Modellezett rendszer

Egy jellegzetes kétvágányú vasúti hidat, a hozzá csatlakozó folyópályát és a teljes pályaszakaszon áthaladó vasúti teher süllyedésre gyakorolt hatását vizsgáltam a Plaxis 3D végeselemes szoftver dinamikus moduljának segítségével [6]. A 3. ábrán látható a híd és a csatlakozó folyópálya hosszmetszete a talajprofillal együtt.

A felső 15 m vastag puha agyag alatt tömör homok van 15 m vastagságban. A talajvízszintet a térszínre vettem. Az 1:1,5 rézsűhajlású töltés anyaga közepesen tömör homok, magassága változó: 3,5-5,3-7,2 m. A hídfők mögötti 17,8 m hosszúságú háttöltések anyaga tömör homok. A zúzottkő ágyazat hatékony vastagsága 0,35 m. A vasúti sínt gerendaelemként vittem be, melynek keresztmetszeti paraméterei alapján számítható hajlítási és normálmerevsége megegyezik a 60E1 jelű sínével. A B70 jelű szabványos keresztaljakat szintén gerendaelemként szerepeltettem a megfelelő inercianyomatékkal és keresztmetszeti területtel. A sín és a keresztaljak mechanikai jellemzőit az 1. táblázat foglalja össze. A modellbe 60 cm azonos távolsággal 2 × 160 db keresztalj került.

A hídfők magassága a csatlakozótöltéséhez igazodik, s párhuzamos szárnyfalak kapcsolódnak hozzájuk. Alattuk 3-3 sorban, összesen 18-18 db, 0,8 m átmérőjű, 15,6 m hosszú cölöp van, egymástól 2,4 m tengelytávolságra. A cölöpöket beágyazott oszlop „embedded pile”-ként modelleztem, s hozzájuk tapasztalati alapon vettem fel a rétegenkénti palástellenállás, illetve a talpellenállás végértékét és mobilizálódási paraméterét. A cölöpösszefogó gerendát, a hídfőket, a szárnyfalakat és a felszerkeze­tet E = 30 GPa rugalmassági modulusú, beton anyagú, „solid” elemekből építettem fel. A felszerkezet acél tartóbetétes, ágyazatátvezetéses, a szabad nyílás hossza 17,6 m, a magassága 2,5-4,3-6,2 m.

A vázolt elemeket tartalmazó modell teljes hossza 96 m, szélessége 75 m, mélysége 30 m lett. A határfelületekről való visszaverődés minimalizálása végett a modell szélein viszkózus határfelületi elemeket alkalmaztam.
A terhelést az Eurocode-ban megadott LM71 jelű vonattehernek megfelelően az egyik vágányon 8 db 125 kN-os dinamikus pontszerű kerékteherrel vettem figyelembe. A dinamikus erő működtetési szorzója a Plaxis szoftverben az idő függvényeként tetszőlegesen megadható. Minden pontszerű tehernek saját működtetési szorzója van, ezek kapcsolják be- és ki a terheket, szimulálva a gördülő jármű hatását. A különböző sebességek (120 km/h és 250 km/h) szimulálásához a dinamikus időlépcsőket változtattam, a pontszerű terhek közötti távolság a sebességtől függetlenül változatlan maradt. Így pél­dául a 120 km/h sebességgel haladó vonat 1,60 m-t 0,048 sec alatt tesz meg, ezért az időintervallumot 0,048 sec-ra kellett választani. A teljes áthaladási idő – az első teher hatásától az utolsó megszűnéséig – a 96 m hosszú pályán 2,88 sec (120 km/h esetén). Az utolsó teher kikapcsolása után az áthaladó vonat által keltett feszültséghullámok lecsengéséhez további 0,62 sec ideig folytattam a szimulációt.
A modellezés a következő fázisokra terjedt ki:
  1. kezdeti állapot;
  2. földkiemelés, vízszintsüllyesztés;
  3. cölöpözés;
  4. a hídfő építése (cölöpösszefogó gerenda + hídfő + szárnyfalak);
  5. a háttöltés és a csatlakozótöltés építése 30 nap alatt 2 m magasságig;
  6. konszolidáció ures = 10 kPa többlet pórusvíznyomásig;
  7. a töltés- és háttöltés további 2 m magas lépcsőjének felhordása 30 nap alatt;
  8. konszolidáció ures = 10 kPa többlet pórusvíznyomásig;
  9. töltés és háttöltés építése a teljes magasságig 30 nap alatt;
10. konszolidáció ures = 5 kPa-ig;
11. felszerkezet építése;
12. 35 cm vastag zúzottkő alsó ágyazat el­helyezése;
13. keresztaljak fektetése;
14. sínek beépítése;
15. felső ágyazat építése;
16. vonat áthaladása 120 km/h (illetve 250 km/h) sebességgel.
Az 1–4. és a 11–15. modellezési lé­pésekben plasztikus, az 5–10. építési fázisban konszolidációs, a 16. lépésben pedig dinamikus számítást alkalmaztam. Az utolsó fázisban a sínen valamennyi dinamikus pontszerű teher aktív volt, de működtetési szorzóik révén valójában csak egy-egy pillanatra működtek.
Az altalaj modellezésére a HS-small anyagmodellt használtam, melynek jellemzőit már a Sínek Világában is részletesen ismertettük [5]. Itt csak azt emelem ki, hogy ez az anyagmodell figyelembe veszi, hogy a talajok