Falazott hídszerkezetek dinamikai vizsgálata mozgó teherre

A tégla- és kőboltozatú hídszerkezetek Európa vasúti hálózatának szerves részét képezik, mi sem bizonyítja ezt jobban, minthogy mindmáig közel 200 000 falazott hídszerkezet van használatban, amely a teljes hídállomány 60%-át képezi [1]. A szerkezetek életkora jellemzően meghaladja a 100 esztendőt, míg ezalatt a forgalmi terhek drasztikusan növekedtek [2]: a tengelyterhelések (+20%) mellett a szerelvények haladási sebessége is jelentős mértékben emelkedett. A vasúti szerelvények, mint mozgó teher tekintetbe vétele komplex vizsgálatot igényel: (a) egyrészről az alkalmazott modellnek nemcsak a boltozat, hanem a felette elhelyezkedő háttöltés és pályalemez hatását is figyelembe kell vennie, (b) másrészről a szerelvény különböző sebességgel történő haladó mozgásából ébredő hatások dinamikai vizsgálat alkalmazását követelik meg.

A falazott boltozatok erősen nemlineáris mechanikai viselkedést mutatnak [3]: a terhelés növekedésével az építőelemek között repedések léphetnek fel, a szomszédos elemek megcsúszhatnak egymáson, ezért a modellezés során a rendszer diszkrét jellegének figyelembe vétele elengedhetetlen. A boltozat feletti háttöltésnek kiemelt jelentőségű szerepe van: (i) javítja a szerkezet tehereloszlását, (ii) szétoszlatja a „koncentrált” járműterhet, (iii) passzív földnyomást kifejtve gátolja a boltozat vízszintes elmozdulását [4].

A gyakorlatban alkalmazott eljárások a falazott hídszerkezet vasúti terheinek dinamikus hatását a statikus vizsgálat eredményeinek dinamikai tényezőkkel való megváltoztatásával veszik figyelembe [5]. Ezzel szemben más kutatók [6, 7] tényleges dinamikai vizsgálatot végeznek el a mozgó teher modellezésére, azonban a numerikus modelljeikben tipikusan lineárisan rugalmas anyagi viselkedést tételeznek fel. Ennek hátránya, hogy a boltozat ismétlődő teherciklusok hatására történő degradációja (pl. habarcs húzószilárdságának és kohéziójának elvesztése) nem vehető figyelembe. A jelenleg alkalmazott módszerek hiányosságai miatt egyre növekvő igény van olyan modellek kidolgozására, melyek egyszerre modellezik a dinamikus hatást és a nemlineáris szerkezeti viselkedést.

A kutatás során a hídszerkezet diszkrét elemes szoftverrel kerül modellezésre, melyben a boltozat elemei különálló diszkrét blokkokként jelennek meg, míg a feltöltés rugalmas-képlékeny modell segítségével kerül figyelembe vételre. Az alkalmazott szoftver e diszkrét rendszerhez tartozó mozgásegyenleteket oldja meg explicit időintegrálással, így lehetővé válik a mozgó teherhez tartozó dinamikai vizsgálat elvégzése. A kutatás során a korábban elkészített és kísérleti eredmények alapján kalibrált, a boltozatot és feltöltést egyaránt tartalmazó modellek felhasználásával a mozgó teher okozta dinamikai hatások kerülnek vizsgálatra. A vizsgálat célja egy rögzített hídgeometrián különböző sebességgel áthaladó tehercsoport dinamikai vizsgálata. A vizsgálatban összehasonlításra kerülnek a különböző sebességgel haladó tehercsoportok által keltett dinamikus elmozdulások az azonos tehercsoporthoz tartozó statikus elmozdulásokhoz viszonyítva. Meghatározásra kerül a vizsgált hídhoz tartozó kritikus sebesség, amely megmutatja, hogy a dinamikus hatás mekkora sebességnél a legmagasabb a vizsgált teherelrendezés esetén.

[1] Brencich A, Morbiducci R. Masonry Arches: Historical Rules and Modern Mechanics. International Journal of Architectural Heritage. 2007;1:165-89.

[2] Acikgoz S, DeJong MJ, Kechavarzi C, Soga K. Dynamic response of a damaged masonry rail viaduct: Measurement and interpretation. Engineering Structures. 2018;168:544-58.

[3] Forgács T, Sarhosis V, Bagi K. Influence of construction method on the load bearing capacity of skew masonry arches. Engineering Structures. 2018;168:612-27.

[4] Toth AR, Orban Z, Bagi K. Discrete element analysis of a stone masonry arch. Mech Res Commun. 2009;36:469-80.

[5] LimitState. LimitState:RING User's Manual: LimitState Ltd.; 2014.

[6] Rafiee-Dehkharghani R, Ghyasvand S, Sahebalzamani P. Dynamic Behavior of Masonry Arch Bridge under High-Speed Train Loading: Veresk Bridge Case Study. J Perform Constr Fac. 2018;32:04018016.

[7] Bayraktar A, Türker T, Altunişik AC. Experimental frequencies and damping ratios for historical masonry arch bridges. Constr Build Mater. 2015;75:234-41.

szerző

• 
  Rendes Szilveszter
  Építőmérnöki szak (műszaki alapdiploma BSc szint)
  alapképzés (BA/BSc)

konzulens

• 
  Forgács Tamás
  PhD hallgató, Tartószerkezetek Mechanikája Tanszék

helyezés