Építészet | Hídépítés » Dr. Hegedűs László - Tervezési útmutató acélszerkezetű vasúti híd tervezéséhez

BUDAPESTI MŰSZAKI EGYETEM ÉPITŐMÉRNÖKI KAR HIDAK ÉS SZERKEZETEK TANSZÉK Tervezési útmutató acélszerkezetű vasúti híd tervezéséhez (Hídépítés ÉÖ HSSZ11) Összeállította: Dr. Hegedűs László egyetemi adjunktus Kézirat Budapest, 2003. szeptember BUDAPESTI MŰSZAKI EGYETEM ÉPITŐMÉRNÖKI KAR HIDAK ÉS SZERKEZETEK TANSZÉK Tervezési útmutató acélszerkezetű vasúti híd tervezéséhez (Hídépítés ÉŐ HSSZ11) Összeállította: Dr. Hegedűs László egyetemi adjunktus Kézirat Budapest, 2003. szeptember A-1 2003. 09 Bevezetés A tanterv keretében a 7. félévi törzsanyag részét képezi a Hídépítés című tárgy, amelyet heti 2 óra előadás és 2 óra gyakorlat formájában a hallgatóság kötelezően választhat. Az előadások részletesen foglalkoznak a hídépítéssel kapcsolatos általános tudnivalókkal, a kiegészítő szerkezetek kérdésével, de az orientációnak megfelelően eltérő súllyal rendelkeznek az

anyag-specifikus kérdések. Jelen útmutató a tárgy acél orientációjú gyakorlati anyagához nyújt segítséget. A gyakorlati anyag kialakításánál alapvető hangsúlyt kapott az, hogy funkcionális és szerkezeti szempontból is külön kategóriát képviselnek a vasúti és a közúti hidak. Közös bennük az, hogy mindkét szerkezettípust mozgó teher terheli, amely a szerkezetben dinamikus hatásokat kelt és emellett a teher nagy gyakorisággal változik, amely fáradáshoz vezethet. Eltérést jelent az, hogy a teher keresztmetszeti helyzete vasúti hidaknál - a kisiklott jármű esetét kivéve - kötött, míg közúti hidaknál a teher keresztirányban változtathatja hatásvonalát s emiatt a pályaszerkezet kialakítása más és az egyes szerkezeti elemek együttdolgozásának kérdése is nagyobb fontossággal bír. A fentiekben említett újszerűségek következtében a félév gyakorlati része két feladatot foglal magában: • egy vasúti hidat, melyet

felsőpályás, hegesztett gerinclemezes tartóként fogunk kialakítani, majd ennek egy alsópályás változatát is bizonyos mélységig megoldjuk és • egy közúti hidat, melynél vasbeton pályalemezt és főtartókat feltételezünk. Az útmutató elkészítésénél a vonatkozó és későbbiekben a szükséges részletességgel ismertetésre kerülő szabályzatok mellett az alábbiakra támaszkodtunk: • Farkas Mihály: Útmutató rácsos vasúti hidak tervezéséhez, Kézirat, Tankönyvkiadó, Budapest, J-9-1173 • Dr. Szabó Bertalan: Gyakorlati útmutató vasbetonlemezzel együttdolgozó közúti acélhíd tervezéséhez, Kézirat, Budapest, 1991. • Dr. Szabó Gyula: Tervezési útmutató 10-20 m támaszközű, vasbetonlemezzel együttdolgozó acélszerkezetű vasúti hidak tervezéséhez, Kézirat, Tankönyvkiadó, Budapest, J-9-1172 • Dr.Iványi Miklós: Hídépítéstan - Acélszerkezetek, Műegyetemi Kiadó, 1998 • Dr. Platthy Pál: Közúti

acélhidak, Oktatási segédanyag, Műegyetemi Kiadó, 10005 melyek az itt közölteken túlmenő kérdésekben is hasznos ismereteket tartalmaznak. Az Útmutató egyes részletei az Acél- és Öszvérszerkezetű hidak tárgy gyakorlati feladatainak megoldásához is segítséget nyújtanak. A-2 2003. 09 A. Felsőpályás gerinclemezes vasúti híd A megtervezendő szerkezet rendeltetése a vasúti pálya átvezetése valamilyen akadály (pl. folyó, út, stb.) felett A. 1 Vázlatterv A vázlatterv elkészítésének célja az, hogy a híd tervezési munkálatainak megkezdésekor rögzítse az adott körülményeket figyelembevevő elképzeléseket, fő kiinduló adatokat, a szerkezeti elemek térbeli elhelyezkedését, a megvalósítás során alkalmazásra kerülő anyagok minőségét, a tervezés alapjául szolgáló szabályzatokat, előírásokat, stb. A vázlattervet megfelelő méretű (általában fekvő A3 méretű) rajzlapra ceruzával készítjük el. A

vázlattervnek tartalmaznia kell az alábbi részeket: 1. A híd vonalas oldalnézete Célszerű méretarány M = 1 : 100, 1 : 75 2. A híd vonalas felülnézete Célszerű méretarány M = 1 : 100, 1 : 75 3. A híd keresztmetszete • közbenső keresztmetszet 1/2 részben, ill. • végkeresztmetszet 1/2 részben Célszerű méretarány M = 1 : 50 Egy acélszerkezetű felsőpályás gerinclemezes vasúti híd legfontosabb teherhordó elemeit és azok egymásra épülését az A. 0 ábra vázolja Az ábrához fűzött megjegyzéseket a vázlatterv kialakításánál célszerű maradéktalanul hasznosítani. További hasznosítható ábrákat az útmutató A. 7 A feladat rajzi részletei című fejezete tartalmaz Erre a szerkezetre építjük rá a vasúti pályát, a legalább üzemi használatra szükséges gyalogjárót, stb. A vasúti pálya kialakítása szempontjából két szerkezeti megoldás lehetséges: ágyazat átvezetéssel ágyazat átvezetése nélkül. • • Az

