Az ágyztátvezetéses vsúti hidk terhelése Összehsonlító tnulmány hzi és európi hídszbványok előírási tükrében dr. Köllő Gábor 1, Orbán Zsolt egyetemi tnár 1, V. éves egyetemi hllgtó Kolozsvári Műszki Egyetem Bevezető Az utóbbi évtizedben z Európi Uniós Állmokbn elkezdődött egy egységes szbványrendszer kidolgozás z építéstudomány számár. Ezek szbványok z EUROCODE elnevezést kpták. Az itt bemuttott tnulmánybn röviden vázoljuk egymássl összehsonlítv z EUROCODE 1 és hzi szbványok STAS 3-65, STAS 1911-98 vsúti hídszerkezetek terhelésére vontkozó előírásit, részletesebben tárgylv z ágyztátvezetéses vsúti hídszerkezetek függőleges vontteher áltl okozott terheléseket. A román vsútvonlkr nem jellemzőek z ágztátvezetésű szerkezetek még kis fesztávú hidk esetén sem. Inkább klsszikus céltrtókt lklmzták. Az is tudvlevő, hogy dombvidéken és főleg hegyvidéki vsútvonlk esetében hídszerkezetek szám jelentős. A fővonlk felújításkor, mikor jelentősebb sebességnövekedést szeretnénk elérni (ez lépés román vsutk minden fővonlár szükségszerű h nem krunk még jobbn vgy teljesen lemrdni z európi tendenciáktól) kis és középfesztávú hidkt ágyztátvezetéses szerkezetekként kell megépíteni (lásd német frnci és többi nyugt-európi előírásokt ngyobb sebességű vsúti pályákr). Az ágyztátvezetéses szerkezetek előnyei ismertek. (lásd Műszki Szemle I. Évfolym, 3-4 szám 1998, 1-1 oldl) Most csk dinmikus htás, vlmint kifárdás okozt igénybevételek csökkentésével fogllkoztunk. A függőleges vontterhelések ismertetése A románii fővonlk hídjit jelenleg két tehervont, P1 és T8,5 jelzésű, egy-egy mozdonyból és ezt közrefogó kocsisorokból álló teherrendszerre kell méretezni. Az 1-es és -es ábrák ezt két teherrendszert muttják be. P1 T 8,5 1.ábr.ábr A megerősíthető hídszerkezeteket T8,5 vontteherre (ide főleg z célszerkezetek trtoznk). Míg megnem erősíthető hídszerkezeteket (ide trtoznk vsbeton és feszített beton, z öszvér-, vlmint hídszerkezetek lépítményei) P1 vontteherre kell méretezni. A P1 vontteher mozdonyát 139 kn/m egyenletesen eloszló teherként lehet lklmzni, T8,5 vontteher mozdonyát 15,7 kn/m-ként egyenlete. A 3,5 m fesztávolságú hídszerkezeteket egy koncentrált P3 kn erőre kell méretezni. A T8,5-ös teherrendszernek vn egy lterntív rendszere (L<8 m) 8 m-nél kisebb nyílású hidk esetére. Műszki Szemle 13 3
Az európi szbványok áltl jvsolt teherrendszerek z ENV 1991-3/1993 szerint z UIC71 és z UIC-SW, melyeket 4 és 5-ös ábr muttj be. 3. ábr z UIC 71-es teherrendszer z UIC 71-es egyszerüsitett teherrendszer 4. ábr Terhelési osztály q(kn/m) (m) c(m) SW/ 133 15, 5,3 SW/ 15 5, 7, 5 ábr Az SW/ terhelést folytonos trtók (5-35 m-ig) méretezésénél lklmzhtjuk. Ez teherrendszer ngyobb lkváltozásokt és feszültségeket hoz létre mint z UIC 71-es terhelés. Az SW/ mgáb fogllj nehéz teherkocsikt is kn/tengely terhelésig. Az SW/ terhelés lklmzását vsúttársságok írhtják elő és mgáb fogllj 5 kn/tengely terhelésű kocsikt. Az SW/, SW/ terhelést nem válszthtjuk szét kkor mikor z igénybevételek meghtározását végezzük el. A hídfők és hídpillérek méretezésénél z UIC71 és z UIC-SW terheléseket hsználhtjuk. A dupl vágányú hídszerkezetek tervezésénél z UIC71-es terhelést hsználjuk mind két vonlon. Az SW terhelés csk z egyik vonlr helyezhető. Az UIC71-es terhelési rendszer esetében, A pálylemezre jutó terhelést kővetkező módon lehet meghtározni. 4 Műszki Szemle 9 1
