DR. KAZINCZY LÁSZLÓ PhD. Egyetemi docens BETONLEMEZES VASÚTI VÁGÁNYOK

Átírás

1 DR. KAZINCZY LÁSZLÓ PhD. Egyetemi docens BETONLEMEZES VASÚTI VÁGÁNYOK SZERKEZETI KIALAKÍTÁSA ÉS IGÉNYBEVÉTELI SZÁMÍTÁSA Budapest, 2010.

2 1. A BETONLEMEZES VASÚTI PÁLYASZERKEZETEK ÉPÍTÉSÉNEK ÉS FENNTARÁSÁNAK KÖRÜLMÉNYEI A ZÚZOTTKŐÁGYAZATÚ, KERESZTALJAS PÁLYASZERKEZET KRITIKAI ÉRTÉKELÉSE A BETONLEMEZES PÁLYASZERKEZET BEVEZETÉSÉNEK ÉS ALKALMAZÁSÁNAK INDOKOLTSÁGA A BETONLEMEZES VASÚTI PÁLYASZERKEZETEK JELLEMZŐ MEGOLDÁSAI A BETONLEMEZES PÁLYASZERKEZETEK KIALAKULÁSÁNAK ÉS FEJLŐDÉSÉNEK LEGFONTOSABB KÜLFÖLDI ESEMÉNYEI JELLEMZŐ HAZAI ESEMÉNYEK JELLEMZŐ KÜLFÖLDI MEGOLDÁSOK A SZERKEZETI MEGOLDÁSOK CSOPORTOSÍTÁSA A BETONLEMEZES VASÚTI PÁLYASZERKEZETEK KIALAKÍTÁSÁRA VONATKOZÓ NÉMET ELŐÍRÁSOK BEVEZETÉS ÁLTALÁNOS KÖVETELMÉNYEK KÖVETELMÉNYEK A FÖLDMUNKÁVAL SZEMBEN FELÉPÍTMÉNYI KÖVETELMÉNYEK AZ ALAGUTAKBAN ÉS HIDAKON ÉPÍTETT MEREVLEMEZES FELÉPÍTMÉNY KÖVETELMÉNYEI AZ ÁTMENETEK KIALAKÍTÁSÁNAK KÖVETELMÉNYEI A JELZŐ-BIZTOSÍTÓ ÉS EGYÉB VILLAMOS BERENDEZÉSEK KÖVETELMÉNYEI ZAJ ÉS REZGÉSKIBOCSÁTÁS A TOVÁBBI FEJLŐDÉS A RHEDA RENDSZERŰ BETONLEMEZES VASÚTI PÁLYA-SZERKEZET KIALAKULÁSA ÉS FEJLŐDÉSE NAPJAINKIG A RHEDA RENDSZERŰ BETONLEMEZES VASÚTI PÁLYASZERKEZETEK MAI KORSZERŰ TÍPUSAINAK MŰSZAKI ISMERTETÉSE A RHEDA RENDSZERŰ BETONLEMEZES VASÚTI PÁLYASZERKEZETEK TÍPUSAI, ALKALMAZÁSI TERÜLETEI A RHEDA 2000 TÍPUSÚ PÁLYASZERKEZET Általános ismertetés A RHEDA 2000 rendszer elemei A RHEDA 2000 rendszer kialakítása földművön A RHEDA 2000 rendszer kialakítása hídon A RHEDA 2000 rendszer kialakítása alagútban A RHEDA 2000 rendszer kialakítása kitérőkben A RHEDA 2000 és a zúzottkőágyazat keresztaljas rendszer közti átmeneti RHEDA FELÉPÍTMÉNYRENDSZER VÁROSI VASUTAKHOZ A RHEDA-CITY rendszer A RHEDA BERLIN rendszer A RHEDA - DRESDEN és a RHEDA - HANNOVER rendszer A RHEDA - MRT rendszer AZ ASZFALT ALÁTÁMASZTÁSÚ FELÉPÍTMÉNYRENDSZEREK Az "ATD" rendszer A GETRAC A3 rendszer fejezet 1..

3 6. A RHEDA RENDSZERŰ BETONLEMEZES VASÚTI PÁLYASZERKEZETEK ÉPÍTÉSE ÉS KARBANTARTÁSA ÉPÍTÉSI KÉRDÉSEK PÁLYAKARBANTARTÁSI KÉRDÉSEK A RHEDA RENDSZERŰ BETONLEMEZES VASÚTI PÁLYASZERKEZET MÉRETEZÉSE A MÉRTÉKADÓ JÁRMŰTERHELÉS MEGHATÁROZÁSA A JÁRMŰTERHELÉS BETONLEMEZRE HATÓ IGÉNYBEVÉTELEINEK MEGHATÁROZÁSA A PÁLYASZERKEZETRE VONATKOZÓ GEOMETRIAI ÉS SZILÁRDSÁGI ADATOK FELVÉTELE A TÖBBRÉTEGŰ PÁLYASZERKEZETBEN ÉBREDŐ HAJLÍTÓ-FESZÜLTSÉGEK MEGHATÁROZÁSA Feszültségszámítás a rétegek közötti együttdolgozás hiányának feltételezése esetén Feszültségszámítás a rétegek közötti együttdolgozás feltételezése esetén A TÖBBRÉTEGŰ PÁLYASZERKEZETBEN ÉBREDŐ NYOMÓ-FESZÜLTSÉGEK MEGHATÁROZÁSA MELLÉKLET - A ZÚZOTTKŐÁGYAZATÚ, KERESZTALJAS VASÚTI VÁGÁNY FELÉPÍTMÉNYÉNEK MÉRETEZÉSE MELLÉKLET A RHEDA/SENGEBERG RENDSZERŰ BETONLEMEZES PÁLYASZERKEZET MÉRETEZÉSE M.2.1. BEVEZETÉS M.2.2. A Rheda/Sengeberg rendszer szerkezeti kialakítása M.2.3. A számítás alapfeltevései M.2.4. A támaszerők számítása M.2.5. A hajlítófeszültségek számítása a hidraulikusan kötött teherhordórétegre épített betonlemezes kialakítású rendszer esetén M.2.6. A talaj nyomófeszültségeinek számítása M Hajlító és nyomó feszültségek M.2.7. Összefoglalás MELLÉKLET - BEBETONOZOTT RÁCSOS VASALÁSÚ ALJJAL KIALAKÍTOTT BETONLEMEZES PÁLYASZERKEZET MÉRETEZÉSE M.3.1. Előzmények M.3.2. Méretezés Számítások Bebetonozott rácsos vasalású aljakkal (B 325 W 60 Sp-M) kialakított betonlemezes felépítmény méretezése M.3.3. Összefoglalás és következtetések fejezet 2..

4 1. A BETONLEMEZES VASÚTI PÁLYASZERKEZETEK ÉPÍTÉSÉNEK ÉS FENNTARÁSÁNAK KÖRÜLMÉNYEI 1.1. A zúzottkőágyazatú, keresztaljas pályaszerkezet kritikai értékelése A XIX. évszázad első harmadában épültek Angliában, majd Belgiumban és Németországban az első gőzvontatású, közforgalmú vasútvonalak, s ezzel kezdetét vette a vasúti közlekedés elképesztően rohamos térhódítása, amely döntő hatással volt a korabeli ipari és mezőgazdasági termelés és a nemzetközi kereskedelem fejlődésére. A történelem első géperejű szárazföldi közlekedési ága nélkül nem jöhetett volna létre az európai és az északamerikai kontinens iparosodása, de valószínűleg az I. Világháború sem. A vasúti közlekedés kialakulásának megemlítésével együtt meg kell állapítanunk, hogy a kontinenseket behálózó vasútvonalak első pályaszerkezete kizárólag zúzottkő (esetleg kavics) ágyazatban fekvő, fakeresztaljakkal (talpfákkal) kialakított, szélestalpú (Vignoles), sínekből álló vágányrendszer volt, kivételt csak Nagy-Britannia kettősfejű (sarus) sínrendszere képezett. Ez a vágányrendszer gyakorlatilag több mint 100 évig egyedülállóan uralkodó volt, s az egész nemzetközi szintű vasúthálózat pályaszerkezetének alternatíva nélküli alapját képezte, éppen úgy mint a vasúti vontatást legalább 80 évig ellátó gőzmozdony. Amidőn az utóbbi évtizedekben mind a vasúti üzem vontatás, biztosítóberendezések, sebesség- és tehernövekedés, mind az infrastruktúra területén nagykihatású változások vannak folyamatban, a pályakiképzés vonatkozásában jelentős, alapjaiban új rendszerek és szerkezetek jelentkeztek. A most vizsgálat alá vont betonelemes vasúti pályaszerkezet ( Feste Fahrbahn ) tárgyalása előtt röviden át kell tekintenünk az évszázados és a vasúti hálózat túlnyomó részén ma is változatlanul üzemelő zúzottkő ágyazatú keresztaljas pályaszerkezetet. E pályaszerkezetben a két sínt a vágánytengelyre merőleges keresztaljak támasztják alá. A keresztaljak anyaga mintegy 70 évig kizárólag fa volt, s a századforduló tájékán indult meg főleg a szükséges faanyag kitermelési nehézségei és magas ára miatt a vasbetonaljak és a vas (acél) aljak alkalmazása. A keresztaljak a földműre terített zúzottkő (ritkábban kavics, homok vagy salak) ágyazatban helyezkednek el, oly módon, hogy az ágyazati anyag az aljat minden oldaláról körülveszi, az ágyazat felső síkja az aljak felső síkjával esik egybe, s így az aljak nem fekszenek fel az ágyazatra, hanem úgymond abban úsznak (1.1. kép, 1.1. ábra). 1. fejezet 3..

5 1.1. kép: Zúzottkőágyazatban fekvő feszített betonaljas pálya 1.1. ábra: A zúzottkő ágyazatú keresztaljas vágány kereszt- és hosszmetszete Az a tény, hogy a vasútvonalak jelentős részében napjainkban is ez a 170 éves vágányrendszer tulajdonképpen lényeges műszaki változtatás nélkül üzemben van s az átlagos vasúti igényeket ma is ki tudja elégíteni, azt bizonyítja, hogy a vasútépítések 1. fejezet 4..

6 őskorának szakemberei a pályaszerkezet megválasztásánál igen helyes döntéseket hoztak. Melyek azok a körülmények, okok, amelyek ezt, a technika legkülönbözőbb szakaszaiban is páratlannak mondható tényt a vasút születésétől több, mint másfél évszázadon át, napjaink szuper-expressz vonatáig, szinte változatlan pályaszerkezet alkalmazását lehetővé tették. A joggal hagyományosnak nevezhető keresztaljas vágányszerkezet előnyei: Bármilyen vasúttípusra (a keskeny nyomtávolságú kisvasúttól a városi és elővárosi, regionális vasúton át a km/h kiemelt nagysebességű vonalokig) való alkalmazhatósága. A pálya emelkedési és körívviszonyaitól, azok változásától való függetlensége. A rendszer a járműterhek (tengelynyomások) és a sebességek növekedéséhez (1.1. ábra) az aljtávolság csökkentése (k = 0,9 0,5 m), az ágyazat méreteinek növelése (á = 0,3 0,6 m), korszerű, rugalmas sínleerősítések beépítése, a keresztaljak hossz (2l = 2,30 2,60 m) és keresztmetszeti méreteinek változtathatósága, korszerű méretezési, kísérleti eljárással és fejlett gyártástechnológiával kialakított feszített betonaljak esetleg vasaljak beépítése, nagyobb folyóméter-tömegű (48,3 54,43 60,34 kg/m) és minőségi acélanyagú sínek felhasználása, jól tömörített, előnyös szemszerkezetű és kizárólag eruptív kőzetanyagú ágyazat alkalmazása, útján a fellépő, növekvő igényekhez gazdaságosan, elemeinek ésszerű változtatásával alkalmazkodni tud. A keresztaljas vágányrendszer beépítése és karbantartása napjainkban a legkorszerűbb automata gépekkel, gépláncokkal történik, amelyek a vágányépítési, -cserélési, az ágyazat aláverési és vágányszabályozási technológia során szabatosan pontos, a legnagyobb vonatsebességi igényeket is kielégítő vágányt hozzák létre. Az esetleges kisiklásos baleseteknél megsérült aljak cseréje s a vágány helyreállítása könnyen végrehajtható. A rugalmas sínleerősítő elemekkel kialakított, szabályosan karbantartott zúzottkő ágyazatú vágánynak a környezet szempontjából káros járműokozta zaj- és rezgésemissziója előnyös értékeket mutat. 1. fejezet 5..

7 A keresztaljas vágány földművön, hídon vagy alagútban gyakorlatilag minden módosítás nélkül egyaránt üzemeltethető. A jelző- és biztosítóberendezések által igényelt villamos szigetelőképessége egyszerűen és jól megoldható. A fentiekkel ellentétben a zúzottkő ágyazatban fekvő keresztaljas vágányrendszer hátrányai: Az ágyazat tömörítésének hiánya a vágány magassági süppedését, ún. keresztsüppedést okozhat, s ezáltal a fekszint pályajellemzői bizonytalanná válnak. Az ágyazatnak az aljak végeinél (az ágyazatszélnél) és az aljközökben előálló tömörítetlensége a vágány oldalirányú ágyazatellenállását csökkenti; s ezáltal a hézagnélküli felépítményű vágány fekvésbiztonságát veszélyezteti. Kötött, agyagos talajból készült földmű esetén, vékony vagy nem kellően tömörített ágyazatnál igen kedvezőtlen földműkárosodás, az un. vízzsákképződés keletkezhet, amely csak igen költséges munkával szüntethető meg. A járművek okozta oldalerők kissugarú körívben, rosszul szabályozott vágány esetén a vágány vízszintes síkú elmozdulását, könyökösödését eredményezhetik, bizonytalanná téve a vágány irányviszonyainak paramétereit. A pálya kényes pontjain a vágány oldalirányú elmozdulása űrszelvényproblémákat is felvethet. Az ilyen felépítmény viszonylag nagy szerkezeti magassága (~ 0,7 m) a pálya egyes, magassági szempontból kényes pontjain (pl. alagútban, felüljáró alatt) nehézséget, többletköltséget okozhat. A zúzottkő ágyazatú pályaszerkezet a túlemelés értékét korlátozza, mmax = 150 mm. A vágány tényleges, pillanatnyi állapota, így többek között az ágyazat, az aljak, a sínleerősítések, a sínillesztések fenntartottsági szintje, az időjárás (intenzív csapadék, nagy hó, szélső + és hőmérsékletek stb.) változó hatásai a pálya minőségi jellemzőit s így a felépítményszerkezet műszaki igénybevételi értékeit így pl. a következőkben leírt számítás eredményeit s ezeken keresztül a pálya biztonságát jelentősen befolyásolhatja. A keresztaljas vágány felügyeletét, diagnosztizálását és karbantartását végző, már említett korszerű gépek és gépláncok beszerzése és üzemeltetése jelentős és a pálya sebességi és terhelési paramétereinek emelésével fokozódó költségeket jelent. Hézagnélküli felépítmény esetén nem kellő minőségű pályafelügyelet és -fenntartás esetén nagy melegben fennáll a vágánykivetődés veszélye. 1. fejezet 6..

8 1.2. A betonlemezes pályaszerkezet bevezetésének és alkalmazásának indokoltsága A vonatok sebességének az utóbbi évtizedekben egyes vonalakon kialakult nagymértékű emelése (a 300 km/h menetsebesség elérése), s ezen keresztül a pálya igénybevételeinek megnövekedése és a biztonságos fenntarthatóság igénye vezette fel a hagyományos zúzottkő ágyazatú pályaszerkezet helyett más vágányrendszer kialakításának szükségességét. A világ legfejlettebb vasútjai a XX. évszázad utolsó negyedében kezdtek el az ágyazatnélküli, merev betonlemezre épített vágányrendszer (Feste Fahrbahn) különböző megoldásaival foglalkozni. Melyek azok a remélt előnyök, amelyek e törekvéseket figyelemmel az előző 1.1. fejezetben leírtakra indokolták? A pálya fekszintjére és irányára vonatkozó pályajellemzők állandósága a külső körülményektől függetlenül biztosítható. A pályaszerkezet tehát az erőhatásokkal szemben, kiemelkedően nagy vonatsebességek esetén is stabil. A járműokozata tengelyterhek nagyobb felületen történő átadása folytán a felépítményszerkezet, az altalaj, a földmű igénybevételei előnyösen csökkennek. A járműkerékről átadódó, valamint a hézagnélküli vágány dilatációs feszültsége okozta oldalerők előnyös felvételére a betonlemezes pályaszerkezet alkalmas, a vágány stabilitása nincs veszélyeztetve, s így hézagnélküli felépítménynél vízszintes síkú vágánykivetődés nem fordulhat elő. Kiemelkedően nagy vonatsebességek esetén a túlemelés növelésének (m>150 mm) nincs akadálya. Kisebb szerkezeti magassága és önsúlya folytán különösen előnyösen építhető hidakon, hidak alatt és alagutakban. Ez a vágányrendszer általában a zúzottkő ágyazatú rendszernél kevesebb pályafenntartási munkát igényel, szükségtelenné teszi költséges pályakarbantartó, vágányszabályozó infrastruktúra biztosítását. A német ICE 3 expresszvonatokon alkalmazott örvényáramú fék a sínek felmelegedését okozhatja, amely ennél a felépítmény rendszernél nem jár vágánykivetődési veszéllyel. 1. fejezet 7..

9 1.2. kép: A RHEDA 2000 merev betonlemezes pályaszerkezet nagysebességű német pályában A betonlemezes, ágyazatnélküli pályaszerkezet hátrányai a keresztaljas rendszerrel szemben: Építése költségesebb és nagyobb precizitást igényel. A vágányrendszer környezetvédelmi szempontból fontos, járműokozta zaj- és rezgésemissziójának értékei általában néhány db-lel meghaladják a zúzottkő ágyazatú rendszer értékeit. Bár pályafenntartási igénye kisebb, de esetlegesen keletkező alépítményi hibáinak (pl. nagy esőzés utáni kimosások, tömörítési hibák az építéskor, stb.) megszüntetése komplikált és költséges. Esetleges kisiklásos baleset következtében keletkező betonlemez rongálódások megszüntetése költséges és munkaigényes. Összefoglalva tehát a kiemelkedő minőségű vasútvonalak kialakítására törekvő vasutak a nagysebességű vonatok hatására is megbízható vágány stabilitásában, a kisebb pályafenntartási költségekben, a kedvezőbb járműteher-elosztásban, a vágánykivetődéssel 1. fejezet 8..

10 szembeni biztonságban, valamint az alagutakban és hidakon való alkalmazás előnyeiben látják azokat az okokat, amelyek e pályaszerkezet bevezetését indokolttá tették, s az előzőkben említett hátrányokat összességükben nem tekintették döntőnek. Az ágyazatnélküli, merev betonlemezes vágányrendszerek számos megoldása, típusa alakult ki. Ezek közös jellemzője a tömörítést igénylő zúzottkő ágyazati réteg elmaradása, míg a síneket a következő 2. és 3. fejezet szerint bebetonozott betonaljak vagy más betonszerkezetek támaszthatják alá (a legkülönbözőbb rugalmas elemek közbeiktatásával), más megoldásoknál a sínleerősítések közvetlenül a merev betonlemezre is felerősíthetők. A teherhordó betonlemez alá annak kedvező, rugalmas felfekvése, a teherátadás optimalizálása és a felfagyás kiküszöbölése érdekében sokféle, különböző, cement- vagy bitumen alapanyagú rétegek kerülhetnek. Ennek megfelelően az e vágányrendszerben keletkező igénybevételek meghatározása igen sokrétű, egymástól kisebb-nagyobb mértékben eltérő számításmódok jöttek létre. 1. fejezet 9..

