A cikk szerzője:

Hudacsek Péter egyetemi tanársegéd
Széchenyi István Egyetem

Dr. Koch Edina egyetemi docens
Széchenyi István Egyetem

Szilvágyi Zsolt egyetemi tanársegéd
Széchenyi István Egyetem

Wolf Ákos egyetemi tanársegéd
Széchenyi István Egyetem

Kis nyílású műtárgyak csatlakozó szakaszainak vizsgálata

A cikkben a szerzők az eltérő szerkezetű és rugalmasságú vasúti pályaszakasz viselkedését vizsgálták dinamikus hatásra, végeselemes programmal, PLAXIS 3D szoftverrel. A tanulmány puha agyag talajba épített, B méretkategóriás műtárgy előtti és utáni átmeneti szakasz viselkedését vizsgálja, különös tekintettel az olyan tényezőkre, mint a vonatsebesség, a töltésmagasság, illetve az átmeneti zónában kialakuló süllyedéskülönbség.

A vasúti vágány alátámasztásának merevségi viszonyai fontosak mind az al­épít­mény­koronának, mind pedig a vágány elemeinek igénybevétele, a kialakuló elváltozások (pl. alépítményi deformációk) szempontjából. A kérdésnek különösen ott van jelentősége, ahol hirtelen, egy keresztmetszetben jelentős szerkezeti változás található a pályában. A hazai vasúthálózaton ilyen helyet jelent a folyópálya és a hídszerkezeten átvezetett vágány csatlakozása, vagy az alagút és a folyópálya találkozása, de ide sorolhatók a kis takarású rövid műtárgyak és csatlakozó szakaszaik is. Számos példa igazolja, hogy a nem kellően körültekintő műszaki megoldások olyan elváltozásokat, sérüléseket eredményeznek, amelyek akár hosszabb idejű sebességkorlátozások bevezetését te­szik szükségessé, vagy éppen túl gyakori beavatkozásokat (pl. FKG szabályozás) követelnek, és mindezek nagymértékben drágítják a fenntartást.
A vasúti pályákban az átmeneti zóna olyan pályaszakasz, ahol eltérő merevségű zónák között változó merevségű pályatestet alakítanak ki. Az 1. ábra érzékelteti a probléma lényegét, a hirtelen merevségváltozás következtében kialakuló süllyedéskülönbséget. Közismert, hogy a vasúti fenntartási költségek csökkentéséhez a pályaszerkezet egyenletes függőleges merevségű alátámasztásának biztosítása és ennek időben és térben való fenntartása szükséges. A támaszmerevség vonal menti állandósága a hídfők, alagutak, átereszek földműre épített pályaszakaszokhoz ké­pesti nagy merevsége miatt nyilvánvalóan nem tud teljesülni. Ezeken a helyeken a legtöbb, ami elérhető, hogy az átmenet a merev és a kevésbé merev szakaszok között kellően kis gradiensű legyen. Az átmeneti zónák egyebek között ezt a fokozatos merevségbeli átmenetet hivatottak szolgálni, ahogy az a 2. ábrán is látható.

