Únavové namáhanie plechu ortotropnych mostoviek železničných mostov s priebežným koľajovým lôžkom

Transkript

1 Únavové namáhanie plechu ortotropnych mostoviek železničných mostov s priebežným koľajovým lôžkom Ing. Richard Hlinka 2. Stretnutie katedier, 1. február 2006, Kočovce

2 Úvod rekonštrukcia a modernizácia tratí ŽSR zvyšovanie rýchlostí pre vyššie rýchlosti vlakov sa počíta s vybudovaním priebežného koľajového lôžka výhody priebežného koľajového lôžka možnosť dosahovať vyššie rýchlosti možnosť úpravy nivelety koľaje nižšie dynamické namáhaniu prvkov mostovky.

3 Oceľové doskové mostovky mostovkový plech vystužený v jednom alebo dvoch smeroch ortotropna mostovka priečne vystužená mostovka dosko-roštový most výhody malá stavebná výška po zmontovaní ihneď pojazdné odpadávajú mokré procesy výhodné pri rekonštrukciách

4 Ortotropna mostovka mostovkový plech hrúbka min. 14mm pozdĺžne výstuhy osová vzdialenosť mm väčšinou otvorené výstuhy priečne výstuhy zváraný I-nosník osová vzdialenosť 2,0-2,5m poloha mostovky horná dolná medziľahlá

5 Priečne vystužená mostovka mostovkový plech hrúbka min. 14mm bez pozdĺžnych výstuh priečne výstuhy zváraný I-nosník osová vzdialenosť 0,6m

6 Dosko-roštový most priebežný mostovkový plech štyri hlavné nosníky pre jednu koľaj osová vzdialenosť 1,0m ďalšie stuženie mostovkového plechu bez pozdĺžnych výstuh s pozdĺžnymi výstuhami priečne výstuhy (2,0-2,5m) nadpodperové na výšku hl. nosníkov medziľahlé polovičná výška hl. nosníkov

7 Ortotropne mostovky konštrukčné detaily určuje norma STN Navrhovanie oceľových mostov Cestné mosty hrúbka mostovkového plechu t min 12mm pre hrúbku asfaltu > 70mm t min 14mm pre hrúbku asfaltu od 40 do 70mm t min 10mm pre ostatné časti (chodníky,...) vzdialenosti stojín pozdĺžnych výstuh pre vozovky e 300mm a e/t 25 (e - vzdialenosť výstuh) pre ostatné časti e 400mm a e/t 40 hrúbka steny pozdĺžnej výstuhy uzatvorené výstuhy t 6mm otvorené výstuhy t 10mm Železničné mosty hrúbka plechu mostovky t min 14mm a t min e/40

8 Normový roznos pohyblivého zaťaženia cez koľajové lôžko v priečnom smere Roznos zaťaženia riešia normy STN Zaťaženie mostov Eurokód 1 Zásady navrhovania a zaťaženia konštrukcií, časť 3: Zaťaženia mostov dopravou STN rovnomerný roznos zaťaženia na šírku 3,0 m pri posudzovaní lokálneho namáhania plechu medzi výstuhami sa rovnomerné zaťaženie zvyšuje o 55% Eurokód 1 rovnomerný roznos pod sklonom 4:1

9 Normový roznos pohyblivého zaťaženia cez koľajové lôžko v priečnom smere 3,00 m STN Zaťaženie sa roznáša na šírku 3,00 m 4:1 4:1 Eurokód 1 Zaťaženie sa roznáša pod sklonom 4:1

10 Skutočný roznos pohyblivého zaťaženia cez koľajové lôžko v priečnom smere simulácie napätosti a pretvorenia koľajového lôžka metódou konečných prvkov výpočtový model MKP prof. Moravčík experimentálne overený model úprava - zemná pláň je nahradená konštrukciou mostovky. uvažuje zaťaženie prenášané len jedným podvalom využívajú sa výhody podmienok rovinnej deformácie použitý bol programový systém FEAT

11 Výpočtový model MKP F kn 100 kn Betónový podval B - 91 S Koľajové lôžko (E=100MPa) Mostovkový plech

12 Výsledky Reakcia v kontakte [kn] ,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Skutočný roznos STN Eurokód 1

13 Sledované vplyvy na priečny roznos vplyv hrúbky koľajového lôžka pod podvalmi vplyv modulu poddajnosti štrku v koľajovom lôžku kvalita štrku v koľajovom lôžku vplyv typu mostovky pod koľajovým lôžkom tuhosť mostovky v priečnom smere

14 Vplyv hrúbky koľajového lôžka parametrická štúdia (7 modelov) hrúbka koľajového lôžka pod podvalmi sa mení od 250 do 400mm s krokom 25mm závery roznos zaťaženia je na väčšiu šírku ako podľa normových prístupov so zväčšujúcou hrúbkou koľajového lôžka pod podvalmi dochádza k rovnomernejšiemu roznosu zaťaženia rovnomernejší roznos zaťaženia má za následok nižšie únavové namáhanie plechu mostovky

15 Vplyv hrúbky koľajového lôžka Reakcia v kontakte (kn) Reakcia v kontakte (kn) Hrúbka koľajového lôžka pod podvalom (mm) maximálna reakcia reakcia uprostred prieč. rezu