11 2. A BETONLEMEZES VASÚTI PÁLYASZERKEZETEK JELLEMZŐ MEGOLDÁSAI 2.1. A betonlemezes pályaszerkezetek kialakulásának és fejlődésének legfontosabb külföldi eseményei A vasúti sínszálak alátámasztásának elméletileg és gyakorlatilag egyaránt lehetséges eszközei a magánaljas-, a keresztaljas-, a hosszgerendás-, a rácsos- és a lemezes szerkezetek. Az alátámasztási rendszerek közül - a lemezes szerkezetek kivételével valamennyi alátámasztási mód már a közforgalmú vasúti közlekedés előtt kialakult. A XVII-XVIII. században a bányák kézzel tolt csilléi vagy a XIX. században a lóvasúti üzemek járművei a maihoz hasonló ágyazatos, kereszt- vagy hosszaljas vágányokon gördültek. A különböző pálya-alátámasztási módok közül csupán a lemezes szerkezetek azok, amelyek a mai értelemben vett vasúti üzem körülményei között kerültek kifejlesztésre. A gépi vontatású közforgalmú vasúti közlekedés megindulásának idejére tehát már kialakult az ágyazatban fekvő, keresztaljas vasúti vágány. A klasszikusnak is nevezett pályaszerkezet néhány különleges vasúti terület helyenként egyedi megoldása mellett mindenkor a vasútépítés legelterjedtebben alkalmazott felépítménytípusa volt. E pályaszerkezet az üzemi viszonyok fejlődését (növekvő sebesség, -tengelyterhelés, -elegytonna terhelés stb.) a felépítményi és az alépítményi elemek (sín, sínleerősítés, keresztaljas ágyazat, alágyazat stb.) mennyiségi és minőségi változásával követte a szerkezeti felépítés alapelvének megtartása mellett. A vasúti közlekedés történelmi fejlődése során azonban számos alkalommal felvetődött a klasszikus pályaszerkezet megváltoztatásának igénye, elsősorban az zúzottkő ágyazat, mint a felépítmény leggyengébb elemének néhány kedvezőtlen tulajdonsága miatt A Pályafenntartás című folyóirat 1934-ben megjelent 10. számában Nemesdy-Nemcsek József akkori MÁV mérnök A felépítményi ágyazatról című cikkében például a következőket írja: A kavicsággyal kapcsolatban felmerülő kérdések eleje az, hogy egyáltalán szükség van-e a kavicságyra? Tisztában vagyunk azzal, hogy a kavicságyazatot csak akkor tudjuk nélkülözni, ha az általa végzett feladatokat más elemekre tudjuk átruházni. A zúzottkőágyazat terhelések hatására bekövetkező térben és időben egyaránt egyenlőtlen mértékű, rugalmas, illetve maradandó alakváltozásai az okai annak, hogy az előzőekben idézett felvetés a XX. században folyamatosan foglalkoztatta a vasútépítő mérnököket. 2. fejezet 10.

12 1909-ben a new-yorki központi vasút egyik vonalán a szabványos ágyazatot - a vágány jó fekszintjének huzamosabb ideig történő megőrzése céljából - 38 cm vastag betonlemezre helyezték mintegy 57 m összhosszúságban ben Staatsburg mellett végzett pályaépítési munkálatok során a cm vastag ágyazatot 30 cm vastag, 1,8-3,6 m hosszúságú vasalt betonlemezekre fektették. Az így kiképzett pályaszakaszok hossza 107 m, illetve 830 m volt. Az 1920-as években az Amerikai Egyesült Államokban, Detroit közelében egy 400 m hosszú szakaszon 3 m széles és 52 cm vastag betonlemezre fektették a sínszálakat. A betonlemezes felépítmény építését azzal indokolták, hogy a zúzottkőágyazat a vasúti forgalom követelményeinek - a nagy tengelyterhelésnek, a gyakori teherismétlésnek nem felel meg, minthogy a nagyobb sebességgel közlekedő járművek igen jelentős ütéseket mérnek a vágányra, különösen a sínillesztéseknél. A magasabb építési költségek ellensúlyozásaként alacsonyabb fenntartási költségeket reméltek a beruházástól ben megkezdett Japán kísérletek betonba ágyazott fa magánaljas vágányok vizsgálatára irányultak ben e felépítményi megoldással épült egy hosszú alagút vasúti pályaszerkezete ban a Párizs Északi pályaudvar teljes csarnokon kívüli vágányhálózatát a rossz, puha agyag altalaj miatt aszfaltmakadám pályaszerkezetre helyezték. Az agyag altalajra először 7 cm homokréteg, erre 10 cm durva kevert kátránymakadám, majd 5 cm finom kevert kátránymakadám és egy 1,5 cm-es aszfaltzúzalék felületi bevonás került. A keresztaljak pontos fekszintjét alázúzalékolással biztosították. Az ágyazatnélküli felépítményű pályaszerkezetek jelentősebb hosszúságban először a közúti villamosvasutak vonalain épültek meg. Így például Moszkvában 1949-ben szabványosított három betonlemezes pályaszerkezettel rövid idő alatt 120 km hosszúságú vágányt újítottak fel. A közúti vasutaknál szerzett kedvező tapasztalatok nyomán a földalatti gyorsvasutak vonalain a század közepén jelentős lendületet vett a betonágyazatú pályaépítés (Tokió, stb.). A vasúti pályafejlesztésben úttörő szerepet játszó Japánban a merevlemezes vasúti felépítményekről csak 1965-ben készítettek először tanulmányokat. Az 1964-ben Tokió- 2. fejezet 11.

13 Oszaka között 515 km hosszúságban átadott Tokaido nagysebességű vonalat még zúzottkőágyazattal építették meg. Japánban napjainkig több mint 2400 km hosszúságban épült merevlemezes vágány a Shinkansen hálózat hidakon és alagutakban vezető szakaszain. Az UIC-nek az ORE A 87-es bizottsága az 1960-as évek közepén egy kísérleti pályaszakasz építését ösztönözte a sínleerősítések zaj- és rezgéskibocsátásának vizsgálata céljából. A kísérleti pályaszakaszt a British Railways építette meg 1967-ben Radcliffe nevű településnél. Az építésbe több vasúttársaság (SNCF, NS, CFF) is betársult. A vizsgálatok céljaira 6 különböző betonlemezes felépítményű pályaszakasz épült, egyenként 72 m hosszúságban. Mindezek, az közötti, a zúzottkőágyazat elhagyásával kialakítandó vasúti felépítményre vonatkozó kezdeményezések még csak helyi jellegű, szórványos kísérleteknek minősíthetők, a néhány, elszórt, rövid, ágyazatnélküli kísérleti vágány semmiképpen sem csorbította a zúzottkőágyazatban fekvő keresztaljas vágányrendszer egyeduralmát. Az 1960-as évek végén a több szinten és irányban végzett egyéni kutatások összegezéseként a Német Szövetségi Köztársaság közlekedési miniszterének megbízása alapján egy kutatócsoport tanulmányt készített a nagyteljesítményű közlekedési rendszerekről. A kutatócsoport már ekkor megfogalmazta, hogy a nagy sebességek a nagy terhelésekkel együtt különleges igényeket támasztanak a pálya szerkezetével, illetve állapotával szemben. Jelentésükben a zúzottkőágyazat kiváltását javasolták, beton vagy aszfaltrétegek beépítésével. Az előzőekben említett kutatásban nyert felismerés 1972-ben a német kutatási és műszaki miniszter által is támogatott vizsgálatokhoz vezetett. A Bielefeld-Hamm közti vasútvonalon Rheda állomásnál mintegy 640 m hosszúságban betonlemezes felépítményű pályatest épült (Rhedai rendszerű betonlemezes pályaszerkezet) ban, Németországban a Hannover-Würzburg közti nagysebességű vasútvonalon 250 km/h járműsebesség mellett a zúzottkőágyazatban ébredő igénybevételek meghatározására végeztek méréseket. A kutatók a helyszíni mérések alkalmával a kritikus rezgéssebesség feletti értékeket mértek a 250 km/h járműsebességgel igénybevett ágyazatban. Az ágyazat kritikus rezgéssebesség feletti igénybevétele annak robbanásszerű tönkremeneteléhez vezethet. A három Neubaustrecke alagútban (Mühlberg-alagút 1986, Sengeberg-alagút 1989, Sausenstein-alagút 1993) a Rhedai rendszerű felépítmény kivitelezése magasfokú gépesítéssel történt (Rheda-Sengeberg típusú pályaszerkezet). 2. fejezet 12.

14 Az 1994-ben Dover és Calais között átadott Csatorna alagútban, több mint 100 km vágányhosszon, ágyazatnélküli felépítmény épült. A felépítményt a francia Sonneville-, és a holland Edilon rendszerű sínleerősítésekkel alakították ki. A prognosztizálások szerint ben 120 millió, távlatban évi 240 millió elegytonna áthaladásával kell számolni, az alagútban, amely az eddig ismert legnagyobb terhelést jelenti a világon. A Deutsche Bahn AG 1994-ben versenypályázatok útján döntött a világ legnagyobb forgalmú vasútján a Berlini Városi Vasúton a "Rheda-Berlin" - rendszerű merevlemezes felépítmény megépítése mellett. A vasúti felépítmények fejlesztésére irányuló törekvések támogatásához Németországban a merevlemezes felépítmény építését és fejlesztését rögzítő irányelvek megalkotására volt szükség. Az idevonatkozó műszaki előírásokat a Merevlemezes felépítmény építésének követelménykatalógusa az "Anforderungskatalog zum Bau der Festen Fahrbahn" foglalja magába, amelyik ma már 3. kiadásban kerül a tervezők, kivitelezők és az üzemeltetők kezébe. A német vasút (DB) vonalain között szerzett fenntartási tapasztalatok utólagosan is megerősítették a HSB tanulmány észrevételeit. A km/h sebességű ICE szerelvények által a zúzottkőágyazatban okozott szemáthelyeződések igen jelentős fenntartási következményekkel jártak. Így a német vasút (DB) részéről végleges megállapítást nyert, hogy a zúzottkőágyazat csak korlátozottan alkalmas a nagysebességű vasútvonalak pályaszerkezeteiben. A 250 km/h vagy annál nagyobb sebességű közlekedés esetén is természetesen megépíthető és fenntartható a zúzottkőágyazatú pálya, azonban alkalmazása aligha megfizethető - vélik a DB illetékesei. A DB 1994-es részvénytársasággá alapításával, és az ezzel együtt járó költségérzékenység növekedésével, az újítások és a fejlesztések jelentősége felértékelődött, amelyeknek egyik igen markáns jele a betonlemezes vágányok fejlesztésére és alkalmazására irányuló törekvés megerősödése (az ipar aktívan részt vesz a merevlemezes felépítmények fejlesztésében, építésében). A Deutsche Bahn AG döntése alapján, miszerint az Ausbaustrecke és a Neubaustrecke vonalak tervezésekor merevlemezes felépítményt kell alapul venni között több mint 15 újszerű pályaszerkezet került kifejlesztésére. 2. fejezet 13.

15 1996-ban Németországban a Karlsruhe - Mannheim vonalon Waghausel térségében 7 különböző új típusú merevlemezes felépítményt építettek be abból a célból, hogy kiválasztásra kerüljön a német nagysebességű vasútvonalakon jövőben alkalmazandó szabványos felépítmény. Erre a korszakra elsősorban a Német Szövetségi Köztársaságban az ágyazatnélküli merevlemezes felépítmény bevezetésének indokoltságával kapcsolatban, a pályakiképzésben érdekelt termelő iparágak (egyrészről a kőbányák, a talpfa előállító és talpfatelítő cégek, betonaljgyárak, másrészről a betonlemezes felépítmény elemeit előállító vállalatok) közötti nagy gazdasági verseny volt jellemző. A vágányépítő, vágányszabályozó gépek előállításával és üzemeltetésével foglalkozó iparág fejlesztési irányát is döntően befolyásolhatja a felépítményi rendszer átállítása: a jelenleg elsősorban a zúzottkőágyazat tömörítésével, tisztításával foglalkozó gépi technológiát a betonlemezes vágányrendszer építésének és üzemeltetésének kívánalmai szerint kell átállítani Jellemző hazai események Az első és a második világháború közötti időszakban egyes MÁV vonalszakaszokon az ágyazat tisztaságának megvédése céljából (például szénrakodó állomások közelében, tűztisztító helyeken), valamint az utasok állomási vágányokon történő közlekedésének segítése érdekében az aljközöket betonlemezekkel fedték le. Az ötvenes évek végén a Pécs-Pécsbánya rendező pu. közötti, iszapszén szállítással igénybevett pályarészen, továbbá a Budapest Nyugati pályaudvar egyik csarnoki vágányán az aljak közti ágyazat felületére szintén betonlemezeket fektettek. E betonlemezes megoldások, valamint az útátjárókban megjelenő és elterjedő kislemezes burkolatok a vasúti terhelések felvételének hiánya következtében nem tekinthetők betonlemezes felépítményi szerkezeteknek. A vasúti forgalom által is igénybevett betonlemezes vágányszerkezetek első hazai megjelenési formája a bebetonozott talpfás felépítményi megoldás. Ilyen pályaszerkezettel készült például a Millenniumi Földalatti Vasút egy 90 m hosszú, a Nagykörutat, az ottani 2. fejezet 14.

16 főgyűjtőcsatornát keresztező szakasza 1955-ben. A bebetonozott talpfás vágányt azonban elsősorban a hazai közúti vasutak beton hosszgerendás pályáin alkalmazták. A Vasúti Tudományos Kutatóintézetben a hatvanas évek közepén tervezték meg a 2.1. ábrán bemutatott előregyártott, kétirányban feszített betonlemezt. A Budapesti Közlekedési Vállalat közúti vasúti vonalain 1971 óta alkalmazott előregyártott, betonlemezes, tömbsínes pályaszerkezetet, amelynek keresztszelvényét a , sínleerősítését a 2.3. ábra mutatja be. Ezt a rendszert a korábbi felépítmény típusoknál jelentkező megoldatlan műszaki problémák sokasága, valamint a pályaépítésnél és fenntartásnál jelentkező létszámhiány hívta életre. A MÁV hálózatán 1980-ban Eperjeske rendezőpályaudvaron egy széles nyomtávolságú 48. XIII. 1:9 rendszerű-, 1984-ben Dunaújvárosban két normál nyomtávolságú 54. XI. 1:9 rendszerű kitérő került betonlemezes szerkezetre ( ábrák). A budapesti földalatti gyorsvasút észak-déli vonalának felszíni szakaszán földmunkán fekvő, monolit-betonlemezes pályaszerkezet épül az 1980-as években a ábrákon bemutatott mintakeresztszelvénnyel ben a Budapest Vágóhíd-Ráckeve elővárosi vasútvonalon (HÉV) Dunaharaszti felső- Szigetszentmiklós állomások között, egy 450 m hosszú, 210 m sugarú, köríves szakasz készült ágyazatnélküli felépítménnyel a 2.8. ábrán vázolt szerkezeti kialakítással között Világbanki hitel felhasználásával mintegy 45 km-es pályahosszon épült be a Budapesti Közlekedési Rt. több közúti vasúti vonalán a 2.9. ábrán látható monolitbetonlemezes, vályússínes felépítmény folyamán a MÁV Dombóvár - gyékényesi vasútvonala két hídján, valamint egy útátjárójában Edilon rendszerű sínleerősítéssel betonlemezes pályaszerkezetek készültek. Az útátjáró pályalemezének metszetét a ábra szemlélteti. 2. fejezet 15.

17 2.1. ábra: A Vasúti Tudományos Kutató Intézet által tervezett előregyártott, két irányban feszített, nagyvasúti terhelésre méretezett betonlemez (1965) 2. fejezet 16.

18 2.2. ábra: Az előregyártott, feszített-betonlemezes, tömbsínes, közúti vasúti pályaszerkezet minta-keresztszelvénye 2.3. ábra: Az előregyártott, feszített-betonlemezes, tömbsínes, közúti vasúti pályaszerkezet tömbsínje és sínleerősítése 2.4. ábra: Vasbetonlemezre helyezett kitérők pályaszerkezete Eperjeskén és Dunaújvárosban 2. fejezet 17.

19 2.5. ábra: Az ágyazatnélküli felépítménnyel kialakított dunaújvárosi kitérők pályalemezének táblakiosztási terve 2.6. ábra: Az észak-déli földalatti gyorsvasúti vonal felszíni szakaszának mintakeresztszelvénye 2. fejezet 18.

20 2.7. ábra: Az észak-déli földalatti gyorsvasúti vonal felszíni szakaszának sínleerősítése 2.8. ábra: A Budapest Vágóhíd Ráckeve elővárosi vasútvonal (HÉV) Dunaharaszti felső Szigetszentmiklós állomások közti szakaszán található betonlemezes pályaszerkezet (1985) 2. fejezet 19.

21 2.9. ábra: A Budapesti Közlekedési Rt. vonalhálózatán beépített RAFS rendszerű monolit betonlemezes közúti vasúti pályaszerkezet keresztszelvénye (1995-) ábra: A Dombóvár-Gyékényes közötti vasútvonalon Porrogszentkirály megállóhelynél épített betonlemezes útátjáró szerkezet pályalemezének keresztmetszete 2. fejezet 20.

22 2.3. Jellemző külföldi megoldások Az előző 2.1. fejezet szerinti, közötti kezdeti kísérleti munka folytatásaként, annak eredményeit is értékelve, az 1960-as évek elején már számos országban folytattak kísérleteket a nagyvasúti igénybevételeknek is megfelelő ágyazat nélküli felépítmény szerkezetekkel (Anglia [2.11. ábra], Csehszlovákia, stb.). E vizsgálatok az országok, illetve a vasutak gazdasági helyzetétől és műszaki színvonalától függően különböző mélységben foglalkoztak a tervezés és az építés problémáival, valamint az üzem alatti reakciók megfigyelésével, kiértékelésével. Egy-egy rövid kísérleti vonalszakasz sok országban épült, azonban csak néhány vasút vállalkozott arra, hogy az ágyazatnélküli felépítményi szerkezetek különböző megoldási módjait egyidejűleg hosszabb szakaszon vizsgálja (Német Szövetségi Köztársaság, Szovjetunió). Azok a vasutak, amelyek közvetlen információkat szereztek az új szerkezeti megoldásokról, a kísérleteket követően általában üzemi körülmények között is felhasználták az eredményeket (Hollandia (2.12. ábra), Japán (2.13. ábra), Németország (2.14. ábra), Olaszország (2.15. ábra)). Az NSzK-ban bevezetett Rheda rendszerrel a későbbi 4. fejezet részletesen foglalkozik. Az 1990-es évek második felében több ország kötelezettséget vállalt arra vonatkozóan, hogy a nagysebességű közlekedésre kiépítendő új vonalakon betonlemezes pályaszerkezetet épít (Hollandia, Németország) ábra: Az angol vasutak (BR) PACT rendszerű ágyazatnélküli vasúti vágányának betonlemeze 2. fejezet 21.

23 2.12. ábra: INFUNDO rendszerű ágyazatnélküli vasúti vágány betonlemeze ábra: A japán (JNR) VA rendszerű ágyazatnélküli vasúti vágányának hídon épített betonlemeze 2. fejezet 22.

24 2.14. ábra: A Heitkamp rendszerű német betonlemezes pályaszerkezet 2. fejezet 23.

25 2.15. ábra: Az olasz vasutak (FS) IPA rendszerű ágyazatnélküli vasúti vágányának betonlemeze 2.4. A szerkezeti megoldások csoportosítása A vasúti pályának az elmúlt két-három évtizedben végbement fejlődése során az ágyazatnélküli felépítményrendszerek legkülönbözőbb megoldásmódjai jelentek meg. Minthogy a pályatest felépítését és a terhelések felvételének módját alapvetően a felépítmény szerkezet határozza meg, ezért kézenfekvő, hogy a különböző szerkezeti megoldások rendszerezését elsődlegesen a beton pályaszerkezet alapján végezzük el. A csoportosítás a szerkezeti kialakítás alapelvei a vasalás módja és a kivitelezés technológiája alapján történhet. Az ágyazatnélküli felépítmény szerkezetek esetében a vasúti pálya klasszikus elemeinek feladatköre sok esetben módosul, ezért a rendszerezést célszerű a vágányzat és az alépítmény elemeire is kiterjeszteni. A betonlemezes felépítmény szerkezetek megjelenésével nagy jelentőséget kaptak azok a szerkezeti elemek, amelyek az elmaradó zúzottkőágyazat rugalmasságát pótolják. Így a vasúti felépítmény számára biztosított rugalmasság létrehozásának formái is lényeges módon jellemzik az ágyazatnélküli felépítmény szerkezetet. 2. fejezet 24.