1. ábra. A merevségváltozás hatása a pálya-műtárgy csatlakozásánál

2. ábra. Átmenet a merevségben

Az ERRI [1] rámutatott, hogy az átmeneti zónában a vasúti pálya viselkedését befolyásoló tényezők részben külső hatásból (tengelyterhelés, időjárási viszonyok, sebesség, vibráció) erednek, részben geotechnikai eredetűek (alépítmény, altalajviszonyok), részben szerkezeti (statikai rendszer, hajlítási merevség, oldalirányú mozgás, kölcsönhatás a vasút és a híd között), illetve vasúttervezési okokra (merevség, síndilatációs szerkezetek elhelyezése) vezethetők vissza.
Az átmeneti zónák kapcsán felmerülő hibák csökkentésére számos módszert ismernek és alkalmaznak. Az átmeneti zóna célja kivétel nélkül a „puha” töltésről a merev hídfőre, illetve egyéb szerkezetre való haladáskor várható hirtelen merevségváltás elsimítása.
A „puha” oldalon az átmenet elsimítására használatos módszerek a nemzetközi szakirodalom alapján a többi között a hosszú keresztaljak használata, a változó keresztaljkiosztás, az aljközök meleg asz­faltos kiöntése, geotextília beépítése, talajstabilizálás, merevítő sínszálak vagy úszólemez beépítése. Míg a merev oldal puhítására alkalmas módszer a rugalmas sínalátétek, aljpapucsok, műanyag keresztaljak vagy alágyazati szőnyegek használata.
Az átmeneti szakaszon használt megoldás hatékonyságának biztosításához, annak tervezésekor figyelembe kell venni a pálya diszkontinuitásaihoz kapcsolódó merevségi kérdéseket. Az átmeneti szakaszok kapcsán a hibák kialakulásának komplex elemzése megkerülhetetlen. Az át­meneti szakaszra jellemző, fokozatos állagromlással járó mechanizmusok megértéséhez a dinamikus és térbeli hatások figyelembevétele kulcsfontosságú.
A jelenség feltárásához és elemzéséhez numerikus 3D modellt építettünk, amelyet az alábbiakban – az ezzel végzett szimulációk első eredményeivel együtt – mutatunk be.

Modellezési elvek

A tanulmányban egy 2,0 m × 2,0 m nyílású zárt vasbeton kerethíd felett áthaladó vasúti teher hatását vizsgáljuk a PLAXIS 3D végeselemes program dinamikus moduljának segítségével. A 3. ábrán látható az áteresz hosszmetszete a talajprofillal együtt. A modellben a felső 5 m vastag puha agyagréteg alatt tömör homok található 15 m vastagságban. A puha réteg felett modelljeinkben változó, H = 0,2,–4 m magas, 1:1,5 rézsűhajlású homoktöltés adja a vasúti pálya alátámasztását. A zúzottkő ágyazat hatékony vastagsága 0,35 m. A modellezés során 96 m hosszú és 45 m széles területet vizsgálunk. A határfelületekről való visszaverődés minimalizálása végett a modell szélein viszkózus határfelületi elemeket alkalmaztunk. A vasúti sínt gerendaelemként modelleztük, melynek keresztmetszeti paraméterei alapján számítható hajlítási és normálmerevség megegyezik az UIC 60 rendszerű sínével. A B 70 jelű szabványos keresztalj szintén gerendaelemként szerepel, annak megfelelő inercianyomatékkal és keresztmetszeti területtel. A vasúti sín és a keresztaljak mechanikai jellemzőit az 1. táblázat foglalja össze. A modellben levő 121 db keresztalj tengelytávolsága egyenletesen 60 cm. A 4. ábra a felépített PLAXIS 3D modellt mutatja. A vonatot az Eurocode-ban megadott LM 71 jelű tehernek megfelelően 8 db 125 kN-os dinamikus pontszerű kerékteherrel vettük figyelembe.

3. ábra. A pálya sematikus hosszmetszete

4. ábra. A pálya PLAXIS 3D modellje az áteresszel

A cikk folytatódik, lapozás:123Következő »

Irodalomjegyzék

  • [1] European Rail Research Institute. Utrech. ERRI D 230.1/RP 3. Bridge ends. Embankment Structure Transition. State of the Art Report, Nov. 1999.
  • [2] Benz, T., Vermeer, P.A., Schwab, R. (2009): A small-strain overlay model. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, Vol. 33, pp. 25–44.
  • [3] Ray, R.P., Szilvágyi, Zs., Wolf Á.:
  • Talajdinamikai paraméterek meghatározása és alkalmazása. Sínek Világa, 2014/1.
A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2017 / 2. számában.
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 | ©