A cikk szerzője:

Dr. Szepesházi Róbert ny. egyetemi docens
Széchenyi István Egyetem Győr

Hídalépítmények fejlesztésére irányuló kutatások

A dolgozat bemutatja a Széchenyi István Egyetemen 2005 óta folyó, a hidak alépítményének fejlesztésére irányuló kutatásokat. Ismerteti a kutatások hátterét, indokait, céljait és eszközeit. Tárgyalja a cölöpök teherviselésére vonatkozóan nyert eredményeket, a hídfők Plaxis 3D modellezését, továbbá az alépítmény szimulálását a hidak felszerkezetének méretezésében. Kitér a korszerű hídfőkonstrukciókra és ezeknek az új vasúti hídszabályzatbeli megjelenésére.


Megjegyzendő, hogy ez idő tájt a geotechnikai és a tartószerkezeti szoftverek közelítenek egymáshoz, az elvet illetően lényegileg úgy, ahogy azt ~10 éve mi is megfogalmaztuk. A Plaxis céget például 2020-ban megvásárolta a Bentley Systems, és azon dolgoznak, hogy az ezzel végzett számításokat szoftveresen összekapcsolják a Staad Pro nevű statikai programmal. Nagyon valószínű azonban, hogy a magyar hídtervezők még sokáig az AxisVM szoftvert fogják használni, így munkánk sokáig a vázolt módon lesz hasznosítható. A hídfők Plaxis 3D modellezését illetően nyert tudás azonban akkor sem vész kárba, ha a két szoftver között az átmenetet valamennyire sikerül automatikussá tenni. Egyrészt, mert a szoftver használatának megvannak a „titkai”, a felkészületlen alkalmazók könnyen eltévedhetnek, és félrevezető eredményeket szolgáltathatnak. Másrészt, mert a tervezett kombinált szoftverhasználat esetében is tisztában kell lennünk az átmenet mibenlétével.
A hídalépítmények fejlesztésére irányuló kutatásaink súlypontja a végeselemes geotechnikai modellezés alkalmazása, de foglalkoztunk több kapcsolódó kérdéssel is, ezek:

  • a cölöpök függőleges teherbírásának számítása;
  • hídfőkonstrukciók kialakításának elvei;
  • a konstitutív anyagmodellek paramétereinek meghatározása;
  • a monitoring fejlesztése.

A cölöpök teherviselésének számítása

2011-ben készült el a szerző PhD-értekezése a cölöpalapok méretezéséről [7]. A kidolgozott eljárás a Magyarországon akkoriban megjelent, mára elterjedt CPT-szondázással mért csúcsellenállásra épül. A szakirodalomban korábban megjelent analitikus és empirikus eljárások felhasználásával kifejlesztett képletet 63 CFA-cölöpön általunk végzett próbaterheléssel kalibráltuk, s állapítottuk meg a megbízhatóságát (2. ábra).

