A cikk szerzője:

Vörös József okleveles építőmérnök, ny. mérnök főtanácsos

Evers Antal nyugalmazott mérnök, főtanácsos

Hőhatás és hőmozgás a vasúti hidaknál

A vasúti pálya és híd kölcsönhatásában fontos szerepe van a pálya és annak tartozékát képező hidak eltérő hőmozgásának. A kapcsolódó határterületek előírásainak ismerete és figyelembevétele a hidak tervezésénél, vizsgálatánál és főleg azok karbantartásánál elengedhetetlen. A cikk az utóbbi időszak utasításkorszerűsítéseit és az új szerkezeti megoldásokat is figyelembe véve a vonatkozó előírásokra és azok összefüggéseire hívja fel a kedves olvasók, tervezők és üzemeltetők figyelmét. Egyben javaslatot tesz arra, hogy a cikkben leírtak értékelését és elfogadását követően annak megállapításait az utasítások korszerűsítését végző szakemberek munkájuk során vegyék figyelembe.

A rögzített fix pont nélküli hídszerkezet azonban pályairányban szabadon elmozdulhat, elkúszhat, ami természetesen nem engedhető meg. Az elvándorlást különleges kialakítású mozgó saruk alkalmazásával tervezték elkerülni. Tehát ennek a hídnak a szerkezetét csak mozgó saruk támasztják alá. Ezeknek a saruknak a különlegessége az, hogy az alsó öntvényük felső kialakítása nem sík, hanem vagy homorú gömbsüveges, vagy homorú hengeres (2. ábra).

2. ábra. A gömbsüveg sarú hosszmetszete [4]
Az ilyen kialakítású saruk az eltolódott szerkezetet „visszakényszerítik” beépítési helyzetükbe. Tehát, ha megszűnik a szerkezetvég eltolódása, akkor a szerkezet visszacsúszik az eredeti semleges hőmérsékleti helyzetébe, azaz a saruk is visszaállnak középállásba, a stabil egyensúlyi állapotba. Ez abból adódik, hogy a hőhatás miatt bekövetkezett elmozdulás következtében a szerkezet a támaszerő ellenére kismértékben megemelkedik annak következtében, hogy a saru közbenső eleme felcsúszik az alsó saruelem gömb­süveges vagy hengeres felfelé görbülő ferde felületére. Ennek következtében minden mozgó sarunál létrejön egy lejtő irányú tolóerő, amely a hosszváltozás megszűnése során visszacsúsztatja a szerkezetet és a saruk közbenső elemét eredeti helyzetükbe. A rácsos szerkezet végein és a hídfőkön a pályaszinttorzulás (felemelkedés) elkerülése céljából az 1. ábra szerint, vízszintes síkkal kialakított sarut építettek be, ami közömbös egyensúlyi állapotot teremt. A hiányzó fix saruk pótlására különleges lökésközvetítő készülékeket (hidraulikus féktámasz) helyeztek el (3. és 4. ábra).

3. ábra. Hidraulikus féktámasz a hídfőkamrában4. ábra. A hídvég kialakítása
Ezek a készülékek a lassan bekövetkező híddilatációs mozgások hatására összenyomódnak (megrövidülnek) vagy kitágulnak (meghosszabbodnak), a hirtelen végzett fékezésből származó erő hatására azonban csak elhanyagolható mértékben változik meg a hosszméretük, ezért a teljes fékezőerőt át tudják adni a hídfőkre. Ezek a készülékek is gátolják a hídszerkezet elvándorlását.
Meg kell említeni azt is, hogy ezen a hídon a vasúti pálya rugalmasan beágyazott sínű. A következőkben igazolni fogjuk, hogy a pálya sínjei és a hídszerkezet általában nem azonos mértékben dilatálnak. E híd tervezésénél ezt a dilatációs különbséget elhanyagolhatónak tartották, annak ellenére, hogy a hídon a sínek hossza a hídszerkezettel egyezően 674 m. De kérdés, hogy helyesen-e? Ugyanis a gyakorlatban a dilatációs különbség a sínbeágyazó ragasztónak a sínvályú vagy a sín felületéről történő leválását okozhatja. A MÁV, a híd forgalomba helyezésétől kezdve, monitoringrendszert működtet és a hídszerkezet állapotával kapcsolatban napjainkban is folyamatos méréseket végeztet. Ezek eredményeiről annyit tudunk, hogy eddig rendkívüli helyzetre utaló eredmények nem voltak [4]. A híd III. fokú fővizsgálata és a folyamatosan végzett mérések összefoglaló eredményeinek kiértékelése során derülhet ki, hogy a különleges mozgó saruk jól működnek-e, a beágyazott sínek a hídvégeknél nem húzódtak-e be vagy nem nyomódtak-e ki a megengedhetőnél jobban, vagyis, hogy helyes volt-e elhanyagolni a pályasín és a hídszerkezet eltérő mértékű hőmozgását.

