közlekedésépítési szemle - Széchenyi István Egyetem
közlekedésépítési szemle - Széchenyi István Egyetem
közlekedésépítési szemle - Széchenyi István Egyetem
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
0<br />
2010. AUGUSZTUS<br />
KÖZLEKEDÉSÉPÍTÉSI SZEMLE 60. ÉVFOLYAM, 8. SZÁM<br />
A GEORÁCS ERôSÍTÉSû VASÚTI ZÚZOTTKô<br />
ÁGYAZAT DISZKRÉT ELEMES MODELLEZÉSI<br />
LEHETôSÉGEI<br />
FISCHER SZABOLCS 1 – DR. HORVÁT FERENC 2<br />
1. Bevezetés<br />
A zúzottköves-keresztaljas vasúti vágány geometriai stabilizálására,<br />
azaz a fekvésgeometria romlási ütemének lassítására többféle<br />
lehetôség létezik. Ezek általában geotechnikai alapúak, de<br />
számos felépítményszerkezeti megoldás is létezik. A geotechnikai<br />
alapú megoldások csoportjába a különbözô altalaj-, valamint<br />
alépítménymegerôsítések (pl. stabilizációk, geomûanyagos<br />
erôsítések), a felépítményszerkezeti változtatásokhoz pedig<br />
például a nagyobb tömegû keresztaljak és vasúti sínek, a kedvezôbb<br />
leszorító erôt és keretmerevséget biztosító rugalmas<br />
sínleerôsítések tartoznak. A fekvésgeometria tartósságának<br />
biztosítására az utóbbi idôben kezdôdtek kísérletek közvetlenül<br />
a zúzottkô ágyazat alá fektetett georácsokkal. Az utóbbi három<br />
évtizedben széleskörûen elterjedtté vált a geomûanyagok<br />
talajanyagok erôsítésére történô használata. A geomûanyagok<br />
általánosságban véve a talajok egyes – az építendô szerkezet<br />
szempontjából – hiányzó tulajdonságait hivatottak pótolni.<br />
Leggyakrabban többlet húzó- és esetenként nyírószilárdságot<br />
biztosítanak a földszerkezeteknek. Ilyen típusú talajerôsítésnél<br />
a talajanyag a nyomóerô mellett – a megfelelô talaj–georács<br />
kapcsolat fennállása esetén, a hossz- és keresztirányú georács<br />
bordák, valamint a csomópontok révén – húzóerôk felvételére<br />
is képes, így közel hasonló elven mûködô szerkezetet kapunk,<br />
mint a vasbeton, ahol a nyomóerôk jelentôs részét a beton, míg<br />
a húzóerôket a betonacélok veszik fel.<br />
A georácsos ágyazaterôsítést úgy kell elképzelni, hogy közvetlenül<br />
a zúzottkô ágyazat alá, ritkább esetben magába a zúzottkô<br />
ágyazatba helyeznek el vízszintes – vagy közel vízszintes – síkban<br />
fekvô georácsokat. Ezeknek a bordái közé be tudnak ékelôdni<br />
az alul fekvô zúzottkô szemcsék, s ezzel egy összefogott réteg<br />
alakul ki, melyre azután kapaszkodva ráülnek a további rétegek<br />
szemcséi. Így az ágyazatban úszó, dinamikus hatásoknak kitett<br />
keresztaljas vágány geometriailag stabilabb, a fekvéshibák kialakulásával<br />
szemben ellenállóbb lesz. Ezt a beékelôdésbôl származó<br />
hatást a nemzetközi irodalomban „interlocking effect”-nek<br />
nevezik (1. ábra). Az ilyen módon alkalmazott georácsnak azonban<br />
csak bizonyos „h” rétegvastagságig van többlet összetartó<br />
hatása.<br />
1. ábra: Az interlocking hatás szemléltetése (Rakowski és Kawalec,<br />
2009)<br />
Jelen cikk célja, hogy a georács erôsítésû vasúti zúzottkô ágyazat<br />
diszkrét elemes modellezési lehetôségeirôl átfogó képet nyújtson<br />
a hazai és a nemzetközi irodalmak alapján, valamint a <strong>Széchenyi</strong><br />