26 Az előzőekben. vázolt tárgykörök alapján az ágyazatnélküli pályaszerkezetek esetében a következő rendszerezés hajtható végre: felépítménnyel kialakított I. A betonszerkezetek csoportosítása a) A szerkezeti kialakítás szempontjából lemezes szerkezetek az alaprajzi méretek alapján keskeny talplemezek (h < k), széles talplemezek (h k), kislemezek (k < h s), nagylemezek (h > s). ahol h a lemez pályával párhuzamos mérete, s a lemez pályára merőleges mérete, k az aljtávolság (alátámasztási távolság). a keresztmetszet kialakítása alapján téglalap keresztmetszetű tömör lemezek, téglalap keresztmetszetű üres lemezek, héjlemezek, vályús lemezek, a felső sík geometriai vonalozása alapján az alap síkjával párhuzamos fedősíkú lemezek, egyoldali lejtésű lemezek, kétoldali lejtésű lemezek, az aljakat magukba foglaló lemezes szerkezetek az alj típusa alapján magánaljas szerkezetek, keresztaljas szerkezetek, hosszaljas szerkezetek, a teherhordó lemezszerkezettel való kapcsolat alapján: a teherhordó szerkezeten felfekvő aljak, a teherhordó szerkezetbe kapcsoló aljak, a rácsos teherhordó szerkezetek lemezrács (egy elemből álló szerkezet), gerendarács (hosszaljakból és összekötőelemekből álló szerkezet). b) A vasalás módja szempontjából erőtani hatás alapján lágyvasalású szerkezet, 2. fejezet 25.

27 síkhálóval ellátott szerkezet (egyrétegű vasalás), térhálóval ellátott szerkezet (kétrétegű vasalás), feszített szerkezet előrefeszített szerkezet, utófeszített szerkezet vegyes vasalású szerkezet, repedésképzés alapján megszakított vasalású szerkezet, átmenő vasalású szerkezet, irányított repedésképzés, szabad repedésképzés. c) A gyártástechnológia szempontjából előregyártott szerkezet, helyszíni készítésű szerkezet, vegyes gyártású szerkezet. II. A betonszerkezetek ágyazási módjának csoportosítása a) Az ágyazó réteg anyaga szempontjából beton vasbeton, soványbeton, hőszigetelő beton, aszfalt-bitumen aszfaltbeton, bitumenes homok, bitumen, gumi bitumen, injektáló habarcs cementalapú habarcs, bitumen alapú habarcs, cement-bitumen alapú habarcs, műgyanta alapú habarcs, egyéb (pl. bentonit), stabilizáció cement alapú stabilizáció, mész alapú stabilizáció, bitumen alapú stabilizáció, 2. fejezet 26.

28 zúzottkő-zúzalék kötőanyagot nem tartalmaz, kötőanyaggal stabilizált, homokos kavics homok impregnáló anyagot nem tartalmaz, impregnált. b) Az ágyazó anyag bedolgozás módja alapján kézi terítés (terítés, simítás - lehúzás, tömörítés), gépi terítés, kiöntés (gravitációs úton történő bedolgozás), injektálás (nyomás alatti bedolgozás). III. A sínleerősítések csoportosítása a) A sínleerősítések szerkezeti felépítése szempontjából az alátétlemezek száma alapján alátétlemez nélküli sínleerősítések, egy alátétlemezt tartalmazó sínleerősítések, alátétlemezzel és alaplemezzel rendelkező sínleerősítések, a sínszálak rögzítés módja alapján: közvetlen sínleerősítések, közvetett sínleerősítések, a sínszálakat közvetlenül rögzítő elemek szerkezete alapján merev leszorító lemezes megoldási mód, csavarral lefogott szorítórugós lefogási mód, önzáró szorítórugós lefogási mód. b) Az alátétlemez rögzítésmódja alapján az alátétlemez lekötésének oldhatósága betonszerkezetbe hajtható csavaros rögzítés, betonszerkezetbe erősített lehorgonyzó csavaros rögzítés, az alátétlemez lekötése oldhatatlan (pl. bebetonozott alátétlemez esetében). c) A sínleerősítés szabályozhatósága alapján csak az építés ideje alatt szabályozható, üzem alatt is szabályozható, csak az üzemi hatások által okozott változások szabályozhatók (± 3 5 mm), vonalkorszerűsítés igényei is kielégíthetők (± mm). 2. fejezet 27.

29 IV. A felépítmény szerkezet rugalmasságát biztosító elemek csoportosítása a) Az elemek anyaga szempontjából fa alapú elemek, fa alátétlemez, fatuskó, faalj, műanyag alapanyagú elemek műanyag alátétlemez, műanyag tuskó alj, gumi alapanyagú elemek, előregyártott gumilemez tömörgumilemez, bordás gumilemez, lyuggatott gumilemez, üreges gumilemez, helyszíni öntésű gumilemez, gumitömb, műgyanta alapanyagú, fém alapanyagú elemek lemezrugó, spirálrugó, kengyelrugó, kő és bitumen alapanyagú rétegek zúzottkő, homokos kavics, homok, bitumen, aszfalt, altalaj. b) Az elemek elhelyezkedése szempontjából a felépítménybe csak a sínleerősítés tartalmaz rugalmas elemet, a sínszálak rugalmas alátámasztása folyamatos, a sínszálak rugalmas alátámasztása szakaszos. a felépítmény több eleme is tartalmaz rugalmas anyagot, a sínleerősítésen kívül elhelyezkedő rugalmas eleme tartószerkezeti feladatot is ellát (pl. faalj) a sínleerősítésen kívül elhelyezkedő rugalmas elem tartószerkezeti feladatokat nem lát el (magánalj, keresztalj, hosszalj alatt fekvő rugalmas elem). 2. fejezet 28.

30 3. A BETONLEMEZES VASÚTI PÁLYASZERKEZETEK KIALAKÍTÁSÁRA VONATKOZÓ NÉMET ELŐÍRÁSOK 3.1. Bevezetés A vasúti pályaszerkezetek fejlődésében a korábbi 1. fejezet szerint döntő lépcsőt jelent a hagyományos, zúzottkőágyazatú keresztealjas vágányrendszer helyett a merev (beton vagy aszfalt -) lemezes rendszer bevezetése és fokozatos térhódítása. E pályaszerkezetre vonatkozóan még az ezt intenzíven fejlesztő vasútak pályával kapcsolatos előírásai sem tartalmaznak műszaki paramétereket vagy technológiai előírásokat. E hiányosság időleges pótlására adta ki a német vasút az Anforderungskatalog zum Bau der Festen Fahrbahn A merev lemezes vágány követelménykatalógusa című irányelvgyűjteményt, amely a folyamatban levő részben még kísérleti jellegű lemezes rendszerű pályaépítésekre igen kedvező, egységes paramétereket, technológiai elgondolásokat, javaslatokat tartalmaz. Ez a német követelménykatalógus ad lehetőséget arra, hogy annak gondolatmenetét és szerkezeti tagolását átvéve, áttekintsük a merev lemezes felépítményrendszerre vonatkozó korszerű irányelveket. A Követelménykatalógus szabványjelleggel egészíti ki a DB jelenlegi szabályzatait (Regelwerk) a következő területeken: földművek hidak alagutak A merevlemezes felépítmény élettartamának minimum 60 évnek kell lennie Általános követelmények A merevlemezes vágány beton vagy aszfalt teherhordó rétegre helyezett, rugalmasságával és csillapításával meghatározott felépítményszerkezet. A nagysebességű vasúti pályák elsőrendű igénye, hogy ennek az új pályaszerkezetnek legkisebb alakváltozásos alátámasztást kell biztosítania a felépítmény számára és ez alagutakban, hidakon viszonylag egyszerűbb szerkezeti megoldásokkal elérhető. 3. fejezet 29.

31 A földműveken kialakított merevlemezes felépítmény több, alulról növekvő merevségű teherhordó rétegből áll, a túligénybevételek elkerülése és a magasfokú dinamikus hatásokkal szembeni hosszú távú állékonyság érdekében. A felépítmény kötött és az alépítmény nem kötött teherhordó rétege közé hidraulikus kötőanyagú réteget (sovány betont) kell beépíteni. A műtárgyak és a hagyományos földműre épült szakaszok között, valamint a merevlemezes és zúzottkő ágyazatos felépítmény találkozásánál a süllyedéskülönbségek és a merevségi változások miatt átmeneti szakaszokat kell kialakítani. A merevlemezes felépítmény fajtái monolit szerkezet: a sínleerősítések helyét jelentő alátámasztási pontok, illetve a bebetonozott keresztaljak a beton teherviselő réteg alkotóelemei (pl. Rhedarendszer), fektetett szerkezet: az előregyártott vágánymezőket magasságilag pontosan kialakított aszfalt vagy beton teherhordó rétegre fektetik, ahhoz lehorgonyozzák, de a vágánymezők nem részei a teherhordó rétegnek (pl. ATD-rendszer), egyéb rendszerek: speciális feltételeknek megfelelő rövidebb szakaszokon készülnek, két fajtája a kiöntött síncsatornás felépítmény és a tömeg-rugórendszer. Monolitikus építésnél a sínek és a keresztaljak integrált alkotóelemei a beton vagy aszfalt teherhordó rétegnek, a sínek és a keresztaljak a beton vagy aszfalt teherhordó rétegbe be vannak kötve. Előregyártott elemekből történő építésnél a vágánymezőket a beton vagy aszfalt teherhordó rétegre fektetik és a járművek okozta, illetve a sínek belső feszültségéből a vágányban keletkező vízszintes irányú erőket a teherhordó rétegre a vágánymezőknek a teherhordó réteghez történő kihorgonyzása útján adják át. A keresztaljak nélküli rendszernél a síneket alátámasztó szerkezeteket a beton teherhordó lemezen sűrűbben helyezik el. A német műszaki követelményekben a merevlemezes felépítményekre analóg módon érvényesek a zúzottkőágyazatú felépítményekre vonatkozó, s a német vasutakra érvényes DS 800, DS 820 és az EBO-ban rögzített feltételek. A pálya legkisebb körívsugarára e rendszernél R 300 m van előírva. A követelménykatalógus általános követelményeket tartalmaz a sínleerősítésekre, a síndőlésre, a nyomtávolság pontosságára, az alagutakban való maximális sebességre és a környezeti viszonyokra vonatkozóan. A sínleerősítésének biztonsági szempontból fontos elemeinek, továbbá a jelző és elektrotechnikai berendezéseknek ellenőrzés céljából láthatóaknak kell lenniük. 3. fejezet 30.

32 Minden továbbfejlesztési tendenciának, tervezési eljárásnak a vasúti pályák optimalizált gazdaságosságát és ezzel a vasúti rendszer nyereségességét kell szolgálnia. Az eddig épült merevlemezes vasúti vágányok igazolták, hogy a megkövetelt építési pontosság nagy mértékben befolyásolja a költségeket. A merevlemezes vágányok építésekor a végső pontosság érdekében több lépcsőben végzendő utómunkákat el kell kerülni. A merevlemezes vágány gyártásának és építési folyamatainak gyorsítására hat egy megfelelő géppark és annak költségcsökkentő hatása is van. Nem bármi áron kell újításra törekedni, hanem bevált építőanyagok, rendelkezésre álló gépek optimalizált építőelemek gazdaságos, egységes megoldás alkalmazásával kell lehetővé tenni Követelmények a földmunkával szemben A geotechnikai vizsgálatokat úgy kell végrehajtani, hogy a földmű és az altalaj süllyedési viszonyai kielégítő pontossággal megítélhetők legyenek. A talajfeltárásokat a tervezett földmű tengelyében 50 m távolságokban és a sínkoronaszint alatti legalább 6,0 m mélységig kell elvégezni. A hosszú távú használhatóság érdekében a földművet úgy kell kialakítani, hogy annak saját süllyedései és az altalaj konszolidációs süllyedései a merevlemezes felépítmény építése után a sínleerősítéseknél kiegyenlíthetők legyenek és ezáltal a megkívánt fekszint ismét előállítható legyen. Nagyobb várható süllyedések esetén az alépítményt úgy kell alapozni és megépíteni, hogy a süllyedési teknő R 0,4 V 2 sugarú lekerekítőívvel kiegyenlíthető legyen. Olyan földmunkára, ahol a süllyedési értékek a sínleerősítések csökkentett magassági szabályozási értékének négyszeresét (pl. 60 mm) is meghaladhatják, merevlemezes felépítmény nem építhető. Merevlemezes felépítmény csak olyan földművekre építhető, ahol a maximális talajvízszint a sínkoronaszint alatt legalább 1,50 m mélységben van. A teherviselő rétegrendszer határain megkövetelt E v2 teherbírási értékek az alábbiak: Új építésű vonalakon (Neubaustrecke) a földművön E v2 = 60 MPa, a fagyvédőrétegen 120 MPa, Átépítéseknél (Ausbaustrecke) a földművön E v2 = 45 MPa, a fagyvédőrétegen 100 MPa. A tömörségi és teherbírási vizsgálatokat a felületi dinamikus tömörségvizsgálattal kell végrehajtani. 3. fejezet 31.

33 A merevlemezes vágány felületét úgy kell kialakítani, hogy a felszíni víz akadálymentesen lefolyjon és a töltésvállon erózió ne alakulhasson ki. Az építés során különös gondot kell fordítani az új építésű földművek és meglévő, merevlemezes pályának kiképzett földművek keresztezése során arra, hogy a meglevő merevlemezek káros süppedéseit elkerüljük Felépítményi követelmények A merevlemezes felépítményekben UIC 60 rendszerű sínek alkalmazása rendszeresített, Ioarv 300-1, Skl 15, Wfp 15a típusú leerősítésekkel. A megkívánt statikus függőleges rugóállandó C stat = 22,5 ± 2,5 kn/m. A sínszálak az alátámasztási pontokon a dinamikus teher alatt (200 kn tengelyteher) kb. 1,5 mm-t süllyednek le. A hosszirányú eltolási ellenállás 5 kn/alátámasztási pont. Az emelési hullámok miatt sínleerősítésenként 5 kn emelő erőt kell figyelembe venni. A leerősítéseknek magassági értelemben +26 mm/-4mm, irányra ±5 mm szabályozási értéket kell tudniuk elviselni. Keresztaljak beépítése esetén a síndőlés 1:40 (1:30...1:50), a sínalátámasztások távolsága 0,65 m, a hosszirányú elmozdulással szembeni ellenállás 7 kn/m/félalj, a keresztirányú pedig 5 kn/m legyen. A maximális túlemelés 180 mm. A teherviselő betonlemez megkövetelt adatai: végigmenő vasalású, hézagnélküli, szabad repedésképzéssel betonozott, C30 (B 35) betonminőség, vasalás a betonkeresztmetszet 0,8...0,9 %-a, a keresztmetszeti vastagság középvonalában elhelyezve, repedéskorlátozás 0,5 mm (felső síkon), a felső sík mérettűrése ±2 mm, közvetlenül ráfektetett vágánymezők esetén. a betonlemezes járhatóságot >12 N/mm 2 beton nyomószilárdság biztosítja. 3. fejezet 32.

34 A teherviselő aszfaltréteg megkövetelt adatai: szemcsés ásványi anyagból bitumen (ill.modifikált bitumen) hozzáadásával, forró beépítéssel, egy vagy több rétegben készül, ragasztóanyag B 80 vagy B 65 bitumen, a felső rétegekben Pm B 65, Marschall-stabilitás 97%, a beépítési vastagságot a teherviselő rétegszerkezet méretezésekor kell meghatározni, a felső sík mérettűrése ±2 mm, közvetlenül ráfektetett vágánymezők esetén. A teherviselő lemezek méretezését az út, - és repülőtér-építésben használatos vastagságszámítási eljárással oldják meg. Figyelembe kell venni a járműterheken kívül a hőmérsékleti- és zsugorodási erőket, az aljtalaj nyomószilárdságának változását. A sínleerősítések méretezésénél fontos a forgóvázak előtti és közötti hullám emelő hatásának figyelembe vétele. A lemezszerkezet fáradási viselkedése szempontjából szintén a közúti gyakorlat értékei használhatók Az alagutakban és hidakon épített merevlemezes felépítmény követelményei A merevlemezes felépítmény alagutakban is jól alkalmazható, ha azt a hegyvidéki viszonyok lehetővé teszik.(beépítése kerülendő lejtőtöréses, földomlásos, duzzadó talajú helyeken és forrásvidéken). Alagutakban elvileg valamennyi olyan merevlemezes megoldás alkalmazható, amely földmunkára építhető. A beton vagy aszfalt teherhordó réteg közvetlenül az alagút talapzatához csatlakoztatható. Így a földműveknél szükséges hidraulikus soványbeton réteget az alagutakban el lehet hagyni, ami mind a szerkezeti magasság csökkenése, mind a gazdaságosság szempontjából előnyt jelent. Hidak esetében a nemkívánatos süllyedések megfelelő alapozási móddal elkerülhetők. Gondot a járműteherből és a hőmérséklet-változásból származó hídfelszerkezeti hosszirányú mozgások okoznak. Ugyanígy figyelembe kell venni a tartószerkezet kúszása és zsugorodása, valamint az alátámasztások feletti keresztmetszetek előfordulása miatti alakváltozásokat. A járműteher és a hőmérséklet-változás miatt a sínek és a híd tartószerkezete között fellépő vízszintes mozgásokat lehetővé kell tenni az alábbi módok valamelyikével: 3. fejezet 33.

35 a hídmozgásokat a sínleerősítéseknél lehet biztosítani akkor, ha az aljak a híd tartószerkezetéhez rögzítettek, vagy aljnélküli kialakítás esetén a sínalátétlemezek közvetlenül a beton teherhordó rétegbe horgonyzottak (pl. Rheda rendszer Skl 13 leerősítésekkel és csökkentett szorítóerővel), ha a teherhordó lemez a hídszerkezet védőbetonján hosszirányú mozgásra képesen fekszik fel, azaz a hídszerkezet a teherhordó lemez és az azon fekvő vágány alatt szabadon elmozdulhat (Züblin-rendszer, egyszerűsített Rheda-rendszer), a megoldás 25 métert meg nem haladó támaszköz esetén alkalmazható, ha a vágány a teherhordó lemezen elmozdulhat a lehetséges elmozdulások és az aljaknak a hídszerkezethez való lehorgonyzása miatt a fesztáv 10 m és keretszerkezetek 20 m esetén, ha kiöntött síncsatornás felépítménynél a sínek a tartószerkezettel (a gátolt hosszirányú mozgás miatt) mereven összekapcsoltak, ezért már viszonylag kis támaszköz (15 métertől) esetén is szükséges lehet sín dilatációs készülékek beépítésére. A merevlemezes felépítményű hídakon a hídszerkezetek terhelés alatti lehajlására, és a végérintők elfordulására határértéket kell megszabni. Feszített beton felszerkezetű hidakon a feszített beton kúszúsa és zsugorodása problémát jelenthet a merevlemezes vágány felszintjénél a kidomborodás kialakulása miatt, ezért az ilyen hidakra a merevlemezes vágányt csak ezeknek a folyamatoknak a lejátszódása után szabad megépíteni. A megmaradó különbséget magassági szabályozással ki lehet egyenlíteni. A Követelménykatalógus 1. Függeléke a merevlemezes felépítmény tartalmazza ilyen jellegű építését. Az iparral közösen folyamatban van a hidakon levő merevlemezes felépítmények továbbfejlesztése, amelynek célja a szerkezet egyszerűsítése, és gazdaságosabbá tétele Az átmenetek kialakításának követelményei A merevlemezes felépítmény átmenete műtárgyakról (hidakról, alagutakból) földművekre, ill. a pálya átmenete merevlemezes felépítményről zúzottkőágyazatú felépítményre, az eltérő rugalmasságok és eltérő süppedések kiegyenlítése miatt különös eljárásokat, intézkedéseket követel. 3. fejezet 34.

