Rovatok 2015-től
Rovatok
- Bemutatkozás »
- Fejlesztés beruházás »
- Informatika »
- Korszerűsítés »
- Környezetvédelem »
- Közlekedésbiztonság »
- Közlekedéstörténet »
- Kutatás »
- Megemlékezés »
- Méréstechnika »
- Mérnöki ismeretek »
- Minőségbiztosítás »
- Szabályzatok »
- Technológia »
- Egyéb »
Szerzői segédlet
A Sínek Világa folyóirat szerzőinek összeállított szempontok és segédlet.
Tovább »Talaj és szerkezet kölcsönhatásának figyelembevétele hídszerkezetek modellezésénél
A hagyományosan – elkülönült, lineáris rugókarakterisztikával – végzett számításokhoz képest kedvezőbb eredményeket (igénybevétel, alakváltozás) elsősorban az alapozást illetően kaptunk. A részletek mellőzésével néhány jellemző számított eredmény:
- a közbenső támasz süllyedése 4,5 mm, a hídfőké 3,5 mm lett, de ezek különböző teherállásból adódtak, a várható süllyedéskülönbség csak 2,0 mm;
- a cölöpökben keletkező nyomatékok a közbenső támasz esetében 85 kNm, a hídfőkben 50 kNm, azaz feltűnően kicsi, s a hídfőkben kisebbek;
- a felszerkezet jellemző hajlítónyomatékai: a mezőközépen 360 kNm, a támasznál 500 kNm.
Ez utóbbiak értékeléséhez összehasonlító számítást is végeztünk: a felszerkezetet a szokásos módon csuklókkal alátámasztva és 1 cm süllyedéskülönbséget teherként bevive vizsgáltuk. Ebből az előbbi nyomatékokra kb. 40%-kal nagyobb értéket kaptunk.
Az eredmények biztatóak, a folytatásban az eljárás gyakorlati alkalmazhatóságához, szélesebb körű használatához azonban még további ellenőrző számítások, a modell pontosítása szükséges.
Talaj és szerkezet kölcsönhatásának modellezése geotechnikai végeselemes analízissel
A valós talajkörnyezet korszerű térbeli végeselemes, geotechnikai programok használatával modellezhető. Ezáltal lehetővé válik a talaj viselkedését pontosabban leíró nemlineáris anyagmodellek alkalmazása, a talajrétegződés, a kezdeti feszültségállapot, a tehermentesítés és újraterhelés figyelembevétele, a talaj és a szerkezet kölcsönhatásának pontosabb modellezése.
Az utóbbi években több ismert szerkezetmodellező programot (Sofistik, FLAC, Midas) a legfejlettebb geotechnikai programelemekkel kiegészítettek, így valóban képesek lehetnek a talaj és a szerkezet bonyolult kölcsönhatásának leírására. A Széchenyi István Egyetemen a Midas GTS, a Plaxis 2D, illetve Plaxis 3D program alkalmazhatóságát vizsgáljuk.
Korábban [11] a Midas GTS program használatával egy jellegzetes kialakítású hídfő viselkedését elemeztem (5. ábra). A modellezés és a számítási eredmények részletes ismertetése nélkül, összefoglalásként az alábbiakat állapíthatjuk meg:
- a töltés és a hídfőszerkezet mozgásai értelmezhetők, reálisak, az előzetes várakozásnak megfelelnek, a hídfő körüli süllyedések sokkal kisebbek, mint a folyópálya töltése alatt;
- a vízszintes elmozdulásokat, beleértve a cölöpökét is, a töltésteher okozta oldalkitérés határozza meg;
- a cölöpökben fellépő normálerők elemzése azt mutatta, hogy mind a palástellenállás, mind a talpellenállás kimerül, mert a töltésről számottevő erők adódnak át rájuk;
- a cölöpök nyomatéki igénybevételei sokkal kisebbek, mint amekkorák az eddigi hagyományos számításokból adódnak.
A számított eredmények több vonatkozásban lényegesen más jellegű viselkedést mutattak, mint amilyeneket eddig a hagyományos eszköztárral modellezve nyertünk. A tapasztalt viselkedés kinematikailag lehetséges, az eredmények reálisak lehetnek, s a különbség az altalaj töltés okozta vízszintes elmozdulásával magyarázható.
