A cikk szerzője:

Vörös József okleveles építőmérnök, ny. mérnök főtanácsos

Evers Antal nyugalmazott mérnök, főtanácsos

Hőhatás és hőmozgás a vasúti hidaknál

A vasúti pálya és híd kölcsönhatásában fontos szerepe van a pálya és annak tartozékát képező hidak eltérő hőmozgásának. A kapcsolódó határterületek előírásainak ismerete és figyelembevétele a hidak tervezésénél, vizsgálatánál és főleg azok karbantartásánál elengedhetetlen. A cikk az utóbbi időszak utasításkorszerűsítéseit és az új szerkezeti megoldásokat is figyelembe véve a vonatkozó előírásokra és azok összefüggéseire hívja fel a kedves olvasók, tervezők és üzemeltetők figyelmét. Egyben javaslatot tesz arra, hogy a cikkben leírtak értékelését és elfogadását követően annak megállapításait az utasítások korszerűsítését végző szakemberek munkájuk során vegyék figyelembe.

A megszakított sínek végeinél jelentkező lélegző mozgás mértékét a Hézagnélküli felépítmény építése, karbantartása és felügyelete tárgyú D. 12/H. Utasítás szerint lehet meghatározni, a következő képlet segítségével:
zo=α×E×A×Δt/p [m],
ahol
zo a lélegző szakasz hossza [m];
α a sín hőtágulási együtthatója          1,15×10-5 [1/°C];
E a sínacél rugalmassági modulusa    2,06×105 [N/mm2];
A a sín keresztmetszeti területe [mm2];
Δt tervezésnél a teljes hőtágassági érték: 90 °C;
p az egy sínszálra vonatkozó hosszirányú eltolódási ellenállás [kN/m].
A D. 12/H. Utasítás 1. számú mellékletének 1M/1 táblázata tartalmazza a különböző pályaadatok figyelembevételével a képlet alapján kiszámított értékeket.
Például szolgáljon egy 40 m dilatáló hosszúságú híd végeinél megszakított hézagnélküli vágányba tervezett síndilatációs szerkezetek nyitási értékének meghatározása. A példában a hídhoz csatlakozó pálya legyen zúzott köves, amelynek az átlagos hosszirányú ágyazati ellenállása 8 N/mm/sín, és a sínek 54 E1 rendszerűek. A síntörésekre vonatkozó fent említett táblázatból kiírható a megszakított sín végének teljes mozgási értéke, amely az adott pályaadatok figyelembevételével megegyezik a hézagnélküli vágány nyíltvonali szakaszán bekövetkező síntörési hézag (táblázati jele Δ) tágasságával: Δ = 47,8 mm (kerekítve ±24 mm). Ez tehát a híd fix sarus végénél szükséges síndilatációs szerkezet teljes nyitási értéke. A mozgó sarus hídvégnél szükséges síndilatációs szerkezet teljes nyitási értékének megállapításához, ehhez az értékhez hozzá kell adni a hídszerkezeten lévő sín fentebb említett teljes dilatáló mozgási értékét. Az így kapott teljes nyitási érték: 47,8+41,4=89,2 mm (kerekítve ±45 mm).   
Megemlítjük, hogy a síndilatációs szer­ke­zetek hőmozgásának számításánál a H.1.2. Utasítás megengedi a hőhatás értékének számításánál előírt hőmérsékletének 20 vagy 10 Celsius-fokkal történő megemelését. Ezzel a szóban forgó szerkezetek esetleges pontatlan beállításából származó hibát lehetne a karbantartás során korrigálni.
Külön kell említeni a rugalmasan beágyazott sínekkel kialakított hídpályát [5]. Ennél a síneket a hídszerkezethez rögzített acélvályúba vagy a hídszerkezeten kialakított vályúba helyezik, és megfelelő megkeményedő ragasztómasszával körülöntik. Az így kialakított sínek rugalmasan ugyan, de közvetlen teherátadó kapcsolatba kerülnek a hídszerkezettel. Ezeknél a hidaknál a hézagnélküli pályába beépíthető szerkezethosszat a sínbeágyazó ragasztó anyaga alapján állapítják meg.

