A cikk szerzője:

Dr. Horvát Ferenc főiskolai tanár
Széchenyi István Egyetem, Győr

Dr. Koch Edina egyetemi docens
Széchenyi István Egyetem

Dr. Major Zoltán egyetemi adjunktus
Széchenyi István Egyetem, Győr

Híd és vasúti folyópálya közötti átmeneti szakaszok kialakítása

A szerzők a MÁV Zrt. által finanszírozott kutatási munka keretében komplex módon vizsgálták az eltérő alátámasztási merevségű szakaszok csatlakozásánál fellépő al- és felépítményi maradó alakváltozások problémáját. Nagyszámú végeselemes futtatás eredményeire alapozva határozták meg az átmeneti szakasz geotechnikai, illetve pályaszerkezeti okból szükséges hosszát. Megoldásokat javasolnak helyszíni feltételekhez alkalmazkodó vasúti al- és felépítményi kialakításokra.

Bevezetés

Az eltérő alátámasztási merevségű vasúti pályaszakaszok (pl. híd és folyópálya, alagút és folyópálya) csatlakozásánál gyakori jellegzetes hiba az al- és a felépítményben kialakuló süllyedési teknő. A merevség hirtelen változása impulzusszerű dinamikus terheléseket gerjeszt, amelyek nem megfelelő szerkezeti kialakítás esetén a pályaszerkezetben maradó deformációkat okoznak. A viselkedést befolyásoló tényezők részben külső hatásból erednek (pl. vasúti járművek sebessége és tengelyterhelése, időjárási viszonyok, vibráció), részben geotechnikai eredetűek (pl. alépítmény- és altalajviszonyok, töltésmagasság), részben szerkezeti okokra (pl. híd statikai rendszere, a hídfő típusa, kölcsönhatás a vasúti vágány és a híd között), illetve vasúttervezési okokra (pl. gyenge vágányalátámasztási merevség és csillapítási képesség) vezethetők vissza. A kiváltó okok összetettsége komplex geotechnikai és pályaszerkezeti szemléletet, valamint a híd szerkezeti kialakításának figyelembevételét teszi szükségessé.
A helyes kialakítás megtervezése és kivitelezése két lépésben történik. Először a csatlakozó folyópálya alépítményében kell geotechnikai módszerekkel a terhek alatti süllyedések nagyságát megfelelő mértékűre csökkenteni és az elfogadhatónál nagyobb deformációkat megelőzni, majd az ágyazat alatt így kiadódott alátámasztási körülményekhez alkalmazkodóan kell a felépítmény szerkezeti kialakítását meghatározni.
A csatlakozás és környezete kialakításával kapcsolatosan az alábbi általános követelmények fogalmazhatók meg:

  • Új építéseknél, átépítéseknél meg kell előzni, illetve esetleges kialakulásukat követően kezelni kell tudni a hídfők környezetében kialakuló nagy süllyedéskülönbségeket. A különbségek oka az is lehet, hogy ütemében és mértékében eltérő a hídfő alapozásának süllyedése, a csatlakozó töltéstest alatti talaj konszolidációja, a töltéstest anyagának összenyomódása.
  • A vágány szilárd, egyenletes és megfelelő mértékben merev alátámasztású legyen. Ez szavatolja, hogy az alátámasztó szerkezetekre (híd, földmű) túlzottan nagy dinamikus terhelés nem jut, így kisebb a lokális hibák kialakulásának lehetősége.
  • Az alátámasztási merevség pontszerű, nagymértékű változásait átmeneti szakasz kialakításával kell megszüntetni. Az eltérő merevségű szakaszok között lépcsősen vagy folyamatosan kell az átmenetet kialakítani.
  • Az átmeneti szakasz hossza alkalmazkodjék a pályasebességhez, a járműterhekhez, a leküzdendő nagy merevségi lépcsőhöz.
  • Üzemelő pályában fontos szempont, hogy a csatlakozó szakaszon vaksüppedések ne alakulhassanak ki. 

Geotechnikai szempontból az alábbi megoldásokat lehet összefoglalóan megemlíteni:

  • csatlakozó földék kialakítása emelt követelményekkel (szemeloszlás, tömörítés, teherbírás),
  • talajerősítő eljárások alkalmazása:

            – stabilizáció,
            – CKT réteg beépítése,
            – mélykeverés,
             – függőleges vagy ferde oszlopok készítése,

  • rétegszerkezet-erősítés geoműanyagok (georács, geocella) alkalmazásával.

Vasúti felépítményszerkezeti oldalról is több megoldás alkalmazható. Ezek – az adott feladattól függően – az alátámasztási merevség szükséges mértékű megváltoztatását célozzák:

  • a hídfőnél a vágány alátámasztási merevségének csökkentése, a csillapítás mér­té­kének növelése (pl. elasztomerek alkalmazása);
  • a lehajlások egyenletessé tétele a csatlakozó zúzottköves pályaszerkezet haj­lí­tó­me­revségének növelése által (pl. kiegészítő sínek beépítése, ágyazatragasztás);
  • egyenletes merevségváltozás biztosítása az átmeneti zónában építendő merevlemezes vágányszakasszal, nem ágyazatátvezetéses hídhoz csatlakozóan.

A geotechnikailag szükséges átmeneti szakasz hosszának meghatározása

Plaxis 3D végeselemes program dinamikus moduljával különböző altalajviszonyokra és alépítmény-, illetve műtárgy-kialakításokra, illetve különböző vasúti terhekre és sebességekre végeztünk futtatásokat egyvágányú vasúti pálya esetére. Az altalaj vastagsága 5 m, illetve 10 m volt, amely alatt 15 m vastag merev réteg (E2 = 150 MPa) helyezkedett el. Öt különböző típusú altalajra vonatkozóan készítettünk számításokat: puha agyag, közepes agyag, előterhelt szerves iszap, puha iszap és laza homok (1. ábra).

