Ugrás a tartalomra

Ágyazat nélküli felépítmény föld­alatti vasúti vonalakon – Diszkrét sínleerősítések

A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2022 / 1. szám lapszámában.
|
mérnök-tanácsadó
Sika Hungária Kft.
ny. főiskolai tanár
Földalatti vasúti vágányokban a diszkrét sín­alátámasztás megfelelő rugalmassága elaszto­merekkel vagy aláöntő anyagokkal oldható meg. A cikk a kialakítási megoldásokkal, a felhasználható szerkezeti anyagokkal foglalkozik és röviden ismerteti az építési technológiákat. Számítási eredményeket közöl a sínleerősítések járműterhekből származó igénybevételére, a sínszálak alakváltozására.

Bevezetés

Az ágyazat nélküli felépítménynek az alagúti vágányokban számos előnye mutatkozik. Ilyen az alacsony szerkezeti magasság, az alagútfal és az űrszelvény széle közötti távolság üzem közbeni változatlansága, az alacsony fenntartási igény, a sínleerősítési megoldásokkal elérhető jó rezgéscsillapítás, jó villamos szigetelőképesség, hosszú üzemi élettartam.
A diszkrét sínleerősítéseket az alagúttalpon épülő (vas)beton pályalemezen lehetséges kialakítani. Ez a lemez biztosítja a vágány tartósan teherviselő alátámasztását és teszi lehetővé a lehorgonyzócsavarok rögzítését. A kialakítások két rendszerre oszthatók. Az egyiknél rugalmas alátétlemez, úgynevezett elasztomer épül be az acél anyagú bordás alátétlemez alá, míg a másiknál rugalmas aláöntő anyag biztosítja az alátámasztási merevséget (rugalmasságot). Az 1–3. ábrákon szereplő megoldások esetében meghatározott méretű és rugóállandóval bíró elasztomer látható az acél alátétlemez alatt.
A 4. ábra Sika rendszerű kialakítást mutat, merev a lehorgonyzócsavar beragasztása és rugalmas az alátétlemez alatti aláöntés. A milánói metrókocsiszínben 2020-ban készült, érdekes megoldás az 5. ábrán látható, amely – a kis járműsebesség okán – lehetővé teszi a lehorgonyzócsavarok elhagyását.
A felhasznált anyagokat és a szerkezeti kialakításokat illetően a felsoroltaknál lényegesen több megoldás létezik a gyakorlatban. A cikk csak a rugalmas kialakítás két alapvető elvének bemutatásához hív segítségül egyes példákat, nem törekedve a részmegoldások széles körű bemutatására.

1. ábra. Edilon EDF sínleerősítés
1. ábra. Edilon EDF sínleerősítés
2. ábra. Vossloh System 336 típusú sínleerősítés két lehorgonyzó­csavarral
2. ábra. Vossloh System 336 típusú sínleerősítés két lehorgonyzó­csavarral
3. ábra. Pandrol VIPA DRS sínleerősítés négy lehorgonyzócsavarral
3. ábra. Pandrol VIPA DRS sínleerősítés négy lehorgonyzócsavarral

A sínalátámasztás rugalmasságát biztosító anyagok

Elasztomerek

A rugalmas alátétlemezek cellás polimerek. Felületi méretük az acél alátétlemezhez igazodik, különböző méretű vastagságukkal pedig eltérő alátámasztási merevségek (más szóhasználattal: rugalmasságok) érhetők el. Az alátámasztási rugalmasság két tényezővel jellemezhető számszakilag:

  • merevség (rugóállandó) (kN/mm) – a függőleges terhelőerő változása és az okozott összenyomódás-változás hányadosa,
  • ágyazási tényező (N/mm3) – a merevség és a terhelt felület hányadosa.

A rugalmas tulajdonságot az elaszto­mer alaktényezője, azaz a terhelt felület és a véglapfelületek összegének aránya is befolyásolja.

