A bevezetőben leírt folyamatok meghatározása céljából méréseket végeztünk a sárvári Rába-hídon. Vizsgálatunk során a híd és a vasúti pálya együttes viselkedését vizsgálva a vonatkozó szabványok [1, 2] előírásait vettük figyelembe.

Vasúti hidak és vágányok együttes viselkedése

A vágány és a hídszerkezet együttes viselkedését nagymértékben meghatározza a vasúti felépítmény kialakítása, amely lehet:
• ágyazatátvezetéses;
• hídfás, szintetikus (műanyag) aljas vagy ezekkel egyenértékű pontszerű sínalátámasztású vagy
• folytatólagos rugalmas sínalátámasztású, kiöntött sínágyazású (például Edilon, Sika stb.).
Hídfás (kompozitaljas) felépítmény esetén a hídfák hídhossztartóihoz történő merev rögzítésével és szorítóhatású sínleerősítések alkalmazásával a vágány és a híd felépítménye a hosszirányú erők tekintetében szorosan együtt dolgozik. A hosszirányú erőkből ebben az esetben a felszerkezetre és a fix támaszokra jelentős többleterő adódik.
Hídfás felépítmény esetén egy másik lehetséges műszaki megoldás, hogy a hídfák a híd hossztartóira épített központosító lécen hosszirányban szabadon elmozdulhatnak, és a hézagnélküli sínszál megszakítás nélkül van átvezetve a hídon, a híd a hézagnélküli vágánytól függetlenül tud dilatálni. Ezt a megoldást alkalmazzák a sárvári és a győri Rába-hidakon. A gyorsító- és fékezőerők egy részét, ami a terhelt hídfa és a hossztartó közötti tapadó súrlódás révén a hossztartókra adódik át, a híd fix saruja veszi fel. Az erő többi része a hídhoz csatlakozó földművön fekvő zúzottkő ágyazatos pályaszakaszokra adódik át a hézagnélküli sínszálakon keresztül.
A híd felszerkezetének és a vágánynak egymásra gyakorolt hatását nagymértékben befolyásolja:

• a vágány tengelyirányú merevsége és
• a vágány vagy a sínek hosszirányú eltolódással szembeni ellenállása, amely lehet:

        – a hosszirányú ágyazati ellenállás, amely az ágyazat alsó síkjához viszonyítva a vágány eltolódásával szembeni ellenállás, vagy
        – a sínek hosszirányú eltolódásával szembeni ellenállás a sínleerősítő szerkezeteken.
Fajlagos értéke az a vágány hosszegységére jutó erő, amely a sín és a megtámasztó szerkezet vagy háttöltés közötti relatív eltolódás mértékétől függően az eltolódással szemben fellép. Ha a hézagnélküli sínszálat megszakítás nélkül vezetik át a hídon, általános szabályként elmondható, hogy minél merevebben van rögzítve a vágány a híd felszerkezetéhez, annál nagyobb reakcióerők keletkeznek a híd felszerkezetében, fix sarujában, valamint a sínszálban.
A vasúti hidak és a rajtuk átvezetett vágányok együttes viselkedésének meghatározásához az alábbi hatásokat kell figyelembe venni:

• hőmérsékleti hatások a tartószerkezetből és a vágányból álló összetett rendszeren;
• függőleges irányú forgalmi terhek;
• vontatási és fékezőerők;
• ha számottevő mértékű, akkor az egyéb hatásokból – mint zsugorodásból, kúszásból, egyenlőtlen hőmérséklet-változásból – eredő végkeresztmetszet-eltolódás és -elfordulás.

A híd bemutatása

A híd alsópályás, négytámaszú, folytatólagos főtartójú, rácsos acélhíd. A szerkezet hegesztett, szegecselt helyszíni illesztésekkel. A hídtengely és a Rába-meder közepének metszéspontja a 886+08,00 szelvényben van. A műtárgy háromnyílású, nyílásbeosztása a vágánytengellyel párhuzamosan mérve a pillérek tetejével azonos magasságban: 32,75 + 41,58 + 32,75 m. A felszerkezet folytatólagos, hossza 36,16 + 45,20 + 36,16 = 117,52 mm. A mellvédfalak távolsága 118,72 m, a híd teljes hossza 122,72 m.
A vasúti pálya a hídon egyenes és vízszintes, UIC54-es sínrendszerrel, Geo sínleerősítéssel és hídfákkal van kialakítva. A hídfákat hídfasaruk és központosító léc támasztja alá a hossztartón. A vágány a hídon és a csatlakozó zúzottkő ágyazatú felépítményen hézagnélküli, síndilatációs készülék a híd egyik végéhez sincs beépítve. A hídfasaruk a központosító lécen hosszirányban szabadon elmozdulhatnak, így hőmérséklet-változás hatására a hídszerkezet tud dilatálni a (szinte) mozdulatlan hézagnélküli vágány alatt. A híd és a felépítmény az 1. ábrán, vázlatrajza a 2. ábrán látható.