ágyazat átvezetése pályadinamikai szempontból sokkal kedvezőbb, de nagyobb szerkezeti magasságot igényel és jelentős önsúly növekedéssel jár. Ágyazat átvezetése nélküli esetben igen sokszor alkalmazták a hídfás megoldást, mely jelentősen kisebb szerkezeti magasságnövekedés mellett a folyó pálya rugalmasságát is viszonylag jól közelíti. Régebben épült szerkezetek között szép számban találhatunk ilyeneket (jelentős részben szegecselt kialakítással), melyek felújítása, állagmegóvása a jövőben is fontos feladata lehet egy építőmérnöknek. Emellett - a szerkezeti rendszer viszonylagos egyszerűsége következtében - alapszintű hídépítési iskolai feladatként is alkalmasnak mondható ez a megoldás. A pálya részét képező két sínszál tengelye egymástól 1500 mm-re helyezkedik el a fővonalakban szokásos 1435 mm-es nyomtáv esetén, melyek közvetlen alátámasztására jelen feladatban a hídfa szolgál. 20 m-nél

nagyobb fesztávolságú vasúti hídon vasútüzemi biztonsági szempontok miatt terelősín elhelyezésére is szükség van. A-3 2003. 09 Felsőpályás gerinclemezes vasúti híd térbeli elrendezése felsõ öv menti szélrács fõtartók keresztkötések (csak hálózat) L Összhang szükséges: - szélrács hálózat, - keresztkötések, - gerinclemez merevítések és - gyalogjáró konzolok helyzete között. végkereszttartó tárcsaszerû kialakítással 1800 Részben a későbbiekben kiderülő szempontok alapján és részben amiatt, hogy a feladat második részében az alsópályás változatot is - bizonyos mélységben - meg kell majd oldani, célszerű a szélrácsot úgy kialakítani, hogy: • csomópontjainak távolsága az 1,5 - 2,0 m tartományba essen, • páros számú (a híd fesztávolságától függően 6, 8, 10, 12) osztásból álljon. A felsőpályás változatnál minden második osztásnál alakíthatunk ki keresztkötéseket, míg az

alsópályásnál ugyanezen helyeken helyezhetjük majd el a hossztartókat alátámasztó kereszttartókat. A. 0 ábra A-4 2003. 09 A hídon lévő pálya rugalmasságának fokozása érdekében a hídfákat nem közvetlenül a sínszálak alatt támasztja alá a két főtartó (illetve más megoldás esetén a két hossztartó), hanem azok tengelytávolsága 1800 mm. Emiatt a hídfák szokványos mérete 24 x 24 x 250 cm, míg osztástávolságuk 60 cm körüli. Régebbi megoldásoknál a hídfák közvetlenül feküdtek fel a főtartók, illetve hossztartók felső öveire és azokat a külső oldalon a (szegecselt hídnál a legfelső) kiszélesített felső övlemezhez kapcsolták. A hídfa hajlékonysága következtében a felső övet a vasúti teher keresztirányban hajtogatja, amely számtalan esetben repedések, törések forrásává vált. Emiatt manapság a hídfát a felső öv középvonalában elhelyezett központosító lécre fektetik fel, megakadályozva az öv

keresztirányú hajtogatását; a hídfa és a központosító léc közé pedig kis sarut helyeznek. Jelen feladatban a központosító léces megoldást tételezzük fel Minden vasúti hídon, legalább üzemi használatra, megfelelő járófelületet szükséges kialakítani és azt a szélein korláttal kell lezárni. Figyelembevéve a vasúti űrszelvény szélességét (4400 mm), a kétoldali korlát belső élei közötti távolság min. 4400 mm Attól függően, hogy a híd folyó vágányban vagy állomás közelében helyezkedik-e el, a korláttáv nagyobb is lehet. Manapság a pályaépítőgépek áthaladása szempontjából is kedvezőbb a nagyobb korláttáv, így a feladatban 5000 mm-es korláttávot alkalmazunk. A járófelületeket úgy a két sínszál között, mind azokon kívül is megfelelő szélességű recéslemez burkolattal kell ellátni. A hídfák feletti recéslemezeket a hídfák támasztják alá, míg a hídfa vége és a korlát közötti szakaszokat

megfelelő hosszirányú járdatartók (pl. melegen hengerelt U, L szelvény). A járdatartókat és a korlátokat a gerinclemezes főtartóhoz kapcsolódó konzolok tartják. Az acél főtartók hegesztett kialakítású, a függőleges tengelyükre szimmetrikus keresztmetszetű gerinclemezes tartók, melyek tengelytávolsága, mint jeleztük, 1800 mm. A kéttámaszú vasúti hídnál a gerinclemez H magasságát - gyakorlati szempontok alapján L L tartományban - 100 (esetleg 50) mm-re az L fesztávot alapulvéve célszerű az ⇔ 10 12 kereken - megválasztani. 10 - 12 m fesztáv esetén nagyobb gerincmagasság felvétele is szükségessé válhat. A gerinclemez vastagságát - gerincnyírás, gerinchorpadás és a járatos lemezvastagságok figyelembevételével - 12 - 20 mm között vehetjük fel. A gerinclemez magasság 1/100-a körüli gerinclemezvastagság esetén a lemezhorpadás általában nem mértékadó. Járatos lemezvastagságok: 8 - 10 - 12 - 14 - 16 - 18 - 20 - 22 -