1. ábra. A vizsgált alépítmény geometriai jellemzői és talajadottságaiAz 1:1,5 rézsűhajlású töltéstestben minden esetben jó minőségű szemcsés anyagot vettünk figyelembe. A felépítményt 35 cm hatékony ágyazatvastagságú zúzottkő, B70 vasbeton keresztaljak, 60 E1 r. sínszálak alkották. A térbeli modell 45 m széles és 96 m hosszú volt. Járműteherként az LM71 tehermodellt működtettük (4 × 250 kN koncentrált tengelyteher egymástól 1,6-1,6 m távolságban). A számítások során kétféle vonatsebességgel dolgoztunk: 80 és 250 km/h.
Műtárgy nélküli esetek
A műtárgy nélküli esetekben 0-2-4-6 m volt a töltésmagasság. A számítási eredmények elemzése segítségével az épített pályatest önsúlya alatt a sínkoronaszinten kialakuló süllyedés a következő összefüggéssel írható le:



ahol
t – a töltés magassága [m],
Es – az altalaj összenyomódási modulusa [kN/m2],
h0  – az összenyomódó réteg vastagsága [m].
Ezután számítottuk az első vonatáthaladás hatását is figyelembe vevő teljessüllyedés-értékeket és azok segítségével az alábbi közelítő jellegű képletet állítottuk fel:


        

ahol (az előbbiekben leírt jelöléseken túl)
V – a jármű sebessége [km/h].
Megvizsgáltuk a többszöri vonatáthaladás hatását is mind az öt altalajtípusra vonatkozóan. A számításokat 80 km/h sebességre készítettük el. Az LM71 vonatteher mindegyik modellen hétszer futott át, s az eredménydiagram a 2. ábrán látható. Megállapítottuk, hogy a süllyedésnövekmények az egyes vonatáthaladások között mindegyik altalajtípusra csökkenő tendenciát mutatnak. Kedvezőbb altalajadottságok mellett 10-15 ciklus, kedvezőtlen talajokban pedig várhatóan kb. 50 áthaladás után fog a süllyedés növekedése megállni.
Kis méretű műtárgyak esetei
A modellezett esetek jellemzőit az 1. táblázatban foglaltuk össze. Sebesség 80 km/h, illetve 250 km/h. Összesen 60 különböző modellt vizsgáltunk meg.


A 96 m hosszú modelleken a vonatteher első áthaladásakor bekövetkező többletmozgásokat, valamint a teljes süllyedéseket számítottuk. Meghatározásukhoz függőleges metszeteket vettünk fel, kettőt a folyópályán, ötöt pedig a háttöltés zónájában, valamint a műtárgy fölött, és ezekben a metszetekben kérdeztük le a teljes alakváltozást, amikor a vonatteher éppen az adott metszet fölött volt. Egy eredménysorozat grafikus feldolgozását a 3. ábra mutatja.

2. ábra. Idő-teljes süllyedés kapcsolat a járműteher többszöri áthaladásakor3. ábra. 2 × 2 m-es kerethíddal épített kialakítás eredményei 250 km/h vonatsebesség és 10 m vastag altalaj esetén
A kis méretű műtárgyak előtt és után szükséges átmenet hosszát a két eltérő alátámasztási merevségű építményrész (folyópálya és műtárgy) felett kialakuló süllyedéskülönbség határozza meg. Az első teheráthaladáskor kiadódó maximális süllyedéskülönbséget a folyópályán kialakult maximális süllyedés és közvetlenül a műtárgy széle fölött bekövetkezett maximális süllyedés különbsége adja meg.

4. ábra. Az első teheráthaladás során a szakaszok között bekövetkező maximális süllyedéskülönbség az első teherátadáskor bekövetkező többletsüllyedés  függvényébenA 4. ábra a folyópályán az első teherát­haladáskor bekövetkező többletsüllyedés és a kialakult maximális süllyedéskülönbség kapcsolatát mutatja.

A cikk folytatódik, lapozás:123456Következő »

Irodalomjegyzék

  • [1] Vertical Elasticity of Ballastless Track. Draft. UIC project 1/03/U/283. version 2005-08-02.
  • [2] L. J. M. Houben: Structural design of pavements. Part IV Design of Concrete Pavements. CT 4860. (2009)
  • [3] Új műszaki megoldás kidolgozása a hézagnélküli vágány hidakon történő átvezetésére, amely a jelenlegi előírások szerint szükségesnek tartott síndilatációs szerkezet alkalmazásának szükségességét a hídhossz függvényében csökkenti, és a hídfő mögötti gyenge háttöltés miatti vágánygeometriai romlást mérsékli. Zárójelentés. Munkaszám: 95-3106-18. Készítette: Széchenyi István Egyetem, Győr, 2012. 11. 30.
  • [4] MSZ EN 1991-2:2006 Eurocode 1: A tartószerkezetet érő hatások. 2. rész: Hidak forgalmi terhei.
A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2018 / Különszámában.
Ha szeretne rendszeresen hozzájutni a legfrisebb számokhoz, fizessen elő a folyóiratra.
A hozzászólások megtekintéséhez vagy új hozzászólás írásához be kell jelentkeznie!
Sínek Világa A Magyar Államvasútak Zrt. pálya és hídszakmai folyóirata
http://www.sinekvilaga.hu | ©