A cikk szerzője:

Dr. Horvát Ferenc ny. főiskolai tanár

Szálerősített műanyag- kompozit gyaloghidak

A szálerősített műanyag-kompozit anyagú hidak alkalmazása kb. két évtizedes múltra tekint vissza. Több előny között a kedvező szilárdság-tömeg arány, a kialakítható keresztmetszetek változatossága, a könnyű építhetőség, a korrózióállóság vasúti gyaloghidak építésénél jól hasznosítható. A cikk az oroszországi APATEK cégcsoport által gyártott, a gyaloghidak tartószerkezeti elemeinél használt SZPPSZ–240 és SZPPSZ–340 típusú anyagok fizikai-mechanikai tulajdonságaival foglalkozik. Röviden ismerteti a legfontosabb általános tervezési irányelveket is.


A fárasztást előre meghatározott ciklusszámok elérésekor megszakítottuk, és statikus terheléseket végeztünk a gerendapáron, hogy megállapítsuk, hogyan változik a maximális teher (160 kN) alatt a lehajlás a fárasztás hatására. A mért lehajlási értékek minden esetben 5,8–5,9 mm között voltak, tehát az elvégzett fárasztás a tartó lehajlási viselkedésében változást nem okozott. 
A Széchenyi Egyetem Elektrotechnika La­boratóriumában elvégzett villamos vizsgálatok alapján megállapítottuk, hogy a próbatestek és a velük azonos műszaki jellemzőjű anyagdarabok villamosan szigetelők, mivel átütési szilárdság értékeik meghaladják a 250 kV/cm értéket. Ugyanakkor az MSZ EN 61340 szabvány meghatározása szerint elektrosztatikailag nem vezetők, mert fajlagos térfogati ellenállásuk magasabb, mint 104 Ωm. Megfelelő kialakítással elektrosztatikailag földelhetők, mivel az MSZ EN 61340 szabvány által – a levezetési ellenállásra – meghatározott 106 Ω teljesíthető.

4. Az APATEK cég termékei

Az APATEK cég lapos és szögelemet, zártszelvényt, U tartót és I tartót, valamint csőszelvényű elemeket gyárt. Az I tartók méretválasztékát a 2., az U tartókét a 3. táblázatban foglaltuk össze. 


A tartószerkezeti profilelemeket az alábbi feltételek szerint lehet alkalmazni:
• hőmérséklet-intervallum: –60 °C… +80 °C,
• páratartalom: száraz, normál, nedves,
• a külső környezet agresszivitási fokozata: nem agresszív, enyhén agresszív,
• tűzvédelem: mérsékelten éghető anyag, mérsékelten tűzveszélyes anyag.
A pultrudált szelvények kapcsolatai lehetnek csavarozottak és ragasztottak is, de egy kapcsolaton belül csak azonos típusú kötések (vagy csavarozott, vagy ragasztott) lehetnek.

