A hidakat használatbavétel előtt vagy időszakos vizsgálatuk során próbaterhelésnek vetik alá, a hidat lehetőség szerint a rajta közlekedő járművekkel mértékadóan leterhelik és megvizsgálják a szerkezet terhelés alatti viselkedését [1]. A próbaterhelés célja általában meggyőződni arról, hogy a terhelés hatására keletkezett erőjáték megfelel-e a számításnál alkalmazottnak, illetve a híd használatának időtartama alatt nem következtek-e be a rendszerben olyan események, amelyek a tervezés során feltételezett erőjátékoktól, erőhatásoktól eltérők [2]. Ritkán, de már előfordult, hogy egy használaton kívüli vasúti hídszerkezetet a tönkremenetelig terheltek. Az ilyen teherpróba során nyert tapasztalatok nagyban segíthetik a tervezési, illetve a számítási előírások megújítását [3].
A vasúti hidak próbaterhelésére és értékelésére vonatkozó előírások jelenleg a D.5. Pályafelügyeleti utasítás és a H.1. Hídszabályzat H.1.9 utasításban találhatók meg. A próbaterheléssel kapcsolatosan az üzemeltető jóváhagyása mellett a fenti utasításokban foglalt előírásokat vettük figyelembe.

Előzmények

Korábbi számunkban részletesen ismertettük az algyői vasúti Tisza-híd 150 éves történetét egészen napjainkig [4]. A jelenlegi munkákat megelőzően három jelentős beavatkozás történt a hídszerkezeten:

• 1960. november 30-án helyezték forgalomba a csonkaszegmens alakú, szimmetrikus, másodrendű, oszlopos rácsozású, alsó pályás szegecselt mederhidat.
• 1976-ban épültek az új hullámtéri hídrészek párhuzamos övű, oszlop nélküli, szimmetrikus rácsozású, folytatólagos főtartójú, annak alsó övével együtt dolgozó ortotróp pályalemezes, hegesztett, nagy szilárdságú feszített csavaros helyszíni kapcsolatú alsó pályás acélszerkezetek [5, 6].
• 2011-ben a mederhídon a korábbi közvetlen leerősítésű vasúti felépítményt másodlagos acél kereszttartók (HEB-tartók) beépítésével, új 54. rendszerű Edilon felépítményre cserélték.

A TramTrain kiépítésével összefüggően a műtárgy kiviteli terveit a Swietelsky Vasúttechnika Kft. megrendelésére az Utiber Közúti Beruházó Kft. altervezőjeként a Jaczó Mérnöki Kft. készítette 2018-ban [7]. A MÁV Zrt. Híd- és Alépítményi Osztály a tervjóváhagyáskor előírta, hogy a hidat a forgalomba helyezés előtt az 1996-ban tartott próbaterhelés szerinti teherállásoknak megfelelően négy M62 sorozatú mozdonnyal kell teherpróba alá venni.
Az Algyő–Hódmezővásárhely állomásközben lévő Tisza-híd szerkezeti hosszai: 147,76 m+105,5 m+210,72 m. A beavatkozások során – a fékezőerő egyenletes elosztása érdekében – az ártéri hidaknál a korábbi támaszviszonyok megváltoztak: a négynyílású szerkezet és a mederhíd fix saruja maradt a IV-es, illetve a VI-os pilléren, azonban a háromnyílású szerkezet fix saruja a VI-os mederpillérről a VIII-as ártéri pillérre került. A fix sarus ártéri pilléreket megerősítették. A VI. pillért terhelő (fékezési) hatásszakasz 106 méterre csökkent (1. ábra).

A hídhoz csatlakozó vasúti pályában átmeneti szakaszok, a hídfőknél rugalmas ágyazású vasbeton lemezek épültek be a hídfákkal azonos méretű műanyag keresztaljakkal. A próbaterhelési tervet a Swietelsky Vasúttechnika Kft. és Pontifex Hungária Kft. megbízásából készítettük el, hajtottuk végre a próbaterheléseket, majd a kiértékeléseket.

