Javitott hattoltes epitese
Az üveghab granulátum hazánkban még kevéssé ismert anyag, amit üveghulladékból állítanak elő. Az üveghabot táblásított formában hőszigetelő anyagként használják, azonban granulátum formában földműanyagként is alkalmazható. A skandináv országokban utak alatti átfagyás elleni hőszigetelésre használják, hazánkban eddig épületek padlója alatti hőszigetelő ágyazatként került alkalmazásra. A hazai útépítési földműveknél alapvetően alacsony halmazsűrűsége miatt lehetne előnyösen használni.
A üveghab granulátum földművek tervezéséhez, építéséhez szükséges mechanikai tulajdonságai kerültek meghatározásra, amikkel különböző útépítési földművek építése került modellezésre végeselemes programokkal. A számítógépes vizsgálatok alapján az üveghab granulátum kis halmazsűrűségét kihasználva hatékonyan csökkenthető a töltések alatti altalaj süllyedés és minimalizálható az ehhez szükséges konszolidációs idő. Az üveghabot háttöltés anyagként felhasználva számottevően csökkenthető a hídfőkre háruló vízszintes földnyomás értéke, ami miatt kisebb nyomatékok és nyíróerők adódnak a hídfőben és az alapozásként szolgáló cölöpökben.
A cikkben a szerző bemutatja a 3D végeselemes modellezéssel végzett újabb kutatásainak az eredményeit, amelyek a hídfőszerkezetek, beleértve az alapozásukat is, a csatlakozó töltés és a köztük kialakítandó átmeneti szakasz fejlesztésére irányulnak. E komplex, az építési folyamat által is befolyásolt rendszer viselkedését a legkorszerűbb térbeli, végeselemes, nemlineáris anyagmodellel dolgozó szoftverrel modellezte, s figyelembe vette a vonatterhelés dinamikáját is. A nagysebességű vasutak megjelenésével sürgetővé válik a hídfők ősi problémájának, a háttöltés és a hídfőszerkezet között képződő pályahiba (lépcső) minimalizálása.
A hídfőknél a vágány alátámasztásának merevsége hirtelen megváltozik, ami a haladó vasúti járműben függőleges gyorsulásokat, a pályában többlet-igénybevételeket kelt. Ezek összegződéseként, akár már rövid idő után is, olyan maradó deformációk alakulnak ki az alépítményben, amelyek a vágánygeometria jellemzőit (fekszint és síktorzulás) lerontják. A hídfő és a folyópálya eltérő merevségét kiegyenlítő átmeneti szakasz kialakításával a pályakarbantartási munkálatok igénye nagyban csökkenthető [1].
A probléma lényegét az 1. fejezetben az építési és terhelési folyamatok modellezése tárgyalja. A viselkedést befolyásoló tényezők részben külső hatásoktól (vasúti járművek sebessége és tengelyterhelése, időjárási viszonyok, vibráció), részben geotechnikai eredetűek (alépítmény, alatalaj viszonyok, töltésmagasság, talajvízviszonyok), részben szerkezeti vonatkozásúak (statikai rendszer, hídfőtípus, kölcsönhatás a vágány és a tartószerkezet között), illetve a felépítménytől (vágány-alátámasztás merevsége, csillapítási képesség) függenek. A jó megoldáshoz e tényezők összetettsége miatt komplex mérnöki szemléletre, a felépítménnyi, a tartószerkezeti és a geotechnikai tervező együttműködésére van szükség [2].
A geotechnikai 3D végeselemes szoftverek - köztük például a Plaxis - képesek a tartószerkezetek modellezésére; a talajkörnyezet leírására nemlineáris anyagmodellek sokaságát kínálják fel, és lehetővé teszik a kezdeti feszültségállapotnak, a terhelés drénezett vagy drénezetlen jellegének, a tehermentesítésnek és az újraterhelésnek a figyelembevételét. Így komplex építési, terhelési és konszolidációs folyamatok, és ezekkel együtt a talaj és a szerkezet időben változó kölcsönhatása is modellezhető vele [4]. A legújabb változatok dinamikus moduljai már lehetőséget kínálnak arra is, hogy a talajbeli hullámterjedést és ezeknek a csatlakozó szerkezetre gyakorolt hatását is elemezzük, és a vasúti járművek okozta dinamikus terhelés hatását is vizsgáljuk.
