Content uploaded by Helga Papp
Author content
All content in this area was uploaded by Helga Papp on May 10, 2016
Content may be subject to copyright.
Csökkentett szorítóerejű sínleerősítések alkalmazása esetén kialakuló
hosszirányú erők vizsgálata zúzottkő ágyazatú acélhidakon
Csökkentett szorítóerejű sínleerősítések alkalmazása
esetén kialakuló hosszirányú erők vizsgálata zúzottkő
ágyazatú acélhidakon
1Papp Helga, 2Dr. Liegner Nándor
1, 2 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Út és Vasútépítési Tanszék
telefon: 1/463 1151, fax: 1/463 3799
e-mail: 1papp.helga@epito.bme.hu, 2liegner.nandor@epito.bme.hu
Kivonat: A vasúti vágányok hidakon való átvezetésére vonatkozó hazai előírásokat
tartalmazó MÁV Zrt. D. 12/H. Utasítás alapján a zúzottkő ágyazatú és a hídfás
kialakítású hidakon a hézagnélküli felépítményt 40 m dilatáló hossz felett
(általában) meg kell szakítani, síndilatációs szerkezet beépítésével. Ezen felül a
sínleerősítések műszaki paramétereire, a felépítmény és a híd pontos
kialakítására vonatkozó korlátozások nincsenek. Jelen cikk célja a 40 m dilatáló
hossz feletti zúzottkő ágyazatú acélhidak esetén a csökkentett leszorítóerejű
sínleerősítések alkalmazási lehetőségének vizsgálata úgy, hogy a hézagnélküli
vágány a hidakon megszakítás nélkül átvezethető legyen.
Kulcsszavak: síndilatációs készülék, dilatáció, eltolási ellenállás, csökkentett
szorítőerejű leerősítés, hézagnélküli felépítmény, acélhíd, zúzottkő ágyazat
Bevezetés
A vasúti hidakra ható igénybevételek hatására kialakuló hosszirányú erők és
elmozdulások számítására a szabványok csak bizonyos közelítő módszereket
tartalmaznak [1]. A hazai szabályozásnak megfelelően a 40 m-nél nagyobb dilatáló
hosszal épített hidak esetén a hézagnélküli felépítményt meg kell szakítani,
síndilatációs készülék beépítésével [2].
1. Fellépő terhek
A vasúti hidak és a hézagnélküli felépítmény kölcsönhatását befolyásoló hatásokat
két csoportba sorolhatjuk. A hőmérsékletváltozás hatása tartós, amely a terheletlen
és terhelt vágányon egyaránt fellép. Rövidebb ideig tartó terhek a járművek
fékezéséből és gyorsításából származó hatások, amelyekkel egyidejűleg a vágányra
jelentős függőleges terhelés is hat a járművek önsúlyából adódóan.
Az említett terhelések közül egy egyvágányú vasúti hídon a gyorsítás és fékezés
hatása egyidejűleg nem léphet fel. A továbbiakban így csak a mértékadó terhelést
vettük figyelembe, ami a MÁV Zrt. D. 12/H. Utasítás [2] alapján a fékezés.
Csökkentett szorítóerejű sínleerősítések alkalmazása esetén kialakuló
hosszirányú erők vizsgálata zúzottkő ágyazatú acélhidakon
2. Megengedhető normálerők
Hídfás felépítmény átvezetése esetén magasabb normálerők lépnek fel a
hídszerkezetben, fix saruban és a hézagnélküli felépítményben is egyaránt, mint a
zúzottkő ágyazat átvezetése esetén. Befolyásoló tényező a sínleerősítés eltolási
ellenállása is. A leerősítés nagyobb hosszirányú ellenállása nagyobb normálerőket
eredményez a hídon átvezetett vasúti felépítményben [3].
A 40 m–es dilatáló hossz mellett kialakuló normálerők megengedettek. A MÁV
Utasítása alapján egy sínszálra vonatkoztatva a fékezőerőt 300 m hosszon ható,
10 kN/m intenzitású, megoszló erőként kell számításba benni. Ebből adódóan a
hézagnélküli felépítményben ±3000 kN normálerő is felléphet [2].
A hídfás felépítménynél fellépő mértékadó normálerőket és az utasítás szerinti
elméleti értékekből számított igénybevételeket az 1. táblázat foglalja össze, az
egyes szerkezeti elemekre külön meghatározva.