6 kn/m 4 kn/m 6 kn/m 1 + 1 + +.5 hol hídeffektus ' K 1 K + K pályeffektus L '' α 56 e 1 4 1 hol V K n L n L + 5 8 1 e L 1 hol V sebesség (m/s) n híd sját frekvenciáj (Hz) L htáshossz, kéttámszú trtóknál fesztáv (m) 6. ábr Az eddig bemutttkból láthtó, hogy román szbványok terhelési rendszerei főleg P1-es összehsonlíthtók z EUROCODE1 áltl jvsolt vontterhekkel sőt mozdony áltl létrehozott egyenletesen eloszló terhelés (139 kn/m) ngyobb, mint z UIC 71 mozdony áltl okozott egyenletesen megoszló teher (16 kn/m) és T8,5-ös tehervont (15,7 kn/m) megoszló terhelése is mjdnem egyenlő z UIC 71-es megoszló terheléshez, de ez sokkl ngyobb hosszon ht. A P1-es 9m, T8,5 pedig 1,5m hosszon. A kocsisor terhelése is ngyobb román szbványok szerint mint z UIC 71- es kocsisor terhelése. A hzi szbványok áltl előírt terheléseknél csk z SW nehézterhelések ngyobbk. A vsúti járművek okozt terheléseket egy dinmikus tényezővel szorozzák, így kpjuk méretezési terhelést. Pm *P dinmikus tényező Az EUROCODE 1 differenciálv veszi számításb dinmikus tényezőt dinmikus tényező egy megfelelően jól krbntrtott pály esetében; 3 dinmikus tényező egy normál módon krbntrtott pály esetén 1 1,67 h L 3,61m 1.44 +.8 h 3.61 L 65m L. 1. h L 65m.16 3 +.73 L. Azokon hídszerkezeteken, hol töltés ngyság (mgsság) ngyobb mint 1m, dinmikus tényező csökkenthető. Az üzemben lévő vontok számár kifárdási ellenőrző számításoknál dinmikus tényező. 748 z n mximális értéke n 94. 76 L Egy kéttámszú trtó esetén n 5.6 δ (cm) n (Hz) δ z állndó terhelés okozt lehjlás A hzi szbványok (STAS 1989) dinmikus tényezőt csupán hídnyílás függvényében dják meg: Amikor vsúti felépítményt közvetlenül erősítjük híd felépítményéhez. 17 Ψ1 1.1 + 1. 35 + L Ágyztátvezetéses hídszerkezet esetén 15 Ψ 1.5 + 1.15 4 + L Az ágyztátvezetéses szerkezeteknél figyelembe veszik zt tényt, hogy hézgnélküli vágányól vn szó vgy nem. A hzi szbványink nem veszik számításb úgy mint z EUROCODE 1, hogy kifárdási ellenőrző számításoknál figyelembe kéne venni hídon átmenő vontok sebességet, vlmint híd sját frekvenciáját. δ Műszki Szemle 11 1 5
Összehsonlító táblázt dinmikus tényezők értékeivel L (m) 3 ψ 1 ψ L (m) 3 ψ 1 ψ 3.61 1.67. 1.54 1.6 18 1.18 1.6 1.4 1.48 4 1.6 1.93 1.54 1.6 19 1.17 1.5 1.41 1.47 5 1.53 1.79 1.53 1.61 1.16 1.4 1.41 1.47 6 1.46 1.69 1.51 1.59 1.14 1.1 1.4 1.45 7 1.41 1.61 1.5 1.58 4 1.13 1.19 1.39 1.44 8 1.37 1.55 1.5 1.57 6 1.11 1.17 1.38 1.43 9 1.33 1.5 1.49 1.56 8 1.1 1.15 1.37 1.4 1 1.31 1.46 1.48 1.55 3 1.9 1.14 1.36 1.41 11 1.8 1.4 1.47 1.54 35 1.7 1.11 1.34 1.38 1 1.6 1.39 1.46 1.53 4 1.6 1.8 1.33 1.36 13 1.4 1.36 1.45 1.5 45 1.4 1.6 1.31 1.34 14 1.3 1.34 1.45 1.51 5 1.3 1.4 1.3 1.33 15 1.1 1.3 1.44 1.5 55 1. 1.3 1.9 1.31 16 1. 1.3 1.43 1.5 6 1.1 1. 