4. ábra. Diszkrét sínalátámasztás Icosit KC aláöntéssel egy lengyelországi vasúti hídon
4. ábra. Diszkrét sínalátámasztás Icosit KC aláöntéssel egy lengyelországi vasúti hídon
5. ábra. Diszkrét sínalátámasztás Icosit KC aláöntéssel, lehorgonyzócsavarok nélkül
5. ábra. Diszkrét sínalátámasztás Icosit KC aláöntéssel, lehorgonyzócsavarok nélkül

Az egyik legjelentősebb gyártó, a Getzner Werkstoffe GmbH (Ausztria) a Sylomer és a Sylodyn termékcsaláddal poliuretán anyagú elasztomerek gazdag választékát kínálja. A Sylomer termékek kevert cellásak, összehangolt rugalmas és rezgéscsillapítási jellemzőkkel bírnak. A Sylodyn termékek zárt cellásak, így nem vesznek fel vizet. A Sylomer anyagokhoz képest magasabb fokú dinamikus tulajdonságokkal rendelkeznek.
A cégtől kapott adatlap alapján közöljük egy 377×155×12,5 mm méretű, Sylodyn SN600 típusú elasztomer terhelőfeszültség–összenyomódás diagramját (6. ábra). Az összefüggés lineárisnak tekinthető.
Ugyanígy lineáris a terhelési diagram a 7 mm és a 25 vastag elasztomer esetében is. A jellemzőket az 1. táblázat foglalja össze.
A terhelési diagramok segítségével számíthatók az egyes elasztomerek vastagságokhoz tartozó merevségértékei, a diagramot a 7. ábra mutatja. Az összefüggés a vastagság és a merevség között hiperbolikus. Az ábra azt is bizonyítja, hogy a vastagság változtatásával jelentősen módosítható a merevség értéke.

6. ábra. A terhelőfeszültség és az összenyomódás összefüggése Sylodyn SN600 típusú próbatest esetén
6. ábra. A terhelőfeszültség és az összenyomódás összefüggése Sylodyn SN600 típusú próbatest esetén
7. ábra. A vastagság és a merevség összefüggése Sylodyn SN600 típusú próbatest esetén
7. ábra. A vastagság és a merevség összefüggése Sylodyn SN600 típusú próbatest esetén



Aláöntő anyagok

Diszkrét sínleerősítések esetében gyakori a Sika AG Icosit KC termékcsalád alkalmazása, amelynek KC 340/4 és KC 340/7 típusú anyagait lehet felhasználni. Ezek kétkomponensű, poliuretán bázisú aláöntő anyagok, nedvességre érzéketlenek. A KC 340/4 anyag jellemző tulajdonságai a 2. táblázatban láthatók.
A KC 340/4 anyag terhelési diagramját a 8. ábra mutatja.


A statikus merevség megállapítása – a gyártó adatlapja szerint – 360×160×25 mm-es próbatesttel a 8–32 kN erőtartományban történik, s az érték 29 kN/mm.


(Az elasztomereket gyártó cégek termékeikre megadják a statikus [ritkábban a dinamikus] rugóállandó értékeket, azonban gyakran egymástól eltérő terhelési tartományokra történik azok megállapítása, ami az értékek összehasonlítását megnehezíti.) Sajnos az aláöntés vastagsága és a merevség közötti összefüggésre vonatkozó adatok a cikk írásakor nem álltak rendelkezésünkre.

8. ábra. Az Icosit KC 340/4 anyag terhelési diagramja
8. ábra. Az Icosit KC 340/4 anyag terhelési diagramja

Építési technológiák

Top down technológia

Új vágány építése esetén kedvezően alkalmazható az úgynevezett top down (felülről lefelé) építési módszer. A megoldás bonyolultabb kitűzést és szerelést kíván, de egy ütemben elkészül a vágány- és a sínszálak geometriája is megfelelő lesz. Az alagútfenéken elkészítik a pályalemez vasalását, a zsaluzatokat, majd e fölé alátámasztásokra helyezve fektetik a sínszálakat. A sínszálak magassági és irányhelyzetre, valamint nyomtávolságra való megfelelőségét a sínszálak alátámasztásainál és összefogásainál csavaros megoldásokkal lehet finoman szabályozni. A sínszálak az előírt lekötéstávolságnak megfelelően vannak fellemezelve.

9. ábra. Vágány építése top down technológiával, betonozás előtti állapot
9. ábra. Vágány építése top down technológiával, betonozás előtti állapot
10. ábra. Vágány építése top down technológiával, betonozás utáni állapot
10. ábra. Vágány építése top down technológiával, betonozás utáni állapot

Az elaszto­mereket és a legalsó elemet jelentő szerelő műanyag lemezeket az acél anyagú bordás alátétlemezekhez rögzítik. A lehorgonyzócsavarokat behelyezik az alátétlemezek furataiba, terv szerint átlósan két darabot, illetve kisebb sugarú ívekben 4 darabot (9. ábra). Gondosan ellenőrzik műszeresen a sínszálak fekvését irányra, magasságra és nyomtávra, majd ezután megtörténik teljes keresztmetszetben a betonozás (10. ábra). Az utolsó ütemben, ha szükséges, a sínleerősítési megoldás biztosította finomszabályozást hajtják végre, majd a síntalp leszorítására szolgáló kengyeleknél az anyacsavarokat az előírt nyomatékkal meghúzzák. A lehorgonyzócsavarok spirálrugója feletti anyát a rugóra előírt összenyomódásig húzzák meg.