A határhőmérsékleti értékek figyelembevétele

Ismerni kell a vizsgált elem tervezésénél figyelembe veendő, a hőtágulást okozó hőmérséklet legnagyobb és legkisebb hőmérsékleti értékeket. A honosított európai szabványok (MSZ EN) alapján készült H.1.2. Utasítás szerint, a hőmérsékleti értékek rendre megváltoztak, és így, ha nem is jelentős mértékben, de megváltoztak – megnőttek – a hídszerkezetek semleges hőmérsékleti értékei is. Az Utasítás szerint a tervezésnél figyelembe veendő legmagasabb és a legalacsonyabb szerkezeti hőmérsékleti értékeket az ott közölt 5–25. ábra segítségével kell a tervezésnél esetenként meghatározni. Itt kell megemlíteni, hogy az ehhez szükséges, Magyarországon érvényes levegő-hőmérsékleti értékeket (+35 és -15 °C ) az MSZ EN 1991-1-5:2005 szabvány, NA nemzeti mellékletének NA1.2 pontja tartalmazza. Az ott közölt ábra három hídtípust nevez meg: 1. típus az acélhíd, 2. típus az öszvér híd, a 3. típus pedig a vasbeton híd. Az 5. ábrán, az általunk kiegészített eredeti ábrában, szaggatott vonalakkal bejelöltük a szükséges értékek előírt módon történő megállapításának módját és eredményét, bejelölve a semleges hőmérsékleti értékeket is. Hidaknál  a semleges hőmérséklet ismerete azért fontos, mert a hídszerkezeztet alátámasztó mozgó hídsarukat, valamint a sín- vagy egyéb dilatációs szerkezeteket ezen hőmérsékleti állapotban levő hídszerkezet esetén kell középállásba állítani.
Az EC nem közli a három hídtípus grafikonvonalainak geometriai egyenleteit, ennek hiányában nem lehet a grafikonvonalakat egzakt módon a koordináta-rendszerben megszerkeszteni. Az átvett ábra adatai alapján a szerkesztéshez szükséges adatokat is feltüntettük az 5. ábrán, amelyek segítségével az x-y koordináta-rendszerben megszerkeszthetők a grafikonvonalak és később lehetővé válik a grafikonok ellenőrzése is. A grafikonvonalak 45 fokban emelkednek a koordináta-rendszer 0 pontjától jobbra. Az acélszerkezet felső 1/a vonalrészének meghosszabbítása az y tengelyt 16 foknál, az alsó 1/b vonalrésze pedig mínusz 3 foknál metszi, és balra lefelé folytatódik. Az öszvér szerkezet felső 2/a vonalrészének meghosszabbítása az y tengelyt 4 foknál, az alsó 2/b vonalrésze pedig 5 foknál metszi, és balra lefelé folytatódik. A vasbeton szerkezet felső 3/a vonalrészének meghosszabbítása az y tengelyt 1 foknál, az alsó 3/b vonalrésze pedig 8 foknál metszi, és balra lefelé folytatódik.
A grafikon az árnyékban mért legalacsonyabb/legmagasabb léghőmérséklet (Tmin/Tmax) és a hídszerkezet legalacsonyabb/legmagasabb egyenletes hőmérséklet-változás (Temin/Temax) közötti összefüggést ábrázolja.
Az ebben szereplő hídtípusokra és a D. 12/H. Utasítás szerint a sínre vonatkozó hőmérsékleti értékek Celsius-fokban kifejezett értékeit az 1. táblázatban foglaltuk össze.


A fentiek szerint a hídszerkezet tervezésénél, építésénél és karbantartásánál nem a korábbi előírásokban előírt levegő hőmérséklete, hanem a szerkezet hőmérséklete szerint kell eljárni. A H.1.2. Utasítás azonban nem ad tájékoztatást arról, hogy a szerkezeti hőmérsékletet a hídvizsgálatok alkalmával hol, hogyan és hány helyen kell mérni, és a mérésekből hogyan kell a szerkezeti hőmérsékletet megállapítani. A híd tervezőjének lenne a feladata a tervezés során, a hídkarbantartási utasításban ezt meghatározni. Ezzel kapcsolatban megemlítjük, hogy a hőmérséklet-változások a hajnali időszakban a legkisebbek. Tehát ebben az időszakban célszerű a szükséges méréseket és a beszabályozásokat elvégezni. A fent leírtak alapján célszerűnek tartanánk az Utasítás 5–25. ábrájának a módosítását az itt közölt 5. ábrának megfelelően, így elkerülhető a hibás hőmérséklet alapján történő tervezés.

A cikk folytatódik, lapozás:« Előző1234Következő »

Irodalomjegyzék

  • [1] Forgó Sándor: Az acélhíd és a felépítmény kölcsönhatásai – I. rész. Sínek Világa 1964;1.
  • [2] Forgó Sándor, Pintácsi György. A hézagnélküli felépítmény kialakítása vasúti hidakon. Sínek Világa 1982;1.
  • [3] Solymosi Imre. Az Északi vasúti Duna-híd tervezése. Sínek Világa 2009. évi különszám
  • [4] Tóth Axel Roland. Az Északi vasúti Duna-híd üzemeltetési tapasztalatai. Sínek Világa 2012;3-4.
  • [5] Evers Antal. Rugalmasan ágyazott vasúti pálya átvezetése hídon. Sínek Világa 2003. évi különszám
A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2021 / 1. számában.
Ha szeretne rendszeresen hozzájutni a legfrisebb számokhoz, fizessen elő a folyóiratra.
A hozzászólások megtekintéséhez vagy új hozzászólás írásához be kell jelentkeznie!
Sínek Világa A Magyar Államvasútak Zrt. pálya és hídszakmai folyóirata
http://www.sinekvilaga.hu | ©