A cikk szerzője:

Vasúti híd és pályacsatlakozás modellezése Plaxis3D szoftverrel

A cikkben a szerző bemutatja azokat az újabb kutatási eredményeit, melyek a hídfőszerkezetek, beleértve az alapozásukat is, a csatlakozótöltések és a köztük kialakítandó átmeneti szakaszok fejlesztésére irányulnak. E komplex, az építési folyamat által is befolyásolt rendszer viselkedését a legkorszerűbb térbeli, végeselemes, nemlineáris anyagmodellel dolgozó szoftverrel modellezte, s már figyelembe vette a vonatterhelés dinamikáját is. Kiemelt figyelmet fordított a töltésmagasság és a vonatsebesség szerepének feltárására.

  • ödométeres modulusa az első főfeszültség növekedésével javul;
  • rugalmassági modulusa a harmadik fő­feszültség növekedésével javul, a de­viá­tor­feszültség növekedésével csökken;
  • mindegyik merevségi modulusa a tehermentesítés és újraterhelés tartományában 3-5-szöröse az első terhelésre érvényes értéknek;
  • sokkal merevebbek a kis (10–5–10–4 nagyságrendű) alakváltozások tartományában, mint a szerkezetek közvetlen közelében levő zónákban és a laborvizsgálatok mintáiban jelentkező 10–3–10–2 nagyságrendű alakváltozások esetében.      

A modellben a zúzottkő ágyazatot Mohr–Coulomb, a vasbeton szerkezeti ele­meket pedig lineárisan rugalmas anyagmodellel modelleztem. A számításokban alkalmazott paramétereket a 2. táblázat foglalja össze.

A hídfőmodell globális viselkedése

A 4. ábra egy deformált hálót mutat a megadott jellemzőkkel leírt esetre. Látható, hogy a töltés benyomódik a puha al­talajba, és a különböző merevségű szerkezetek határán ugrásszerű süllyedéskülönbség alakul ki. Az is megfigyelhető, hogy a jól alapozott tartószerkezet gyakorlatilag „mozdulatlan” marad. 

4. ábra. Deformált háló (7,2 m töl­tés- magasság, 120 km/h)5. ábra. A függőleges elmozdulások felülnézetben a 4. ábrán megadott esetre

Az 5. ábra a 4. ábrán megismert esetre mutatja a függőleges mozgásokat, s ennek alapján a következő megállapításokat tehetjük:

  • legnagyobb a süllyedés a folyópályán, a zúzottkő ágyazat tetején; 
  • a merev hídszerkezethez közelítve a süllyedés jelentősen csökken, közvetlenül a hídfő mögött a legnagyobb érték harmada jelenik meg; 
  • a hídfők és a felszerkezet gyakorlatilag „mozdulatlan”, az utóbbi lehajlása kevesebb mint 20 mm;
  • a töltéslábak melletti emelkedés a töltés alatti alaptörés jele.

A 6. ábrán ugyanezen eset süllyedési hosszmetszete látható, melyről azt emelem ki, hogy a mozgások mértéke a mélység növekedésével rohamosan csökken, a határmélység a felszíntől kb. 10 m-re van. 

6. ábra. A függőleges mozgások a tengelybeli hosszmetszetben a 4. ábrán megadott esetre
A 7. ábra a tartószerkezet be­emelése előtti fázisban mutatja az egyik hídfő vízszintes mozgását az előbbiekkel azonos esetre. A mozgások mértékének jobb megítélhetősége érdekében csak a cölöpöket összefogó gerendát és a hídfőt tettem láthatóvá. Az ábráról megállapítható, hogy

  • a hídfő vízszintes mozgása csekély, 15 mm alatt marad;
  • a legnagyobb mozgás a hídfőfal alján jelentkezik;
  • a mozgás a fal teteje felé haladva egyre csökken. 

Úgy tűnik, hogy a töltés súlyából eredő vízszintes földnyomások jobban érvényesülnek a cölöpökön keresztül az altalajban, mint közvetlenül a háttöltésben; a hídfő teteje nem mozdul el (bár a felszerkezet még nem támasztja ki), az alja a nyílás felé mozdul.

7. ábra. Hídfő vízszintes mozgása a tartószerkezet beemelése előtt8. ábra. Cölöpök vízszintes mozgásai és igénybevételei

A jelen tanulmány ugyan a vasúti hídszerkezet előtti és utáni átmeneti zóna viselkedésére fókuszál, de célszerű felvillantani a cölöpök viselkedését is. A 8. ábra az egyik közbenső cölöp vízszintes mozgását és igénybevételeit mutatja a 7. ábrán ismertetett esetre. A következőket érdemes kiemelni:

  • a legnagyobb vízszintes mozgás a cölöpösszefogó gerenda alatt alakul ki, és mértéke a mélységgel „szabályosan” csökken;
  • a normálerő a felső 10 m-en gyakorlatilag konstans, a puha agyagban az ellenállás és a negatív köpenysúrlódás képződésének határhelyzete alakul ki, az alsó kb. 5 m-en a homokban már az ellenállás uralkodik;
  • a kezdeti pozitív nyomaték a legnagyobb, ami a cölöpösszefogó gerenda által biztosított befogásból adódik, majd a nyomatéki ábra előjelet vált, körülbelül a réteghatárnál eléri a negatív maximumot, majd a homokban lecseng. 

Megemlítem, hogy a többi modellel nyert eredmények is hasonlóak voltak, mint a 4–8. ábrán bemutatottak, természetesen a mozgások mértéke különbözött.

A cikk folytatódik, lapozás:« Előző12345Következő »

Irodalomjegyzék

  • [1] Horvát F., Németh Gy.: Pálya és híd kölcsönhatásából keletkező erőhatások meghatározása, modellezése, ezek következményeinek hatása a méretezési előírásainkra. Zárójelentés. Munkaszám: 92-3106-32. Készítette: Széchenyi István Egyetem, Győr, 2010. 11. 20.
  • [2] Szepesházi R.: Hídalépítmények ter­ve­zésének fejlesztése. 50. Hídmérnöki Konferencia, Siófok, 2009, pp. 429–470.
  • [3] Szép J.: Talaj és szerkezet kölcsönhatásának figyelembevétele hídszerkezetek modellezésénél. Sínek Világa, 2014/1.
  • [4] 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.
  • [5] Hudacsek P., Koch E., Szilvágyi Zs., Wolf Á.: Kis nyílású műtárgyak csatlakozó szakaszainak vizsgálata dinamikus teherre. Sínek Világa, 2017/2, pp. 32–36.
  • [6] 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.
A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2018 / 2. 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 | ©