25 (- 28 - 30) mm Az övlemezek méretét szilárdsági és stabilitási szempontok mellett az is befolyásolja, hogy célszerű a főtartó anyagának zömét az övbe helyezni, de nem célszerű a 25 - 30 mm-es lemezvastagságot és a 450 - 500 mm szélességet meghaladni. Emellett a nyomott oldalon az övlemez félszélessége (lemezhorpadás elkerülése érdekében) nem lehet nagyobb a vastagság 15-szörösénél. Bizonyos körülmények indokolhatják azt is, hogy a felső övlemezt az alsónál erősebbre választjuk. A-5 2003. 09 A szélességi méret megválasztásánál emellett célszerű arra is gondolni, hogy csavarozott illesztésnél egy keresztmetszetben 2 ill. 4 db (M20 - M24) csavar helyezhető el a minimális és maximális csavartávolságok figyelembevételével. Az acéltartó tervezése - alkalmas gerinc méretek felvétele után - a szilárdsági és fáradási szempontból megfelelő méretű övlemezek felvételéből áll, mely felvétel jogosságát a

további vizsgálatokkal ellenőrízzük. Túl kicsi vagy túl nagy övlemez méret esetén a gerinclemez magasság és vastagság változtatása is szükségessé válhat. A két acél főtartót - azok vízszintes síkú együttdolgozása és a teljes szerkezet globális stabilitásának biztosítása érdekében - helyenként - a tartó hossztengelyére merőleges, függőleges síkban - keresztkötésekkel kell összekapcsolni. A vízszintes erők felvétele és támaszokra továbbítása érdekében a két főtartót a felső övnél szélráccsal kell összefogni. A keresztkötések helyzete, a szélrács hálózata és a gerinclemez függőleges merevítő bordáinak helyzete egymással összhangban veendő fel. Sűrűbb merevítő borda kiosztásnál minden második, ritkább merevítő borda kiosztásnál pedig minden osztásnál keresztkötést alkalmazunk. A szélrács hálózatának kialakítása során fontos az A. 0 ábra megjegyzéseit és az A. 3 41 Oldallökő erő (O)

szakasz vonatkozó kitételeit is szem előtt tartani A támaszoknál lévő keresztkötések a vízszintes síkú terhekből származó reakcióerők levezetésére is szolgálnak, emellett biztosítaniuk kell azt a lehetőséget, hogy sarucsere vagy javítás, esetleg magassági pályakorrekció esetén a hidat megemelhessék. Emiatt azok jelentősen merevebbek a többi keresztkötésnél, esetlegesen tárcsaszerű kialakításúak. A függőleges gerincmerevítő bordák távolsága ne legyen kisebb a gerinclemez magasságnál és ne legyen nagyobb annak kétszeresénél, emellett igazodjon a szélrács geometriájához is. A vázlatterv oldalnézetén az alábbi lényeges méreteket kell feltétlenül megadni: • a híd támaszköze • a híd szabad nyílása • az acélszerkezet hossza • a sínkoronaszint magassága (szintkótával) • a szerkezet alsó élének magassága (szintkótával) • a híd szerkezeti magassága • a sarufészek alsó síkja (szintkótával) • a

hídfőkre vonatkozó legfontosabb adatok Az oldalnézeten ábrázolni kell vonalasan a gerincmerevítések helyét, szaggatott vonallal a keresztkötések tervezett helyét. A vázlatterv felülnézetén vonalasan ábrázolni kell: a főtartókat járdatartókat járdamerevítőket szélrácsot • • • • Bekótázandó méretek: • acélfőtartók tengelytávolsága • acélfőtartók hossza • gyalogjáró hossztartók helyzete • korlátok közötti tiszta távolság A-6 2003. 09 • a hídfőkre vonatkozó legfontosabb adatok A vázlatterv keresztmetszetén szereplő lényeges méretek és adatok: • acélfőtartók távolsága • gerinclemez magassága - vastagsága • közelítő övlemez méretek • korlátok közötti tiszta távolság • recéslemez burkolatok szélessége (korlát - hídfavég, hídfavég - sín, sínpár között) • gyalogjáró hossztartók helyzete, konzolok fő méretei • a hídfőkre vonatkozó legfontosabb adatok A

vázlatterven (és minden acélszerkezeti terven) az acélszerkezetre vonatkozó méreteket mindig mm-ben, a vasbeton- és egyéb szerkezetekre vonatkozókat pedig cm-ben kell kótázni illetve ilyen pontossággal kiírni. A vázlatterven emellett szöveges formában fel kell tüntetni az anyagminőséget, a méretezés alapjául szolgáló szabályzatot (jelen esetben Vasúti Hídszabályzat 1976) és terhet. A vázlatterv kialakításához mintarajz ad segítséget, amely csupán támpontul szolgál a legfőbb kívánalmak tekintetében, de a vázlattervet alapvetően az előkészítő gyakorlat és a konzulensek útmutatásai alapján kell kialakítani. A. 2 A számítás alapjául szolgáló adatok A. 2 1 A statikai számításhoz felhasznált szabályzati előírások A feladat elkészítése során a Vasúti Hídszabályzat (1976) előírásait vesszük figyelembe. Az Útmutató egyes részei a legfontosabb szabályzati részleteket is tartalmazzák. A VH az egységes