A próbaterhelési terv

A tervezést a rendelkezésre álló dokumentumok, a korábbi próbaterhelések tanulmányozásával kezdtük el. A mederhíd 1960-as, forgalomba helyezését megelőző próbaterheléséről adatot nem találtunk. Az 1976-ban átadott vasúti rácsos ártéri hidaknál alkalmazták először az ortotróp pályalemezes megoldást. A tervezés, a kivitelezés és az ellenőrzés kiemelt feladatot adott a munkában résztvevőknek. A tervezéshez az Uvaterv Hídosztálya külön tervezési előírásokat készített, mivel az 1951. évi Vasúti hídszabályzat hegesztett szerkezetekre vonatkozó előírásai akkorra már elavultak [8]. A hídszerkezet statikus és dinamikus próbaterheléseit 1976. no­vember 25.–december 1. között hajtották végre két 424 sorozatú mozdonnyal. Az elmozdulásméréseken kívül az új szerkezeteknél saját frekvencia meghatározása és jellemző pontokon feszültségmérés is történt [9].
1996-ban a III. fokú hídvizsgálathoz kapcsolódóan M62 mozdonyokkal végezték el a hídszerkezet próbaterhelését (2. ábra).

2006. november 27–28. között a MÁV Központi Felépítményvizsgáló Kft. menetrend szerint közlekedő vonatok hatására keletkező mozgásokat, alakváltozásokat mért.
A próbaterhelési terv készítésekor, többször egyeztetve a MÁV Zrt. Híd- és Alépítményi Osztály területi főmérnökével, a tervjóváhagyásban előírtakat tartottuk szem előtt. A próbaterhelési terv jóváhagyása előírta a fékezésre való vizsgálat feltételeit, a próbaterhelésnél nem kellett feszültségméréseket végezni a rácsos tartórudakon, pályalemezen, és a híd önrezgésszámának meghatározása sem volt feladat.
A próbaterhelési terv két – egy, a hídszerkezetet leíró, a terhek elhelyezésének menetét ismertető általános – részből és a terhek hatásából származó elmozdulások számításából áll.
A híd felszerkezetét két hullámtéri és egy mederszerkezet alkotja. A mederhíd egynyílású, csonka szegmens alakú, másodrendű rácsozással ellátott, rácsos főtartójú acélhíd. A hullámtéri hidak, folytatólagosan többtámaszú, szimmetrikus rácsozású, ortotróp pályalemezzel merevített rácsos főtartójú acélhidak. A felszerkezeten a vasúti pálya rugalmas ágyazású közvetlen sínleerősítéssel van kialakítva. Az alakváltozás-számítások célja a híd felszerkezetére vonatkozóan, a kiválasztott pontokban az adott járműállásokhoz tartozó elmozdulási értékek meghatározása volt. Rendelkezésünkre álltak a Jaczó Mérnöki Kft. által készített véges elemes rúdmodellek mindhárom hídszerkezet vonatkozásában. Az eredeti számítással való összehasonlíthatóság miatt a pályalemez együttdolgozását részlegesen vettük figyelembe, a főtartóhoz csak a szélső 1,10 m széles részt számoltuk hozzá. A megadott tehercsoportosítással elkészítettük a hídszerkezetek négy, illetve két-két M62 sorozatú mozdony hatására keletkező alakváltozások számítását. 15 teherállás felvételével, ezek közül öt mutatkozott mértékadónak (3. ábra). A felépített végeselem-modellen kapott lehajlási értékek az 1996-os kézi számításban lévő adatokkal 90%-os egyezést mutattak.

A 2018–2019. évi próbaterhelések

A hídhoz csatlakozó pályamunkák készültségi fokának megfelelően két időszakban történt a hídszerkezet statikus és dinamikus próbaterhelése. A próbaterheléseket a próbaterhelési terv jóváhagyásában előírtak szerint hajtottuk végre. A megrendelők képviselőin kívül a LeGu Bt. és FAÉK Kft. szakemberei irányították a helyszíni munkákat és végezték a mérést. Az üzemeltető részéről jelen volt: Szebényi Gergő hidász területi főmérnök, Lakatos István területi hídszakértő, valamint a helyi hídvizsgálók csapata.