36 Ha a vágány merevlemezes felépítményről zúzottkőágyazatú felépítményre megy át, a hidraulikusan kötött soványbeton réteget a zúzottkőágyazat alatt 10 m hosszban tovább kell építeni. A merevségbeli különbségek kiegyenlítése, és az átmenetnél a zúzottkőágyazatban kialakuló nagyobb süppedések megakadályozására különleges módszerekre van szükség. A zúzottkő ragasztása, megkötése az átmeneti térségben a merevlemezes felépítménytől távolodva csökkenő intenzitással jó minőségűnek bizonyult A jelző-biztosító és egyéb villamos berendezések követelményei A merevlemezes felépítményű vágányt úgy kell kialakítani, hogy a jelző és biztosító berendezések elhelyezhetőek legyenek. A szükséges szabadon tartandó térre a vágány építésekor figyelemmel kell lenni, a jelzéstechnikai terveknek már a vágány építésekor készen kell lenniük. Kitérőknél az állítóműhöz, lezárókészülékhez, érintkezésellenőrzéséhez és a vonókészülékekhez, továbbá a váltójelzőkhöz szükséges teret biztosítani kell. A vágány áramkörök létesítéséhez minimálisan 2,5 Ohm. km vágányellátást kell biztosítani. A jelzőberendezésekhez hasonlóan az elektrotechnikai berendezések helyét is szabadon kell tartani a merevlemezes felépítmény építésekor. Az ismertetett Követelménykatalógusban szereplő elektrotechnikai követelmények a német vasutakon használt egyfázisú 15 kv, 16 2 / 3 Hz áramnemmel villamosított vonalaikra érvényes. Ezt a hazai szabályozásnál át kell dolgozni a magyar 25 kv 50 Hz áramnemünkre. A vágány egyik sínje a földvezeték. A hatékony érintésvédelem, és a hosszirányú potenciálkiegyenlítés érdekében a betonlemez vasalását keresztirányban össze kell kötni és felsővezeték tartóoszloponként, de legalább 100 méterenként a sínekkel össze kell kapcsolni. A hosszanti betonacélokat a tartóoszlopoknál keresztrúddal össze kell kapcsolni. A betonvasalás minimális betontakarása 50 mm. Vasalás nélküli teherhordólemezzel kialakított merevlemezes felépítményű szerkezeteknél a sínek keresztirányú összekötése, a vágányok összekötése, ill. vágányföldelés szükséges. Vasbetonszerkezetű hidakon a merevlemezes vágányokat minden felsővezetéki tartóoszlopnál össze kell kötni a hídszerkezettel, alagutakban pedig a vágányt legalább 100 méterenként az alagút földelésével kell összekötni. Kitérőknél a villamos váltófűtésnek szabad helyet kell biztosítani. 3. fejezet 35.

37 3.8. Zaj és rezgéskibocsátás A merevlemezes vágányoknak a zaj- és rezgéskibocsátás szempontjából akkor optimális a kialakítása, ha nem keltenek nagyobb zaj- és rezgésszintet, mint hasonló körülmények között (pl. sebesség, tengelyterhelés, stb.) a zúzottkőágyazatú felépítmény. A keresztaljas zúzottkőágyazatú felépítményekhez viszonyítva a zaj szempontjából nem optimalizált merevlemezes felépítménynek nagyobb a zajkibocsátása. Az ipar a zajtechnikai megoldások legkülönbözőbb fajtáit fejlesztette ki. A zajabszorpciónak időben tartósnak kell lennie, a zajelnyelő képességet semminek, még pl. a szennyeződésnek sem szabad befolyásolni. A sínek rugalmas alátámasztása a testzaj és rezgéskibocsátás csökkentésére hatásos megoldás. A merevlemezes rendszer a kerék-sín kapcsolat légzaját viszont nagyobb mértékben veri vissza, mint a hagyományos zúzottkőágyazat, s ezt megfelelő eljárásokkal, műszaki megoldásokkal kompenzálni kell. Az eddigi leghatékonyabb megoldásnak a puffasztott granulátumból készült zajabszorbeáló bevonat, vagy a fabeton bizonyult. A zajabszorbeáló anyagnak más anyagokra, hőmérsékletre, mechanikai és klímai behatásokra vonatkozóan ellenállónak kell lenniük, továbbá tűzállónak. A merevlemezes felépítmény zajelnyelő kialakításához szükséges további műszaki feltételeket, megoldásokat a Követelménykatalógus 3. Függeléke tartalmazza A további fejlődés Egyre inkább bővülnek a merevlemezes felépítmény építéséről az ismeretek, amelyeket a Követelménykatalógus is tartalmaz. A merevlemezes felépítménynek jelenleg a Karlsruhe melletti Waghausel állomáson kikísérletezés alatt álló típusai további fejlődési lépcsőt fognak képezni a merevlemezes vágányok gazdaságossága és kiérlelt szerkezeti megoldása irányában. Az újabb technológiák tervezése és bevezetése mindíg együtt jár gyermekbetegségekkel, és ebből adódóan az új elemet mindig hozzá kell illeszteni a meglevő rendszerhez, ami egy optimalizálási folyamatot eredményez. Ez az optimalizálás e merevlemezes vágányok gazdaságos építése irányában folyamatban van. Mindenek előtt az újonnan kifejlesztett keresztalj nélküli rendszerre és a hídszerkezeteken alkalmazandó egyszerűbb megoldásokra kell gondolnunk. 3. fejezet 36.

38 4. A RHEDA RENDSZERŰ BETONLEMEZES VASÚTI PÁLYA- SZERKEZET KIALAKULÁSA ÉS FEJLŐDÉSE NAPJAINKIG A RHEDA rendszerű betonlemezes vasúti pályaszerkezet kialakulásának és fejlődésének története az 1970-es évek elején kezdődött. A DB ugyanis ebben az időben tűzte ki célul a személyszállítás sebességének emelését, a nagyterhelésű vasútvonalak fenntartás-igényének mérséklését. Így került előtérbe az úgynevezett ágyazatnélküli felépítmény kifejlesztése. A kutató fejlesztőmunka alapelvei a következők voltak: a hajlításra igénybevett pályalemezek a terhelést egyenletesen osszák el az alépítményen, a sínszálak kapjanak rugalmas alátámasztást, a sínleerősítések 50 mm-ig tegyék lehetővé a magassági korrekciót, a pályaszerkezet a földmunkán és a műtárgyakon azonos felépítésű legyen. A kísérleti pályát egy 5700 m sugarú, 50 mm túlemelésű körívben alakították ki Rheda állomás térségében, amelynek első 550 m-es szakasza 1972 júliusában készült el. E német felépítményrendszer, annak különböző, egymástól alig eltérő típusai erről az állomásról kapták a RHEDA nevet. A pályaszerkezet keresztmetszete a 4.1. ábrán látható. A vágány bebetonozott, előfeszített keresztaljai a zúzottkő-ágyazatú pályaszerkezeteknél használatos B70 jelzésű betonaljak módosított változatai. A keresztaljak alatt 14 cm vastag B.350 minőségű vasbeton lemezbe hosszirányban l5 db l6 mm átmérőjű-, keresztirányban egymástól 50 cm távolságra lévő 8 mm átmérőjű acé1huzal került. A folyamatos vasalás a lemezben szabad repedésképződést tett lehetővé. A betonaljak, valamint a közöttük lévő kitöltő beton, továbbá a vasbeton alaplemez együttdolgozását az alaplemezből kinyúló acélfüleken és a betonaljakon átfűzött 3 huzal biztosította. Az építés során a keresztaljak közötti tér betonozása az összeszerelt és beszabályozott vágány kiékelése után történt. A végigfutó vasalásokkal ellátott pályaszerkezet hosszirányú mozgását a kísérleti szakasz mindkét végén a zúzottkőágyazatú felépítményhez való csatlakozásnál, az altalajba alapozott vasbeton ellenfalak akadályozták meg a 4.2. ábrán látható módon. 4. fejezet 37.

39 4.1. ábra: Az 1972-ben Rheda állomás térségében épített betonlemezes pályaszerkezet keresztmetszete 4.2. ábra: Az 1972-ben Rheda állomás térségében épített betonlemezes pályaszerkezet mindkét végén (a zúzottkőágyazatú szakaszhoz történő csatlakozásnál) kialakított vasbeton ellenfalak metszete Az alépítményi védőrétegek hőszigetelő és teherelosztó funkcióját a 20 cm vastagságú Styropor könnyűbeton réteg, illetve a l5 cm mélységig cementtel stabilizált talajréteg látták el. 4. fejezet 38.

40 A B70 S jelzésű betonaljakra helyezett IOARV-180 jelzésű sínleerősítés két változata a 4.3. ábrán látható. A sínleerősítés egyik változatánál merev GEO szorítólemez, másik vá1tozatánál Skl-4 típusú szorítórugó rögzítette a sínszálakat. A sínleerősítés közbetétek alkalmazásával maximálisan +5 mm értékű vízszintes-, és 3, +10 mm nagyságú függőleges irányú szabályozást tett lehetővé. Az alátétlemez és a betonalj közé helyezett lyuggatott gumilemez 40 kn/mm értékű rugóállandóval rendelkezett. A sínleerősítések távolsága 60 cm volt ábra: Az IOARV-180 jelzésű sínleerősítés két változatának metszet- és nézetrajza A betonlemezes szakasz 1972 őszén az előzőekben ismertetett rendszerrel lényegében egyező szerkezetű, mintegy 90 m hosszúságú felépítménnyel bővült. E pályaszerkezetben a felépítmény elemeinek együttdolgozását nem a keresztaljakon átfűzött acélhuzalok, hanem a teherhordó vasbetonlemezből a kitöltőbetonba nyúló vasalás biztosította. A betonlemezes folyópálya felépítményhez, a kísérleti szakasz mindkét végén, UIC 60 sínrendszerű, mozgó keresztezési csúcsos, betonlemezen fekvő kitérő csatlakozott. A "RHEDA" rendszerű felépítmény kedvező üzemi tapasztalatai nyomán több német (például: Mühlberg alagút 1985, Sengeberg alagút 1989), és egy osztrák alagútban (Sausenstein alagút) is a1kalmazásra került, néhány módosítással. Az alagutak talplemezei a "módosított RHEDA" felépítményi rendszer teherhordó vasbetonlemezét helyettesítik. A 4. fejezet 39.

41 vasbeton alaplemezek a vágány mindkét oldalán függőleges bordákkal készültek. A keresztaljak a bordák közti térben betonozták be. Az ÖBB nagysebességű vonalán épített 4692 m hosszú Sausenstein alagútban fekvő pályaszerkezet keresztszelvénye a 4.4. ábrán látható. A vasbeton pályalemez és az alagút fenéklemeze közé Sylomer L 25 jelű ágyazópaplant építettek be 25 mm vastagsággal. A szőnyeg rugalmassági tulajdonságai olyanok, hogy a forgalom alatt 1 mm-t meghaladó összenyomódások nem keletkeznek, és a számítások szerint 50 Hz-nél mintegy 9 db rezgéscsillapítás érhető el. A betonlemezes és a zúzottkő-ágyazatú vágányok eltérő rugalmassága közötti átmenetet a csatlakozó zúzottkő-ágyazatú vágány rövid szakasza alá beépített betonlemez mechanikai hatásával biztosították ábra: A módosított RHEDA felépítményi rendszer keresztmetszete a Säusenstein alagútban Az úgynevezett módosított RHEDA felépítményi rendszer vasúti hídon is kivitelezésre került. A 4.5. ábrán a DB Fürstenfeldbrucknál épített szekrénytartós hídjának pályaszerkezete látható keresztmetszetben. A jelentkező rezgések csillapítására e helyen 12 mm vastag Sylomer L 12 jelű szőnyeget alkalmaztak. A kivitelezés lépcsős megvalósítása lehetővé tette, hogy a hagyományos, zúzottkő-ágyazatú felépítmény mellett az alágyazati szőnyeg nélkül-, majd az azzal kivitelezett betonlemezes pályaszerkezetre is vágánymérési adatokat kapjanak. A mérések a zajcsökkentő szőnyeg figyelemreméltó rezgés-, és zajcsillapítási hatását mutatták ki. 4. fejezet 40.

42 4.5. ábra: A módosított RHEDA rendszerű felépítmény DB Amper hídján Fürstenfeldbrucknál A RHEDA rendszerű pályaszerkezet fejlődése jelentős fordulatot vett az 1990-es években. A változások egyrészről a betonaljak szerkezeti kialakításában, másrészről azok pályaszerkezetbe történő ágyazásának módjában következtek be. A keresztaljak és a beton pályalemez együttdolgozásának javítása céljából a rendszernél felhagytak a klasszikus betonaljak alkalmazásával, és helyettük lágyvasalással összekötött, magánalj-szerű elemeket alkalmaztak, tehát tulajdonképpen egy kétrészes (biblock) betonaljat hoztak létre. Ezeknél a különleges aljaknál a beton mennyiségének csökkentése figyelhető meg a fejlesztés folyamatában. Az előregyártott különleges betonaljak vasalása, valamint a monolitbeton pályalemez között szerves kapcsolat jött létre. Az aljak és a pályalemez közötti együttműködést az igénybevételek nagyságától függően hossz-, és keresztirányú vasalások is biztosítják. A RHEDA rendszerű pályaszerkezet fejlődésének ebben a szakaszában egyidejűleg több megoldás-változat is született. Az alaptípus a RHEDA 2000 rendszer, amely elsősorban a nagyterhelésű, nagysebességű vasúti pályák felépítménye. Ennek a típusnak a módosított változata a közúti vasutak számára kialakított ún. RHEDA CITY, valamint a földalatti gyorsvasutak részére tervezett RHEDA MRT elnevezésű rendszerek. A városi vasutak különböző területeire kifejlesztett megoldások dinamikusan adaptálhatók a helyi viszonyoknak megfelelően. A közúti vasutak, a földalatti gyorsvasutak, az elővárosi gyorsvasutak pálya-, jármű paraméterei a nagyvasúttól eltérően nem egységesek. Így a különleges aljak típusa, azok távolsága, a pályaszerkezeti rétegek vastagsága a konkrét igénybevételeknek megfelelőn számítások alapján határozandó meg. 4. fejezet 41.

43 A Rheda rendszerű betonlemezes pályaszerkezet fejlődésében bekövetkező változások összességét szemlélteti a 4.6. ábra, amelyen az eredeti Rheda rendszer ( RHEDA ORIGINAL ), és a nagysebességű vasúti közlekedés számára az utóbbi években kifejlesztett RHEDA 2000 pályaszerkezeti rendszer keresztszelvénye látható. Ez utóbbi rendszert a következő 5. fejezet tárgyalja részletesen. A mellékelt 4.1., 4.2. és 4.3. táblázatok a RHEDA rendszerű felépítmény németországi beépítési helyeiről ad tájékoztatást ábra: A RHEDA ORIGINAL és a RHEDA 2000 típusú betonlemezes vasúti pályaszerkezetek keresztmetszete 4. fejezet 42.

44 4.1. táblázat: között földmunkán épített Rheda rendszerű betonlemezes vasúti vágányok Sorszám Időpont Építési hely Vonalszakasz Építési hossz [m] Rheda állomás Bielefeld - Hamm Löhne Dachau - Karlsfeld München - Ingolstadt Kutzenhausen Augsburg - Neuolfingen /94 Breddin - Glöwin Berlin - Wittenberge Breddin - Glöwin Berlin - Hamburg NBS Berlin - Hannover * Változó NBS Halle - Leipzig * Változó NBS Köln - Rhein/Main Összesen: * Megjegyzés: A pályaszerkezet földmunkán és műtárgyon egyaránt épült 4.2. táblázat: között alagútban épített RHEDA rendszerű betonlemezes vasúti vágányok Sorszám Időpont Építési hely Vonalszakasz Építési hossz [m] /75 Scheffbenzer alagút Neukarelz - Osterburken /79 Hoppengarten alagút Troisdorf - Betzdorf /79 Herchen alagút Troisdorf - Betzdorf /79 Merten alagút Troisdorf - Betzdorf Einmalberg alagút Würzburg - Fulda Mühlberg alagút Würzburg - Fulda Linderhauser alagút Hamm - Unne Sengeberg alagút Kassel - Bebra 5554 Összesen: táblázat: között hídszerkezeten épített RHEDA rendszerű betonlemezes vasúti vágányok Sorszám Időpont Építési hely Vonalszakasz Építési hossz [m] Fürstenfeldbruck München - Gellendorf Nantenbach összekötő vágány Berlin S-Bahn Összesen: fejezet 43.

45 5. A RHEDA RENDSZERŰ BETONLEMEZES VASÚTI PÁLYASZERKEZETEK MAI KORSZERŰ TÍPUSAINAK MŰSZAKI ISMERTETÉSE 5.1. A RHEDA rendszerű betonlemezes vasúti pályaszerkezetek típusai, alkalmazási területei Az ágyazatnélküli lemezes vasúti felépítményszerkezet különböző típusai az alábbi 5.1. ábra szerint tagolhatók: 5.1 ábra: A merevlemezes felépítménytípusok tagozódása TEHERHORDÓ RÉTEG BETON ASZFALT TÍPUS Monolitikus szerkezetek Közvetlen alátámasztású ÉPÍTÉSMÓD Helyszíni gyártású betonlemez, aljakkal Helyszíni gyártású betonlemez, aljak nélkül Előregyártott betonlemez Aljakkal RHEDA 2000 ATD RHEDA CITY ATD G RENDSZEREK RHEDA BERLIN GETRAC RHEDA BERLIN HGV GETRAC A3 RHEDA DRESDEN RHEDA HANNOVER RHEDA MRT 5. fejezet 44.

46 5.2. A RHEDA 2000 típusú pályaszerkezet Általános ismertetés Feladatunknak megfelelően e munkánkban a RHEDA-család legkorszerűbb fajtájával,a RHEDA 2000-rel, illetve annak kismértékben eltérő változataival foglalkozunk részletesen. A RHEDA 2000 előnyei a gyártó cég javaslatait is figyelembe véve az alábbiak szerint foglalhatók össze: A csökkentett magasságú, módosított kétblokkos betonaljaknak teljes hosszukban alkalmazott, kiálló (túlnyúló), rácsos tartó vasalással kialakított rendszere lehetővé teszi: a hosszú élettartamot, az alj és a szerkezeti beton közti javított kapcsolati hatással; a precíz, pontos vágánygeometriát; a felhasználás rugalmas változtathatóságát, más sínleerősítések és vágányrendszerek számára is; a rendszer szerkezeti magasságának csökkentését; a Rheda építésmódra kidolgozott Prof.Dr.Eisenmann-féle méretezési alapok következetes alkalmazását. A pályalemez hosszhézag kiképzésének elhagyása. A beépítés egyszerűsítése és teljesítménynövelése a könnyebb vágánymező és a beépítési folyamat gépesítése útján. Általános rendszertechnika, a pályalemez egységes kiképzése valamennyi pályaterületen és tervezési esetben, mint pld. földművön, hídon és alagútban, továbbá kitérőkben, síndilatációs szerkezetnél. Vágányszabályozás és vágányrögzítés végrehajtása dinamikus erőbevezetés nélkül, de a sínre ható statikus erővel az aljakra gyakorolt azonos behatás céljából, és ezáltal a vágány periódusos hullámosodásának kiküszöbölése. A lineáris örvényáramfék (az ICE 3 vonatoknál) okozta sínfelemegedés következtében e felépítményrendszernél nem jöhet létre vágánykivetődés. 5. fejezet 45.