biztonság koncepcióját alkalmazza, vagyis minden egyidejűleg számításbavett teherfajta esetén egységes biztonsági tényezőt használ (a III. évben megismert MSZ 15020-45 szabványsorozat osztott biztonsági tényezős koncepciójával szemben). Mivel az egyes terhek együttes előfordulási valószínűsége különböző, a VH a terheket különböző csoportosításokban veszi figyelembe és ezen csoportosításokhoz különböző biztonságokat rendel. A különböző biztonságok az egyes tehercsoportosítások esetén eltérően megadott, különböző nagyságú megengedett feszültségekben öltenek testet. A I. tehercsoportosítás tartalmazza a nagy valószínűséggel, szélső értékükkel egyidejűleg előforduló terheket (a főtartó esetében G és J) A II. tehercsoportosítás az összes egyidejűleg - ha kis valószínűséggel is - fellépő terheket (a főtartó esetében G, J, F, O, Sz2) A III. tehercsoportosítás a II mellett egy rendkívüli teher

(pl idegen jármű ütközése, hídra szerelt vezeték szakadása, kisiklott jármű) egyikét is magában foglalja. A IV. tehercsoportosítást vesszük alapul a fáradásvizsgálatnál, amelyben az állandó terhek mellett csupán a járműteher helyettesítő üzemi értékének hatása szerepel. Az V. tehercsoportosításba a szerelés, építés alatt fellépő terhek tartoznak A. 2 2 Alkalmazott anyagminőség A-7 2003. 09 Az acélszerkezetet a VH által elfogadott anyagminőségek közül a "37" szilárdsági csoportba tartozó acélból alakítjuk ki. A közelmúltban az anyagok jelölése és járatos minőségei vonatkozásában sok változás történt és ez a folyamat még most is tart. A VH ezen szilárdsági csoportból az alábbi anyagminőségek használatát engedélyezi: MSz 6280 - 74 szerinti 37B, 37C, 37D A felsoroltak közül a megfelelő minőség csak a szerkezet megtervezése után választható meg, melyhez a lemezvastagságok, szerkezeti és

üzemi körülmények ismerete szükséges. A. 2 3 Számításba vehető fizikai jellemzők: E = 21000 kN/cm2 αt = 12.10-6 1/°C A. 2 4 Szilárdsági jellemzők az A. 1 táblázat szerint A. 1 táblázat [kN/cm2] "37" szilárdsági csoport húzás, nyomás σ eng Alapanyag 16,00 18,00 9,20 10,40 összehasonlító feszültség σö eng 16,00 18,00 bármely σv eng 16,00 18,00 varrat τv eng 11,30 12,70 τ v eng 13,00 14,60 igénybevételi mód Varrat I. II. tehercsoport tehercsoport homloksarokvarrat A. 3 Terhek A. 3 1 Állandó súlyterhek nyírás τ eng Az állandó súlyterheket a tényleges viszonyoknak megfelelően kell figyelembe venni, a vázlatterven feltüntetett méretek alapján. Valós tervezési feladat során a vázlatterv készítését is megelőzik előszámítások, melyek alapján a szükséges méretek és azok alapján az acélszerkezeti önsúly viszonylag pontosan becsülhető. Elterjedtek olyan közelítő formulák

is, amely bizonyos szerkezeti típuskialakításokra és fesztáv tartományra kielégítő pontossággal megadják az önsúly várható értékét. A statikai számítás méretfelvételt befolyásoló részeinek elkészítése és a részletek alkalmas mértékű kialakítása után a feltételezett és tényleges önsúly összevetéséből a korrekció szükségessége eldönthető. A-8 2003. 09 Jelen feladatnál - egyszerűsítés érdekében - az acélszerkezet önsúlyát az alábbi összefüggéssekkel közelítjük: Ágyazat átvezetéses kétfőtartós vasúti gerendahidaknál - megtervezett szerkezetek ilyen jellegű analízise alapján (lásd: Herzog, M.: Stahlgewichte moderner Eisenbahn- und Strassenbrücken, Der Stahlbau, 1975., pp 280-282) g∗ [kN/m] = 12 + 0,42L [m] Ágyazat átvezetése nélkül a hivatkozott cikk a g g * = g + 100 redukció használatát ajánlja. g + 140 Ennek figyelembevételével esetünkben g kN / m = (140 − g*) 2 + 400. g * −

(140 − g) 2 A főtartók és a hozzájuk szorosan kapcsolódó elemek önsúlyán túlmenően veendők az alábbi súlyterhek: • vasúti vágány (sínek, alátétlemezek, leerősítő elemek) • terelősín - 20 m fesztáv felett • hídfa • recéslemez - vázlattervből adódó szélességnek megfelelően 0,36 kN/m2 • korlát - közelítően • világítási és egyéb szerelvények - közelítően A. 3 2 számításba 2,00 kN/m 2,00 kN/m 2,00 kN/m 1,00 kN/m 1,00 kN/m Függőleges mozgó terhek A. 3 21 Járműteher engedélyezési értéke (J) A szerkezet méretezésénél a VH által megadott "U" jelű vonatterhet vesszük számításba, amely egy vágányra, vagyis esetünkben két főtartóra vonatkozóan az alábbi: 4 x 250 kN 80 kN/m tetszõleges 80 kN/m 0,8 3 x 1,60 m tetszõleges 0,8 U-jelű vonatteher A. 1 ábra Ha az adott hatás szempontjából az a mértékadó, a vonat egy helyen megszakadtnak tekinthető (pl. maximális nyíróerő ábra