Tipikus modell és vizsgálati beállítások
Az alábbiakban egy tipikus egyvágányú vasúti híd és talajkörnyezetének numerikus vizsgálatára felépített modellt és a szimulációk eredményeit mutatom be. A vizsgált alapmodellt a 2. ábrán látható, mely a híd és a csatlakozó folyópálya hosszmetszetét a talajprofillal együtt szemlélteti. Az altalaj felső 10 m vastagságú rétege gyúrható agyag, alatta 10 m vastagságban nagyon tömör homok található. A talajvízszint a térszintre vetítve van. A töltés magassága 5,3 m, anyaga tömör homok. A hídfők mögötti háttöltés 15 m hosszúságú és jobb anyagból, nagyon tömör homokból épített. A vasúti sínt gerendaelemként vittem be a modellbe, keresztmetszeti paramétereiből számítható hajlítási és normálmerevsége megegyezik a 60E1 jelű sínével. A hídfők magassága igazodik a csatlakozó töltéséhez, párhuzamos szárnyfalak kapcsolódnak hozzájuk. Alattuk 2-2 sorban, összesen 6-6 darab, 0,6 m átmérőjű, 11,2 m hosszú cölöp van, egymástól 2,4 m tengelytávolságra. A cölöpöket embedded pile-ként modelleztem, tapasztalati alapon vett paraméterekkel. A cölöpösszefogó gerendákat, a hídfőket, a szárnyfalakat és a felszerkezetet E = 30 GPa rugalmassági modulusú beton anyagú, „solid” elemekből építettem fel. A felszerkezet acél tartóbetétes, ágyazatátvezetéses, a szabad nyílás 15,6 m, a hídfő magassága 5,2 m. A tartószerkezet és a hídfő sarokmerev kapcsolatú, integrált hídról van szó. A modell teljes hossza 96 m, szélessége 75 m, mélysége 20 m. A dinamikus vonat terhelésének hullámterhelésének minimalizálása érdekében oldalsó peremein viszkózus határfelületi elemeket alkalmaztam. A talajokat HS-small modellel írtam le, mely a korábbi Sínek Világa cikkekben részletezett összefüggéseket használja. A zúzottkő ágyazatra Mohr-Coulomb-, a vasbeton szerkezetekre lineárisan rugalmas anyagmodellt alkalmaztam. A bevitt paramétereket az 1. fejezetben a terhelési folyamatok és építési fázisok modellezése foglalja össze.
Építési és terhelési folyamatok
A hídépítés során hét építési módszert vizsgáltam különböző építésütemezési változatokkal. 1) Cölöpözés, hídfő és felszerkezet építése után két lépcsőben, köztük 120 napot várva a háttöltés és a csatlakozó folyópálya töltése, majd teljes konszolidáció. Így a töltés okozta konszolidációs süllyedések terhelik az összes épített szerkezetet. 2) Cölöpözés, hídfőépítés után a háttöltés és csatlakozó töltés két lépcsőben, 120 napos pihentetéssel, majd teljes konszolidáció; a felszerkezet nem kerül terhelésbe a konszolidációt megelőző időszakban. 3) Folyópálya töltésének korai kétlépcsős építése után konszolidáció, majd a hídépítés megkezdése 60 nap után. 4) Cölöpözés és hídfő megépítése után félmagasságú háttöltés és csatlakozó folyópálya, 120 nap után a felszerkezet, majd a teljes töltés, végül konszolidáció. 5) A agyagréteg előzetes javítása után egymást követik az építési fázisok: cölöpözés, hídfőépítés, felszerkezetépítés, töltések emelése egy lépcsőben; a teljes konszolidáci kivárása után vasúti felépítmény. 6) A mélykeveréses talajjavítást drénszalagokkal, majd cölöpözés, hídfő és felszerkezet építése, töltések, végül teljes konszolidáció. 7) Cölöpözés, hídfő és felszerkezet építése után egy lépcsőben megépül a háttöltés és a csatlakozó folyópálya töltése, majd a teljes konszolidáció.
A modellezések fázisai: 1) kezdeti állapot; 2) talajkiemelés, talajvízszint-süllyesztés a cölöpözéshez; 3) cölöpözés; 4) cölöpösszefogó gerenda építése; 5) az ismertetett fázisok szerinti sorrendben épül a hídfő, a felszerkezet és a töltés; 6) teljes konszolidáció kivárása; 7) 35 cm vastag zúzottkő alsó ágyazat elhelyezése; 8) keresztaljak fektetése; 9) sínek beépítése; 10) felső ágyazat építése; 11) vonat áthaladása 120 km/h sebességgel. Az 1-4. fázisokban plasztikus, az 5-10. fázisokban konszolidációs, a 11. lépésben dinamikus számítást alkalmaztam.
A teljes konszolidációt az határoztam meg, amikor az agyagrétegben a töltésteher okozta többlet-pórusvíznyomás ∆u értéke mindenhol < 5 kPa legyen. A mélykeveréses talajjavítást úgy modelleztem, hogy a javított agyagot E = 40 MPa rugalmassági modulusú és egy nagyságrenddel nagyobb áteresztőképességű Linear Elastic közegként vettem számításba. A teljes cikk megtalálható a folyóirat 2019/3. számában.
Az eredmények alapján a legújabb dinamikus modulokkal végzett modellezés lehetővé teszi a vonat terhelés dinamikájának pontosabb figyelembevételét, a talajhullámterjedés hatását a csatlakozó szerkezetre, és a háttöltéses koncepciók hatékonyabb alkalmazását a hídfőknél. A módszertan lehetővé teszi a különböző építési ütemezések összehasonlítását és a konstrukciók hosszú távú stabilitásának előrejelzését.
tags: #javitott #hattoltes #epitese