47 A 5.1. képen a RHEDA 2000 felépítményrendszer modellje látható. 5.1 kép A RHEDA 2000 felépítményrendszer modellje A RHEDA 2000 rendszer elemei A következő ábrák a RHEDA 2000 rendszer különböző megoldásait ismertetik. Az 5.2. ábra a RHEDA 2000 rendszerű vágány általános elrendezését mutatja be az alkatrészek feltüntetésével. Az 5.2. ábrán a RHEDA 2000 rendszerű vágány két mintakeresztszelvénye látható egyenes pályán, illetve kissugarú körívben, kiemelten nagy, 180 mm-es túlemelés esetén. A túlemelésnek megfelelő oldalesést a pályalemez alatti teherhordó réteg felső síkjának ferde kiképzésével biztosítják. A felépítmény beton pályalemeze közvetlenül a hidraulikusan kötött soványbeton (HGT) rétegre kerül. A betonlemezt a HGT rétegen készítik el a keresztaljakat közrefogó kiöntő betonnal. Zsaluzás, zsaluként működő betonteknő nincs. 5. fejezet 46.

48 5.2. ábra: A RHEDA 2000 rendszer kiképzése, keresztmetszete Jelmagyarázat: 1 W60M-SBS jelű betonalj, aljtávolság 650 mm, 2 rácsos tartó, KT /10/7, 3 a szerkezeti beton lehúzó éle, 4 UIC 60 rendszerű sín, Vossloh rendszerű sínleerősítéssel, 5 névleges nyomtávolság, mm, 6 pályalemez (B.35 szerkezeti beton), 7 hosszanti vasalás 20 x Ø20, e = 160, keresztvasalás Ø20, e = 650, Adatok: Szerkezeti beton, E = N/mm 2, HGT = hidraulikus (cement) kötőanyagú teherhordó réteg, E 5000 N/mm 2, FSS = fagyvédő réteg, E 120 N/mm 2, Földmű, E 45 N/mm 2, Terhelési kép UIC fejezet 47.

49 5.3. ábra: A RHEDA 2000 rendszer mintakeresztszelvényei Jelmagyarázat: 1 szerkezeti beton B35 2 pályalemez 3 HGT = hidraulikus (cement) kötőanyagú teherhordó réteg 5. fejezet 48.

50 Az 5.4. ábra a rendszer lényeges részét képező, speciális vasalású kétrészes (kétblokkos) betonalj (Zweiblockschwelle, bi-block sleeper) és a sínleerősítés kialakítását mutatja be. Említésre méltó, hogy a *-gal jelölt méretek (414 és 2300 mm) valamint a sínleerősítő rendszer esetleges változtatásával különleges felépítmény szerkezetek védő-, vezető- és terelősínek, áramvezető síntartozékok beépítése lehetséges. A rendszer általános engedélyét a német Eisenbahn-Bundesamt (EBA) (Vasúti Szövetségi Hivatal) án adta ki. A rendszer szabadalma be van jelentve Az ábra a B 355 W60M jelű aljat ábrázolja, a B 355 W60M-BS jelű alj fő méretei azonosak, tömege kb. 30 kg-mal nagyobb. Az 5.5. ábra az alkalmazott és általánosan ismert Vossloh 300 jelű sínleerősítést ábrázolja A RHEDA 2000 rendszer kialakítása földművön A RHEDA 2000 rendszer mint már említettük a vasúti pálya valamennyi területén, így földművön, hídon és alagútban egyaránt használható. Az képek a RHEDA rendszerű vágányt mutatják be néhány építési fázisban. Az 5.5. képen a RHEDA 2000 felépítmény részlete látható elkészült állapotban, az 5.6. kép zajcsökkentő elemekkel felszerelt vágányt szemléltet. Az 5.6. ábra a földműre helyezett RHEDA 2000 felépítményt mutatja be, a felső keresztszelvény túlemelt köríves vágányban, az alsó pedig túlemelés nélküli egyenes pályán ábrázolja e rendszert. 5. fejezet 49.

51 5.4. ábra: A kétrészes (kétblokkos) betonalj oldal és felülnézete Jelmagyarázat: 1 UIC 60 rendszerű sín, 2 Vossloh rendszerű sínleerősítés (vagy más rendszerekhez alkalmazkodás) Adatok: Beton: B60, tömeg sínleerősítés nélkül: kb. 163 kg., tömeg sínleerősítéssel: kb. 183 kg., a rácsos tartó betonacél mennyisége: 3 kg. 5. fejezet 50.

52 5.5. ábra: A Vossloh jelű, a RHEDA 2000 rendszerben alkalmazott rugalmas sínleerősítés 5. fejezet 51.

53 5.2. kép: Építés alatt álló kétvágányú merevlemezes pálya különböző építési fázisaiban 5.3. kép: RHEDA 2000 építés közben 5. fejezet 52.

54 5.4. kép: RHEDA 2000 felépítmény építés közben, a beton kiöntése előtt 5.5. kép: RHEDA 2000 felépítmény részlete elkészült állapotban 5. fejezet 53.

55 5.6. kép: RHEDA 2000 felépítmény felülnézete, zajcsökkentő elemekkel felszerelve A RHEDA 2000 rendszer kialakítása hídon Az 5.7. ábrán egy L 25 m fesztávolságú hídra helyezett, túlemelés nélküli, egyenes vágányban fekvő RHEDA 2000 felépítmény látható. Megemlítendő, hogy megfelelő alépítményi merevség esetén a pályalemezek az ábrán bejelölt 3200 mm szélességi mérete megfelelő számításokkal igazolva egészen 2800 mm-ig lecsökkenthető. Az 5.8. ábrán egy L > 25 m fesztávú hídra helyezett, de ez esetben túlemelt vágányban fekvő RHEDA 2000 felépítmény látható, amely nem szabványterv, hanem csupán minta a tervezőnek az alépítmény követelményeinek figyelembevételével esetleges munkájához. Az előző 7.6. ábrához tartozó megjegyzés a pályalemez szélességének csökkenthetőségével kapcsolatban e megoldásnál is érvényes. A pályalemezt itt a hídmozgások alapulvételével meghatározandó hosszméretű szakaszoknál kell kialakítani. 5. fejezet 54.

56 5.6. ábra: Földművön fekvő RHEDA 2000 felépítmény Jelmagyarázat: 1 hézagkiöntés forró bitumennel, 2 aszfaltbeton, 0/12, d = 80 mm, 3 aszfalt kötőréteg 0/22, d = 160 mm, 4 kavicsfeltöltés, 5 UIC 60 rendszerű sín, Vossloh 300 rendszerű sínleerősítéssel, 6 B 355 W60M SBS jelű alj, 650 mm aljtávolsággal, 7 B 35 szerkezeti beton, 8 hosszirányú vasalás 20 x Ø20 e = 160, keresztirányú vasalás Ø20 e = 650, 9 HGT hidraulikus (cement) kötőanyagú teherhordó réteg, 10 zúzottkő, 11 kábelcsatorna, 12 a pálya közepe, 13 vágánytengely. 5. fejezet 55.

57 5.7. ábra: L 25 m fesztávú hídon fekvő RHEDA 2000 felépítmény, túlemelés nélküli egyenes pályában Jelmagyarázat: 1. hézagkiöntés forró bitumennel, 2. aszfaltbeton 0/12 d = 80 mm, 3. aszfalt kötőréteg 0/22, d = 160 mm, 4. B 35 szerkezeti beton, 5. UIC 60 rendszerű sín, Vossloh 300 rendszerű sínleerősítéssel, 6. B 355 W60M SBS jelű alj, 650 mm aljtávolsággal, 7. hosszirányú vasalás 20 x Ø20 e = 160, keresztirányú vasalás Ø20 e = 650, 8. egyenes hosszanti bütyök, 6000/50/68, a vízszintes erők felvételére, 9. védő és profilbeton, 10. kábelcsatorna. 5. fejezet 56.

58 5.8. ábra: L > 25 m fesztávú hídon fekvő RHEDA 2000 felépítmény, túlemelésben Jelmagyarázat: 1. UIC 60 rendszerű sín VOSSLOH 300 rendszerű sínleerősítéssel, 2. B 355 W60M- SBS jelű alj, 650 mm aljtávolsággal, 3. B 35 szerkezetű beton, 4. hosszirányú vasalás 20 x 20, e = 160, keresztirányú vasalás 20 e = 650, 5. bütyök, > 400/700/68, lemezszakaszonként 2 db, 6. védő és profilbeton. 5. fejezet 57.

59 A RHEDA 2000 rendszer kialakítása alagútban Az 5.9. ábra az alagútban elhelyezett RHEDA 2000 keresztszelvényét mutatja be, ami szintén a tervezőnek szánt mintatervnek minősül. Az alagút végein a vágánymező hosszirányú elmozdulásának megakadályozása céljából: az alagút 2 végétől számított méteres szakaszon és a középrészen a pályalemez hosszanti vasalását 4 Ø16-ra kell emelni, méteres hosszban a kitöltő betont és a profilbetont 20 Ø20 mm-es horgonyokkal az alagút talplemezével össze kell kötni. A pályalemez szélességi méretének csökkentési lehetőségére vonatkozó további megjegyzés itt is érvényes ábra: Alagútban fekvő RHEDA 2000 felépítmény túlemelés nélküli egyenes pályán Jelmagyarázat: 1. B 35 szerkezeti beton, 2. UIC 60 rendszerű sín, Vossloh rendszerű sínleerősítéssel, 3. B 355 W60M - SBS jelű alj, 650 mm aljtávolsággal, 4. hosszirányú vasalás 20 x 20, e = 160, keresztirányú vasalás 20 e = 650, 5. védő és profilbeton, 6. kábelcsatorna. 5. fejezet 58.

60 A RHEDA 2000 rendszer kialakítása kitérőkben Az 5.7. képen a RHEDA 2000 lemezes pályába beépített kitérők láthatók. Szembetűnő a könyöksínek meghosszabbítása a zúzottkő-ágyazatú kitérőkéhez viszonyítva. Az ábra a kitérők számára készült betonlemezt mutatja kép: RHEDA 2000 rendszerű kitérő 5. fejezet 59.

61 5.10. ábra: Kitérő betonlemeze 5. fejezet 60.

62 A RHEDA 2000 és a zúzottkőágyazat keresztaljas rendszer közti átmeneti A RHEDA 2000 rendszer és a hagyományos zúzottkőágyazatú rendszer között a ábra szerint kell egy átmeneti szakaszt kialakítani. A lemezes felépítmény HGT réteget mintegy 5 m-en szakaszosan vékonyítani kell kialakítani, s az egy vasbeton lezárófalnál végződik. A pályasínek közé 2 db 16 m hosszú kiegészítő sínt helyeznek RHEDA felépítményrendszer városi vasutakhoz A városi vasutak közúti, elővárosi villamosvasutak, földalatti gyorsvasutak (metrók) korszerűsítése sürgetően vetette fel e vasútfajták számára is a merev lemezes felépítményrendszer bevezetését. A városokon belüli forgalom és pályakialakítás a nagyvasutakon túlmenően is igen előnyösen tud élni a RHEDA rendszer nyújtotta előnyökkel. Így pl. a jármű okozta zaj- és rezgéshatások csökkentése, a kisebb pályaszerkezeti magasság folytán az alagút belső méretein elérhető megtakarítás, az építéskor beépített pályaméretek maradandósága, a kisebb pályakarbantartási munkaigény, esztétikai szempontok, stb. hozzájárultak e pályakialakítás gyors elterjedéséhez. A RHEDA rendszer keretei között számos típus alakult ki. 5. fejezet 61.

63 5.11. ábra: A RHEDA 2000 rendszer és a hagyományos zúzottkőágyazatú rendszer közötti átmenet kialakítása Jelmagyarázat: 1. ferdén levágott sínvég, 2. kiegészítő sín UIC 60, 3. zúzottkő, 4. ragasztott zúzottkő, 5. átmeneti szakasz, 6. RHEDA 2000 felépítmény, 7. zúzottkő alatti szőnyeg, 8. tolókapcsolat minden aljközben, 9. pályalemez 240 mm, HGT 300 mm, FSS 300 mm. 5. fejezet 62.

64 5.12. ábra: A RHEDA - CITY rendszerű betonlemezes felépítmény keresztszelvénye Jelmagyarázat: 1. Ri 59N r. sín, 2. kamrakitöltő profil kívül, 3. kamrakitöltő profil belül, 4. szorítólemez, 5. talpgumi. 5. fejezet 63.

65 5.13. ábra: A RHEDA - CITY felépítményrendszer kétblokkos betonalja Jelmagyarázat: 1. betonalj, 2. síncsavar "KL", 3. menetes műanyagbetét, 4. szorítólemez, 5. beállítócsavar, 6. menetes hüvely, 7. rögzítő támlemez, 8. záródugó, 9. talpgumi. 5. fejezet 64.

66 A RHEDA-CITY rendszer A városi vasúti felépítmény szerkezetek alapjául a RHEDA-CITY típus szolgál. Az ábrán e típus keresztszelvénye látható, amely a közúti vasutaknál használatos vályús (Phőnix) sínekkel és kisméretű TB/ZB-1435SP jelű kétblokkos betonaljakkal van kialakítva. A kisebb járműterhelések miatt itt az aljtávolság 150 cm (5.12, ábra) A RHEDA BERLIN rendszer Németország egyesítése, Berlinnek az egységes Németország fővárosává válása, a politikai, gazdasági és kulturális élet fellendülése, az évtizedeken át fallal kettéosztott város egyesítése a berlini tömegközlekedés intenzív fejlesztését követelte meg. E keretek között született meg a közúti villamosvasúti, a gyorsvasúti (S-Bahn) és a földalatti vasúti (U-Bahn) rendszer nagyvonalú korszerűsítésének sürgős igénye. A hálózat különleges feladatokat jelentett a vasútépítők számára: elég, ha pl. az R < 250 m sugarú körívekre, a több mint 50 hídra gondolunk. Ilyen körülmények között a gyors és egyszerű beépítési lehetőség, a pályaminőség és a biztonság javítása és a költségcsökkentés voltak azok a tényezők, amelyek a RHEDA rendszeren belül egy korszerű, BERLIN elnevezésű merev lemezszerkezetű vágányrendszer kialakításához vezettek, amely nevében is a berlini nagy vasútépítésekre utal (5.8. kép) kép: A berlini S-Bahn vonal újjáépítése 5. fejezet 65.

67 5.14. ábra: A RHEDA felépítmény rendszer fejlődési fokozatai 5. fejezet 66.

68 A RHEDA - BERLIN felépítménycsaládon belül három, egymástól kismértékben eltérő megoldást találunk. E szerkezetek mindegyike a helyszínen gyártott vasbetonlemezekre, mint teherviselő rétegre helyezett módosított, könnyű betonaljakból áll, (az előző 5.1. alfejezet 5.1. ábrájának első oszlopa) amelyek elvileg az előzőekben részletezett RHEDA 2000 rendszer alapelveit követik. Kezdetben a zúzottkőágyazatú pályában használt monoblokk feszített beton keresztaljakkal alkalmazták és a továbbfejlesztés során tértek át a B 355 TS típusjelű kétblokkos könnyű betonaljakra (5.14. ábra). Az ábrán a rendszer alapjául szolgáló eredeti és klasszikus (hagyományos monoblokk) betonaljakkal kialakított megoldások után láthatjuk a RHEDA - BERLIN rendszer három típusát, s végül a RHEDA 2000 típust, mint a rendszer legáltalánosabban használható típusát. A beépített lemezek és rétegek: soványbeton védőréteg, teherhordó betonlemez, B 355 TS jelű betonalj, Vossloh IOAPV 300 sínleerősítéssel, betonkiöntés. Az ábra összehasonlításképpen az eredeti RHEDA 2000 és a RHEDA - BERLIN típusok keresztszelvényeit mutatja be. A kettő közötti különbség az, hogy a RHEDA - BERLIN típusnál egy könnyebb, 2,25 m hosszú betonaljat alkalmaznak, ami a beton kiöntését is egyszerűsíti, annak keresztirányú vasalása el is maradhat. A hosszirányú vasalást a betonaljak acélbetétjeivel összehegesztik. A kétblokkos alj a hosszirányú vágánystabilitás szempontjából előnyösebb. Ezt a típust földművön nem hanem csak hidakon alkalmazzák ábra: Az eredeti RHEDA 2000 és a RHEDA - BERLIN rendszerek keresztszelvényei 5. fejezet 67.

69 E felépítmény szerkezet továbbfejlesztett változata a RHEDA - BERLIN HGV, amely a nagysebességű (HGV = Hochgeschwindigkeit) forgalomra is alkalmas (5.9. kép) kép: RHEDA - BERLIN HGV rendszerű pálya Továbbfejlesztést jelent, hogy ez a típus a 2,52 m hosszú B 355 W60M jelű alj, vastagabb (30 cm-es) soványbeton és 16 cm-es teherhordó lemez alkalmazása folytán földműre is helyezhető. Az aljak és a kiöntőbeton vasalása össze van hegesztve. Az aljak alacsony kialakításával itt is törekedtek a szerkezeti magasság csökkentésére (5.16. ábra) ábra: RHEDA - BERLIN HGV Az ábra egy RHEDA - BERLIN HGV típussal kialakított alagúti keresztszelvényt mutat. A teherhordó betonlemez az alagút fenékszerkezetével össze van kötve, a rendszer kis szerkezeti magassága itt is előnyös. Az kép a zúzottkőágyazatú pálya és a RHEDA rendszerű felépítmény átmenetének kialakítását mutatja. 5. fejezet 68.

70 5.17. ábra: A RHEDA - BERLIN HGV rendszer alagúti keresztszelvénye kép: Átmenet kialakítása zúzottkőágyazatú és a RHEDA rendszerű felépítmények között Az kép a RHEDA - BERLIN rendszerű beépített kitérőket mutatja, amelynél szintén a módosított, kis magasságú betonaljak kerültek beépítésre kép: Berlini állomás részlet RHEDA - BERLIN felépítménybe épített kitérőkkel 5. fejezet 69.

71 A járműokozta zajhatás szempontjából kényes szakaszokon a RHEDA - BERLIN pályaszerkezetet zajcsökkentő betétlemezekkel látják el (5.12. kép), amelyekkel a zajemisszió kb. 3 db(a) értékkel, mintegy 53 db(a)-ra csökkenthető kép: Zajcsökkentő elemekkel kialakított RHEDA - BERLIN felépítmény Vályús sínes RHEDA - BERLIN vágány betonlemezes kialakításának építési fázisait mutatják be a 5.13.a - e. képek a, b, c, d, e. kép: A RHEDA - BERLIN felépítmény rendszer beépítésének fázisai a.) b.) c.) d.) e.) 5. fejezet 70.

72 A RHEDA - DRESDEN és a RHEDA - HANNOVER rendszer A berlini RHEDA típushoz hasonlóan, több német városban kisebb eltérésekkel fejlődtek ki merev betonlemezes felépítmény rendszerek. Az ábrán a drezdai és hannoveri megoldás látható, s az képek pedig a drezdai rendszer részleteit mutatják be ábra: A RHEDA CITY felépítmény rendszer három városban alkalmazott típusai Drezda: Aljtávolság: 75 cm, Ri 53 N jelű vályús sín. Hannover: Aljtávolság: 150 cm, Ri 53 N jelű vályús sín. Berlin: Aljtávolság: 150 cm, Ri 60 jelű vályús sín. 5. fejezet 71.

73 5.14. kép: A Drezda típusú felépítmény vízszintes és magassági szabályozása kép: A Drezda típusú felépítmény betonnal feltöltött állapotban kép: Üzemben lévő Drezda típusú felépítmény 5. fejezet 72.

74 A RHEDA - MRT rendszer A RHEDA MRT merevlemezes felépítmény rendszer a földalatti gyorsvasutak metró alagútban fekvő vonalai számára készül, bevezetése a berlini városi tömegközlekedés fejlesztése során történt (5.17. kép). A szerkezet 180 kn tengelyterhelésre van méretezve, előnye a kis, 472 mm-es szerkezeti magasság kép: A RHEDA MRT betonlemezes felépítmény gyorsvasúti állomása E rendszert a B 355 MRT jelű módosított betonaljakkal alakítják ki (5.19. ábra) a városi vasutak számára előírt kisebb tengelyterhelésre. Az alagút belső magassági méretét kedvezően befolyásolja a felépítményi rendszer említett kis szerkezeti magassága, ami a csökkentett jármű-tengelyterheléssel volt elérhető. Az ábra a rendszer alagúti keresztszelvényét mutatja be ábra: A RHEDA MRT rendszer betonaljai 5. fejezet 73.