5. Általános tervezési irányelvek

Magyarországon szálerősített műanyag-kom­pozit anyagú szerkezetek tervezésére vonatkozó szabványok, előírások nincse­nek. Ez a probléma a legtöbb európai or­szágban fennáll, így az ilyen anyagú szer­kezetek kísérleti jelleggel, ideiglenes előírások, illetve ajánlások alapján készülnek. Az Egyesült Királyságban viszont már 2005 májusa óta érvényben van a BD 90/05 jelű ágazati tervezési útmutató, melynek 17. része foglalkozik szálerősített műanyag-kompozit anyagú hidak és autópálya-szerkezetek tervezésével.
A méretezés célja – mint általában, itt is – annak bizonyítása, hogy a tervezett szerkezet a szabványokban előírt terhek és hatások, illetve azok kombinációi esetén nem lépi túl a teherbírási és a használhatósági határállapotokat. A szálerősített műanyag-kompozit termékek anyagjellemzői azonban jelentősen különböznek a szokásos szerkezeti anyagok (acél és vasbeton) anyagjellemzőitől, ezért az ilyen anyagú szerkezetek tervezése sok tekintetben eltér a hagyományos anyagú tartószerkezetekétől.
A jelenleg használatos szálerősített műanyag-kompozit anyagok és szerkezeti elemek az acélhoz viszonyítva általában nagy szilárdsággal és kis merevséggel ren­del­keznek. Ezért a tervezés szempontjából inkább a lehajlások, mintsem a feszültségek, azaz inkább a használhatósági, mintsem a teherbírási határállapotok a mértékadóak.
A szálerősített műanyag-kompozit anya­­gok esetén a legnagyobb tervezési feszültség és szakítószilárdság aránya lényegesen kisebb, mint a szerkezeti acéloknál. Ennek egyik oka az, hogy ezek az anyagok törésig rugalmasan viselkednek (a törést nem előzi meg folyás), így képlékeny igénybevétel-átrendeződés nem léphet fel úgy, mint az acélszerkezetek esetében. További ok, hogy belső repedések miatt egyes szálak teherbírása csökken, illetve tartós terhelés esetén a gyantában lassú alakváltozás lép fel. Hídépítés területén a szálerősített műanyag-kompozit anyagokkal kapcsolatban viszonylag kevés tapasztalat gyűlt össze eddig, ezért a hosszú távú viselkedésüket illetően van még bizonytalanság. Az előbbiekből következik, hogy a számításokban lényegesen nagyobb parci­ális tényező alkalmazása szük­séges, mint a hagyományos szerkezeti anyagok esetén.
Tehát a szálerősített műanyag-kompozit anyagból készült szerkezetek tervezését befolyásolják a hagyományos szerkezeti anyagokétól lényegesen eltérő anyagjellemzők. Ezek hatással lehetnek a kész szerkezet viselkedésére és a szerkezet gyártására, szállítására és szerelésére is. A legfontosabb különbségek:

  • Az igen kicsi önsúly különböző összeszerelési és szállítási módokat enged meg.
  • A szálerősített műanyag-kompozit anyagok általában lineárisan rugalmasan viselkednek törésig, azaz nincs a szerkezeti acélokra általában jellemző képlékenységük, ezért a képlékenységet is figyelembe vevő számítási módszerek alkalmazása nem megengedett.
  • A szálerősített műanyag-kompozit anyagok tulajdonságai a vizsgált iránytól is függenek, és függvényei a szálak szilárdságának és mennyiségének. Egyirányú szálak esetén a keresztirányú jellemzők nagyon alacsony értékűek.
  • A lokális feszültségkoncentráció hatása a szálerősített műanyag-kompozit anyagok kis duktilitása miatt más, mint acél esetén lenne. Ezért a kapcsolatok, illesztések, lyukak stb. hatása is különböző. A tervezőnek az adott terheléssel összefüggésben vizsgálnia kell ezeket a hatásokat.
  • A lokális feszültségkoncentráció korlátozása érdekében különös figyelmet kell fordítani a saruk és csuklók kialakítására, valamint a korlátok és egyéb szerelvények rögzítésének tervezésére.
  • Különös figyelmet kell fordítani azokra a terhekre, amelyek nem a szálak főirányában hatnak.
  • A szálerősített műanyag-kompozit anya­goknak az acélhoz viszonyítva lényegesen kisebb rugalmassági modulusa nagyobb elmozdulást és dinamikus hatást eredményez. A stabilitásvesztés is gyakoribb, mint az acélszerkezetek esetében.
  • A használhatóságot inkább a lehajlások, mintsem a feszültségek korlátozzák. Az üzemi feszültségeknek a szilárdsághoz viszonyított aránya sokkal kisebb, mint az acélszerkezeteknél.
  • Különböző tönkremeneteli módok lehetségesek. A mikroszkopikus méretekkel kezdődő károsodások a szerkezeten csak alig látható elváltozásokat okoznak.

 

A cikk folytatódik, lapozás:« Előző1234
A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2016 / 5. 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 | ©