2. ábra. CFA-cölöpök teherbírásának megbízhatósága(Más cölöpökre a módszert úgy terjesztettük ki, hogy a technológia hatását figyelembe vevő szorzókat a különböző korábbi eljárások alapján viszonyítottuk a CFA-cölöpéhez.) A próbaterhelésekkel való összevetés mellett a megbízhatósági eljárás alkalmazásával is elemeztük a cölöpteherbírás bizonytalanságát, és így állapítottuk meg azt a biztonsági rendszert, amely bekerült az Eurocode 7-1 nemzeti mellékletébe. Az eljárást azóta elterjedten használják a gyakorlatban, és az 2019-ben bekerült az új Vasúti hídszabályzatba is. A munka keretében vizsgáltuk annak lehetőségeit, hogy miként lehet a próbaterhelés rutinszerűen mért adatai alapján szétválasztani a cölöpellenállás komponenseit. Erre azért kényszerülünk, mert ritkán van mód a cölöpben működő erő mélység szerinti változásának mérésére, ami a palástellenállások pontos megállapításához kellene.
2019-ben a módszert, a HBM Kft. megbízására, az általuk készített speciális csavart (ScrewSoil) cölöpre vonatkozóan pontosítottuk, a cölöptípuson az elmúlt évtizedben végzett 26 próbaterhelés eredményét felhasználva. Az elemzés eredményeként a korábban jórészt intuitív alapon és ezért óvatosan felvett technológiai szorzót valamelyest javítani lehetett. A vizsgálódás kiterjedt a próbaterhelési görbék elemzésére és matematikai megfogalmazására is [8].
Jelenleg is folyik egy hasonló tartalmú PhD-kutatás, amely azt kívánja tisztázni, hogy miért adódik egyes cementálódott agyagokban készült cölöpök próbaterhelésekor a vártnál kisebb és a süllyedéssel csökkenő teherbírás [9].
Több fázisban foglalkoztunk a próbaterhelési görbék végeselemes reprodukálásával [10–12]. Ezekből említést azok a próbálkozások érdemelnek, amelyeket VUIS-típusú vagy O-gyűrűs osztott cölöpön hajtottak végre, mert ezek információt szolgáltatnak a cölöpellenállás komponenseiről. Az ilyen „back-analysis” révén nyert fajlagos cölöpellenállások alapján a szerkezeti cölöpök méretei korrekten véglegesíthetők, a visszaszámított talajparaméterek pedig pontosíthatják a komplex modellezést.  
A cölöpök vízszintes teherviselésének modellezésével már a hídfőkre fókuszálva először Szép foglalkozott Scharle témavezetésével PhD-értekezésében [13]. Egyebek mellett megvizsgálta a Plaxis 3D által felkínált cölöpmodellezési lehetőségeket, és megállapításokat tett az ezekkel nyerhető eredmények viszonyára. Ebből kiemelhető, hogy az „embedded pile” modellt alkalmasnak találta, ami komplex feladatok esetében nagy előnyt jelent. Az alapkoncepciónak megfelelően vizsgálta, miként lehet Plaxis-futtatásból ágyazási paramétereket szolgáltatni a tartószerkezeti modellezéshez. Felhasználta Ray modelljét is, amely tényleges vagy szimulált vízszintes próbaterhelés görbéjéhez keresi meg a cölöp menti talajrétegek rugóállandóját és határerejét. Ez részleteiben a [14] irodalomban tanulmányozható (3. ábra).

3. ábra. Talajrugók paramétereinek előállítása vízszintes próbaterhelés alapján [14]
Wolf 2018-ban PhD-értekezésében már a cölöpök szeizmikus (vízszintes) terhelésének modellezését vizsgálta a Plaxis 3D szoftverrel a legfejlettebb HSS-talaj­mo­dellt, a rendelkezésre álló („volume pile” és „embedded pile”) cölöpmodelleket és hét tényleges szeizmikus idő/gyorsulás adatsort bevetve [15]. Egyebek mellett kimutatta, hogy a cölöpöket nem helyes elkülönítetten vizsgálni, mert igénybevételeiket nagyban befolyásolja a felettük levő építmény súlya is. Megállapította továbbá, hogy a kinematikai nyomaték a Tstr <1 s periódusidejű szerkezetek esetében elhanyagolható a tehetetlenségi nyomatékhoz képest, nagyobb saját periódusidő esetében viszont az elhanyagolás alulméretezéshez vezetne.

A cikk folytatódik, lapozás:« Előző1234Következő »