1. táblázat: Megengedett normálerők
Szerkezeti elem
Mértékadó normálerő [kN]
Fix saru
+3000
-3000
Hídszerkezet
+3000
-3000
Hézagnélküli felépítmény
+2009
-1761
Az 1. táblázatban összefoglalt mértékadó normálerők 40 m dilatáló hosszal épített
acélhíd esetén akkor lép fel, ha az alkalmazott pontszerű sínleerősítés hosszirányú
ellenállása 30 kN.
A kialakuló normálerők szempontjából a zúzottkő ágyazat átvezetése és az
alacsonyabb eltolási ellenállású sínleerősítések alkalmazása kedvezőbb. Továbbá az
ágyazat átvezetése esetén a híd dilatáló hosszának növelése csak a hézagnélküli
felépítményben kialakuló normálerőkre van jelentősebb hatással.
3. Az acélhíd és a felépítmény kapcsolatának kialakítása
A cél olyan megoldás keresése, amely alkalmazása esetén 40 m feletti dilatáló
hossznál sem alakulnak ki a megengedhetőnél nagyobb hosszirányú erők egyik
szerkezeti elemben sem úgy, hogy nem építünk be síndilatációs készüléket. Ezzel
mind az építési, mind a fenntartási költségek jelentősen csökkenthetőek, valamint a
megoldás utazáskényelmi szempontból is kedvező.
Az ágyazat hídon történő átvezetése dinamikai szempontból is előnyös.
Szoros sínleerősítések alkalmazása mellett, az igénybevételek hatására elmozduló
keresztaljak ágyazattorlódást okoznak, melyek a hosszirányú ágyazati ellenállást
csökkentik. Ha a keresztaljakat egymáshoz képest rögzítjük – pl. vezetősín szoros
lekötésével – és a pályasínt csökkentett szorítóhatással erősítjük a keresztaljakhoz,
akkor megakadályozzuk az aljak egymáshoz képest való elmozdulását, így az
ágyazat torlódását is. A sínt természetesen kiborulás ellen védeni kell. A sínről a
hosszirányú erők lényeges kisebb mértékben adódnak át a hídszerkezetre.
Csökkentett szorítóerejű sínleerősítések alkalmazása esetén kialakuló
hosszirányú erők vizsgálata zúzottkő ágyazatú acélhidakon
4. Végeselemes számítás
A számításokhoz az AxisVM 13 végeselemes szoftvert használtuk. A legnagyobb
megengedett 40 mes dilatáló hosszon kívül vizsgáltuk a 70 m és 100 m dilatáló
hosszakat is.
4.1 A végeselemes modell felépítése
A háromtámaszú acélhíd statikai váza az 1. ábrán látható. Az acélhíd kezdőponti
hídfőjénél fix saru, míg a mederpilléren (amely a dilatáló hossz felénél helyezkedik
el) és a végponti hídfőn mozgó saru található.
1. ábra: A háromtámaszú híd statikai váza
A 2D-s rúdmodell egy sínszálra és a híd fél keresztmetszetére vonatkozik, ennek
megfelelően kellett megadni a bemenő paramétereket (keresztmetszeti terület,
merevség, határerő, stb.) [4].
A hídon átvezetett, valamint a csatlakozó felépítményben lévő zúzottkő ágyazat
hosszirányú ellenállásának megadása a szakirodalomban leírtak alapján történt [1]
[5]. Ennek megfelelően a hosszirányú ellenállást a csatlakozó pályaszakaszon
vonalmenti megtámasztás, a hídon pedig 0,3 m-enként kiosztott diszkrét
rugóelemek modellezik. A hidat és a felépítményt még egy további rugósor
kapcsolja össze, amely a leerősítéseket helyettesíti. Ezek 0,6 m-es kiosztásúak, a
keresztaljak elhelyezésének megfelelően. A nemlineáris rugóelemek fontos
jellemzője a merevség és a határerő, amely az egyes sínleerősítések eltolási
ellenállásának méréséből határozható meg.
A modellek kialakítása nem veszi figyelembe, hogy a járművek önsúlyából
keletkező függőleges terhelés hatására a terhelt vágány hosszirányú ellenállásai a
terheletlen vágány hosszirányú ellenállásainak közel kétszeresére nőnek (2. ábra).