16 Vplyv modulu poddajnosti štrku v koľ. lôžku parametrická štúdia (7 modelov) modul poddajnosti koľajového lôžka sa mení od 60 do 120MPa s krokom 10MPa závery so zvyšujúcim sa modulom poddajnosti štrku v koľajovom lôžku dochádza k nerovnomernejšiemu roznosu zaťaženia. Narastá hodnota zaťaženia v mieste pod koľajnicami. nerovnomernejší roznos zaťaženia má za následok vyššie únavové namáhanie plechu mostovky

17 Vplyv modulu poddajnosti štrku v koľ. lôžku Reakcia v kontakte (kn) Reakcia v kontakte (kn) Modul pretvorenia štrku v koľ. lôžku (MPa) maximálna reakcia reakcia uprostred prieč. rezu

18 Vplyv priečnej tuhosti mostovky 5 modelov ŽB doska ortotropna mostovka horná dolná priečne vystužená mostovka dosko roštový most závery vyššia priečna tuhosť mostovky má za následok vyššiu hodnotu zaťaženia na úrovni plechu mostovky

19 Vplyv priečnej tuhosti mostovky Maximálna reakcia Reakcia uprostred prieč. rezu reakcia [kn] 90 reakcia [kn] nad priečnikom medzi priečnikmi nad priečnikom medzi priečnikmi 1 ŽB doska, 2 - dolná ortotropna mostovka, 3 - horná ortotropna mostovka, 4 priečne vystužená mostovka, 5 - dosko-roštový most

20 Vplyv hrúbky mostovkového plechu a vzdialenosti plochých výstuh na únavovú životnosť oceľových železničných mostov MKP model skutočného mosta Experimentálne meranie na danom moste Doladenie MKP modelu Parametrická štúdia na zistenie vplyvu hrúbky a vystuženia mostovkového plechu na jeho únavovú životnosť Závery

21 MKP model modelovaný mostný objekt oceľový železničný most v km 335,312 trate Košice Žilina plnostenná trámová konštrukcia vystužená oblúkom so zvislicami a dvoma diagonálami v strede mosta ortotropna mostovka v priebežným koľajovým lôžkom rozpätie mosta 112,0 m vzopätie 18,0 m osová vzdialenosť hlavných nosníkov 7,1m model vytvorený v programe FEAT prútový model v sledovanom mieste dosko-stenový model zjednodušený model MKP

22 MKP model

23 Experimentálne sledovanie napäťovej odozvy tenzometrické meranie októbra 2004 sledované miesta prejazd 46 vlakových súprav 24 nákladných vlakov 12 expresných vlakov 8 osobných vlakov 2 špeciálne vlakové súpravy L - Longitudinal strain gauge T - Transverse strain gauge meracie zariadenie: SPIDER 8, tenzometre 6/120LY11 od firmy HBM spracovanie záznamu: software CatMan 4.0

24 Porovnanie výsledkov 30,0 25,0 Napätie (MPa) 20,0 15,0 10,0 5,0 Priebeh napätia v pozdĺžnom smere (spodný okraj pozdĺžnej výstuhy) 0,0-5, Čas (s) Namerané Vypočítané 16,0 Priebeh špičky napätia v priečnom smere (prípoj pozdĺžnej výstuhy na plech mostovky) Napätie (MPa) 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0, Čas (s) Namerané Vypočítané

25 Porovnanie výsledkov Napätie (MPa) 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0, Čas (s) Priebeh napätia v pozdĺžnom smere (prípoj pozdĺžnej výstuhy na plech mostovky) Namerané Vypočítané Priebeh napätia v pozdĺžnom smere (plech mostovky medzi výstuhami) Napätie (MPa) 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0, Čas (s) Namerané Vypočítané

26 Parametrická štúdia model zmena hrúbky mostovkového plechu od 12 do 22mm s krokom po 2mm zmena vzdialenosti pozdĺžnych výstuh od 375 do 600mm s krokom po 25mm sledované veličiny priečne napätia v mieste pri výstuhe (špičky napätia) priečne napätia v strede medzi pozdĺžnymi výstuhami pozdĺžne napätia v mieste pri výstuhe (špičky napätia) pozdĺžnene napätia v strede medzi pozdĺžnymi výstuhami

27 Závery Zatiaľ predbežné výsledky výrazný vplyv ťahovej sily z oblúka na napätia v pozdĺžnom smere výrazný membránový účinok plechu medzi výstuhami Poznatky Experimentálne meranie napäťovej odozvy od aktuálneho prevádzkového zaťaženia a jej vplyvu na únavovú odolnosť mosta je veľmi náročné. Reálnym riešením sa ukazuje vytvorenie výpočtového modelu konštrukcie pomocou MKP programu a jeho následné doladenie na základe krátkodobého experimentálneho merania. Na takto overený výpočtový model potom možno aplikovať ľubovoľné zaťaženie dopravou. Je však veľmi dôležité, aby model čo najviac vystihoval skutočný most, alebo jeho časť.

28 ĎAKUJEM ZA POZORNOSŤ