úvahu pouze 2 různé hodnoty.

interval	délka sítě v [km]
1954 - 2002	16 175
1993 - 2004	11 430

tab. 1

Celková délka kolejí 11 430 km je převzata ze statistické ročenky Českých drah z roku 2002 [6], přičemž 7624 km tvoří tratě jednokolejné, 2 x 1 819 km tvoří tratě dvoukolejné a 3 x 56 km tratě trojkolejné. Pro stanovení celkové délky kolejí sítě ČSD (železniční síť celého tehdejšího Československa) bylo použito statistik ČSD z roku 1970, přičemž 10 470 km tvořily tratě jednokolejné, 2 x 2809 km tratě dvoukolejné a 3 x 29 km tratě tříkolejné.

 
tab. 2

Již začátkem devadesátých let vznikla u nás na železnici možnost přepravy externími dopravci. Podíl přepravy prostřednictvím externích dopravců je malý, v devadesátých letech byla přeprava těmito dopravci ve statistikách celkových zatížení sítě Českých drah zanedbatelná. V současné době přepravují externí dopravci 1,5 % hrubých tunokilometrů ze všech přepravených hrubých tunokilometrů po železnici v ČR.

Očekává se, že se tato situace změní tím, že ČR vstoupila do EU. Tab. 2 obsahuje od roku 1999 včetně počet hrubých tunokilometrů jako součet tunokilometrů dopravce Českých drah a externích dopravců. Statistiky od roku 1993 do roku 1998 se týkají pouze Českých drah. V té době, jak je uvedeno výše, externí dopravci tvořily zanedbatelnou část provozního zatížení, a proto je není nutné do tab. 2 vůbec zahrnovat.

V grafu č. 1 je zpracováno průměrné provozní zatížení. Od roku 1981 nebylo průměrné provozní zatížení doposud publikováno. Nově zjištěné hodnoty průměrného provozního zatížení doplňují dříve publikované hodnoty zatížení [1].

tab. 3

Převzaté hodnoty průměrného provozního zatížení jsou zapsány v tab. 3. Provozní zatížení za válečné roky (1942–1945) nejsou k dispozici.

graf 1

Z grafu je patrné, že provozní zatížení v posledních patnácti letech zaznamenalo několik základních změn. Do roku 1988, kdy nastalo absolutní maximum z hlediska zatížení, a to hodnotou průměrného provozního zatížení 11,11 hrubých tun,
převažovala rostoucí tendence. Od roku 1989 do roku 1994 následoval prudký pokles z hodnoty 10,81 hr t na 5,74 hr t, což je pokles během 5 let o 47 %. V roce 1995 byl zaznamenán lehký nárůst na hodnotu 6,25 hr t a posléze opět pokles, tentokrát již
nikoli prudký ale pozvolný s jedním záchvěvem růstu v roce 2000. V roce 2002 nastala určitá stagnace tendence růstu, kdy se hodnota průměrného provozního zatížení zastavila na hodnotě 4,47 hr t. V roce 2003 se tato hodnota změnila pouze nepatrně
a to na hodnotu 4,54 hr t. Statistiky za rok 2004 nejsou zatím zpracovány. Co se týče hodnoty průměrného provozního zatížení za rok 2004, tak lze očekávat, že tato hodnota poklesne.

Vývoj provozního zatížení je velmi těžké do budoucna odhadovat, protože není zcela jasné jaké místo zaujmou v Evropské unii České dráhy a jaký vliv budou mít na železniční dopravu cizí dopravci u nás. Je pravděpodobné, že se v naší republice zvýší podíl externích dopravců a je otázkou, na kolik toto zvýšení bude znamenat nárůst provozního zatížení a nebo zda se bude jednat pouze o změnu dopravce.

Vliv na průměrné provozní zatížení by samozřejmě mělo i eventuelní zastavení provozu na některých nelukrativních tratích a tím snížení délky sítě a eventuelního nárůstu průměrného provozního zatížení. Tyto otázky ale závisí na mnoha vnějších
aspektech. Není však pravděpodobné, s ohledem na statistiky provozních zatížení v zemích Evropské unie, že by u nás ještě někdy železnice dosahovala takových průměrných provozních zatížení, jako tomu bylo koncem osmdesátých let.

Provozní zatížení na konkrétních tratích

Nejzatíženějším úsekem z hlediska provozního zatížení Českých drah je traťový úsek z Ústí nad Orlicí do Chocně a zpět. Jedná se o dvoukolejnou hlavní trať, která vede z Prahy do České Třebové a dále pak na Brno či Ostravu. Tato trať je součástí tzv. I. koridoru. Při pohledu na mapu železní sítě ČD zjistíme, že traťový úsek Ústí nad Orlicí - Choceň tvoří ve východo-západním směru hrdlo, které zajišťuje dopravu právě v tomto směru.

V tab. 4 je rozepsáno celkové provozní zatížení na tomto úseku. V letech 1994 až 1998 se zvlášť evidovalo zatížení od lokomotivních vlaků. V posledních letech se lokomotivní vlaky řadí v těchto statistikách mezi vlaky nákladní. Pro hodnoty provozních zatížení za jednotlivé roky je z důvodu přehlednosti vypočítán průměr hodnot zatížení na jeden směr. Provozní zatížení v obou směrech jsou srovnatelná.

České dráhy evidují provozní zatížení všech tratí své sítě. Existuje předpis - Označení evidenčních úseků [7], který každému úseku přiřazuje čtyřmístné číslo, pod kterým se tento úsek ve statistikách uvádí. Dále existují jiná čtyřmístná čísla, která spojují vždy několik podúseků do logických celků tratí. Pod těmito čísly lze ve statistikách Českých drah získat informace řádově za posledních deset let. Starší statistiky jsou vzhledem k tehdejším možnostem zpracování svoji strukturou odlišné.

tab. 4

Literatura

[1] Frýba, L.: Dynamika železničních mostů, Academia, Praha 1992
[2] Žemličková, L.: Ekvivalentní rozkmit napětí železničních mostů, Disertační práce, Praha 2004
[3] EN 1991-2 Eurocode 1, Actions on structures - Part 2: Traffic loads on bridges, September 2003.
[4] Statistische Verteilung der Achslasten und Beanspruchung von Eisenbahnbrűcken, Utrecht, 1973 - 1979, Frage D 128
[5] ČSN 73 6203 –1986 Zatížení mostů
[6] Statistická ročenka Českých drah 2002, ČD a.s., Generální ředitelství, 2002
[7] Předpis ČD - Označení evidenčních úseků