szerkesztés, reakció erő, stb) A. 3 22 A járműteher helyettesítő üzemi értéke (Jü) Ezt a teherfajtát a szerkezet fáradási vizsgálatánál (IV. tehercsoportosítás) kell figyelembevenni. A-9 2003. 09 A helyettesítő üzemi teher geometriája azonos az A. 1 ábrán megadottal, nagysága pedig 0.5 - 07 J, attól függően, hogy milyen anyagú hídról, pályaszerkezeti elemről, főtartóról, ágyazatátvezetéses vagy anélküli hídról, stb. van-e szó A felsőpályás hídnál a főtartók veszik át a pályatartók szerepét (közvetlen terhelés), így indokolt a 60 % számításbavétele, vagyis: J ü = 0,6 . J, míg az alsópályás híd főtartójánál J ü = 0,5 . J, kereszttartójánál J ü = 0,6 J, hossztartójánál pedig J ü = 0,7 . J számításbavétele szükséges A. 3 23 Vasúti gyalogjárda teher (Gy) A járműteherrel nem egyidejűleg működő, egyenletesen megoszló, 3,00 kN/m2 intenzitású teher. Esetünkben a járdát tartó konzol,

hossztartók, recéslemez tervezése során kell figyelembe venni. A feladat keretében ezeket az elemeket nem fogjuk részleteiben megtervezni, a főtartó szempontjából pedig ez a teher biztosan nem mértékadó. A. 3 3 Mozgó teher többlettényezői A többlettényező fejezi ki a teher mozgás közben kifejtett dinamikus hatását, a teher szórását és ama korrekcióját, amire a hazai gyakorlatban szükség van. Minden mozgó terhet, a merevségi vizsgálatok kivételével, a rá vonatkozó - és esetenként a vizsgált szerkezeti elem jellemzőitől függő nagyságú - többlettényezővel meg kell szorozni. Az így megnövelt teher a továbbiakban (kvázi-)statikus teherként kezelhető. A. 3 31 Vonattényező a függőleges járműteherhez (tv) A vonattényező értékét mindenkor a méretezés tárgyát képező tartó (hídalkatrész - főtartó, kereszttartó, hossztartó, stb.) anyagától, támaszközétől és az ágyazat átvezetésétől függően, a VH

megfelelő táblázataiból kell választani, lineáris interpolációval. Acélhídnál - ágyazat átvezetése nélküli esetre - a vonattényezőt az A. 2 táblázat tartalmazza A - 10 2003. 09 A. 2 táblázat Támaszköz m 0-4 5 6 7 8 9 10 15 20 30 Vonattényező tv 2,20 2,19 2,15 2,11 2,07 2,02 1,97 1,75 1,65 1,57 A vonattényezőt - a merevségi vizsgálat kivételével - minden szilárdsági, stabilitási és fáradási vizsgálat esetében számításba kell venni. A. 3 32 Többlettényező a vasútüzemi gyalogjárda teherhez (tgy) A többlettényező értéke: A. 3 4 tgy = 1,4 Vízszintes mozgó terhek A. 3 41 Oldallökő erő (O) A hídon egyetlen, a sínkorona magasságában, a pályatengelyre merőlegesen és vízszintesen ható erőt kell feltételezni a vizsgált igénybevétel szempontjából mértékadó helyen felvéve. Nagysága O = 100 kN "Erre az erőre csak a vasúti pálya vízszintes erőit felvevő alkatrészeket (keresztkötéseket és

szélrácsot) kell méretezni. Ha a hídpályát közvetlenül alátámasztó hosszanti pályatartók (esetünkben főtartók) 2.0 m-nél nagyobb hosszban nincsenek oldalirányban a vízszintes erőket felvevő és továbbító külön tartóelemekkel megfogva (pl. hossztartó szélrács 2 m-nél hosszabb mezőjében), akkor a kérdéses pályatartókat e szakaszon a fél oldalökőerőre méretezni kell. Egy hossztartóra (esetünkben főtartóra) negyed oldallökőerőt kell felvenni." (VH 76) A jelen tervezési feladatban a hídpályát közvetlenül a főtartók támasztják alá. Ebből következően, ha a vízszintes síkú szélrács osztástávolsága a 2 m-t meghaladja, akkor a főtartók felső öveinek magasságában 25 - 25 kN nagyságú vízszintes erőket is működtetni kell, amely a teljes szelvényben vízszintes hajlítás mellett csavarást is okoz. (A 2 ábra) Ebben az esetben meggondolandó lehet az, hogy a felső övet az alsónál erősebb szelvénnyel

alakítjuk ki. A - 11 2003. 09 O sínkorona teteje O/4 O/4 m 1,8 m O/4 O/4 nagyobb, mint 2 m szélrács A. 2 ábra A. 3 42 Fékező és indító erő (F) Az F erő a sín járófelületének magasságában a vágánytengely irányában hat és a járműteherrel terhelt hídszakaszra férő járműteher 1/10 részével kell számításba venni. A. 3 5 Meteorológiai terhek A feladat keretében csak a szélteher hatásával foglalkozunk. A. 3 51 a) Szélteher Üres híd esete (Sz1) A terheletlen híd szélnek kitett felületére ható 3,00 kN/m2 intenzitású egyenletesen megoszló, a híd tengelyére merőlegesen ható teher. A terheletlen híd szélnek kitett felülete a főtartó és az általa nem takart pályasáv együttes oldalnézeti felülete (jelen esetben a szerkezeti magasság). b) Mozgó teherrel terhelt híd esete (Sz2) A híd és a járművek szélnek kitett felületére ható 1,10 kN/m2 intenzitású egyenletesen megoszló, a hídtengelyre