75 5.20. ábra: A RHEDA MRT felépítményi rendszer alagúti szakaszának keresztszelvénye Az ábrán az áramszedő (harmadik) sín és a jármű felsőtapintású áramszedőjének kapcsolata látható. A harmadik sín leerősítéséhez meghosszabbított betonaljat használnak, amint az az ábrán fel van tüntetve. Általában minden nyolcadik aljra van ilyen harmadik sínt alátámasztó szerkezet felszerelve (5.22. ábra) ábra: A RHEDA MRT áramszedő rendszere Ez a rendszer felszíni közúti vasúti vagy városi vasúti vágányokban is előnyösen használható, 135 km/h sebesség van az ilyen rendszerű felépítményen megengedve (korábbi 5.3. kép). 5. fejezet 74.

76 5.22. ábra: RHEDA MRT rendszerű áramszedősínes vágány felülnézete RHEDA MRT rendszerű felszíni vágány látható az képen, amelybe kitérő van beépítve. A keresztezés mellett könyöksínszerűen az ábrán jól láthatóan egy 20 m hosszú sín van beépítve, a szerkezet alátámasztásának megerősítése céljából kép: Kitérő beépítése RHEDA MRT rendszerű vágányba 5. fejezet 75.

77 5.4. Az aszfalt alátámasztású felépítményrendszerek Az "ATD" rendszer E vizsgálat témáján kívül esik az aszfalt teherhordó lemez alkalmazásával készülő felépítményrendszer. Az aszfalt lemezre (ATD = Asphalt Tragschicht mit direkt aufgelagerten Schwellen) közvetlenül fektetik a vágánymezőt, amelynek alsó felületét a tapadás javítása céljából geotextil réteggel látják le. A Würzburg Frankfurt vonalban eredményesen építették be ezt a rendszert, amelyre a németországi Vasúti Szövetségi Hivatal (EBA) 1994-ben adta ki az alkalmassági bizonyítványt. ATD rendszerű felépítményét építését az kép tünteti fel, ATD rendszerű nagysebességű vágány az képen látható kép: ATD rendszerű felépítmény beépítése kép: ATD rendszerű felépítmény nagysebességű vonalban 5. fejezet 76.

78 Az ATD rendszer másik továbbfejlesztett típusa az ATD G (das grüne Gleis) a zöld vágány, városi vasutak vágányai számára. A fű alacsony, vagy magas takarású lehet. Az előbbinél az aljakra helyezett lemezekre telepített fű magassága nem éri el a síntalp magasságát, így a sínleerősítések hozzáférhetők, míg az utóbbi megoldásnál a növényzet a sínek mellett kb cm magasságig felnő. A növényzetet a síntől gumi vagy műanyag un. "sínkamra elemek" tartják távol. E megoldás esztétikailag szép (a lakott városrészekben) amellett mind a kóboráram okozta vágány korrózió, mind az útburkolattal való összhang és a pályafenntartási költségek szempontjából előnyös. A zöld vágány szükség esetén (mentők, tűzoltók) közúti gépjámrűvel is járható, s az útátjárók, kitérők beépítése egyszerű. Az ábra az ATD G rendszereket mutatja be. Az képeken ennek a környezetvédelmi szempontból is jó kezdeményezést jelentő vágányrendszernek részletét mutatjuk be ábra: ATD G rendszer a.) alacsony b.) magas c.) közepes takarású növényzettel a.) b.) c.) 5. fejezet 77.

79 5.21. kép: kép: Alacsony takarású ATD G rendszerű felépítmény Magas takarású ATD G rendszerű felépítmény kép: ATD G felépítmény belvárosi utcában, magas takarású fűvel 5. fejezet 78.

80 5.24. kép: kép: ATD G rendszerű vágány átmeneti szakasza S 49 és Ri 60 r. vályús sín átmenete kép: kép: Kitérő az ATD G rendszerű vágányban Kitérő és megállóhelyi peron füvesítés nélküli ATD G vágányban Néhány érdekes megoldás a "zöld vágányról": Az kép a vágány füvesítés előtti állapotát mutatja, az képen pedig a vágányközben (a sínek között) alacsony, míg a vágány külső oldalain magas füvesítés látható. A megállóhely peronja mentén nincs füvesítés, hanem kavicsfeltöltést alakítanak ki (5.30. kép) kép: ATD G felépítmény füvesítés előtt 5. fejezet 79.

81 5.29. kép: Füvesített városi utca kép: Közúti vasúti megállóhely ATD G vágány mellett 5. fejezet 80.

82 A GETRAC A3 rendszer A GETRAC A3 rendszer két aszfalt rétegen 8 cm 0/32 és 7 cm 0/11 minőségi teherviselő rétegeken fekvő széles aljakból áll. A tapasztalatok szerint különösen alagutakban alkalmazható igen előnyösen. Túlemelés esetén a vágány dőlt fekszintjét a bitumenes rétegek alatti soványbeton réteggel képezik ki az ábra szerint ábra: GETRAC A3 elnevezésű aszfalt alátámasztású pályaszerkezet keresztszelvénye 5. fejezet 81.

83 6. A RHEDA RENDSZERŰ BETONLEMEZES VASÚTI PÁLYASZERKEZETEK ÉPÍTÉSE ÉS KARBANTARTÁSA 6.1. Építési kérdések A RHEDA rendszerű betonlemezes pályaszerkezet építési technológiáját a vasúti felépítmény, a földművek és a vasbetonszerkezetek építésére vonatkozó tervezési, építési és minőségi előírások és normák alapulvételével kell végrehajtani. E helyen áttekintést adunk a DB vonalain végzett lemezes felépítményszerkezet beépítéséről, a legfontosabb német szabályok alkalmazásáról. A RHEDA 2000 beépítése az alábbi munkarészek szerint történik. Az itt következő fényképeket a BME Út és Vasútépítési Tanszéke 2003 áprilisában a DB München - Nürnberg vonalszakaszán folyó építési munkák során készítette. A vágányépítési munkát a földművek tervezésére és építésére vonatkozó rendelkezések és irányelvek alapján, a földmunka koronájának kialakításával kell kezdeni. A földművet a geotechnikai szempontok szerint megfelelő talajminőséggel, és tömörséggel, mind hossz-, mind keresztirányban a tervek szerinti szinten kell felépítmény építés céljaira átadni. A földmunkára egy vegyes szemszerkezetű zúzalék-zúzottkő réteg, az FSS (Frostschutzschicht) fagyvédőréteg kerül, a talajmechanikai jellegű számításokkal meghatározott, a talajminőségtől függő vastagságban. Az FSS rétegre útburkolat építési módszerekkel és technológiával építik a HGT (hidraulisch gebundene Tragschicht) hidraulikus anyagból készült, azaz soványbeton réteget. Ennek vastagságát az ismertetett számítások alapján állapítják meg, átlagértéke 30 cm. A 6.1. képen az említett München - Nürnberg DB vonal építése során elkészült HGT réteg látható. E rétegre kell majd az összeszerelt, modifikált biblock - betonaljakból és sínekből összeszerelt vágánymezőket leereszteni. A 6.2. kép a RHEDA 2000 rendszerben használt Vossloh-300 jelű sínleerősítés elemeit mutatja a vágánymező összeszerelése előtt. A HGT soványbeton rétegre, annak terhelhetősége után, portáldarukat (6.3. kép) helyeznek, s azokat orsós szerkezettel rögzítik. 6. fejezet 82.

84 6.1. kép: Az elkészült soványbeton HGT réteg (DB München - Nürnberg vonal) 6.2. kép: A RHEDA 2000 típusú pályaszerkezet Vossloh-300 jelű sínleerősítésének elemei 6. fejezet 83.

85 6.3. kép: A HGT soványbeton rétegre helyezett portáldaruk 9.4. kép: A portáldarusorral a HGT soványbeton lemezre leeresztett vágánymező 6. fejezet 84.

86 Ezt követően a portáldarusorral, a sínfejekhez kapcsolt fogókkal, a vágánymezőt leeresztik (6.4. kép) a HGT soványbeton lemezre, majd a vágánymezők kb. 9 cm-es megemelése után kb. 2 cm-es durva irányszabályozást végeznek (6.5., 6.6. kép). A portáldaruk elszállítása után a vágány finom szabályozása következik. Ennek során a betonaljon elhelyezett függőleges orsós emelő segítségével pontosan be kell állítani a sínek magassági szintjét, az esetleges túlemelés figyelembevételével a 6.7. képen látható módon. Ezt követően a vágány pontos irányszabályozása következik a 6.8. képen bemutatott, fogasléccel működő berendezés segítségével. A 6.9. és a képen a szabályozás alatti vágány látható. Megfigyelhető a minden harmadik aljra szerelt oldalirányú mozgatókészülék. A magassági értelmű finom szabályozást a 6.1. ábrán látható berendezéssel hajtják végre, négy aljanként haladva, geodéziai mérőmódszer alkalmazásával ábra: A magassági finomszabályozás berendezése A további képen a finoman beszabályozott, de még betonnal ki nem öntött vágány látható. 6. fejezet 85.

87 6.5. kép: Durva irányszabályozás a vágánymezőn 6.6. kép: Durva irányszabályozás a vágánymezőn 6. fejezet 86.

88 6.7. kép: Az aljak magassági szabályozását (mozgatását) biztosító talppal ellátott csavarorsó 6.8. kép: Az aljak vízszintes irányú szabályozását (mozgatását) biztosító fogasléccel ellátott szerkezet 6. fejezet 87.

89 6.9. kép: Magassági és keresztirányú szabályozás alatt lévő vágány kép: Magassági és keresztirányú szabályozás, munka közben 6. fejezet 88.

90 6.11. kép: A RHEDA 2000 típusú betonlemezes pályaszerkezet (DB München - Nürnberg vonal) kép: A beton pályalemez felületének simítása 6. fejezet 89.

91 A munka utolsó fázisa a kiszabályozott vágánymezők alá- és körbeöntése a szerkezeti betonnal. A betonminőséget a valamint a beépítési technológiát a vonatkozó betonminőségi előírások szabják meg. A felépítmény tartósságát a HGT réteg és a rákerülő beton pályalemez közti jó kötés befolyásolhatja. Ennek érdekében a HGT réteget utókezelésként négy napig nedvesíteni, majd gondos tisztítás után újabb két napig nedvesíteni kell. A pályalemez betonja kötésének kezdetekor utótömörítést kell végezni. A B 355 W60M jelű kétblokkos keresztaljat két rácsos tartó alkotja. A keresztaljakba e rácsos tartók csak részben vannak bebetonozva, elrendezésük olyan, hogy a pályalemezzel a vágányrács kapcsolatba kerülhessen. A betonkiöntés azaz a betonlemez elkészülte után a rácsos tartó teljes betontakarásba kerül. A képen a teherhordó beton pályalemez felületének megmunkálása, simítása, majd a képen az üzembevételre kész RHEDA 2000 rendszerű vágány látható. A városi vasúti közlekedés számára rendszeresített, s az 5. fejezetben részletezett RHEDA rendszerű felépítmény szerkezetek közül módunkban volt Karlsruhe-ban egy RHEDA- CITY típusú vágány építését megtekinteni. A következő képeken a vágányépítés főbb fázisai jól szemlélhetők. Így: a könnyű, kétrészes betonaljakból készült, Vignol-sínes vágánymező a 6.14., az előkészített sínek összehegesztése a 6.15., a sínek alá kerülő rugalmas lemez a 6.16., a sínleerősítésekkel összeszerelt vágányrács a 6.17., a betonlemez hosszirányú vasalásának elhelyezése a 6.18., a vágány geometria kézi úton történő ellenőrzése a 6.19., a betonozás teljesen előkészített, köríves pályán fekvő vágányszakasz a 6.20., a pályalemez betonozása a 6.21., a betonfelület lesimítása a 6.22., a vágány a betonozás befejezése után a 6.23., és az elkészült RHEDA CITY típusú betonlemez alátámasztású vágány a képen látható. 6. fejezet 90.

92 6.13. kép: Az elkészült beton pályalemez kép: Az alépítményre fektetett kétrészes keresztaljak a föléjük helyezett sínszálakkal 6. fejezet 91.

93 6.15. kép: Az aljak fölé fektetett sínszálak hegesztése kép: A síntalp alatti gumilemez felhelyezése és a sínszálak rögzítése 6. fejezet 92.

94 6.17. kép: Az összeszerelt vágányrács a betonvasalás elhelyezése előtt kép: A finoman kiszabályozott vágányrács a hosszirányú betonlemez vasalás elhelyezését követően 6. fejezet 93.

95 6.19. kép: A vágánygeometria ellenőrzése a betonozás előtt kép: A betonozásra előkészített, körívben fekvő vágányszakasz 6. fejezet 94.

96 6.21. kép: A pályalemez betonozása vibrációs tömörítéssel kép: A pályalemez beton felületének lehúzása 6. fejezet 95.

97 6.23. kép: A beton pályalemez a felületi simítást követően 6.24 kép: A megszilárdult beton pályalemez, a kész vágány 6. fejezet 96.

98 6.2. Pályakarbantartási kérdések A merev betonlemezes felépítményrendszer pályakarbantartási szempontból feltétlenül előnyösebb a zúzottkőágyazatban fekvő keresztaljas rendszernél. Közismert, hogy az évszázados kialakítású pálya üzeme során a legtöbb és legköltségesebb pályafenntartási problémát az ágyazat minőségi szintentartása jelenti: a vonatterhelés, az időjárási (főleg csapadék) viszonyok, azok változása a vágány magassági és vízszintes irányú gyakori (esetenként évente többszöri) szabályozását, gyakran időszakos zúzottkőpótlást, (a munkák előkészítéséhez) a pályaállapot diagnosztizálására rendszeres mérőkocsis méréseket igényel. A magassági és irányszabályozások elmaradása a zúzottkőágyazatú vágány biztonsági szempontból is fontos paramétereinek romlását idézik elő, ami drasztikus sebesség korlátozásoknak, vonatkéséseknek is okozója lehet. Hézagnélküli felépítményű vágány esetében a magassági fekszint és a pálya irányviszonyainak bizonytalansága, a vágány ágyazati ellenállásának csökkenése balesetveszélyes vágánykivetődéseket idézhet elő. Mindezek a negatív hatások a zúzottkőágyazat-nélküli betonlemezes vágánynál elmaradnak, egyes főleg az ágyazat minőségi szintentartásához szükséges, nagy gépi és munkaerő igényes munkaelemek teljesen szükségtelenekké válnak. A lemezes vágány magassági és vízszintes irányban egyaránt stabil volta tehát nem csak a vasúti pálya építésekor, a pályajellemző paraméterek kiváló betarthatósága és a nagysebességű pálya kiemelt minőségégi igényei szempontjából, hanem a sok évtizedes pályakarbantartás technológiai részfeladatainak jelentős csökkenése és egyszerűsödése terén is feltétlen előnyt jelent. A ritkábban szükséges pályafenntartási beavatkozás, a pályakarbantartó gépek munkájához szükséges vágányzárási és sebességkorlátozási idő (lassújelek), csökkenése a sűrű forgalmú, nagysebességű fővonalak üzemében, menetrendszerű közlekedésében rendkívül pozitívan jelentkezik. Magyarországon nagyvasúti betonlemezes felépítményű vonallal még nem rendelkezünk, de a 2. fejezetben említett földalatti vasúti, elővárosi vasúti és közúti vasúti lemezes pályarészek pálya karbantartási tapasztalatai a külföldi elsősorban német véleményeket alátámasztják. A lemezes felépítményszerkezet megítélésével kapcsolatosan nagyon fontos szempont, hogy építéskor a vágánygeometria milyen minőségben állítható elő, és azután az üzemi igénybevétel alatt ez a minőség mennyire marad állandó. Öt éven keresztül Németországban folytatott vágánymérési és minősítési munka eredményeképpen úgy találták, hogy a RHEDA rendszer valósítja meg a legjobb minőségű vágányfekvést. 6. fejezet 97.

99 A DB a RHEDA rendszerű betonlemezes felépítményt üzemi körülmények között több helyen vizsgálta. E vizsgálatok sorából kiemelkednek az között a Kassel - Fulda vonalszakaszon a Sengeberg alagútban végzett mérések. A helyszíni vizsgálatok egyrészt az alagútban fekvő betonlemezes pályaszerkezetre, másrészt az ahhoz kétoldalt csatlakozó a hagyományos keresztaljas. zúzottkőágyazatú felépítmény és az ágyazatnélküli felépítmény között fekvő ún. átmeneti szakaszra terjedtek ki. A helyszíni mérések során a vasúti vágány geometriáját mérővonattal vették fel. A felvett süppedés, keresztsüppedés, síktorzulás és irány értékekből "Q" minősítő számokat képeztek. Az március, 1991 november 1995 május folyamán elvégzett mérések nyomán képzett minősítő számok grafikus feldolgozásának eredménye a 6.2. ábrán látható ábra: A Sengeberg alagútban épített Rheda rendszerű betonlemezes vasúti pálya vágánygeometriai minősítő számának alakulása között A minősítő számok alapján készített grafikont vizsgálva megállapítható, hogy a RHEDA rendszerű felépítménnyel lényegesen jobb minőségű pálya építhető, mint a hagyományos 6. fejezet 98.

100 zúzottkőágyazatú, keresztaljas szerkezettel. E ténynek a magyarázata az ágyazatnélküli pályaszerkezet építésének technológiájában keresendő. Minthogy a pálya felülről lefelé épül, ezért a műszerekkel kiszabályozott vágányrács jó geometriai állapotban kerül rögzítésre a bebetonozás során. A betonlemezes vágány ugyanakkor a szabályos és pontos geometriát üzem közben is megtartja. A zúzottkőágyazatú vágány a terhelések hatására torzulhat, geometriája rohamosan romolhat. Német tapasztalatok szerint a viszonylag kevés karbantartást igénylő merevlemezes felépítmény fenntartási költsége lényegesen alatta marad a zúzottkőágyazatú felépítményének. A folyamatos felügyeleti tevékenység mellett rendszeres feladat csak a síncsiszolás (esetleg síncsere) és ha vannak akkor az útátjárók karbantartása. 6. fejezet 99.

101 7. A RHEDA RENDSZERŰ BETONLEMEZES VASÚTI PÁLYASZERKEZET MÉRETEZÉSE 7.1. A mértékadó járműterhelés meghatározása A betonlemezes pályaszerkezetek méretezésekor elsősorban a vonatkozó nemzetközi, illetve hazai előírásokban rögzített terheléseket kell figyelembe venni. Az előírások hiánya esetén az adott vonalon jelenleg előforduló, illetve a jövőben várható mértékadó igénybevételt eredményező típust kell kiválasztani. Nagyvasúti pályaszerkezet tervezése esetén (RHEDA 2000) a német gyakorlat a 7.1. ábrán látható UIC71 nemzetközileg elfogadott terhelési sémát veszi alapul. E terhelési sémára a magyar előírások is hivatkoznak új pályaszerkezetek kialakítása során ábra: UIC 71 jelű terhelési modell Közúti vasúti pályaszerkezetek kialakítása során (RHEDA CITY) az adott vonalon előforduló mértékadó jármű konkrét terhelési adatai alapján, illetve a fellelhető előírások szerint kell a méretezést végrehajtani. Magyarországon az Országos Vasúti Szabályzat II. (OVSZ II.), és a Közúti vasúti pályaépítési és fenntartási műszaki adatok és előírások című utasítás egyaránt 150 kn statikus tengelyterhelés figyelembevételét írják elő. Emellett konkrét járműterhelések igénybevételei is megvizsgálandók a mértékadó igénybevételek meghatározása során. A BKV Rt. vonalhálózatán jelenleg előforduló járművek terhelési sémái a 7.2. ábrán látható. 7. fejezet 100.