1.8 1.3 17 1.19 1.8 1.43 1.49 65 1. 1. 1.7 1.9 A tábláztból láthtó, hogy román szbványok áltl jvsolt dinmikus tényező mjdnem mindig ngyobb mint z Eurocode áltl jvsolt szám, kivételt képeznek ngyon kicsi nyílású hidk. Az újdonság, mit z EUROCODE 1 hoz terhelő erők keresztmetszeti elrendeződésében vn. Ezt 1911/98 román szbvány is egy z egyben átveszi (7. ábr). 1 1+ v Az itt bemuttott ábrán z újdonság zt jelenti, hogy hídszerkezet terhelése mindig szimmetrikus, így közelebb kerül z elméleti terhelés vlós terheléshez, mert sínfej belső oldl és nyomkrik között létezik egy játék (1435-141), mi lehetővé teszi sínek egyenlőtlen terhelését, továbbá figyelembe veszi, hogy kocsik rkomány nem mindig tökéletesen szimmetrikus. A terhelés eloszlás z ágyzton keresztül A függőleges terhelés eloszlását keresztljtól hídfelépítményig z ágyzton keresztül 8. ábrán szemlélhetjük ( híd hossztengelyével párhuzmosn). Az EUROCODE 1 szerint, mit z 1998 román szbvány (1911/98) is átvett terhelés tgα 4:1 síkok mentén kerül hídlemezre. keresztlj terhelése 7. ábr Q v1, Q v kerékterhelés Q v1 +Q v tengelyterhelés 1 1.5 ; S e Q 18 v 8. ábr 6 Műszki Szemle 9 1
b b h h + b + 7.8 + 15 4. 8 cm h z ljlti ágyztvstgság b keresztlj szélessége A 9. ábr terhelés hossznti elrendezését muttj be. 9. ábr I. II. 6cm 55 cm b 4,8 cm b 4,8 cm d b 6 4,8 17, cm d b 1, cm A terhelés keresztmetszeti eloszlását 1.ábr szemlélteti b l t + h 3 például: b t 6 + 75cm A kétblokkos betonlj esetén keresztmetszeti eloszlást 11. ábr szemlélteti Qh Qh Qr Qr 1. ábr 11. ábr Az ívekben létrejövő keresztmetszeti eloszlást 1. ábrán muttjuk be. Műszki Szemle 11 1 7
Qh Qr / 13. ábr 1. ábr A P1-es mozdony 14. ábrán láthtó terhelést okozz (mximális terhelés). A pálylemezre jutó terhelések függnek ttól, hogy sín kerékterhelése hány keresztljr oszlik el. Az EUROCODE 1 következő eloszlást jvsolj: / / / / / / / / / / / / / / 14. ábr Befejezésül szeretnénk z ljk lsó lpján fellépő tlpnyomás (p) változását, z innercinyomték (I) és z ljtávolság függvényében () (Eisenmnn digrmj) bemuttni (C ágyzási tényező). 15. ábr 8 Műszki Szemle 9 1
A tlpnyomás elméleti képlete: G p hol G kerékterhelés mx b L l b b α α,86 feszített betonljk esetében 4 ( Es I s +.5 α l E I ) L 4.5 α C l b l lj hossz b lj szélessége E- ruglmssági tényező (sín s, lj ) I inercinyomték (sín s, lj ) A keresztlj p α.5 l.5 α l hosszán tlpnyomás p b b p mx b p p.5 α l mx b behelyettesítve b -ot következik p pmx G Tehát z lj tlpnyomását pmx b L összefüggéssel htározhtjuk meg. Befejezésül meg kell említeni, hogy z 1911 szbvány 1998-bn bekövetkezett módosítás indokolt, mert igz, hogy hídszerkezetek terhelése z igénybevételek szempontjából előnyösebb (ngyobb igénybevételekkel számolunk). Az 1998- előtti szbványok esetében terhelés ngyobb területen került hídlemezre mivel tgα1:1. Jó voln egyes hídszerkezetek vizsgálásánál nálunk is hsználni egy speciális ngyterhelésű tehervontot, hsonlókt mint SW terhelések. A hzi szbvány áltl hsznált terhelési rendszerek P1 és T8,5 megtrtás egyelőre indokolt. Műszki Szemle 11 1 9