Építés kész pályalemezen

Ebben az esetben a beton pályalemez már adott, alulról felfelé történik a kivitelezés. A régi vágány elbontása után elhelyezik a fellemezelt sínszálakat magassági, oldal- és nyomtávszabályozást lehetővé tévő szerelő segédszerkezetekre. Ellenőrzik a lekötéstávolságokat, a nyomtávolságot, geodéziai módszerrel a sínszálak magassági és irányfekvését. A lehorgonyzócsavarok furatait a pályalemezbe fúrókocsi használatával készítik el (11. ábra).

11. ábra. Fúrókocsi
11. ábra. Fúrókocsi

A fúrókocsi a kiszabályozott, fellemezelt sínszálakon gördül és a felszerelt alátétlemezek furatai által kijelölt helyeken az állványzatra rögzített, a betonsík hajlásához beállított merőleges szögben állított fúrókkal a furatok a kívánt mélységig elkészíthetők (12. ábra). A ragasztóanyagot a lehorgonyzócsavarok furataiba két ütemben adagolják, ügyelve arra, hogy az első ütem után behelyezendő csavarok a furatból sok anyagot ne szorítsanak ki. A pályalemez többé-kevésbé egyenetlen síkja és a szerelőlemez közötti változó magasságú teret rugalmas aláöntéssel kell kiegyenlíteni. Amennyiben túl nagy a pályalemez és a sínleerősítés alsó lemeze közötti magasságkülönbség, illetve ha elasztomert alkalmaznak, akkor merev anyagú szintkiegyenlítést kell készíteni.




Csavarberagasztó anyagok

12. ábra. Furatok készítése
12. ábra. Furatok készítése

A lehorgonyzócsavarok beragasztására több anyag használható. A Hilti HIT-RE 500 anyag kétkomponensű epoxigyanta habarcs. Nedvességre nem érzékeny, kötési ideje 15-19 oC hőmérsékleti tartományban 12 óra. A 13. ábra a 3-as metróvonal során épített Vossloh 336 típusú sínleerősítésben beragasztott lehorgonyzócsavar laboratóriumi ellenőrző vizsgálata [3] során felvett kihúzási diagramot mutatja. Először 50 kN/min sebességgel a 60 kN nagyságú, előírt vizsgálati értékig történt a kihúzóerő növelése, amelyet 3 percig folyamatosan azonos értéken történő tartás követett. A maximális elmozdulás 0,72 mm volt, elváltozás, kiszakadás nem következett be. A második ütemben a kihúzóerő 100 kN értékre történt növelése sem okozott sérülést a beragasztásban.
Az Edilon Dex-R 2K típusú ragasztó nagy hatásfokú anyag, amellyel a lehor­gonyzócsavarokat lehet szereléskor a betonban előkészített furatokba beragasztani. Úgy fejlesztették ki, hogy az üzem közbeni legkritikusabb körülményeket is el tudja viselni. Vizsgálata az ETAG1/001-5 szerint (európai műszaki tanúsítás vezérelvei) szerint történt. A lehorgonyzócsavar számára a lyukat gyémántmagos vagy ütvefúróval lehet elkészíteni. A beragasztás száraz vagy párás, akár vizes környezetben is sikeresen végrehajtható. A ragasztót a két komponenst egymástól elválasztva tartalmazó tubusban szállítja a gyártó.
Az Icosit KC 220/60 TX alacsony viszkozitású, kétkomponensű, epoxi­gyanta bázisú kötő- és ragasztóanyag. Az „A” komponens folyékony gyanta, a „B” komponens folyékony térhálósító. Kötési idő +20 oC-on körülbelül 18 óra. 1:1 tömegarányú Icosit KC 220/60 TX és 0,4–0,7 mm szemszerkezetű kvarchomok esetén alkalmas lehorgonyzócsavarok beragasztásához.
Laboratóriumi kísérletek során [4] a kihúzó kísérletekhez eltérő kialakítású próbatestek készültek (14. ábra), eltérő fajta utókezelésekkel:
A) típus: 20 cm élhosszúságú, 28 napos korú, C25 minőségű betonkockák 200 mm, illetve 140 mm mély és 50 mm átmérőjű furataiba M24 menetes acélrudak beragasztása KC 220/60 TX anyaggal. A kiöntések elkészülte után hét nappal a próbatestek közül kettő-kettő öregítő kezelést kapott az alábbiak szerint:

  • tárolás 168 órán át +24 oC hőmérsékletű, telített sós vízben;
  • tárolás 168 órán át +70 oC hőmérsékletű száraz térben;
  • tárolás 24 órán át +24 oC hőmérsékletű vízben, majd 25 fagyasztási ciklus (2-2 óránként -25 oC-on lehűtés, majd +23 oC-os vízfürdő).
13. ábra. Fárasztott sínleerősítés Hilti-HIT RE 500 anyaggal beragasztott lehorgonyzócsavarjának kihúzási diagramja
13. ábra. Fárasztott sínleerősítés Hilti-HIT RE 500 anyaggal beragasztott lehorgonyzócsavarjának kihúzási diagramja
14. ábra. Lehorgonyzócsavarok kiszakítás után
14. ábra. Lehorgonyzócsavarok kiszakítás után

B) típus: C16 minőségű vasalt betongerendában lévő 140 mm mély és 50 mm átmérőjű furatokba M24 menetes csavarok beragasztása Icosit KC 220/60 TX anyaggal. Utókezelés nem történt.
C) típus: C35 minőségű vasalt betongerendában lévő 140 mm mély és 50 mm átmérőjű furatokba M24 menetes acélrudak beragasztása Icosit KC 220/60 TX anyaggal. A kialakításban a lehorgony­zócsavarok komplett sínleerősítésben (régi metró II. típus) szerepeltek. Az osztott sínleerősítésben a bordás alátétlemez 450×250×14 mm méretű alaplemezre volt lefogva.
Az alaplemez alatt 35 mm Icosit KC 340/4 rugalmas aláöntés készült. A sínleerősítés lüktető-fárasztó vizsgálata 5 Hz frekvencián történt és a próbaszerkezet összesen 2×6,04 millió ciklust szenvedett el (6,04×106 teherismétlés 20,4/80,7 kN függőleges terhelőerővel és újabb 6,04×106 teherismétlés 16,7/54,8 kN függőleges erővel). Az elszenvedett függőleges terhelés összegzett értéke 104,0 millió tonna volt.


140 mm beragasztási hosszúsággal készített, kiszakított csavarok képeit mutatja a 14. ábra.
A kiszakítási eredményeket a 3. táblázat foglalja össze.
A pályalemez felső síkja és a sínleerősítés legalul elhelyezkedő lemezének alsó síkja közötti hézagot ki kell önteni. Ez történhet a sínleerősítés kialakítása függvényében szilárdulás után merev vagy rugalmas anyaggal.



Aláöntő anyagok

Szilárdulás után merev aláöntő anyagok
Az Edilon Dex-G oldószermentes, önterülő, epoxigyanta bázisú és kiváló minőségű ásványi töltőanyagot tartalmazó habarcs. Az aláöntő anyag nagy szilárdságú alátámasztást képez magas dinamikus terhelésnek kitett szerkezetek számára. Így vasúti felépítmény esetén a vágány geometriáját tartósan biztosítja. Jól tapad nedves, vizes felületre is, akár esős időben is használható. Előnyös korlátozott kivitelezési idejű munkáknál. A szilárdság gyorsan kialakul, zsugorodása minimális. Alacsony viszkozitásánál fogva kis magasságú aláöntés is készíthető vele. Kiváló az olajjal és a vegyi anyagokkal szembeni ellenállása. A betonfelületnek legalább hétnapos korúnak és minimum C20/25 minőségűnek kell lennie.
A habarcsnak három változata létezik:

  • Edilon Dex-G 20: kétkomponensű, <20 mm kiöntési vastagsághoz.
  • Edilon Dex-G 40: háromkomponensű, 20-40 mm kiöntési vastagsághoz.
  • Edilon Dex-G 80: háromkomponensű, 40-80 mm kiöntési vastagsághoz.