Irodalomjegyzék

  • [1] MSZ EN 1997-1:2006. Eurocode 7: Geotechnikai tervezés 1. rész: Általános szabályok. Budapest: Magyar Szabványügyi Testület; 2006.
  • [2] Horvát F, Koch E, Major Z. Híd és vasúti folyópálya közötti átmeneti szakaszok kialakítása. Sínek Világa 2018;4-5:89-97.
  • [3] Borsos A. Hatékonyabb és fenntarthatóbb építőipari megoldások a kockázatmenedzsment és a műszaki kutatás eszközeivel. GINOP-221 VKE. Győr: Széchenyi István Egyetem; 2021.
  • [4] Vasúti hídszabályzat. Vasúti hidak és egyéb műtárgyak geotechnikai tervezése. Budapest: Magyar Államvasutak Zrt.; 2018.
  • [5] Szepesházi R. Hídalépítmények tervezésének fejlesztése. 50. Jubileumi Hídmérnöki Konferencia. Siófok, 2009.
  • [6] Szepesházi R, Honti I, Schell P, Wolf Á, Mahler A, Szilvágyi Zs, Lődör K, Móczár B, Szepesházi A, Koch E. Geotechnikai végeselemes modellezés. Budapest: Magyar Geotechnika Egyesület; 2018.
  • [7] Szepesházi R. Cölöpalapok méretezése az Eurocode 7 követelményei szerint. PhD-értekezés. Miskolc: Miskolci Egyetem; 2011.
  • [8] Hudacsek P, Koch E, Scheuring F, Szepesházi A, Wolf Á. Egyedi cölöp merevségének meghatározása. Geotechnika 2020 Konferencia, Herceghalom.
  • [9] Nepusz A. Meszes agyag talajkörnyezetben készült cölöpök teherbírásának vizsgálata. Geotechnika 2019 Konferencia. Velence.
  • [10] Szepesházi R. Az osztott cölöpös (VUIS-típusú) próbaterhelés feldolgozásának fejlesztése. Kutatási jelentés. Kézirat. Győr: Kooperációs Kutató Központ; 2005.
  • [11] Hudacsek P, Kanizsár Sz, Koch E, Szepesházi R, Szilvágyi Zs, Wolf Á. A MOL CAMPUS alapozásának vizsgálata. Geotechnika 2020 Konferencia. Herceghalom.
  • [12] Kanizsár Sz. Back analysis of Osterberg-cell pile load test by means of three-dimensional geotechnical modeling. Civil Engineering Journal, Faculty of Civil Engineering.
  • Czech Technical University in Prague, 2021.
  • [13] Szép J. Hídszerkezetek modellezése a talaj és a szerkezet kölcsönhatásának figyelembevételével. PhD-értekezés. Győr: Széchenyi István Egyetem; 2014.
  • [14] Ray, PB. An optimized elastoplastic subgrade reaction for modeling the response of a nonlinear foundation for a structural analysis. Slovak Journal of Civil Engineering, September 2015.
  • [15] Wolf Á. Cölöpalapok viselkedése szeizmikus terhelés hatására szemcsés talajkörnyezetben. PhD-értekezés. Győr: Széchenyi István Egyetem; 2018.
  • [16] Koch E. Töltésalapozási eljárások modellezése. PhD-értekezés. Győr: Széchenyi István Egyetem; 2014.
  • [17] Koch E, Szepesházi R. Laboratory tests and numerical modeling for embankment foundation on soft chalky silt using deep-mixing. Proceedings of the 18th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris, 2013.
  • [18] Koch E. Vasúti híd és pálya csatlakozás modellezése Plaxis 3D szoftverrel. Sínek Világa 2018;2:7-12.
  • [19] Koch E, Szepesházi R. 3D modelling of train-track interaction at bridge transition. Proceedings of the XVI. Danube European Conference on Geotechnical Engineering, Skoje, 2018.
  • [20] Koch E. Hídépítés ütemezésének geotechnikai hatásvizsgálata. Sínek Világa 2019;3:9-17.
  • [21] Koch E. Finite element analysis of bridge transition zone for investigating the effect of moving loads. Proceedings of the XVII European Conference on Geotechnical Engineering, Reykjavik, 2019.
  • [22] Koch E. Vasúti hídfők komplex geotechnikai modellezése. Sínek Világa 2020;6:2-8.
  • [23] Szilvágyi Zs. Dunai homokok dinamikus talajparaméterei. PhD-értekezés. Győr: Széchenyi István Egyetem; 2018.
  • [24] Ray RB, Szivágyi Zs, Wolf Á. Talajdinamikai paraméterek meghatározása
  • és alkalmazása. Sínek Világa 2014;1:32-6.
  • [25] Hudacsek P, Sándor Cs. Rezgőhúros érzékelőalapú geotechnikai és szerkezetmonitoring-rendszerek fejlesztése. Geotechnika 2020 Konferencia, Herceghalom.
  • [26] Szepesházi R, Szép J. Modelling of soil-structure interaction in bridge design. 19th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Seoul, 2018.
A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2021 / Különszámában.
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 | ©