Az eddig elvégzett számításokból egyértelműen úgy tűnik, hogy a térbeli modell figyelembevétele kedvezőbb eredményekre vezet, s ebből gazdaságosabb szerkezet volna tervezhető. Kisebb igénybevételek keletkeznek az alapozási síkon. Messzemenő következtetéseket az adott számításból még nem vonnék le, további kutatás, számítógépes futtatások elvégzése szükséges. Más talajadottságokkal, illetve talajmodellekkel, más kialakítású, méretű és merevségű szerkezetekkel, továbbá más építési eljárásokkal történő modellezések eredményei alapján értékelhető majd átfogóan a hídfők viselkedése. A számítógépes szimulációk eredményeinek realitását azonban mindenképpen kívánatos épülő szerkezetek mozgásaival összevetni.
Összefoglalás
Írásom a hídszerkezetek, hídfők tervezésével kapcsolatosan, a talaj és szerkezet kölcsönhatás figyelembevételének jelentőségére hívja fel a figyelmet. A Széchenyi István Egyetemen a témában elvégzett kutatások eddigi eredményeiről és jelenlegi állásáról kívántam rövid tájékoztatást adni.
A talaj és szerkezet kölcsönhatásának pontos modellezésére képes programokkal a hagyományosnál kedvezőbb viselkedés mutatható ki. Az új követelményekkel (Eurocode szabványokban rögzített terhek, elvárások, földrengésre történő tervezés, dilatáció nélküli sínek alkalmazása stb.) felmerülő tartószerkezeti és geotechnikai kihívásokra új megközelítéssel, a statikus és a geotechnikus tervezők szorosabb együttműködésével, valamint a modellezés új lehetőségeit kínáló szoftverek alkalmazásával célszerű válaszokat keresni.
A korszerűbb, bonyolultabb modellek alkalmazása elősegíti a valósághűbb modellezést, a gazdaságosabb szerkezettervezést. A jelenlegi egyszerűbb, elkülönült modellek alkalmazásával, a közelítésekkel, az elhanyagolásokkal – ha nem is mindig tudatosan, de – nagyobb biztonsági szint érhető el. Komplex, pontosabb modellekkel ezek a „tartalékok” számszerűsíthetők, a biztonság a kritikus helyek megerősítésével pedig növelhető.
Irodalomjegyzék
- [1] Midas GTS felhasználói kézikönyv.
- [2] AxisVM felhasználói kézikönyv.
- [3] Economic and Durable Design of Composite Bridges with Integral Abutments, Design Guide. 2010. Research Fund for Coal and Steel, RFCS RFS-P2-08065 INTAB+
- [4] Pál G., Öszvérszerkezetű hidak tervezési tapasztalatai, Acélszerkezetek 2011/1.
- [5] Dr. Németh György, dr. Horvát F., Pálya és híd kölcsönhatásából keletkező erőhatások meghatározása, modellezése, ezek következményeinek hatása a méretezési előírásainkra. Kutatási zárójelentés. Széchenyi István Egyetem, Győr, 2010.
- [6] Szép, J., Murinkó, G., Szepesházi, R., Hídalépítmények modellezése, Geotechnika 2009 konferencia, Ráckeve, 2009.
- [7] MSZ EN 1997-1:2006 Eurocode 7: Geotechnikai tervezés. 1. rész: Általános szabályok. Magyar Szabványügyi Testület, Budapest, 2006.
- [8] MSZ EN 1997-2:2008 Eurocode 7: Geotechnikai tervezés. 2. rész: Geotechnikai vizsgálatok. Magyar Szabványügyi Testület, Budapest, 2008.
- [9] Smoltczyk, U. ed.: Geotechnical Engineering Handbook. Ernst & Sohn, Berlin, 2003.
- [10] Szepesházi, R., Hídalapozások fejlesztése. 50. Hídmérnöki Konferencia kiadványa. Közlekedési Koordinációs Központ. Siófok, 2009.
- [11] Szép, J., Hídfők modellezése. ÉPKO 2011 XV. Nemzetközi Építéstudományi Konferencia, Csíksomlyó, 2011.
- [12] Szép, J., Cölöpalapozások keresztirányú merevsége. 15. Tavaszi szél konferencia 2012.
- [13] R. Ray, P. Scharle, R. Szepesházi, Numerical modeling in the geotechnical design practice From Research to Design in European practice, Bratislava, Slovak Republic, on June 2–4. 2010.
Ha szeretne rendszeresen hozzájutni a legfrisebb számokhoz, fizessen elő a folyóiratra.