A cikk szerzője:

Koch Edina egyetemi adjunktus
SZE Szerkezetépítési és Geotechnikai Tanszék

Vasúti híd és pályacsatlakozás modellezése Plaxis3D szoftverrel

A cikkben a szerző bemutatja azokat az újabb kutatási eredményeit, melyek a hídfőszerkezetek, beleértve az alapozásukat is, a csatlakozótöltések és a köztük kialakítandó átmeneti szakaszok fejlesztésére irányulnak. E komplex, az építési folyamat által is befolyásolt rendszer viselkedését a legkorszerűbb térbeli, végeselemes, nemlineáris anyagmodellel dolgozó szoftverrel modellezte, s már figyelembe vette a vonatterhelés dinamikáját is. Kiemelt figyelmet fordított a töltésmagasság és a vonatsebesség szerepének feltárására.

A nagysebességű vasutak megjelenésével egyre inkább előtérbe került a vasúti híd, a felépítmény és a háttöltés kölcsönhatása és annak modellezési kérdései [1]. A hídtervezők számára az 1990-es évektől rendelkezésre állnak különböző „végeselemes” elven működő szoftverek, s használatuk mára már mindennaposnak mondható. Közülük hazánkban az AxisVM és a Fem-Design a legismertebb.
Ezek segítségével a számításokat lineárisan rugalmas anyagmodell figyelembevételével tudjuk elvégezni, ami a szerkezeti anyagok vonatkozásában többé-kevésbé elfogadható, a talaj viselkedését illetően azonban durva közelítést jelent. A talaj, illetve az alapozás kölcsönhatását régóta a Winkler-féle rugómodellel határozták meg, de az újabb szoftverekbe a rugókra már határerő is adható, mely a lineáris viselkedés tartományát korlátozza. A rugóállandó az ödométeres modulusból számítható, a határerőt pedig levezethetjük a passzív földnyomásból. Így a valóságot jobban leíró rugó-csúszka megtámasztással a talajviselkedés modellje a lineárisan-rugalmas helyett a lineárisan-rugalmas és tökéletesen képlékeny anyagmodellre változtatható [2].
A fejlődés újabb fázisaként az utóbbi években több ismert szerkezetmodellező szoftvert (Sofistik, FLAC, Midas) kiegészítettek a talajkörnyezet testelemekkel történő modellezésének lehetőségével, s azokra alkalmazhatók a legfejlettebb geotechnikai anyagmodellek. Ezek így még nagyobb lehetőséget kínálnak a talajkörnyezet, beleértve az altalajt és a hídhoz csatlakozó töltés, a hídszerkezet, illetve a vasúti felépítmény bonyolult kölcsön­hatásának pontosabb leírására. E lehetőséggel még ritkán élünk, aminek oka részben a megfelelő számítógépes kapacitás, részben a komplex tartószerkezetes, geotechnikai szaktudás hiánya lehet.
A geotechnikai térbeli-végeselemes szoftverek, például a Plaxis, a talajkörnyezet leírására nemlineáris anyagmodellek sokaságát kínálja fel, és lehetővé teszi a kezdeti feszültségállapotnak, a terhelés drénezett vagy drénezetlen jellegének, a tehermentesítésnek és az újraterhelésnek a figyelembevételét. Így komplex építési, terhelési és konszolidációs folyamatok, s ezzel együtt a talaj/szerkezet változó kölcsönhatása is modellezhető vele [3]. A legújabb változatok dinamikus moduljai már lehetőséget kínálnak arra is, hogy a talajbeli hullámterjedést és ezeknek a csatlakozó szerkezetre gyakorolt hatását is elemezzük, és a vasúti járművek okozta dinamikus terhelés hatását is vizsgáljuk.
A vasútvonalakon gyakran alakulnak ki hibahelyek az eltérő szerkezetű és rugalmasságú pályaszakaszok csatlakoztatásánál. Jellegzetes példa a híd és a normál folyópálya vagy az alagút és a folyópálya találkozása, de idesorolhatók a kis takarású, rövid műtárgyak peremei is. E helyeken a vágány alátámasztásának merevsége hirtelen megváltozik, ami a haladó vasúti járműben lengéseket, a pályában többlet-igénybevételeket kelt. Ezek összegződő hatására, akár már rövid idő után is, olyan maradó deformációk alakulnak ki az alépítményben, amelyek a vágánygeometria jellemzőit (fekszint és síktorzulás) lerontják. Az ilyen helyeken átmeneti szakaszt kell kialakítani, amivel a pályakarbantartási munkálatok igénye nagyban csökkenthető. Az 1. ábra érzé­kelteti a jelenség lényegét, a 2. ábra pedig egy példát mutat be [4]. 

1. ábra. Híd és folyópálya csatlakozásánál kialakuló süllyedés­különbségAz átmeneti szakaszok helyes kialakításában sokat segíthet a hibák kialakulásának komplex elemzése, a leromlási mechanizmusok megértése, a dinamikus és térbeli hatások figyelembevétele, a talaj/szerkezet kölcsönhatás minél pontosabb leírása. Ezekre a vázoltak szerint a Plaxis 3D szoftver legújabb változata kiváló lehetőséget ad. Korábban kis nyílású műtárgyak környezetét elemeztük, s számoltunk be annak eredményeiről [5]. E tanulmányban egy híd és környezetének numerikus vizsgálatára felépített modellt és a szimulációk eredményeit mutatom be.

A cikk folytatódik, lapozás:12345Következő »

Irodalomjegyzék

  • [1] Horvát F., Németh Gy.: Pálya és híd kölcsönhatásából keletkező erőhatások meghatározása, modellezése, ezek következményeinek hatása a méretezési előírásainkra. Zárójelentés. Munkaszám: 92-3106-32. Készítette: Széchenyi István Egyetem, Győr, 2010. 11. 20.
  • [2] Szepesházi R.: Hídalépítmények ter­ve­zésének fejlesztése. 50. Hídmérnöki Konferencia, Siófok, 2009, pp. 429–470.
  • [3] Szép J.: Talaj és szerkezet kölcsönhatásának figyelembevétele hídszerkezetek modellezésénél. Sínek Világa, 2014/1.
  • [4] Paixão, A. et al., Research on railway transition zones – Case studies in a Portuguese line. INSERTZ, International Seminar on Rail Track Substructures and Transition Zones, Lisbon, Portugal, 2014.
  • [5] Hudacsek P., Koch E., Szilvágyi Zs., Wolf Á.: Kis nyílású műtárgyak csatlakozó szakaszainak vizsgálata dinamikus teherre. Sínek Világa, 2017/2, pp. 32–36.
  • [6] Brinkgreve R. B. J., Vermeer P. A., PLAXIS-Finite element code for soil and rock analyses, Plaxis 3D. Manuals, Delft University of Technology, Plaxis bv, The Netherlands. 2010.
A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2018 / 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 | ©