Statikus próbaterhelés

A próbaterhelést megelőző nap kitűztük a mérési helyeket és telepítettük a mérőműszereket. A területi hídszakértővel közös hídvizsgálatot tartottunk, az építés alatt lévő vasúti pálya maximum 20 km/h áthaladási sebességre volt alkalmas. A statikus próbaterhelésre 2018. október 4-én 6:25–17:15 között került sor.
A 4 darab M62 sorozatú mozdony tömege a számításban alkalmazottnál 4,2%-kal volt kevesebb – számítási korrekciót nem alkalmaztunk. A mozdonyszerelvény egyben és megosztva is felállt a kijelölt helyre, illetve végezte 5-20 km/h sebeséggel a mozgást.

A mérés a következő sorrendben történt: mederszerkezet, négynyílású szerkezet és háromnyílású szerkezet. Először a hidak alakméréseit végeztük el szintezéssel, majd az alakváltozások, elmozdulások mérésére került sor. Az elmozdulásmérési helyek a mederhídnál a középső rácsoszlopok mellett kijelölt pontok voltak, a parti nyílásoknál pedig a megadott számú kereszttartó és hossztartó csomópontja voltak a mérési helyek (4, 12 és 19, valamint 4, 12, 20 és 28). A 4. ábra a mederszerkezet mértékadó terhelését mutatja, a mért lehajlás a számított érték ~80%-a volt.

A parti folytatólagos többtámaszú rácsos hidak nyílásainak, középső keresztmetszeteinek és a saruelmozdulások mérése UniTech elmozdulásmérő rendszerrel történt. A számított lehajlásértékek ~80%-át mértük, a felhajlásoknál ez az arány 50% körül volt.

Az UniTech mérőrendszer rövid ismertetése

A mérések elvégzéséhez a mérési pont várható elmozdulásának tengelyében fix bázispont kialakítása szükséges. A mérendő pontra az érzékelőket közvetlen csatlakozással vagy finom drótkötéllel és mágnessel csatlakoztatták. A mért értékeket rádiós adatátvitellel továbbították a számítógéphez. A számítógépes program kijelzi és speciális formában rögzíti az érzékelők abszolút pozícióját, valamint a mérés során bekövetkező elmozdulások értékét.
A műszer alkalmas statikus és dinamikus mérés megvalósítására is. A statikus mérés eredményei 10 Hz mintavétellel valós időben jelenik meg a számítógép képernyőjén. A statikus mérésnél lehetőség van a relatív elmozdulások mérésére, illetve a számítógép gombnyomásra tárolja az összes érzékelő pillanatnyi elmozdulásának értékét (például statikus teherállások során lehajlásmérés). A dinamikus mérések során a mintavételi frekvencia 10–300 Hz között állítható. A mérési eredményeket az érzékelőkhöz rögzített rádiós jeladókba épített memória tárolja, majd a dinamikus mérés leállítása után a mérési eredmények automatikusan csatornánként jutnak el a számítógépre. A rögzített elmozdulások minden mérési csatornán út-idő diagramban megjeleníthetők. A mérőelektronika és a számítógép csatlakozása USB-porton történik. Egy számítógéphez 16 darab érzékelőt lehet csatlakoztatni. A csatlakoztatott érzékelők csatornánként kalibrálhatók (5. ábra).

A 6. ábrán tüntettük fel a második teherállás 2018-as és 1996-os számított és mért elmozdulásértekeit. A második teherállás mérési diagramja pedig mutatja a lehajlások és felemelkedések értékeit (7. ábra).
A saruknál a jellemző összenyomódás-érték 0,10–0,40 mm közötti volt, ettől a VI. támasz jobb saru 0,56 mm-es értékkel tért el. Saruemelkedés jellemzően 0,02–0,14 mm között jelentkezett. A 8. ábrán a háromnyílású szerkezet jellemző sarubenyomódási értékei láthatók 5 km/h sebességgel VP–KP és KP–VP irányban mozgó járműszerelvény esetén.
A hídszerkezet dilatációs mozgásainak mérése a hídfő mozgó saruinál az acélszerkezet vége és a hídfő/térdfal közé előzetesen (2018. szeptember 27.–október 3.) felszerelt dilatációs adatgyűjtő rendszerrel történt. A mederszerkezet dilatációs mozgását az V. pilléren a két mozgó saru közé elhelyezett, a pillérhez erősített konzolhoz képest mértük. A mederszerkezet számított dilatációs mozgása ~20%-kal nagyobb, mint a mért dilatációs mozgás (9. ábra).