Az Icosit KC 220/60 TX anyag 1:1 tömegarányban 0,4–0,7 mm szemszerkezetű kvarchomokkal keverve alkalmas 15–80 mm közötti, és 1:6 keverési arány esetén pedig 40 mm-es hézagok és egyenetlenségek kiöntésére. Bedolgozáskor száraz felületet kíván.
A Hilti CB-G EG nevű anyag epoxi­gyanta habarcs és 0,4/2,5 mm szemszerkezetű kvarchomok 1:2 tömegarányú keveréke. Nem folyós, alátömedékeléses bedolgozása és tömörítése kézzel történik. Az így kialakított alátámasztás prizma alakú, körülbelül 1:1 hajlású rézsűfelületekkel.

Szilárdulás után rugalmas aláöntő anyagok
A rugalmas aláöntő anyagok hármas feladatot látnak el, biztosítják a sínalátámasztás megfelelő merevségét (rugalmasságát), csökkentik a sín–kerék kapcsolatban ébredő rezgéseket és kitöltik az alapsík és az alátétlemez talpa közötti magasságkülönbséget. Ez utóbbinak kész alapsíkon történő építés esetében van jelentősége, amikor az alátámasztó (vas)betonlemez egyenetlenségekkel készült. Az aláöntő anyagnak az alapsíkhoz és az alátétlemezhez igen jó a tapadása.
A Sika AG által gyártott Icosit KC 340/4 és KC 340/7 anyagok jól alkalmazhatók sínek diszkrét sínleerősítéseiben a rugalmas ágyazás kialakításához. Hosszú élettartamot biztosítanak és jó a villamos szigetelőképességük.
Az alátétlemezek alatt kialakítandó Icosit KC 340 aláöntő anyagok kiöntési vastagságát illetően, elméletben, az lenne az ideális, ha minden alátétlemez alatt egyenlő vastagságban történne meg a kiöntés, így biztosítva mindenhol az egyenletesen rugalmas alátámasztást. A gyakorlatban, számos esetben azonban az tapasztalható, hogy a vasbeton alaplemez magassági szinteltérései miatt számottevő mértékű vastagsági eltérések jelentkeznek. Ennek kiküszöbölésére alkalmas az epoxigyanta habarcsból – Icosit KC 220/60 TX – készítendő felületkiegyenlítés, amely a vasbetonét meghaladó szilárdságú alapot biztosít és lehetővé teszi az egységes kiöntési vastagságot. Kivitelezési szempontból azonban már nem ilyen egyszerű a helyzet. Egy szintbeállított vasúti vágányt nem lenne gazdaságos ezen problémák miatt szétbontani, majd a kiegyenlítések elkészülte után újra megépíteni. Így marad az a megoldási lehetőség, hogy az alátétlemezek alatti, legfeljebb 6-8 cm-ben kell a betonfelületet előkészíteni, majd a 2-5 cm vastagságú kiegyenlítőhabarcsot bedolgozni, és megfelelően tömöríteni.
Különösen szép példája annak, hogy ilyen nehezítő körülmények mellett is megoldható a feladat, a Budapest, Clark Ádám téri aluljáró. Ott szinte minden sínleerősítésnél – a vasúti vágány megtervezett geometriájából következő –, a pályalemez és a síntalp alsó síkja közötti magasságkülönbségek ellensúlyozására ezzel a módszerrel kellett élni. A Vasútépítő Zrt. szakemberei rendkívül korrekt módon készítették el a szükséges helyeken az Icosit KC 220/60TX kiegyenlítéseket, majd így az azonos vastagságú Icosit KC 340/4 kiöntőanyaggal biztosították a pálya egyenletesen rugalmas alátámasztását.
Látható, hogy az előző példánkban szereplő helyszínen, aránylag alacsony sebességnél – 15-20 km/h – is fontos volt ennek figyelembevétele, de nagyobb sebességű pályaszakaszokon kiemelt figyelmet érdemes szentelni az alátámasztás egyenletes rugalmasságára, többek között a vasúti pálya élettartamának növelése, a karbantartási költségek csökkentése, a járművek egyenletesebb mozgásának biztosítása és nem utolsósorban az utazási komfort magasabb szintre emelése miatt is!