merőleges vízszintes teher. A híd szélnek kitett felülete az a) pont szerinti, a járművek szélnek kitett felületének a sínkorona feletti 3,50 m magas sáv tekintendő, ill. annyi, amennyit ebből a főtartó esetlegesen el nem takar. A számításba veendő terhek összefoglalása után a statikai számítás tartalmazná az üzemi gyalogjáró szerkezeteinek, mint: • recéslemez • gyalogjáró hossztartók illetve az azok szerepét átvevő kábelcsatorna • gyalogjáró konzolok és korlát A - 12 2003. 09 tervezését. Ezt követően, a fentiek már ismert önsúlyának ismeretében térhetnénk rá a főtartó méretezésére. A. 4 Az acél főtartó méretezése A híd két főtartós, szimmetrikus kialakítása következtében célszerű minden olyan terhet, amely a két főtartó között egyenletesen oszlik meg és azonos értelmű hatást kelt, egy főtartóra redukálni. A. 4 1 Ható terhek A. 4 11 Állandó súlyterhek Az A. 3 1 pontban

felsoroltak, vagyis • • • • • • • acélszerkezet becsült önsúlya . kN/m vasúti vágány (sínek, alátétlemezek, leerősítő elemek) 2,00 kN/m terelősín - 20 m fesztáv felett 2,00 kN/m hídfa 2,00 kN/m 2 recéslemez - vázlattervből adódó szélességnek megfelelően 0,36 kN/m korlát - közelítően 1,00 kN/m világítási és egyéb szerelvények 1,00 kN/m --------------------Σ g = . kN/m Σg egy főtartóra: g= =. kN / m 2 A. 4 12 Függőleges mozgó terhek - A. 3 2 pont szerint A. 4 13 Mozgó teher többlettényezői - A. 3 3 pont szerint A. 4 14 Vízszintes mozgó terhek - A. 3 4 pont szerint A 4. 15 Meteorológiai terhek - A 3. 5 pont szerint A. 4 16 Építési állapothoz tartozó teher A járófelület teljes területén Ép = 2,00 kN/m2 egyenletesen megoszló, vagy 2 db egymástól 1,0 m távolságban ható 2,0 - 2,0 kN nagyságú koncentrált erőt kell számításba venni. Adott esetben a főtartó szempontjából az építési állapot

nem mértékadó - nem számítjuk. A. 4 2 Igénybevételek számítása Az igénybevételeket az egyes teherfajtákból külön-külön határozzuk meg és a későbbiekben azok hatását értelemszerűen összegezzük. A további vizsgálatok végrehajthatóságához ki kell számolni az alábbi igénybevételeket. A. 4 21 A tartón keletkező legnagyobb hajlítónyomatékok A - 13 2003. 09 a) G-ből: K MG = g. L2 8 b) J-ből: Négy koncentrált erő és megoszló teher együtteséből a legnagyobb nyomaték nem a tartó közepén, hanem attól balra ill. jobbra, a támaszoktól x= L 9 , 76 − 2 2 ( L + 12 , 2 ) x és L m - ben távolságban lévő keresztmetszetekben keletkezik (A. 3 ábra) Egy fõtartóra: 4 x 125 kN 40 kN/m 40 kN/m 0,8 3 x 1,60 m 0,8 η(M x ) x L A. 3 ábra A legnagyobb nyomaték: 4  2 MKJ = 5 (L2 + 12,2.x + 9,76)(L − x ) − 120 − 4 (L − x ) − 16  L  Közelítésképpen ezt a nyomatékot tekintjük érvényesnek

a tartó közepén is. [ c) F-ből: MK = F ] F ∗ .m 2 melyben m* a tartó tengelye és a sínkorona teteje közötti magasság (A. 4 ábra) sinkorona teteje m* acéltartó tengelye m acéltartó alsó éle d) Sz-ből: (A. 5 ábra) A. 4 ábra A - 14 2003. 09 A szélteher okozta összes vízszintes erőhatást ("vízszintes túlterhelés") a vízszintes síkú szélrács veszi fel. A szél irányától függően a szél okozta nyomaték az egyik főtartón növeli, a másikon csökkenti a függőleges terhekből származó nyomatékot ("függőleges túlterhelés"). jármû 3,5 jármûre ható szélteher k j sínkorona teteje szélrács síkja k h m hídra ható szélteher 1,8 m V V A. 5 ábra A jármű felületére ható vízszintes vonalmentén megoszló teherből származó függőleges túlterhelés: Sz2 j . 3, 5 k j Vj = 1, 8 A híd oldalfelületére ható vízszintes vonalmentén megoszló teherből származó függőleges