Statikus próbaterhelés értékelése

A próbaterhelés során mért és rögzített adatokat a próbaterhelési tervben lévőkkel hasonlítottuk össze, valamint összevetettük az 1996. évi próbaterhelés eredményeivel is. A statikus és 5-20 km/h sebességgel mozgó terhelések hatására az acélfelszerkezetek rugalmas alakváltozást mutattak. A terheléseket követően a felszerkezeteken maradó alakváltozást nem mértük ki. A rögzített mérési eredmények alapján a hídszerkezetek az 1996-os mérésekkel azonos képet mutattak.

Dinamikus teherpróba

A próbaterhelést megelőző nap a területi hídszakértővel közös hídvizsgálatot tartottunk. Kijelöltük a mérőhelyeket, és mindhárom szerkezetnél a vizsgált (IV., V. és VIII.) nyílás fix és mozgó saruinál telepítettük az elmozdulásmérő rendszer érzékelőit. A kivitelezés felelős műszaki vezetője nyilatkozott arról, hogy az építés alatt lévő vasúti pálya maximum 80 km/h áthaladási sebességre alkalmas, a csatlakozó szakaszon lévő útátjárók fedezése biztosított.
A dinamikus próbaterhelés 2019. május 28-án 7:15–17:15 között történt. A felszerkezet függőleges elmozdulásainak ellenőrző mérési helyei a mederhídnál hídközépen (K), a parti szerkezeteknél pedig a (IV. és VIII.) nyílások középső (28. és 19.) keresztmetszetei voltak.
A próbaterhelő járműszerelvény 2 darab M62 sorozatú mozdony közé sorolt (Faccpp) kavicsszállító kocsi volt 400 tonna össztömeggel, közel 60 méteres hosszúsággal (10. ábra).

Méréseket végeztünk a vasúti híd mindhárom szerkezeténél és a csatlakozó pályában. A járműszerelvény egyben állt rá a kijelölt ellenőrző mérési helyekre, illetve végezte a kezdőpont–végponti irányú (KP-VP) és a végponti–kezdőponti (VP-KP) irányú 40-80 km/h sebeséggel való mozgást, illetve fékezéseket. Ezt követte a csatlakozó pálya mérése.
Az alakváltozásokat, az elmozdulásokat szintezővel, mérőskála alkalmazásával és UniTech elmozdulásmérő rendszerrel mértük. A mérést a hídszerkezetek egy-egy kijelölt pontjának leterhelésével, alakváltozás mérésével kezdtük. A korábbi (2018) méréseinkkel egybevágó lehajlási értékeket – a számított értékek ~70%-át – mértük ki. A terheléseket követően maradó alakváltozás nem volt, az előzményekből és a teher nagyságából következően ez nem is volt várható.

Ezt követően a dinamikus terhelések okozta hatások mérése következett. A lehajlások közelítették a statikus terhelés okozta elmozdulási értékeket. A 40-80 km/h sebességgel áthaladó járműszerelvény áthaladásakor a folytatólagos, többtámaszú hídszerkezeteknél az oldalingás maximális mértéke ±2 mm, a mederszerkezetnél ±4 mm volt. Ezek az értékek az 1996-os mérési eredményekkel megegyeznek.
A saruszerkezeteknél átlagosan 0,20 mm benyomódás volt észlelhető, fel­emelkedés nem mutatkozott. A gyorsfékezés hatására a saruk felső öntvényeinél hídtengelyirányú elmozdulásai 0,2-0,4 mm értékűek voltak. A fékezőerő megszűnését követően – a járműszerelvény megállása után – a felső öntvények eredeti helyzetbe való visszaállása gyorsan (~1 s alatt), 3-4 csillapodó amplitúdójú lengés alatt történt meg.