Tapadóhíd kialakítása

Kész pályalemezen történő építésnél az aláöntés és a betonfelület közötti tapadás javítására több anyag felhasználható. Példaként megemlíthető az Icosit KC 330. Primer egykomponensű poliuretán anyag és a Resicol 116 oldószermentes epoxi tapadásjavító anyag. Felhasználható a célra az Icosit KC 220/60 TX anyag is, régi beton és friss aláöntő anyag között, 0,8–1,2 kg/m2 adagolással.
A Vossloh 336 típusú sínleerősítés
A budapesti 4-es metróvonal építésénél alkalmazott sínleerősítés Vossloh 336 típusú, elasztomerek alkalmazásával. A vágány top down építési módszerrel készült, így a sínleerősítés és a betonlemez között magassági kiegyenlítésre nem volt szükség (15. ábra).
Elasztomer helyett rugalmas aláöntés is alkalmazható, ilyen Vossloh 336 sínleerősítést a 16. ábra mutat.
A 3-as metróvonal felújításakor kész betonlemezen történt/történik az építés, ezért változó vastagságú alátömedékelést kellett készíteni a szerelőlemez és a betonsík közötti magasságkülönbség kiegyenlítésére. Az alátömedékelés anyaga Hilti CB-G EG epoxigyanta habarcs és 0,4/2,5 mm szemszerkezetű kvarchomok, keverési arányuk 1:2 tömegarány. A sínleerősítést a 17. ábra mutatja.

15. ábra. A 4-es metróvonal Vossloh 336 típusú sínleerősítése négy lehorgonyzó­csavarral
15. ábra. A 4-es metróvonal Vossloh 336 típusú sínleerősítése négy lehorgonyzó­csavarral
16. ábra. Sika–Vossloh 336 sínleerősítés, négy lehorgonyzócsavarral
16. ábra. Sika–Vossloh 336 sínleerősítés, négy lehorgonyzócsavarral
17. ábra. A 3-as metróvonalon beépített Vossloh 336 sínleerősítés két lehorgonyzó­csavarral
17. ábra. A 3-as metróvonalon beépített Vossloh 336 sínleerősítés két lehorgonyzó­csavarral


A szerelt szerkezet statikus és dinamikus merevségének (rugóállandójának) megállapítására szolgáló mérés módszerét az MSZ EN 13146-9:2020 szabvány írja le, a vizsgálati terhelőerő alsó és felső értékét pedig az MSZ EN 13481-5:2012+A1:2017 szabvány ismerteti.



A kész próbaszerkezetben (és a valóságban is) a sínalátámasztás merevsége kisebb mértékben eltér az elasztomerre megadott merevségtől. Ennek fő oka, hogy a kész szerkezetben a lehorgonyzócsavarok spirálrugói feletti anyacsavar előírt mértékben történő meghúzása a rugalmas alátétlemez kezdeti összenyomódását okozza. A szerelt próbaszerkezettel meghatározott statikus és dinamikus értékek között is van eltérés, amit az úgynevezett dinamikus felkeményedés okoz. A dinamikus felkeményedést és a fárasztás hatását a 18. ábra mutatja be Zwp 377/155/10-17 elasztomerrel szerelt sínleerősítés esetére [5].

18. ábra. A 3-as metróvonalon beépített Vossloh 336 sínleerősítés terhelés–összenyomódás diagramjai
18. ábra. A 3-as metróvonalon beépített Vossloh 336 sínleerősítés terhelés–összenyomódás diagramjai

A lehorgonyzócsavarok igénybe­vétele, teherbírása

A járműteher következtében a le­hor­gony­zó­csavarok nyírási, hajlítási és kihúzási igénybevételeket szenvednek el. Ezek közül a hajlítási igénybevétel a mértékadó, amely a lehorgonyzócsavarra ható vízszintes erő és a hajlítási (úgynevezett dinamikus nyomatéki) kar (19. ábra) értékének szorzataként számítható.
A hajlítási kar nagyságának megállapítása külön meggondolást igényel. Amennyiben a kiegyenlítő réteg tökéletesen tapad a pályalemezhez és merev (betonszerű) anyagként viselkedik, akkor a kar hosszába a kiegyenlítő réteg nem tartozik bele. A 3-as metróvonal felújításánál alkalmazott Hilti CB-G EG anyagú alátömedékelések ilyenek, ahogyan azt a végrehajtott laboratóriumi és alagúti kísérletek bizonyították. Az alátömedékelés bedolgozása és tömörítése kézzel történik. Ezért, a biztonság javára, a dinamikus kar értéke biztonsági értékkel (10 mm) megnövelve számítandó.