túlterhelés: Sz2 h . m k h Vh = 1, 8 A két hatás ellentétes lévén: V = Vj - Vh A függőleges síkú nyomaték: K MSz = 2 A. 4 22 A támasz melletti első merevítőborda keresztmetszetében a maximális nyíróerő és a vele egyidejű nyomaték a) G-ből A. 4 23 b) J-ből (tetszőleges módszerrel) A tartó közepéhez legközelebb eső merevítőbordánál a maximális nyomaték a) G-ből A. 424 V. L2 8 b) J-ből (tetszőleges módszerrel) A támasz keresztmetszetére ható maximális nyíróerő A - 15 2003. 09 a) G-ből A. 4 3 b) J-ből c) F-ből (tetszőleges módszerrel) A főtartó szelvényének felvétele Vázlattervi szinten már tettünk egy előzetes méretbecslést a gerinclemezre vonatkozóan. A σ öv vgl Agl H s v öv A. 6 ábra Élve azzal a közelítéssel, hogy a hegesztett I szelvényű keresztmetszet teljes magassága és gerincmagassága érdemben nem különbözik egymástól, az övlemezek által felvett nyomaték

közelítően: Möv = Aöv . H σ míg a gerinc által felvett nyomaték: Mgl = Agl / 2 . σ / 2 2H / 3 = Agl σ H / 6 az összes nyomaték: M = Möv + Mgl I. tehercsoportosítás esetén K + t v . M JK és M K = MG σ = σ eng = 16,00 kN/cm2 Mindezek alapján a szükséges övlemez keresztmetszet: A öv ,szükséges = K MG + t v . M JK σ eng . H − A gl 6 Megjegyzés: Az Útmutató az egyes vizsgálatokat a statikai számításokban szokásos sorrendben tartalmazza. Mivel vasúti hidaknál az esetek nagy többségében a fáradásvizsgálat a mértékadó, célszerű mindjárt itt ellenőrizni azt, hogy a felvett szelvény az A. 4 52 pont a) vizsgálatánál megfelel-e. Az is egy járható út, hogy a szükséges övlemez területet kifejező képletet A - 16 2003. 09 A ∗öv ,szükséges = K t v . M Jü σ f ,eng . H − A gl 6 alakban is felírjuk és a két érték nagyobbikát alkalmazzuk. Az övlemez s szélességét 20 ill. 50 mm-re kerek méretben, vöv

vastagságát a 25 - (30) mm-es maximum betartásával pedig úgy választjuk meg, hogy a nyomott övlemez lemezhorpadás szempontjából eleve megfelelő legyen, vagyis: s ≤ 15. v öv 2 A. 4 4 Az acéltartó szelvényének adatai A későbbi számítások során szükség lesz az alábbi keresztmetszeti jellemzőkre: A Ix Wx Sx Sx A. 4 5 - keresztmetszeti terület - inercianyomaték a súlyponti tengelyre - keresztmetszeti modulus a súlyponti tengelyre - a fél szelvény statikai nyomatéka a súlyponti tengelyre - egy övlemez statikai nyomatéka a súlyponti tengelyre Az acéltartó vizsgálata A. 4 51 Teherbírás vizsgálata A. 4 511 Szilárdsági vizsgálat a) Normálfeszültségek a tartó közepén a1) I. tehercsoportosítás esetén Terhelő hatások: G, J a2) II. tehercsoportosítás esetén Terhelő hatások: G, J, F, Sz2, (O) Kielégítendő feltétel mindkét tehercsoportosításnál: σ= b) M y ≤ σ eng Ix Nyírófeszültségek a maximális

nyíróerő helyén (támasz) Elegendő az I. tehercsoportosítás vizsgálata τ= c) T. S x ≤ τ eng I x . v gl Nyakvarrat vizsgálata Ki kell számítani a b) pont szerinti nyírófeszültségeket is a nyakvarrat magasságában (τ// - a külső terhekből számított hosszirányú nyírófeszültség - A. 7 ábra) A - 17 2003. 09 0.5 t v P 0.5 t v P a1 hídfa saru központosító léc τ // τ hídfa v a 1= 24 + 2.v A. 7 ábra A τ nagyságát a nyakvarrat feletti szerkezeti részek (adott esetben elhanyagolható) súlyából és a vizsgált pont felett álló - vonattényezővel megnövelt - keréknyomásból kell számítani. Utóbbit a sín és hídfák bizonyos szakaszon megosztják. Feltételezhetjük, a keréknyomás (P) felét a szomszédos két hídfa adja át, másik fele hat a vizsgált helyen. A megoszlási hossz (a 1 ) hídfák szélessége (24 cm) + az alatta lévő részek (hídfa saru, központosító léc, övlemez) vastagságának kétszerese. 2

τ + 1, 33. τ//2 ≤ τ v ,eng A. 4 512 Stabilitásvizsgálat A főtartó stabilitásvesztésének legfontosabb lehetséges formái: kifordulás, övlemez és gerinclemez horpadás. Az övlemezek méreteit a lemezhorpadás elkerülését biztosító arányok betartásával vettük fel, így azt nem kell vizsgálni. A kifordulás vizsgálata - a viszonylag magas és vékony gerincű és a kifordulás során alakját nem megtartó - gerinclemezes tartóknál övmerevségvizsgálattal közelíthető. a) Övmerevségvizsgálat A részletesebb vizsgálat akkor mellőzhető, ha a felső nyomott öv oldalirányú, a vízszintes szélrács által biztosított megtámasztásainak a távolsága 40 . iy,öv-nél nem nagyobb, melyben iy,öv a nyomott öv inerciasugara a gerinc síkjába eső tengelyre. A nyomott öv az övlemezből és 6. vgl nagyságú gerinclemezdarabból áll Egyébként kimutatandó, hogy a nyomott övben keletkező maximális feszültség nem nagyobb a kifordulásra