102 7.2. ábra: A BKV Rt. közúti vasúti vonalhálózatán közlekedő járművek terhelési sémái A földalatti gyorsvasutak pályatervezése esetében (RHEDA MRT) a közúti vasutakhoz hasonlóan kell eljárni a terhek felvétele során. Magyarországon az OVSZ II. előírásai szerint 180 kn statikus tengelyterhelésre kell méretezni a pályaszerkezeteket. Ez a terhelés egyben a 130 kn statikus tengelyterhelésű EB jelzésű motorkocsi dinamikus terhelésének felel meg. A budapesti földalatti gyorsvasúti hálózat M2 és M3 jelű vonalain jelenleg előforduló járművek terhelési adatait a Metró tervezési irányelvek című utasítás alapján a 7.3. ábra szemlélteti. 7. fejezet 101.

103 7.3. ábra: A budapesti földalatti gyorsvasúti hálózat M2 és M3 jelű vonalain közlekedő járművek terhelési sémái 7.2. A járműterhelés betonlemezre ható igénybevételeinek meghatározása A járműterhelés hatására a síntalpról a keresztaljakra átadódó erők nagyságát amelyek az aljakon keresztül a vasbeton pályalemezt, illetve az alatta lévő rétegrendszert veszik igénybe a 3. fejezetben említett Zimmermann-Eisenmann féle méretezési eljárással határozhatjuk meg. A sín talpáról az aljakra átadódó erők értéke koncentrált terheléseknél az k Fi = ΣZ i ηi (1+ t α ϕ) [N] 2 L állandó értékű élmenti terhelésnél az 7. fejezet 102.

104 ξ [ e cosξ] (1+ t α ϕ) k q F i = [N] Z képlet segítségével számítható, ahol: Z i [N] - az i. jelű koncentrált erő, q [N/mm] - az állandó értékű élmenti terhelés (a vizsgált keresztmetszettől számított a-b távolságra lévő szakasz között), k [mm] - a keresztaljak távolsága, η i [ ] - a süllyedési hatásábra ordinátája az i. jelű koncentrált erő keresztmetszetében (a hatásábra az M.1. melléklet M.1.4. ábrán látható): sin ξi + cosξi ηi =, ξi e ξ [ ] - a terhelés és a vizsgált keresztmetszet közötti távolság a hatásábra léptékében: x i ξ i =, L x [mm] - a terhelés és a vizsgált keresztmetszet közötti távolság a hatásábra léptékében. L értéke, azaz a helyettesítő hosszgerenda merevségi hossza az 4 EI L= 4 [mm] Cs képletből határozható meg, ahol: E [N/mm 2 ] a sín anyagának a rugalmassági modulusa, I [mm 4 ] a sín inerciája, C [N/mm 3 ] az ágyazási tényező, s [mm] a helyettesítő hosszgerenda szélessége. 7. fejezet 103.

105 A vágányt helyettesítő hosszgerenda s [mm] szélességét az képletből számíthatjuk, ahol: A s= [mm] k A [mm 2 ] egy sínszál aljankénti felfekvési felülete, k [mm] az aljtávolság. Mértékadó igénybevételt a statikus értékből a ( 1 + α ϕ) β = t tényezővel való szorzással számíthatunk, ahol t [ ] a megkövetelt valószínűsétől függő tényező: t = 1: t = 2: t = 3: 0,683 valószínűségnél, 0,955 valószínűségnél, 0,997 valószínűségnél, α [ ] felépítmény állapotától függő tényező: α = 0,1 kiváló pályaállapotnál, α = 0,2 kiváló pályaállapotnál, α = 0,3 kiváló pályaállapotnál, ϕ [ ] a sebességi szorzó: 0 V 60 km/h esetén: ϕ = 1, 0, 0 V 60 km/h esetén: V 60 ϕ = 1, V [km/h] a jármű sebessége A pályaszerkezetre vonatkozó geometriai és szilárdsági adatok felvétele A RHEDA rendszerű betonlemezes vasúti pályaszerkezet több egymáson fekvő rétegből, valamint a legfelső rétegbe ágyazott vágányrácsból áll. A tényleges pályaszerkezet keresztmetszete a RHEDA 2000 típusú megoldás esetében a korábbi?.1. ábrán és?.1. képen 7. fejezet 104.

106 látható. A sínszálakkal felszerelt különleges aljak a legfelső vasbeton pályalemezbe ágyazódnak. A pályalemez alatt egy beton alaplemez (soványbeton réteg) német leírások szerint "hidraulikus kötőanyagú réteg" található. Ez az alaplemez az ún. fagyvédőrétegen (homokos kavics, vegyes szemszerkezetű kőzetanyag) fekszik fel. A fagyvédőréteg az alatta húzódó altalajt védi a téli és tavaszi időszak káros időjárási hatásaitól. A pályaszerkezet egyszerűsített modelljét a 7.4. ábra szemlélteti ábra: A RHEDA rendszerű betonlemezes pályaszerkezetek egyszerűsített modellje Minthogy a teherhordó beton alaplemez (soványbeton réteg) alsó síkjában biztosítandó rugalmassági modulus értékét a szabályzat egyértelműen rögzíti, ezért az altalaj és a fagyvédőréteg a számítások szempontjából együttesen kezelhető. Így a tulajdonképpen a tervezés - méretezés során a 7.5. ábrán bemutatott rétegrendszert vehetjük fel. Az igénybevételi számítások számára előkészített modellben tehát két hidraulikusan kötött réteg (vasbeton pályalemez, beton alaplemez) és az alépítmény (fagyvédőréteg és az altalaj együttesen) jelenik meg paramétereivel ábra: A RHEDA rendszerű vasúti pályaszerkezet igénybevételi számítások szempontjából egyszerűsített modellje 7. fejezet 105.

107 A rétegrendszert az egyes rétegek vastagsága (h i [mm]), rugalmassága (E i [N/mm 2 ]), megengedett feszültségi határa ( σ [N/mm 2 ]) jellemzi. A geometriai és a szilárdsági Hi jellemzők, továbbá a terhelések ismeretében (lásd?.2. fejezet) a rétegrendszerben ébredő igénybevételek meghatározhatók, illetve ellenőrizhetők a megfelelőség szempontjából A többrétegű pályaszerkezetben ébredő hajlító-feszültségek meghatározása A többrétegű pályaszerkezetben ébredő igénybevételek meghatározása során két egymástól alapvetően eltérő feltételezéssel élhetünk: 1. a pályaszerkezeti rétegek között nincs együttdolgozás, 2. a pályaszerkezeti rétegek között van együttdolgozás Feszültségszámítás a rétegek közötti együttdolgozás hiányának feltételezése esetén Az igénybevételszámítás négy lépésben végezhető el: 1. lépés: Az altalaj fiktív ágyazási tényezőjének meghatározása A fiktív ágyazási tényező a E = [N/mm 3 ] h 3 k x összefüggés segítségével határozható meg, ahol E 3 [N/mm 2 ] az altalaj rugalmassági modulusa, h x [mm] helyettesítő rétegvastagság. A helyettesítő rétegvastagság a E E 1 2 h x = 0,83 h1 3 + c h2 3 [mm] E3 E3 képletből számítható, ahol h 1 [mm] az 1. jelű réteg tényleges vastagsága, h 2 [mm] a 2. jelű réteg tényleges vastagsága, c [-] a 2. jelű réteg anyagára vonatkozó korrekciós tényező: c = 0,83 hidraulikus kötőanyagnál, c = 0,90 bitumenes kötőanyagnál, 7. fejezet 106.

108 E 1 [N/mm 2 ] az 1. jelű réteg rugalmassági modulusa, E 2 [N/mm 2 ] a 2. jelű réteg rugalmassági modulusa, 2. lépés: A kétrétegű rendszer helyettesítő vastagságának meghatározása A helyettesítő réteg vastagságát a összefüggéssel határozhatjuk meg. h I E h + E E 3 3 = [mm] 1 h 3. lépés: A terhelések hatására a helyettesítő rétegben ébredő hajlító nyomaték meghatározása A hajlítónyomaték értékeket a Zimmermann féle elmélet alapján az összefüggéssel határozhatjuk meg, ahol: L = 4 E M I Fi µ i [Nmm] L E [mm] a helyettesítő réteg merevségi hossza L E 4 E I k b E E = 4 [mm] E E E E 1 [N/mm 2 ] a helyettesítő réteg merevségi hossza, I E [mm 4 ] a helyettesítő réteg tehetetlenségi nyomatéka: 3 behi I E = 12 [mm] b E [mm] a helyettesítő réteg félszélessége F i [N] az aljakról a pályalemezre átadódó terhelőerők (?.2. fejezet), µ i [ ] a nyomatéki hatásábra ordináták értéke az i. terhelés keresztmetszetében (a hatásábra a korábbi 3.4. ábrán látható): sin ξi + cosξ i µ i =, ξi e 7. fejezet 107.

109 ξ [ ] a terhelés és a vizsgált keresztmetszet közötti távolság a hatásábra léptékében: x i ξ i =, L x i [mm] a terhelés és a vizsgált keresztmetszet közötti távolság. 4. lépés: A pályaszerkezeti rétegekben ( 1. és 2. jelű rétegekben) ébredő hajlítófeszültség meghatározása A pályaszerkezet különböző rétegeiben ébredő hajlító nyomatékokat az M M E h1 = M I [Nmm] E h + E h E h2 = M I [Nmm] E h + E h összefüggések szolgáltatják. A réteghatárokon ébredő hajlítófeszültségek a 3 2 képletekkel határozhatók meg. M σ 1 = 6 [N/mm 2 ] h y M σ 2 = 6 [N/mm 2 ] h y Feszültségszámítás a rétegek közötti együttdolgozás feltételezése esetén Az igénybevétel számítás négy lépésben végezhető el: 1. lépés: Az altalaj fiktív ágyazási tényezőjének meghatározása A számítás menete azonos a fejezetben leírt eljárás számítási lépéseivel. 2. lépés: A kétrétegű rendszer helyettesítő vastagságának meghatározása A helyettesítő réteg vastagságát a E 2 h II = h1 + c h2 3 [mm] E1 összefüggésből határozhatjuk meg. A jelölések megegyeznek a fejezet jelöléseivel. 7. fejezet 108.

110 3. lépés: A terhelések hatására a helyettesítő rétegben ébredő hajlító nyomaték meghatározása A számítás menete azonos a fejezetben leírt eljárás számítási lépéseivel, L = [Nmm] 4 E M II Fi µ i azzal különbséggel, hogy a helyettesítő réteg tehetetlenségi nyomatékát az 3 behii I E = [mm 4 ] 12 összefüggéssel határozhatjuk meg. 4. lépés: A pályaszerkezeti rétegekben (1. és 2. jelű rétegekben) ébredő hajlítófeszültség meghatározása A pályaszerkezetben ébredő feszültségek az 1 jelű réteg felső és alsó szélső szálaira vonatkozóan a M I II σ y1 f = e f [N/mm 2 ] M II σ y1a = ( h e f ) [N/mm 2 ] I a 2 jelű réteg felső és alsó szélső szálaira vonatkozóan a összefüggésekkel határozhatók meg, ahol: M E II 2 σ y2 f = ( h1 e f ) [N/mm 2 ] I E1 M E II 2 σ y2 a = ( h1 + h2 e f ) [N/mm 2 ] I E1 σ y1 f [N/mm 2 ] az 1 jelű réteg felső szálában a feszültség, σ y1a [N/mm 2 ] az 1 jelű réteg alsó szálában a feszültség, σ y2 f [N/mm 2 ] a 2 jelű réteg felső szálában a feszültség, σ y2a [N/mm 2 ] a 2 jelű réteg alsó szálában a feszültség, M II [Nmm] a helyettesítő rétegben ébredő nyomaték, E 1 [N/mm 2 ] az 1 jelű réteg rugalmassági modulusa, [N/mm 2 ] a 2 jelű réteg rugalmassági modulusa. E 2 7. fejezet 109.

111 A geometriai jellemzők értelmezése a 7.6. ábrán látható ábra: A feszültségszámítás geometriai jellemzőinek értelmezése I 1 2 A1 + A2 h I = I + I + [mm 4 ] A A 1 h = A1 1 h 1 = A2 h2 E E 1 I 2 3 h2 = κ [mm 4 ] 12 =κ [mm 2 ] 2 κ = [ ] h A2 h1 e f = + [mm] 2 A + A 2 e 1 2 = h [mm] a e f 7.5. A többrétegű pályaszerkezetben ébredő nyomó-feszültségek meghatározása A betonlemezes vasúti pályaszerkezetben ébredő igénybevételek elméleti meghatározására a Boussinesq nyomán Steinbrenner által kidolgozott feszültség-képletekre épülő számítási eljárás alkalmazható. Steinbrenner az egyenletesen megoszló p [N/mm 2 ] terheléssel terhelt A [mm] és B [mm] oldalhosszúságú, téglalp alakú terhelőfelület egy sarokpontja alatt z [mm] mélységben ébredő normálfeszültségekre vonatkozóan - függőleges (z) irányban a 7. fejezet 110.

112 p A B 1 1 σ z = ar ctg + A B π z c a b összefüggést határozta meg, ahol az előzőeken kívül z c [N/mm 2 ] 2 2 a = A b = B + z z c = A + B z 2 A képlet vasútépítési gyakorlatban történő felhasználása a feszültségek szuperpozíciós elve alapján válik lehetővé. Így a 7.7. ábrán vázolt módon számítható a terhelt felület alatti, illetve azon kívüli függőleges bármely pontjának feszültsége ábra A feszültségszámítás szuperpozíciós elve A homogén féltérre levezetett elmélet a többrétegű rendszer homogenizálása után alkalmazható. A 7.8. ábra jelöléseinek figyelembevételével a többrétegű rendszer réteghatárainak távolsága a terhelés vízszintes síkjától: z 1 = h 1 ; z 2 = h 1 +h 2 ; z 3 = h 1 + h 2 + h 3 [mm] Az altalaj rugalmassági modulusának (E 4 ) figyelembevétele mellett az eredeti rétegekkel azonos merevségeket létrehozó helyettesítő rétegvastagságok: h Ei c h 3 (i= 1; 2; 3) [mm] E * i = i i (c i - irodalomban használatos korrekciós tényező; hidraulikus kötésű réteg esetén c = 0,83; bitumenes kötésű réteg esetén c = 0,90) fejezet 111.

113 Az egyes rétegek vastagságának növekedési mértéke: α i = h h * i i (i= 1; 2; 3) A homogenizált (elméleti) pályaszerkezet réteghatárainak távolsága a terhelés vízszintes síkjától: z * = h ; z = h + h ; z * = h + h + h [mm] * A féltér vizsgált pontjának - a terhelés síkjához viszonyított helyzete szerint - a Boussinesq összefüggések alapjául szolgáló elméleti mélysége: ha z < z 1 z* = α 1 z [mm] ha z 1 <z< z 2 z*= h * + ( z z ) α [mm] ha z 2 < z < z 3 * * z*= h + h + ( z z ) α [mm] ha z 3 < z * * * z* = h h h ( z z ) [mm] ábra A többrétegű rendszer homogenizálása során nyert helyettesítő szerkezet 7. fejezet 112.

114 A keresztaljról a beton pályalemezre átadódó feszültségek a Fi p= [N/mm 2 ] A összefüggés segítségével határozhatók meg, ahol F i [N] a sín talpáról az aljra átadódó erő nagysága, A [mm 2 ] az alj fél felfekvési felülete. 7. fejezet 113.

115 1. MELLÉKLET - A ZÚZOTTKŐÁGYAZATÚ, KERESZTALJAS VASÚTI VÁGÁNY FELÉPÍTMÉNYÉNEK MÉRETEZÉSE A keresztaljas vágányban keletkező, jármű okozta sínigénybevételek meghatározására évszázados elméleti számítások állnak rendelkezésünkre. E helyen a legkorszerűbbnek tartott, kiterjedt pálya- és laboratóriumi méréssorozatokkal alátámasztott Zimmermann Nemesdy Eisenmann féle, ún. helyettesítő hosszaljas elmélet eredményeit foglalja össze az M.1.1. táblázat, s azt támasztják alá az M.1.1.-M.1.3. ábrák. A legtöbb európai vasút ezt a számításmódot használja. M.1.1. táblázat: A zúzottkő ágyazatban fekvő keresztaljas vágány sínjeinek igénybevételi értékei, a helyettesítő hosszaljas számításmód alapján A helyettesítő hosszalj szélessége [mm] s = hossza [mm] L = 4 2ab k 4EI Cs A sín igénybevételei: Egy tehernél Tengelycsoportnál A sínszál besüllyedése, y [mm] y = A sínszálban ébredő nyomaték, M [N mm] M = Az ágyazati reakció, q [N/mm] q = A sín talpáról az aljra átadódó erő, F [N] F = A mértékadó sínbesüllyedés, y [mm] y = A mértékadó nyomaték, M [N mm] M = A mértékadó ágyazati reakció, q [N/mm] q = A sín talpáról átadódó mértékadó erő, F [N] F = Megjegyzés: Z 2sCL ZL 4 Z 2L kz 2L Z 2sCL (1+t s ) y = y = 1 2sCL M = 4 L Ζµ q = F = 1 Ζη 2L k 2L Ζη 1 2sCL Ζη Ζη(1+t s ) ZL L (1+t s ) M = Ζµ(1+t s ) 4 4 Z 2L kz 2L (1+t s ) q = (1+t s ) F = Jó állapotú felépítménynél: V 60 ahol: ϕ = Ζη(1+t s ) 2L k 2L Ζη(1+t s ) s = 0, 2 ϕ, 0,997 valószínűségnél: t = 3 0,955 valószínűségnél: t = 2 1. melléklet 114.

116 Az M.1.1. táblázat jelölései: Z [kn] a függőleges irányú statikus kerékteher, k [mm] az aljtávolság, L [mm] a helyettesítő hosszgerenda merevségi hossza, Ση a K keresztmetszet süllyedési hatásábrája kerékterhek alatti ordinátáinak összege, Σµ a K keresztmetszet nyomatéki hatásábrája kerékterhek alatti ordinátáinak összege, t α ϕ a megkívánt valószínűségtől függő tényező (0,997 valószínűség esetén t = 3), a felépítmény állapotától függő tényező (α = 0,2: közepes minőségű felépítmény), sebességi szorzó. A vágányt helyettesítő hosszgerenda s [mm] szélességét az a b s= k [mm] képletből számíthatjuk, ahol: 2 a [mm] a keresztalj ágyazatra történő felfekvési hossza, b [mm] a keresztalj ágyazatra történő felfekvési szélessége, k [mm] az aljtávolság. L értéke, azaz a helyettesítő hosszgerenda merevségi hossza az képletből határozható meg, ahol: 4 EI L= 4 [mm] Cs E [N/mm 2 ] I [mm 4 ] C [N/mm 3 ] s [mm] a sín anyagának a rugalmassági modulusa, a sín inerciája, az ágyazási tényező, a helyettesítő hosszgerenda szélessége. 1. melléklet 115.

117 M.1.1. ábra: A keresztaljas felépítmény elméleti helyettesítése hosszaljas felépítménnyel M.1.2. ábra: A helyettesítő hosszalj elvén végzett igénybevétel-számítás vázlata M.1.3. ábra: A η besüllyedési és µ nyomatéki hatásábrák 1. melléklet 116.