19. ábra. A hajlítási kar értelmezése
19. ábra. A hajlítási kar értelmezése

A nemzetközi gyakorlatban földalatti vasúti sínleerősítésekben legelterjedtebben a 8.8 anyagosztályú lehorgonyzócsavarokat használják. A jelölésben az első 8-as a csavar acélanyagának névleges szakítószilárdságát jelöli, amely 830 N/mm2 d>16 mm csavarátmérő esetén, míg a tizedespont utáni 8-as azt, hogy a 0,2%-os megnyúlást előidéző Rp0,2 érték a névleges szakítószilárdság 0,8-szerese, minimum 660 N/mm2. A húzó-hajlító határfeszültség értéke σh-h,határ = 450 N/mm2 [5].
Tervezéskor a le­hor­gonyzó­csa­va­rok anyag­osztályát, a csavarátmérőt és -hosszát, valamint a csavarok darabszámát (két átlósan elhelyezett vagy 4 darab) kell meghatározni.



Az oldalirányú erő a lehorgonyzócsavarokban nyírási és hajlítási igénybevételt okoz. Az egy sínlekötésen fellépő vízszintes reakcióerőt a lehorgonyzócsavarok (2, illetve 4 darab), együttdolgozását a csoporttényezővel figyelembe véve, együttesen veszik fel. A mértékadó nyíróerő 1 darab lehorgonyzócsavarra:
ahol cst = csoporttényező, 2 darab le­hor­­gony­zó­csavar esetén 0,95, 4 darab esetén 0,80,
n = csavarok darabszáma. A mértékadó nyomaték 1 darab lehorgonyzócsavarra:

ahol kd = nyomatéki kar.
A szilárdsági ellenőrzéshez a csavar nyírási (TH) és hajlítási (MH) teherbírása az alábbi összefüggések szerint számítható:

ahol a fenti képletekben
fuk = a csavaranyag szakítószilárdsága (10.9 anyagosztály esetén 1000 N/mm3),
γMs = 1,5, tényező töréssel szemben,
d = a csavar átmérője a mértékadó keresztmetszetben (mm),
Wel = a csavar keresztmetszeti modulusa (mm3),
Tszm = az 1 darab csavarra jutó mértékadó nyíróerő,
TH = 1 darab csavar nyírási teherbírása.
A csavarok fáradási ellenőrzéséhez az alábbi kifejezéseket használhatjuk.
Fáradásra mértékadó nyíróerő 1 darab csavarra:

Fáradásra nyírási határérték:

ahol ff = 0,45 (fáradási tényező)
γMf = 1,0 tényező fáradt törésre.
Fáradásra mértékadó hajlítónyomaték:

ahol kd = dinamikus nyomatéki kar.
Fáradásra hajlító nyomatéki határérték:

A csavarok szilárdsági és fáradási kihasználtsága a működő erőnek a határerők százalékában történő meghatározásával jól jellemezhető.

Igénybevételi és alakváltozási eredmények

A sínszálak sínleerősítések által meghatározott függőleges (alátámasztási) és keresztirányú merevségének nagysága jelentős hatással van a járműteherből származó igénybevételek és alakváltozások nagyságára. Számításaink a következő kiinduló adatokkal készültek:

  • járműteher 81-717.2K típusú motorkocsi,
  • statikus függőleges kerékerő 65,25 kN, ívben a külső sínszálon 20% többlet: 78,3 kN,
  •     – kvázistatikus oldalirányú kerékerők íves vágányban: első keréken 36,4 kN (te­relőerő és centrifugális erő összege), többi keréken 31,6 kN (a terelőerő 85%-a és a centrifugális erő összege),
  • dinamikus tényező 1,546 (a kvázistatikus erőkre 1,0),
  • tengelyek távolsága 2,1–10,5–2,1 m,  
  • 54E1rendszerű sín,
  • Skl 24 leszorítókengyel,
  • sínlekötések távolsága 0,75 m,
  • elasztomerek dinamikus merevségi értékei (a Széchenyi Egyetemen lefolytatott laboratóriumi terhelési vizsgálatok alapján):

Zwp 377/155/10-17 elasztomerrel szerelt sínleerősítés:
    – függőleges merevség 19,7 kN/mm,
     – keresztirányú merevség 15,2 kN/mm,
Zwp 377/155/15-10 elasztomerrel szerelt szerkezet:
    – függőleges merevség 14,1 kN/mm,
    – keresztirányú merevség 9,8 kN/mm.
    – Icosit KC 340/4 anyag dinamikus merevségi értékei (TU Krakow laboratóriumi terhelési vizsgálatai alapján):
– függőleges merevség: 36,5 kN/mm,
– keresztirányú merevség: nincs adat.
A 20. ábra a motorkocsi tengelyelrendezését mutatja.

