A cikk szerzője:

Szép János egyetemi adjunktus
Széchenyi István Egyetem

Talaj és szerkezet kölcsönhatásának figyelembevétele hídszerkezetek modellezésénél

Tartószerkezeteink statikai számítása, modellezése, a terhekből származó igénybevételek, alakváltozások, feszültségek meghatározása napjainkban szinte kizárólag különféle számítógépes programokkal történik. A felszerkezet és az alapozás vizsgálata többnyire elkülönülten jelenik meg. A szerkezettervező (felszerkezet) és a geotechnikus (alapozás) közti egyeztetésre, érdemi együttműködésre ritkán kerül sor. Jelentősebb (statikailag sokszorosan határozatlan és gyengébb altalajra kerülő) szerkezetek esetén azonban az alapozás elmozdulásának, elfordulásának, tulajdonképpen a merevségének a nagysága számottevően befolyásolhatja a felszerkezet igénybevételeinek alakulását.

 

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.

5. ábra. Hídfő térbeli komplex vizsgálata Midas GTS programmal

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.

 

A cikk folytatódik, lapozás:« Előző1234

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.
A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2014 / 1. 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 | ©