A cikk szerzője:

Dr. Koch Edina egyetemi docens
Széchenyi István Egyetem

Hídépítés ütemezésének geotechnikai hatás­vizsgálata

A cikkben a szerző bemutatja a 3D végeselemes modellezéssel végzett újabb kutatásainak az eredményeit, amelyek a hídfőszerkezetek, beleértve az alapozásukat is, a csatlakozó töltés és a köztük kialakítandó átmeneti szakasz fejlesztésére irányulnak. E komplex, az építési folyamat által is befolyásolt rendszer viselkedését a legkorszerűbb térbeli, végeselemes, nemlineáris anyagmodellel dolgozó szoftverrel modellezte, s figyelembe vette a vonatterhelés dinamikáját is. Kiemelt figyelmet fordított az építésütemezés szerepének feltárására.


A legnagyobb normálerő a híd felőli cölöpsor szélső cölöpjeiben keletkezik, s a nyomaték is itt a legnagyobb, ami összhangban van a szakirodalmi adatokkal. A talpra jutó maximális erő jellemzően 300–350 kN, és a töltés felőli szélső cölöpökön nagyobb. A maximális nyomaték a híd felőli szélső cölöpökben keletkezik. 

13. ábra. Töltés felőli szélső cölöp vízszintes elmozdulása és igénybevételei (2. változat)
Tekintettel arra, hogy a 2. típus mutatta a legkedvezőtlenebb eredményeket, ezért a 13. ábrán e modell töltés felőli szélső cölöpjének vízszintes mozgását, normálerejét és nyomatékát mutatom be mélység szerint a vasúti felépítmény beépítése utáni állapotra vonatkozóan. A vízszintes mozgást illetően azt állapíthatjuk meg, hogy

  • a mozgás a talajkörnyezet mozgásához igazodóan felül a töltés felé irányul, mértéke 5 mm alatt van, a talp felé haladva átvált;
  • az altalajban a legnagyobb érték ~4,5 m mélységben alakul ki, majd csökken;
  • a mozgásnövekmények az egyes építési fázisok nyomán nem érik el a 0,5 mm-t.

A normálerőábrával kapcsolatban megállapíthatjuk, hogy a mélységgel szabályosan csökken, dolgozik a palástellenállás, s a talpra ~430 kN marad.
A nyomatéki ábrával kapcsolatban elmondható, hogy a kezdeti nagy nyomaték a cölöpösszefogó gerendába való befogásból adódik. Ezután a nyomaték fokozatosan csökkenve előjelet vált, és körülbelül a réteghatárnál éri el a negatív maximumot, majd a homokban lecseng. A réteghatárnál a görbe kissé zavaros, valószínűleg egy finomabb hálóval ez kisimulna.

14. ábra. Normálerő mélység szerinti alakulása építési fázisonként  a) töltés felőli cölöp;   b) nyílás felőli cölöp
A 14. ábra építési fázisonként mutatja a normálerő változását a mélység függvényében. Az ábrával kapcsolatban az alábbiakat emelem ki:

  • a vasúti felépítmény beépítéséig a cölöpökre jutó erő (természetesen) növekszik;
  • a legnagyobb növekmény a 2. töltéslépcső és a teljes konszolidáció fázisa alatt keletkezik;
  • a vonatteher hatására a normálerő kismértékben csökken;
  • a nyílás felőli cölöpre ~40%-kal kisebb erő jut;
  • a nyílás felőli cölöpök felső 1–2 m-én csekély, ~50 kN nagyságú negatív köpenysúrlódás érzékelhető, a másik soron kevesebb.

Ezek az eredmények azt mutatják, hogy egy ilyen igényesebb modellezés a cölöpökre vonatkozóan is kedvezőbb eredményeket hoz. Talán nem kell például mindig annyira tartani a negatív köpenysúrlódástól, mint ahogy a jelenlegi hazai gyakorlat ehhez hozzááll. Ennek nyilván az az oka, hogy a hídfőnél a süllyedések kicsik.