7. ábra. Javaslat a mérési grafikon megjelenítésére H.1.2.  szerinti hőmérsékleti adatokkalA megkeményedett rugalmas ragasztó ellenére a sínt csak jelentős erővel lehet tengelye irányában elmozdítani. Egy meghatározható elmozdítás hatására a ragasztó a sín vagy a sínvályú felületéről le fog válni, tehát megszűnik a sín rögzítettsége. A különböző ragasztók, valamint a sínvályú eltérő méretei miatt a leválás nélküli elmozdulás elérheti a 12 millimétert is. Edilon rendszerű ragasztó alkalmazásánál például, a D. 12/H. Utasítás szerint, a megszakítás nélküli pályába csak 14 m dilatáló hosszúságú acélhíd és 20 m hosszúságú vasbeton híd építhető be, tehát általában kis hidakról van szó. Az ennél hosszabb hidaknál a hézagnélküli pályát a híd mindkét végénél meg kell szakítani azért, hogy a beragasztott sínű vasúti pálya együtt dilatáljon a hídszerkezettel. A megengedhető sínelmozdulás értékét már a tervezés során végzett laboratóriumi kísérlettel meg kell állapítani. A fentebb említettnél hosszabb beágyazott sínű hidaknál – attól függően, hogy a fix sarus hídvégnél hány síndilatációs szerkezetet építenek be – a híd dilatációs hossza a D. 12/H. Utasítás 6.2.3. szakasz 7–9. pontjaiban előírt feltételek betartásával növelhetők meg.
A vasúti pálya és az azt alátámasztó hídszerkezet hőmozgása alapvetően érinti a vasúti pálya sínjeiben esetleg bekövetkező síntöréseket. Azok ugyanis forgalombiztonságot érintő események, mivel a túl nagy tágasságú törési hézagok vonatkisiklást okozhatnak. Felmerül a kérdés, hogy mekkora lehet a még megengedhető törési hézag. Elöljáróban meg kell említeni, hogy a H.1.2. Utasítás meg sem említi a síntörés hatásainak figyelembevételét. Ezzel szemben a D. 12/H. Utasítás 8.4. szakasza részletesen foglalkozik a síntörésekkel és azok helyreállításával. A 8.4.2. szakasz (6) bekezdése szerint a felnyílt hézag megengedett mérete nem lehet 20 mm-nél tágasabb. A 6.1. szakasz (10) bekezdése pedig azt írja elő, hogy a hídszerkezeti kialakítás olyan legyen, hogy az ne tegye lehetővé 20 mm-nél nagyobb síntörési hézag keletkezését. Nézzük, hogy az esetleg bekövetkező síntörések a téli időszakban milyen mértékben nyílnak meg:
A D.12/H. Utasítás 6.1. (6) bekezdése szerint: Ha a híd áthidaló szerkezetének hossza nem nagyobb 40 méternél, akkor a hídon a hézagnélküli felépítményt megszakítás nélkül át lehet vezetni, továbbá azt is előírja, hogy ebben az esetben a hídon laza geo sínleerősítést kell alkalmazni különleges leszorítóelemek felhasználásával. (A szorítólemez vízszintes része alá 8 mm vastag lemezt kell behegeszteni úgy, hogy a síntalp és a szorítólemez közötti hézag 1 mm legyen.) Amennyiben a hídon eltörne a sín, annak téli időben megnyíló tágassága a lélegző szakaszok és a hídon lévő sín téli rövidüléséből adódóan a következő: 23,9+20,7+23,9=68,5 mm, kerekítve 70 mm. Ez az érték azonban messze meghaladja a megengedhetőnek tartott 20 mm értéket. Kérdés, hogy a teljes törési hézagot milyen módon lehet ilyen esetben csökkenteni, illetve elkerülni. Ennek legegyszerűbb módja, hogy a hídon megszüntetjük a fenti példában említett laza leerősítésű geo rendszerű sínleerősítést és a híd előtt és után a példában említett módon megszakítjuk a hézagnélküli pályát. Ebben az esetben a híd és a sín együtt fog dilatálni, és így a hídon esetleg bekövetkező síntörési hézag tágassága a téli időben csak elhanyagolható mértékben fog megnyílni a sín és a hídszerkezet fentebb már említett eltérő mértékű dilatálása miatt. A pálya megszakítása lehetővé teszi, hogy a hídon a geo rendszerű sínleerősítés helyett már bármilyen sínleerősítési megoldást lehet alkalmazni. Ezzel a megoldással azonban „gazdagodtunk” két nemkívánatos síndilatációs pályarésszel.
A D.12/H. Utasítás 8.4. szakasza azt is előírja, hogy ha a síntörési hézag meghaladja a 20 millimétert, akkor még az elrendelt sebességkorlátozással végzett forgalmat is szüneteltetni kell addig, amíg a szükséges javítást el nem végezték. Itt kell megemlíteni, hogy a 20 millimétert elérő törési hézag már +8 és +10 °C sínhőmérsékletnél előfordulhat. Tehát főleg a téli időszakban, a vasúthálózatot szigorú felügyelet alatt kell tartani, az esetleg bekövetkezett síntörések megtalálása végett. Mivel a síntöréseket nehezen lehet észlelni, felfedezni, célszerű lenne olyan biztosítóberendezési rendszert alkalmazni, amely jelzi az esetleg bekövetkezett síntöréseket.
Végeredményben a példában említettek alapján el kell dönteni, hogy fogadjuk el a síntörési következményeket vagy tudomásul vegyük, hogy megnövekszik a síndilatációs szerkezek száma.

Összefoglalás

A leírtakból megtudhattuk, hogy mely MÁV-utasítások foglalkoznak a hidakat érő hőhatásokkal, melyek szerint kell meghatározni a hídszerkezetek és a hídpályák sínjeinek hőmozgási értékeit.
Megtudhattuk, hogy a hídszerkezetek hőmozgását nem a levegő, hanem a szerkezet hőmérsékletének figyelembevételével kell meghatározni. Ez alapvetően a hidak mozgó saruira, a síndilatációs szerkezeteire, valamint a rugalmasan ágyazott pályaátvezetésre vonatkozik. Szükségesnek tartjuk a H.1.2 Utasítás korszerűsítésénél a cikkben szereplő 5. ábra szerinti kiegészítést figyelembe venni.
Megtudhattuk továbbá azt is, hogy az országos közforgalmú vasúthálózat vágányaiba a leírtak alapján már nem tervezhető laza sínleerősítéses pályaszakasz.

A cikk folytatódik, lapozás:« Előző1234

Irodalomjegyzék

  • [1] Forgó Sándor: Az acélhíd és a felépítmény kölcsönhatásai – I. rész. Sínek Világa 1964;1.
  • [2] Forgó Sándor, Pintácsi György. A hézagnélküli felépítmény kialakítása vasúti hidakon. Sínek Világa 1982;1.
  • [3] Solymosi Imre. Az Északi vasúti Duna-híd tervezése. Sínek Világa 2009. évi különszám
  • [4] Tóth Axel Roland. Az Északi vasúti Duna-híd üzemeltetési tapasztalatai. Sínek Világa 2012;3-4.
  • [5] Evers Antal. Rugalmasan ágyazott vasúti pálya átvezetése hídon. Sínek Világa 2003. évi különszám
A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2021 / 1. 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 | ©