A híd fix saruja az Ostffyasszonyfa (Székesfehérvár) felőli második pilléren van. A híd dilatáló hossza Ostffyasszonyfa felé 36,16 m, Sárvár (Szombathely) felé 81,36 m.

A mérések célja és eredményei

A sárvári Rába-hídon pályaméréseket hajtottunk végre azzal a céllal, hogy meghatározzuk a két sínszálnak, valamint a híd hossztartóinak hőmérséklet-változásból bekövetkező hosszirányú elmozdulásait a két hídfőn létesített fix pontokhoz képest.
A két sínszál talpának a szélébe egy-egy pontot ütöttünk a hídfő felett, és ezeknek a mozgását határoztuk meg. Mértük továbbá a hossztartók végének és a hídfőn létesített fix pontok egymástól való távolságát. A méréseket digitális tolómérővel végeztük. RailTemp Mo40LC típusú digitális hőmérővel mértük a bal sínszál hőmérsékletét, valamint a híd kezdőpont felőli végénél az egyik rácsrúd hőmérsékletét az árnyékos oldalon.

A híd hossztartói végkeresztmetszetének és a vizsgált sínkeresztmetszeteknek a 2016. január 22-én mért pozícióját – leolvasási adatot – tekintettük relatív nulla helyzetnek, és ehhez képest számítottuk a további időpontokban bekövetkező elmozdulásokat. Az egyes mérési időpontokban mért sín- és hossztartó-végkeresztmetszet elmozdulásait a híd Sárvár felőli végénél az 1. táblázat, az Ostffyasszonyfa felőli végénél a 2. táblázat, a mért sín-, hídszerkezet- és levegő-hőmérsékleteket a 3. táblázat tartalmazza. A mérési adatokat grafikusan a 3. és a 4. ábra szemlélteti. A sín dilatációs mozgásainál pozitív előjellel tüntettük fel azokat a mérési eredményeket, amikor a sínkeresztmetszet a folyómedertől távolodva mozdult, és negatív előjellel, amikor a folyó sodorvonala felé közeledett.
Az 1. és a 2. táblázat tájékoztató jelleggel feltünteti a hossztartó végkeresztmetszetének a
           Δl = α·l·ΔT                        (1.)
összefüggésből számított elmozdulását, ami egy konzol szabad végének az ellenállásoktól mentes elmozdulását jelenti. A képletben lévő mennyiségek:
Δl [mm]: hosszváltozás,
α = 1,2·10-5 1/°C: lineáris hőtágulási együttható,
l [mm]:    a híd dilatáló hossza,
ΔT [°C]: a híd mért hőmérsékletének változása.
A 2016. január 22-én mért hídhőmérsékletet tekintettük referenciának és ehhez képest számítottuk a híd hőmérséklet-változását. A nyári méréseket napsütéses időben végeztük, amikor a rácsrúd másik oldalát közvetlenül érte a nap. A nyáron mért és a számított hosszirányú elmozdulás között jelentős, mintegy 10-30%-os eltérés adódik, ami nagy valószínűséggel abból ered, hogy a hossz- és a kereszttartókat, valamint az északi oldali főtartók alsó részét a napsugárzás közvetlenül nem éri, a folyó fölött kialakuló kisebb légáramlatok pedig hűtik a hídszerkezet alsó részét.

A híd átlagos hőmérsékletének meghatározásához mintegy 10 mérési pontra lenne szükség. Az esetleges belső súrlódásokra – például saruellenállásra – vonatkozóan méréseket nem végeztünk.

A hídon átvezetett sínszálak elmozdulása 0–2 mm közötti érték, ami gyakorlati szempontból nagyon kismértékűnek tekinthető. A hézagnélküli sínszálon kialakulhat 2 … 4 mm hosszirányú mozgás egyenlőtlen hőmérséklet-változás hatására, például, ha a vágány egy részére felhő vagy bármi más árnyék vetődik. Hosszirányú elmozdulást előidézhet az ágyazat és az alépítmény inhomogenitása, vagy az a hatás is, ha a sínszál semleges hőmérséklete kismértékben eltér a pálya hossza mentén. A nyarat követő téli mérések idejére a sínkeresztmetszetek visszatértek eredeti pozíciójukba.
A hossztartó mért legnagyobb elmozdulása a híd Ostffyasszonyfa felőli végénél 19 mm, a Sárvár felőli végénél 44 mm. A sínszálak és a hossztartók dilatációs mozgásainak összehasonlításából megállapítható, hogy a (szinte) mozdulatlan hézagnélküli sínszálak alatt a híd szabadon tud dilatálni.