Következtetések

A tanulmány egy jellegzetes cölöpalapozású vasúti hídszerkezet és a gyenge altalajon épült csatlakozó töltés építésének és terhelésének modellezését és annak eredményeit mutatta be különböző építésütemezési változatokra. A vizsgálódás alapján több, a gyakorlat számára is hasznos következtetést vonhatunk le.
a) A bemutatott eredmények értelmezhetősége, reális nagyságrendje, egymáshoz viszonyított arányai alapján kijelenthető, hogy a Plaxis 3D szoftver a HS-small anyagmodellel és a dinamikus vonatterhelés-modellezés lehetőségével alkalmas eszköz a vizsgált probléma mélyreható analízisére.  
b) A térbeliség és a talaj/szerkezet kölcsönhatás korrekt kezelése mellett a HS-small anyagmodellből természetes módon kiadódó kisebb és reálisnak látszó határmélységek azt eredményezik, hogy a hídfő környezetére vonatkozóan már az állandó terhekből származó süllyedésekre is sokkal kedvezőbb eredményeket nyerhetünk annál, mint ha erre is a folyópályára kidolgozott analitikus módszerekkel vagy 2D modellezéssel számított eredményeket vonatkoztatnánk.
c) Az ilyen modellezéssel képesek lehetünk az építési folyamatok optimalizálására, az építési lépcsők helyes megválasztására, a negatív köpenysúrlódás megengedhető mértékének megállapítására, illetve ennek és a felszerkezeti cölöpterhek már megengedhetetlen szuperponálódásának elkerülésére, a vasúti felépítmény legkorábbi építési időpontjának kijelölésére.
d) Örömmel fogadhatjuk a hídfőszerkezet és a cölöpalapozás vízszintes terhelésére és elmozdulására kapott, reálisnak tetsző eredményeket is, melyek szintén a modellezés említett lehetőségeinek köszönhetők. A hídfőfalnak az építésütemezéstől függő elmozdulásai szintén reálisnak tűnnek.
e) A rövid idejű és a kis alakváltozások tartományában maradó vonatterhelés okozta többletsüllyedések számítására is alkalmasnak látszik az alkalmazott modellezési eljárás.
f) A módszer segíthet a híd és a folyópálya közötti átmeneti szakasz megtervezésében is.
A kedvező eredmények további számításokra biztatnak, más talajadottságok, más hídfőszerkezetek, más kialakítású átmeneti szakaszok és más építési eljárások modellezése után lehet/szabad majd igazán átfogóan értékelni a modellezés helyességét és módszereit.
A sok változó miatt nem indokolt abban bízni, hogy az ilyen futtatások alapján nagyon egyszerű méretezési eljárásokat lehet majd kidolgozni. Hosszabb távon is arra érdemes berendezkedni, hogy az itt bemutatott módon modellezzük majd a konkrét eseteket, s keressük az adott körülményekre megfogalmazható optimum­függvények szélső értékeit.
A numerikus kísérletek realitásának biztosabb megítéléséhez viszont mindenképpen szükséges lenne, hogy az eredményeket épülő szerkezetek megmért mozgásaival összevethessük. Remélhetően a MÁV Zrt. érdemesnek tartja a problémát és az eddigi eredményeket ilyen munkák támogatására is.

A cikk folytatódik, lapozás:« Előző1234567

Irodalomjegyzék

  • [1] Dr. Horvát F., dr. Koch E., dr. Major Z.: Híd és vasúti folyópálya közötti átmeneti szakaszok kialakítása. Sínek Világa, 2018/4–5, 89–97. o.
  • [2] 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.
  • [3] Szepesházi R.: Hídalépítmények tervezésének fejlesztése. 50. Hídmérnöki Konferencia, Siófok, 2009, 429–470. o.
  • [4] 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.
  • [5] Hudacsek P., dr. Koch E., Szilvágyi Zs., Wolf Á.: Kis nyílású műtárgyak csatlakozó szakaszainak vizsgálata. Sínek Világa, 2017/2, 12–18. o.
  • [6] Dr. Koch E.: Vasúti híd és pályacsatlakozás modellezése Plaxis 3D szoftverrel. Sínek Világa, 2018/2, 7–12. o.
  • [7] H.1. Vasúti Hídszabályzat, H.1.6. Utasítás, Vasúti hidak és egyéb műtárgyak geotechnikai tervezése, MÁV, 2018.
A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2019 / 3. 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 | ©