20. ábra. A 81-717.2K motorkocsi tengelyelrendezése
20. ábra. A 81-717.2K motorkocsi tengelyelrendezése
21. ábra. A síntalperők alakulása járműteherből, eltérő sín­alátámasztási merevségek esetén
21. ábra. A síntalperők alakulása járműteherből, eltérő sín­alátámasztási merevségek esetén
22. ábra. A sínlehajlások alakulása járműteherből, eltérő sín­alátámasztási merevségek esetén
22. ábra. A sínlehajlások alakulása járműteherből, eltérő sín­alátámasztási merevségek esetén
23. ábra. A síntalpfeszültségek alakulása járműteherből, eltérő sínalátámasztási merevségek esetén
23. ábra. A síntalpfeszültségek alakulása járműteherből, eltérő sínalátámasztási merevségek esetén


A 21–23. ábrák egyenes vágányra mutatják a háromféle sínalátámasztási merevséggel számított értékeket csak járműteherre, egyetlen 81-717.2K típusú motorkocsi esetén.
Az íves vágány számításánál a külső első tengelynél az oldalirányú erő nagysága (centrifugális erő+terelőerő) 36,4 kN, míg a többi keréknél 31,6 kN. A 24–27. ábrák R=600 m sugarú ív esetében készült számítások eredményeit mutatják. (Az Icosit KC 340/4 anyaggal szerelt kialakítás keresztirányú merevségi adatának hiánya miatt csak a két elasztomerre közlünk eredményeket.)

24. ábra. A síntalperők alakulása a külső sínszálban, járműteherből, eltérő sínalátámasztási merevségek esetén
24. ábra. A síntalperők alakulása a külső sínszálban, járműteherből, eltérő sínalátámasztási merevségek esetén
25. ábra. A sínlehajlások alakulása a külső sínszálban, járműteherből, eltérő sínalátámasztási merevségek esetén
25. ábra. A sínlehajlások alakulása a külső sínszálban, járműteherből, eltérő sínalátámasztási merevségek esetén
26. ábra. A külső sínfejre ható vízszintes erők alakulása járműteherből, eltérő sín­alátámasztási merevségek esetén
26. ábra. A külső sínfejre ható vízszintes erők alakulása járműteherből, eltérő sín­alátámasztási merevségek esetén
27. ábra. A külső sínfej kihajlása járműteherből, eltérő sínalátámasztási merevségek esetén
27. ábra. A külső sínfej kihajlása járműteherből, eltérő sínalátámasztási merevségek esetén


A földalatti vasúti vágányok sínleerősítései egyenesben és nagyobb sugarú ívekben két átlósan elhelyezett, míg kisebb sugarú ívekben négy lehorgonyzócsavarral épülnek. Vizsgáljuk meg, hogy a kétféle elasztomer alkalmazása esetén milyen a lehorgonyzócsavarok igénybevételi kihasználtsága R = 400 m, 500 m és 600 m sugarú ívekben. Laboratóriumi és alagúti terhelési próbák igazolták, hogy az alátömedékelés szilárdsága, pályalemezhez való tapadása megfelelő nagyságú, így a dinamikus kart elég annak felső síkjától számítani.
A 4. táblázat  22 mm-es magátmérőjű, 8.8 anyagosztályú csavarokkal készített számítási eredményeket foglal össze. Névleges szakítószilárdság 830 N/mm2 d>16 mm csavarátmérő esetén, a húzó-hajlító határfeszültség értéke σh-h,határ = 450 N/mm2 [6].


A dinamikus kar nagysága az alátétlemez fél vastagsága+elasztomer vastagsága+szerelőlemez vastagsága+bizton­sági többlet (10 mm), amely Zwp 377/155 /15-10 elasztomer esetén 35 mm, Zwp 377/155/11-17 elasztomer esetén 31 mm.
Nem megfelelőség esetén magasabb szilárdsági osztályú vagy nagyobb átmérőjű csavarral lehetséges a megoldás. Utóbbi esetben a műanyag szerelőlemez, a bordás alátétlemez és az elasztomer furatait ennek megfelelően kell kialakítani.