Az első gyorsfékezésnél a VI. számú pilléren (a saruk mellett és a felszerkezeten tartózkodva) a fékezésnek megfelelő irányú erős lökést lehetett érezni, amit egy ellenirányú lökés érzete zárt le. A rövid egyeztetés után (11. ábra) a fékezések megismétlése mellett döntöttünk. Az ezt követő gyorsfékezéseknél a mérések minden esetben csak a felső öntvény elmozdulását jelezték, a fix saruknál elmozdulás nem volt.
A fékezések hatására kialakuló elmozdulások a 12. és 13. ábrák diagramjain láthatók. A VI. pilléren a fix saru felső öntvények hídtengely irányú elmozdulásának maximuma 0,2 mm. Mindkét diagramon egyértelműen meghatározható a járművek megállásának időpillanata, az első fékezés esetén körülbelül 29,5 s, a második fékezés esetén pedig ~25 s. A megállás (blokkolás) pillanata után a fix saru felső öntvénye csillapodó lengés nélkül visszaáll az eredeti állapotába. Az V. pilléren a sarubenyomódás-mérés (zöld és sárga görbe) viszont csillapodó lengéssel áll vissza.

A kiindulási állapotot nem éri el a csillapodáskor, mivel a fékező jármű a szerkezeten áll meg, viszont az alapállapotot terheletlen állapotban vettük fel.
A megismételt mérési eredményekből arra következtettünk, hogy a vízszintes erő hatására a pillér a saruszinten elmozdult, majd az erő megszűnését követően visszaállt eredeti helyzetébe. A megismételt fékezéseket követően felmerült a pillér fékezőerőre történő elmozdulás vizsgálatának elvégzése, tekintettel arra, hogy ilyen mértékű hatást, kilengést a vizsgálatban résztvevők még nem tapasztaltak.
A dinamikus próbaterhelést követően az átépítés kiviteli tervéhez készített erőtani ellenőrzéseket összevetettük saját számításainkkal, és az üzemeltető képviselőjével közösen megállapítottuk, hogy a VI. számú pillér a fékezőerő felvételére alkalmas, további vizsgálatok, mérések elvégzése nem szükséges. (A befogott konzolként működő pillér felső része akár 5 mm-es elmozdulást is végezhet mindenféle károsodás nélkül.) A IV. és VIII. megerősített pilléreknél ilyen észrevétel nem merült fel. A fékezések hatására a fix és mozgó saruknál mért elmozdulások és azok „leépülése” az acélszerkezetek és az alátámasztó saruk üzemszerű viselkedését mutatták.

Dinamikus próbaterhelés értékelése

A statikus ellenőrző mérésekkel igazoltuk a korábban mért lehajlási értékeket. Az áthaladó járműszerelvény hatására keletkező oldalingások mértéke elfogadható. A 400 tonnás járműszerelvény 80 km/h sebességről történő gyorsfékezések hatására keletkező sarumozgások a saruszerkezetek üzemszerű működését mutatták.
Az alépítmények fékezőerőre való megfelelőségét a gyorsfékezések során tapasztaltak és az erőtani számítások is igazolták.
A csatlakozó pályában történt mérési eredmények a további vágányszabályozások szükségességére hívták fel a figyelmet.

Csatlakozó pálya mérése

A hídon lévő vasúti pálya és a folyópálya közt eltérő vastagságú és anyagú rétegek beépítésével rugalmas átmenetet alakítottak ki.
Mindkét hídfőnél a csatlakozó vasúti pálya függőleges elmozdulásainak mérése – a sínszálak mellé öt-öt helyen beépített érzékelők segítségével – UniTech elmozdulásmérő rendszerrel történt (14. ábra). Az elmozdulások mérési eredményei azt mutatták, hogy felül kell vizsgálni a kiegyenlítőlemezeken lévő első keresztaljak rögzítését, a vasúti pályában pedig el kell végezni a szükséges vágányszabályozást.

Összefoglalás

A megerősített algyői vasúti Tisza-híd statikus és dinamikus próbaterhelése két ütemben történt.
A cikkben a próbaterhelés előkészítését, végrehajtását, a fontosabb eredményeit és az azokból leszűrhető megállapításokat ismertettük. Az eredmények értékelésének külön érdekessége, hogy lehetőség volt összevetni – azonos járművekkel és teherállások mellett végzett – korábbi próbaterhelés mérési adatait a mostani étékekkel.
A mérések során a szerkezetek viselkedése, a mért és számított eredmények alapján megállapítottuk, hogy a vizsgált alsó pályás rácsos hídszerkezetek megfeleltek a statikai számításban feltételezettnek. A mérések során rögzített elmozdulások és alakváltozások mértéke a vonatkozó előírásoknak megfelelt.