Hézagnélküli sínszál egyenlőtlen hőmérséklet-változás hatására bekövetkező mozgása

A hézagnélküli sínszál hosszirányú mozgásának igazolása céljából számítógépes modellt építettünk fel az Axis X5 szoftverrel. A vasúti pályát vonal menti alátámasztású, Euler–Bernoulli-féle elemekből álló kétdimenziós rúdmodellel modelleztük, amelynek jellemzői megegyeznek az 54E1 rendszerű sín jellemzőivel:
– keresztmetszeti területe: 6977 mm²,
– rugalmassági modulusa:
215 000 N/mm²,
– lineáris hőtágulási együtthatója:
1,15∙10-5 1/°C.
A modellek a felépítmény fél keresztmetszetére vonatkoznak.
A megfelelően karbantartott, konszolidált ágyazat hosszirányú ellenállása egy sínszálra vonatkoztatva 8–10 N/mm is lehet, míg a friss ágyazaté 5 N/mm. Ennek megfelelően a csatlakozó felépítmény vonal menti támaszának határerejét hosszirányban az újonnan készített ágyazat modellezésénél 5 N/mm-nek vettük fel.
A MÁV Zrt. D. 12. H Utasítása [3] szerint a sín semleges hőmérsékletének névleges értéke 23 °C, a semleges hőmérsékleti zóna pedig°C. A sín hőmérséklete folyópályákon nyáron a közvetlen napsugárzás miatt akár a 60 °C-ot is elérheti. Télen  30 °C-ot javasolt figyelembe venni legkisebb értékként, ugyanakkor az elmúlt 50 év téli időjárásainak figyelembevételével -30 °C sínhőmérséklet kialakulásának a valószínűsége rendkívül alacsony.
A modellben a sín hőmérsékletét nyáron, a földművön fekvő zúzottkő ágyazatú felépítményen +60 °C-nak, a hídon pedig +50 °C-nak vettük fel, ami ∆T = 10 °C sínhőmérséklet-különbséget jelent. A hidat 120 m hosszúnak, a zúzottkő ágyazatú szakaszt pedig 600-600 m hosszúnak feltételeztük a híd mindkét végénél. Megjegyzendő, hogy nyáron egy napsütéses és egy tartósan árnyékban lévő vágányszakasz között ∆T = 10 … 15 °C sínhőmérséklet-különbség is kialakulhat. A sínszál semleges hőmérsékletét teljes hosszban állandónak, az ágyazást pedig a földművön fekvő szakaszokon homogénnek feltételeztük [4].
A számítások eredményeként az adódott, hogy a híd és a földművön fekvő pályaszakasz csatlakozásánál – a híd mindkét végénél – a sín ∆l = 1,52 mm-t mozdul el a meder közepe felé az egyenlőtlen hőmérséklet-változás miatt (5. ábra).

Összefoglalás

A sárvári Rába-híd dilatációs mozgásaival kapcsolatban végzett méréseink és az ezt modellező számítások eredményeit az alábbiakban foglaljuk össze:

• A hídon átvezetett sínszálak elmozdulása 0 és 2 mm közötti érték, ami gyakorlati szempontból nagyon kismértékűnek tekinthető. A téli relatív nulla méréshez képest nyáron a sínszál mintegy 2 mm-t mozdult el. A nyarat követő téli mérések idejére a sínkeresztmetszetek visszatértek eredeti pozíciójukba.
• A híd hossztartóinak mért legnagyobb elmozdulása a híd Ostffyasszonyfa felőli végénél 19 mm, a Sárvár felőli végénél 44 mm.
• A sínszálak és a hossztartók dilatációs mozgásainak összehasonlításából megállapítható, hogy a hézagnélküli sínszálak alatt a híd szabadon dilatál.
• A vizsgált rácsrúd hőmérsékletéből az 1. képlettel számított elmozdulások mintegy 10 … 30%-kal nagyobbak, mint a mért dilatációs értékek. Ez az eltérés a híd egyenlőtlen hőmérséklet-változásából adódhat, aminek meghatározása mintegy 10 ponton történő hőmérsékletméréssel lehetséges.
• Számítási eredményeink alapján, ha a hídon a sínszál hőmérséklete ∆T = 10 °C-kal alacsonyabb, mint a csatlakozó földművön fekvő zúzottkő ágyazatú vágányon lévő síné, akkor 1,57 mm hosszirányú elmozdulás alakulhat ki a sínben az egyenlőtlen hőmérséklet-változás hatására. A számított eredmény jó közelítést mutat a sín mért elmozdulásával.
• Vizsgálataink során a témában megjelent szakirodalmat összegyűjtve, azokat tanulmányozva, az alábbi szakirodalmat ajánljuk olvasóink szíves figyelmébe: [5–8].

Köszönetnyilvánítás

Ezúton szeretnénk köszönetet mondani Tóth Axel osztályvezető úrnak a MÁV Zrt. Pályalétesítményi Igazgatóság Híd Osztályán, valamint a Szombathelyi Pályafenntartási Főnökség Sárvári Hidász Főpályamesteri Szakaszán Németh Péter főpályamester úrnak és a főpályamesteri szakasz dolgozóinak, hogy lehetővé tették és segítették számunkra a mérések végrehajtását.