118 A táblázat képleteiből a keresztaljas vágány minden fontos jellemzője meghatározható. Így pl. a sínben ébredő statikus feszültség: M σ = [N/mm 2 ] K ahol K a sín keresztmetszeti modulusa, [mm³]. A sínrendszer változása, illetve a sínkopás szintén a I [mm 4 ] tehetetlenségi nyomaték, az alj illetve az aljtávolság változása az a, b és k értékeinek megfelelő megválasztásával figyelembe vehető s a statikus igénybevételi értékek minden Z [N] kerékteherre meghatározhatók. A C ágyazási tényező értéke, a gyakorlat szerint, az alépítmény minőségétől függően 0,02-0,15 [N/mm²] között vehető fel. E számításmód nagy előnye, hogy az említett pályamérések az igénybevételi számítás elméleti eredményeivel jó összhangban vannak. A mértékadó igénybevételt a mérési eredmények felhasználásával (M.1.4. ábra) valószínűségi alapon, matematikai statisztikai módszerrel lehet meghatározni. A középérték s szórásában a ϕ útján a vonat sebessége is figyelembe vehető, s így ez az igénybevétel meghatározás a vonatok sebességnövelése nagysebességű vonalak kialakításánál hatásainak értékelésére is alkalmas. E számítás gyakorlati alkalmazásával tehát a zúzottkő ágyazatban fekvő keresztaljas vágány bármilyen műszaki színvonala (sínrendszer, aljrendszer, aljtávolság, ágyazat-méretek, körívek, átmenetiívek kialakítása, stb.) esetén a felmerült műszaki és gazdasági igényeknek legmegfelelőbb pálya alakítható ki, illetve az a paraméterek változása esetén ellenőrizhető. M.1.4. ábra: A mértékadó igénybevétel meghatározása a mérési értékek megoszlásának figyelembevételével 1. melléklet 117.

119 2. MELLÉKLET A RHEDA/SENGEBERG RENDSZERŰ BETONLEMEZES PÁLYASZERKEZET MÉRETEZÉSE [Josef Eisenmann Lothar Mattner: Konstruktion und Bemessung von Festen Fahrbahnen, Edition ETR Feste Fahrbahn] M.2.1. Bevezetés Az 1972-ben kifejlesztett Rheda-felépítménnyel kapcsolatban a Müncheni Műszaki Egyetemen kialakítottak egy könnyen alkalmazható eljárást a betonlemezes vasúti pálya teherhordó rétegének méretezésére. Az eljárás egy rugalmas alátámasztású gerendát vesz a számítási modell alapjául, amelynek segítségével a pályaszerkezet erőtani viselkedése kielégítő pontossággal leírható. Az alábbiakban a Rheda/Sengeberg rendszerű pályaszerkezeti kialakítást figyelembe véve elvégzett méretezés célja a hidraulikusan kötött teherhordó réteg (HGT-réteg) azaz egy soványbetonból kialakított réteg szükséges vastagságának megállapítása az alépítmény összenyomódási modulusának függvényében. A HGT-réteg a földművön helyezkedik el, a beton teherhordó réteg azaz a pályalemez alatt. A méretezési eljárás aszfalt teherhordó réteg (ATS-réteg) esetén is, és közvetlenül az ATS-rétegre vagy pályalemezre fektetett és rögzített keresztaljak esetén is alkalmazható. Azon rendszereknél, amelyeknél a teherelosztást végző keresztaljak nélkül, nem pontszerűen hatnak az erők a teherviselő rétegre, számítási modellként rugalmasan ágyazású lemez alkalmazandó. M.2.2. A Rheda/Sengeberg rendszer szerkezeti kialakítása A Rheda-felépítmény kialakításakor egy előregyártott vágányrácsot (sínszálak, feszített vasbeton keresztaljak, vasalás) helyeznek el egy már elkészült betonlemezre, beszabályozzák, majd bebetonozzák. A járműteher több keresztaljon történő elosztásához szükséges sínszál-lehajlást a rugalmas sínleerősítések alkalmazása teszi lehetővé. E pályaszerkezeti megoldás egyik változatát először a Hannover-Würzburg vonal Sengeberg alagútjában építették be. Az itt alkalmazott megoldás esetében egy mozgó zsaluzat segítségével állították elő a vályú formájú betonlemezt (M.2.1. ábra). A betonlemez két oldalsó pereme szolgált egyrészt a későbbi kiöntés zsaluzatául, másrészt a betonozó gép is ezen tudott közlekedni. 2. melléklet 118.

120 M.2.1. ábra: A betonlemezes felépítményi rendszerek kialakítása vágányráccsal Rheda feszített vasbeton keresztaljak - betonkiöntés - hosszában vasalt betonlemez - altalaj Rheda/Sengeberg feszített vasbeton keresztaljak - betonkiöntés - betonvályú (vasalatlan) - alagút alapja Rheda/Breddin-Glöwen feszített vasbeton keresztaljak - betonkiöntés - hosszában vasalt betonvályú Züblin/Wittenberge bevibrált kétblokkos keresztalj - hosszában vasalt betonlemez ATD/Nantenbach kétblokkos keresztalj - geotextília Walter/Halle feszített vasbeton keresztalj - geotextília Sato Y-keresztalj/Halle rugalmas alátéttel Az említett alagútban alkalmazott megoldással szemben, ahol a pályaszerkezet az alagút teherhordásra is képes alapjára kerül, a Rheda-felépítmény esetén szükséges egy soványbeton, és egy fagyvédő réteg beépítése is. Hogy a beépítéskor elkerülhető legyen a vágányrács pontszerű feltámaszkodása, a keresztaljak középső része kisebb keresztmetszetű kell legyen. A hosszirányban is vasalt betonlemez fugák nélkül kerül kibetonozásra és közepes mértékben vasalják. A betonlemezben korlátozott zsugorodásának következtében télen húzóerők lépnek fel, amely 0,8..0,9 %-os vashányad esetén, megközelítőleg 2 méterenkénti repedésképződéshez vezet. A repedés környezetében a vasalás horgonyként és csapként is viselkedik. A vasalás a lemez felső részén a repedés tágasságát 0,5 mm alatt tartja, amely előfeltétele a hosszú élettartamnak. A betonlemez fugamentes kialakításának következménye 2. melléklet 119.

121 az is, hogy a felépítményben a sínszál és a lemez között nem jönnek létre relatív mozgások, amely szintén a hosszú élettartam biztosításához szükséges. Időközben az építőiparban kifejlesztettek további betonlemezes pályaszerkezeti megoldásokat, amelyek ATS-réteg, vagy ATS- és HGT-rétegek kombinált felhasználásával készülnek. Ezeknél a vágányrács egy geotextília vagy valamilyen elasztomer anyag közbeiktatásával közvetlenül felfekszik a pályalemezre és a helyzetét különböző lehorgonyzási megoldásokkal biztosítják. M.2.3. A számítás alapfeltevései A felépítmény számításánál az UIC 71 szerinti járműterheket vették figyelembe, de összehasonlításképpen más terhelésekkel is készültek számítások (pl.: ICE szerelvény). A kerékteher dinamikájának figyelembevételére a rendelkezésre álló nagymennyiségű mérések alapján a statikus erőknél 50 %-kal nagyobb értéket vettek figyelembe (ennek statisztikai biztonsága P = 99,7 %). A kerékteher ívekben megváltozó elrendezése miatt pedig egy 20 %-os növekményt alkalmaztak. A méretezésnél mértékadó tartószerkezet pályalemezből és HGT-rétegből, illetve ATS-, és fagyvédő rétegből, illetve földmunkából áll. A fagyvédő réteg a földmunkával együtt egyetlen rétegként kerül figyelembevételre egy közös rugalmassági modulussal, az E V2 értékének megfelelően. A bebetonozott, illetve feltámaszkodó és lehorgonyzott vágányrács az elválasztó fólia, illetve a geotextília vagy elasztomer anyag miatt nincs kötésben a betonlemezzel, ezért a számítás során nem lehet együttdolgozó szerkezetként figyelembe venni. Az itt fellépő súrlódási erők elhanyagolásával a biztonság javára tér el a számítás. A feszített vasbeton, illetve az Y-keresztaljak oldalirányú teherviselésre megfelelően méretezettek, keresztirányban egyenletes terhelést adnak át a pályalemezre. Ezért a pályaszerkezet oldalirányú igénybevételre történő vizsgálata elmaradhat, és a hosszirányú méretezés a rugalmasan alátámasztott gerenda modelljéből indulhat ki. A méretezés során az egyenetlen hőmérsékletváltozásokat nem kell figyelembe venni, mert a betonlemezen szabadon történik a repedésképződés és a repedéstávolságok kicsik. A hosszában vasalt betonlemezeknél a korlátozott zsugorodás és az egyenletes lehűlés következtében fellépő húzófeszültségeket 3 N/mm 2 értékkel vehetjük fel, amely a legkedvezőtlenebb esetben egy nem szabályosan megrepedt lemez húzófeszültségének kb. 30 %-a. A méretezésnél mértékadó felépítményi adatokat az M.2.1. táblázat foglalja össze. 2. melléklet 120.

122 M.2.1. táblázat: A méretezés során mértékadó felépítményi adatok Sínszál UIC 60 Feszített beton keresztalj B 301, 2,6 vagy 2,4 méter széles Rugóállandó: c = 20 kn/mm (statikus minimumérték), 20 kn/mm Rugalmas közbetét (dinamikus maximum) Az egyenletes futás biztosítása érdekében ezeket az értékeket nem célszerű túllépni. Rugalmassági modulus: E 1 = N/mm 2 Betonlemez (BTS), Hajlító-húzó szilárdság: β BZ,min = 5,5 N/mm 2 (min. érték) Tartós hajlító-húzó szilárdság a hőmérséklet következtében a ZTV Beton 93 szerint 3 N/mm 2 -rel alacsonyabb feszültség esetén: megeng. σ min = 0,85 N/mm 2 Aszfalt teherhordó réteg (ATS), ZTV Asphalt 94 szerint hidraulikusan teherhordó réteg (HGT) ZTVT 86 szerint kötött Alépítmény (fagyvédő réteg és földmunka/altalaj) ZTVE-94 szerint Földmunka Rugalmassági modulus: E 1 = N/mm 2 (éves középérték) Tartós hajlító-húzó szilárdság: megeng. σ min = 0,80 N/mm 2 legkisebb henger nyomószilárdság: β C = 12 N/mm 2 hatásos rugalmassági modulus (beépítve, apró hálós repedésekkel): E 2 = N/mm 2 (alsó határérték), ill. E 2 = N/mm 2 (felső határérték) Hajlítószilárdság: β BZ,min = 1,6 N/mm 2 (min. érték) Tartós hajlító-húzó szilárdság: megeng. σ min = 0,8 N/mm 2 Rugalmassági modulus: E 3 = 50, 100 és 150 N/mm 2 A talaj megengedett nyomófeszültsége Heukelom és Klomp alábbi empirikus összefüggésével számítható: 0,006 E dyn σ z =, ahol 0,7 lg( n) E dyn a biztonság javára tett közelítésként a földmű tetején az E V2 értékével számítható, a teherismétlés számának pedig n = 2*10 6 lehet felvenni. A teherhordó lemez jó teherelosztó hatása miatt egy szerelvény áthaladása egyetlen teherismétlésként vehető figyelembe. E V2 = 45 N/mm 2 értékkel: σ z = 0,050 N/mm 2 c M.2.4. A támaszerők számítása A támaszerők a fent említett járműterhek esetén a rugalmasan ágyazott gerenda elméletének segítségével számíthatók. A számítás során a teherhordó lemezt a rugalmasan ágyazott sínnel szemben végtelen merevnek lehet tekinteni, ami a lemez nagy hajlítási merevsége miatt a méretezés szempontjából nem vezet releváns hibához. A számítás során alapul vett összefüggések az M.2.2. táblázatban találhatók. 2. melléklet 121.

123 M.2.2. táblázat: A támaszerő számításainak összefüggései a rugalmas ágyazású gerenda elmélete szerint L sínszál rugalmas hossza: 4EI L = bc 0,25 y a sínszál lehajlása: y 1 2bCL = Q i i η [mm] sin ξi + cosξi ηi = ξi e ξ i = x i L S támaszerő: S = bcay [N] E a sínszál rugalmassági modulusa [N/mm 2 ] I a sínszál tehetetlenségi nyomatéka [mm 4 ] b a képzeletbeli hossztartó hossza [mm] C ágyazási tényező [N/mm 3 ] Q i kerékteher [N] η i tényező a szomszédos tengelyek figyelembevételéhez [-] x i a a szomszédos tengelyek távolsága [mm] támaszpontok távolsága [mm] Mivel a b C szorzat állandó tényezőként szerepel az összefüggésben, ezért b C = c/a helyettesítés elvégezhető, ahol c a sínleerősítés rugóállandója [N/mm]. Az a = 60 cm keresztalj távolság esetén az M.2.2. ábrán láthatók a nyomaték meghatározásához mértékadó támaszerők, a sínszál számított süllyedései a betonlemezhez képest, és a terhelési ábra (UIC 71 szerint). 2. melléklet 122.

124 M.2.5. A hajlítófeszültségek számítása a hidraulikusan kötött teherhordórétegre épített betonlemezes kialakítású rendszer esetén A hajlítófeszültségek egy háromrétegű teherhordó rendszernél (betonlemez, hidraulikusan kötött teherhordóréteg, altalaj) az Eisenmann-féle eljárással számíthatók (M.2.3. táblázat). M.2.2. ábra: Lehajlások és támaszerők az UIC 71 szerinti járműteher esetén (c = 40 kn/mm, a = 60 cm) tengelyteher Süllyedés [mm] Támaszponti erők [kn] Mivel a hosszában vasalt betonlemez sem a hőmérsékletváltozás, sem a zsugorodás következtében nem szenved alakváltozást, megfelelő utókezelés és a HGT-réteg felületének betonozás előtti nedvesítése esetén a hajlítófeszültségek számításánál teljes kötést lehet feltételezni. ATS-réteg alkalmazása esetén is feltételezni lehet a rétegek közötti teljes kötést, ha bitumenemulziót visznek fel a két réteg egymásra építése között. A számítás során a háromrétegű rendszert egy a betonlemez E 1 rugalmassági modulusával azonos merevségű helyettesítő tartóval számítjuk. A h II vastagságú helyettesítő tartón a már kiszámított támaszerőkből határozható meg a fellépő M II hajlítónyomaték nagysága. A táblázatban láthatók a számítás alapjául szolgáló összefüggések. Az igénybevételek meghatározásánál a biztonság javára tett közelítésként csak azokat a támaszerőket veszik figyelembe, amelyek pozitív nyomatékot ébresztenek a vizsgált pontban. Az M II nyomatékból eredő feszültségeket a valós rendszerben határozza meg az eljárás, amelynél a különböző rugalmassági modulusok figyelembevételére az M.2.4. táblázatban bemutatott helyettesítő gerendát alkalmazza. 2. melléklet 123.

125 M.2.3. táblázat: Három, kötésben lévő rétegből álló tartószerkezetben fellépő hajlítófeszültségek számítása az Eisenmann-féle eljárással µ konstans E >> [N/mm 2 ] 1 E2 E3 1. Az altalaj fiktív ágyazási tényezője E3 K = [N/mm 3 ] x h E1 E2 h x = 0,83 h1 3 + c h2 3 [mm] E E 3 3 c = 0,83 hidraulikus kötőanyagnál 0,90 bitumenes kötőanyagnál 2. A helyettesítőrendszer vastagsága egyenlő merevségnél (E = E 1 ) h II E 2 = h1 + c h2 3 [mm] E1 3. Az M II nyomaték meghatározása a rugalmasan ágyazott gerenda elmélete szerint 4. Hajlítófeszültségek az 1. és 2. rétegben E E 2 x= ; E1 1 2 E = ; = ( J i + Fi xs) J ; J a gerenda tehetetlenségi nyomatéka [mm 4 ] e 0 = F x h E2 h2 h1 e o = + [mm] eu = h eo [mm] 2 E h + E h M II M II σ 1, o = eo ; σ 1, u = ( h 1 e o ) [N/mm 2 ] J J M II M II σ 2, o = X ( h 1 e o ) ; σ 2, u = X eu [N/mm 2 ] J J i F i i 2. melléklet 124.

126 M.2.4. táblázat: A hajlítónyomatékok számításának összefüggései a rugalmas ágyazású tartó elmélete szerint L E a helyettesítő gerenda rugalmas hossza: 0,25 4EE I E LE = [mm] be K A helyettesítő gerenda tehetetlenségi nyomatéka: 3 behii I E = [mm 4 ] 12 M II hajlítónyomaték a helyettesítő gerendán: LE M II = Siµ i 4 [N*mm] µ = i sin ξ + cosξ i e ξ i i ξ = i x L i E E E a helyettesítő gerenda rugalmassági modulusa = E 1 [N/mm 2 ] b E k S i fél vályúszélesség [mm] fiktív ágyazási tényező az Eisenmann-féle eljárás szerint támaszerők [N] µ i tényező a szomszédos terhek figyelembevételéhez [-] x i a szomszédos támaszerők távolsága [mm] M.2.6. A talaj nyomófeszültségeinek számítása Az UIC 71 szerinti teherelrendezést (négy, egymástól 1,6 méter távolságban található tengely) a talajban fellépő nyomófeszültségek meghatározása során jól közelíti a /1.600 = 156 N/mm megoszló teher. A fagyvédő rétegben a feszültségek terjedésének iránya 45 -kal közelíthető. A talaj legnagyobb nyomófeszültségének számításakor a meglévő redundancia miatt elegendő, ha a dinamikus szorzót P = 68,3 % statisztikai biztonsággal 2. melléklet 125.

127 vesszük fel. A földmunkáknál elkerülhetetlen tökéletlenségek, és a 120 Hz-es frekvenciatartomány hatásainak figyelembevételére ajánlott a talajban megengedett nyomófeszültség értékét 10 %-kal lecsökkenteni. M Hajlító és nyomó feszültségek Az M.2.3. és az M.2.4. ábrákon példák láthatók az UIC 71 szerinti teherelrendezés esetén a pályaszerkezetben fellépő hajlító feszültségek értékeire. Az ábrázolt értékek magukba foglalják a kerékteher dinamikájának, illetve a kerékterhek ívekben fellépő átrendeződésének hatását is. M.2.3. ábra: Maximális hajlító-húzó feszültségek (a dinamikus tényező és a kerékteher átrendeződés figyelembevételével) a beton teherhordó lemez alsó síkjában (c = 40 kn/mm; teherelrendezés: UIC 71) Az M.2.3. ábra alapján megállapítható, hogy ha a HGT-réteg vastagsága 300 mm, a betonlemez alsó síkjában a megengedett hajlító feszültség értéke (0,85 N/mm 2 ) csak abban az esetben lesz túllépve, ha az alépítmény (fagyvédőréteg és földmunka) rugalmassági 2. melléklet 126.

128 modulusa 1 E 3 = 50 N/mm 2, és a HGT-réteg hatásos rugalmassági modulusa E N/mm 2. E 3 = 100 N/mm 2 vagy E 3 = 150 N/mm 2 esetén a feszültség a megengedett érték alatt marad. A M.2.4. ábra szerint, ha az altalaj rugalmassági modulusa nagyobb, mint 100 N/mm 2, a HGT-réteg hatásos rugalmassági modulusa N/mm 2, és vastagsága 300 mm, akkor a megengedett hajlítófeszültség a HGT-rétegben nem lesz túllépve. Tekintettel erre, a földmunka és a fagyvédő réteg megfelelő minőségben történt kivitelezésének nagy jelentősége van a pályaszerkezet hosszú élettartamának elérésében. Ha a HGT-réteg hatásos rugalmassági modulusát E 2 = N/mm 2 értékre vesszük fel, E 3 = 100 N/mm 2 esetén a hajlítófeszültség értéke a megengedett érték feletti. Az ebből következő további apró repedések képződésének következtében a HGT-rétegben a hatásos rugalmassági modulus értéke addig csökken, amíg a hajlító feszültség értéke a megengedett értéket el nem éri. Ez a felkeményedett állapot egy 300 mm vastag HGT-réteg esetén 5000 N/mm 2 rugalmassági modulus értéknél jelentkezik. 650 mm-re növelt keresztaljtávolság esetén a hajlítófeszültségek kb. 6 %-kal növekednek. M.2.4. ábra: Maximális hajlító-húzó feszültségek (a dinamikus tényező és a kerékteher átrendeződés figyelembevételével) a hidraulikusan kötött teherhordóréteg alsó síkjában (c = 40 kn/mm; teherelrendezés: UIC 71) 1 a ZTVE-Stb94 szerint előírt E V2 érték a fagyvédő réteg felső síkjában eléri a 120 N/mm 2 értéket 2. melléklet 127.