2. ábra: A hosszirányú nyíróerő változása a vágány hosszirányú eltolódásának
függvényében [1] [5]
Csökkentett szorítóerejű sínleerősítések alkalmazása esetén kialakuló
hosszirányú erők vizsgálata zúzottkő ágyazatú acélhidakon
4.2 Eltolási ellenállás meghatározása
A sínleerősítések hosszirányú ellenállásának meghatározásának menetét az MSZ
EN 13146-1:2012 szabvány írja le [7]. A mérés elrendezését a 3. ábra mutatja be.
3. ábra: Mérési elrendezés
A szabvány szerint a mérést négyszer kell megismételni. A kapott elmozdulás-erő
diagramok a 4. ábrán láthatóak. A második, harmadik és negyedik ciklust kell
kiértékelni és ezek átlaga a vizsgált sínleerősítés eltolási ellenállása (2. táblázat).
4. ábra: Elmozdulás-erő diagramok
Csökkentett szorítóerejű sínleerősítések alkalmazása esetén kialakuló
hosszirányú erők vizsgálata zúzottkő ágyazatú acélhidakon
2. táblázat: Mérési eredmények
Mérés
Eltolási ellenállás [kN]
Merevség [kN/m]
2.
2,11
8600
3.
2,15
8900
4.
1,99
7400
Átlag
2,09
8300
Az egyes terhelések hatására kialakuló legnagyobb normálerőket a megengedhető
igénybevételekhez hasonlóan minden szerkezeti elemre külön meghatároztuk a
végeselemes szoftver segítségével. Az eredmények a 3. táblázatban láthatóak.
3. táblázat: Mérési eredmények
Dilatáló
hossz [m]
Szerkezeti elem
Mértékadó normálerő [kN]
40 m
Fix saru
+140,03
-140,03
Hídszerkezet
+246,98
-246,98
Hézagnélküli felépítmény
+1169,93
-923,39
70 m
Fix saru
+244,53
-244,53
Hídszerkezet
+434,17
-434,17
Hézagnélküli felépítmény
+1222,18
-975,
100 m
Fix saru
+349,03
-349,03
Hídszerkezet
+349,03
-349,03
Hézagnélküli felépítmény
+1274,43
-1026,69
Látható, hogy a csökkentett leszorítóerejű sínleerősítés alkalmazása esetén
kialakuló normálerők nem lépik túl a megengedhetőeket még 100 m-es dilatáló
hossz esetén sem.
Konklúzió
Szoros sínleerősítések alkalmazása mellett, az igénybevételek hatására elmozduló
keresztaljak ágyazattorlódást okoznak, ez elkerülhető csökkentett leszorítóerejű
sínleerősítések beépítésével és a keresztaljak egymáshoz való rögzítésével. Ekkor a
sínről a hosszirányú erők lényeges kisebb mértékben adódnak át a hídszerkezetre.
100 m dilatáló hossznál a 2 kN körüli hosszirányú ellenállású sínleerősítés beépítése
mellett a hézagnélküli felépítmény síndilatációs készülék nélkül átvezethető az
acélhídon, amennyiben a híd mindkét végéhez zúzottkő ágyazatú keresztaljas
felépítmény csatlakozik.
Irodalomjegyzék
[1] MSZ EN 1991-1-5:2005, Eurocode 1: A tartószerkezetet érő hatások, 2005
Csökkentett szorítóerejű sínleerősítések alkalmazása esetén kialakuló
hosszirányú erők vizsgálata zúzottkő ágyazatú acélhidakon
[2] D. 12/H Utasítás. Hézagnélküli felépítmény építése, karbantartása és
felügyelete, MÁV Zrt., Budapest 2009
[3] Liegner Nándor, Kormos Gyula, Papp Helga – Solutions of omitting rail
expansion joints in case of steel railway bridges with wooden sleepers,
Periodica Polytechnica, 2015/4 495-502
[4] Major Zoltán – Special problems of interaction between railway track and
bridge, Pollack Periodica, 2013/2 97-106
[5] Carolin Birk, Peter Ruge – Longitudinal track-structure interaction on railway
bridges, PAMM Proc. Appl. Math. Mech. 6, 2006 209-210
[6] MSZ EN 13146-1:2012, Vasúti alkalmazások. Vágányfektetés. A sínrögzítés
vizsgálati módszerei, 2012