<strong>István</strong> <strong>Egyetem</strong> Közlekedésépítési és Településmérnöki Tanszékén<br />
folyó, ezzel a témakörrel foglalkozó kutatás célkitûzéseit<br />
megfogalmazza.<br />
2. szemcsés AnyAgok számítógépes modellezése<br />
Közvetlenül a vasúti zúzottkô ágyazat alá beépített georáccsal<br />
erôsített vágányt véges elemes (FEM), vagy diszkrét elemes programokkal<br />
(DEM) szokás modellezni, két vagy három dimenzióban.<br />
Véges elemes programmal az altalaj, a georács, a zúzottkô szemcsehalmaz,<br />
a keresztalj egy-egy szerkezeti elemként van modellezve,<br />
amelyeket a számítás során vagy külön elemként kezel a<br />
program, vagy hálógenerálás révén véges számú belsô csomópont<br />
segítségével elemekre oszt fel. Ezt követôen anyagmodellek,<br />
kapcsolati tulajdonságok stb. alapján numerikus módszereket<br />
alkalmazva, vagy differenciálegyenleteket megoldva szolgáltat<br />
eredményeket. Ezek az eredmények általában erôk, feszültségek,<br />
alakváltozások. Véges elemes programokat talajanyagból való<br />
georács kihúzásvizsgálatoknál (Perkins és Edens, 2003, Shuwang<br />
et. al., 1998), valamint például vasúti vágányoknál a drénezés<br />
hatásvizsgálatánál is alkalmaztak (Indraratna et. al., 2007). Ezekkel<br />
azonban jelen cikkben nem foglalkozunk, csak a lehetséges<br />
felhasználási területek kicsit bôvebb bemutatása miatt említettük<br />
meg.<br />
Diszkrét elemes programok esetén az a lényeg, hogy a szemcsehalmazt<br />
meghatározott átmérôjû gömbökként, vagy metszôdô<br />
gömbök együtteseként, más néven összetett szemcsékként kezelik<br />
úgy, hogy minden szemcse egy-egy diszkrét, azaz különálló<br />
elem. A szemcsehalmazt a vizsgálattal meghatározott szemeloszlási<br />
görbe alapján szokás generálni a zúzottkô ágyazat<br />
modellezéséhez (ennek megoldása kicsit bonyolultabb; részben<br />
a 3. fejezetben bemutatjuk az eljárást), de egyéb problémák<br />
megoldásánál véletlenszerû generálás is elképzelhetô. A program<br />
számára általában a szemcsék mechanikai tulajdonságait és<br />
a szemcse–szemcse, illetve a szemcse–fal közötti érintkezések,<br />
kapcsolatok paramétereit kell megadni. Egyes diszkrét elemes<br />
numerikus programok (PFC, OVAL, Contact Dynamics) végtelen<br />
merevnek tekintik a szemcséket, és az anyaghalmaz összes mechanikai<br />
tulajdonságát a szemcsék közötti kapcsolatba sûrítik,<br />
amely kapcsolatok egyben deformálhatóak is. Ezzel szemben<br />
léteznek olyan szoftverek, amelyek deformálható elemeket alkalmazó<br />
modellt használnak, ilyen pl. az UDEC. Deformálható<br />
elemek esetén anyagmodellek, feszültség–alakváltozás közötti<br />
összefüggések szükségesek a számításhoz, míg a végtelen merev<br />
szemcsék és deformálható kapcsolatok alkalmazása esetén<br />
1 Okleveles építômérnök, egyetemi tanársegéd, <strong>Széchenyi</strong> <strong>István</strong> <strong>Egyetem</strong> Közlekedésépítési és Településmérnöki Tanszék, e-mail: fischersz@sze.hu, szabolcs.fischer@gmail.com<br />
2 Okleveles építômérnök, a közlekedéstudomány kandidátusa, fôiskolai tanár, <strong>Széchenyi</strong> <strong>István</strong> <strong>Egyetem</strong> Közlekedésépítési és Településmérnöki Tanszék, e-mail: horvat@sze.hu
Change language