megengedett feszültségnél, vagyis σ max, ny ≤ σ kif ,eng = ϕ k . σ eng A nyomott öv karcsúsága: λ y ,öv = a i y ,öv A - 18 2003. 09 A feladat keretében elegendő a vizsgálatot az I. tehercsopotosításra elvégezni A csökkentő tényezőt az A. 3 táblázat adja meg A. 3 táblázat λ y ,öv ϕk λ y ,öv ϕk λ y ,öv ϕk ≤ 40 45 50 60 70 80 1,000 0,971 0,938 0,864 0,782 0,696 90 100 110 120 130 140 0,614 0,539 0,473 0,415 0,365 0,323 150 160 170 180 190 200 0,288 0,257 0,231 0,208 0,189 0,172 b) Gerinclemez horpadásvizsgálata A vizsgálatot nem kell elvégezni a gerinc nyírt és hajlított szakaszán, ha "37" anyag esetén H / vgl ≤ 80. Egyébként közelítő vizsgálat végezhető az I. tehercsoportosításra az alábbiak szerint: A normál és nyíró feszültségeket egyidejű teherállásokból számítjuk (max. nyíróerő egyidejű nyomatékkal ill. max nyomaték egyidejű nyomatékkal) Minthogy minden gerinclemez

mezőben fenti igénybevételek változnak, a bordáknál meghatározott igénybevételek átlagával számolhatunk. A gerinclemez alsó és felső szálában kiszámítjuk a hajlításból származó normálfeszültséget. σ1 a nyomott szál feszültsége és előjele e vizsgálat során pozitív, σ2 a húzott vagy kevésbé nyomott szálé. σ + σ2 σA = 1 ≥ 0, 2 Az átlagos nyomófeszültség az átlagos hajlítófeszültség σ − σ2 σB = 1 2 A nyírófeszültséget közelítően a τ= T H. v gl képlettel számítjuk. A vizsgált lemezmező horpadás szempontjából megfelel, ha • a redukált feszültség σ red = σ12 + 3. τ 2 ≤ ϕ b σ eng • az átlagos nyomófeszültség σ A ≤ 0, 85. ϕ b σ eng és ahol ϕ b és ϕ b a lemez λ o ill. λo karcsúságának függvényében "37" szilárdsági csoport esetén az A. 4 táblázatból vehető A lemez karcsúságának meghatározásához ki kell számítani a vizsgált mező redukált

horpadási tényezőjét: A - 19 2003. 09 k red = σred  σ σA +  A 2k A  2k A 2 2   σB   τ   +   +     kB   k τ  2 A kA, kB és kτ tényezők a lemezre jellemző α = a / H viszonyszámtól és a feszültségi állapot jellegétől függő horpadási tényezők. Értékük az A 8 ábrában megadott összefüggésekkel számítható. Az ábrában a gerinclemez magasságát H helyett b jelöli. A. 4 táblázat λo σb λo σb λo σb 70 1,000 110 0,746 180 0,279 75 0,976 115 0,683 190 0,250 80 0,952 120 0,627 200 0,226 85 0,927 130 0,534 210 0,205 90 0,903 140 0,461 220 0,187 95 0,879 150 0,401 230 0,171 100 0,854 160 0,353 240 0,157 105 0,819 170 0,313 250 0,145 A mező horpadási tényezőinek ismeretében a lemezkarcsúságok értékei λo = 3, 3 H 3, 3 H és λo = k A v gl k red v gl Jelen feladat során a vizsgálatot csak a szélső

lemezmezőben, max. nyíróerők és egyidejű nyomatékok esetére kell elvégezni. A - 20 2003. 09 A. 8 ábra A - 21 2003. 09 c) Gerincmerevítések vizsgálata A gerinclemez előzőekben ismertetett horpadási vizsgálata feltételezi, hogy az egyes mezőket kellő merevségű bordák határolják. x x gerinclemez merevítõborda a. b. x x A. 9 ábra 3 I m ≥ 0, 1. m γ ∗ H v gl A borda kellő merevségű, ha Csak függőleges merevítőbordák esetében: α ≤ 1 esetében γ ∗ = 28 − 20 α α ≥ 1 esetében γ ∗ = 8 m a borda elhelyezésétől függő tényező. Esetünkben, az A. 8 ábrán vázolt a és b megoldásokat feltételezve, értéke m = 4. Szimmetrikusan elhelyezett bordáknál a tehetetlenségi nyomatékot a gerinclemez tengelyében lévő, míg aszimmetrikus bordánál a borda talpvonalában futó x - x tengelyre számítjuk. A. 4 52 Tartósság (fáradás) vizsgálata A tartósság vizsgálatához a IV. tehercsoportosítás a

mértékadó, melynek során az állandó terheken kívül csupán a járműteher helyettesítő üzemi értékét (Jü), vagyis a vonattényezővel szorzott engedélyezési érték 0,6-szorosát szerepeltetjük. A szerkezeti részletkialakításoktól függően egy hídon számos olyan hely lehet, ahol ezen vizsgálatot egy tényleges tervezés során végre kell hajtani. A feladat keretében csupán az alábbi két helyen végzünk fáradási vizsgálatot: A - 22 2003. 09 a) A gerinclemez alsó húzott szakaszán a híd szimmetriatengelyéhez legközelebb eső (középső) merevítőborda legmélyebb felhegesztési pontjában (lásd A. 10 ábra) A vázolt két kialakítás és magyarázata az alábbi. A húzott övlemezre keresztirányban felhegesztett varrat fáradási szempontból igen kedvezőtlen. σ σ a jü max. 100 mm b σ jü A. 10 ábra Ha már a szelvényfelvétetelnél gondoltunk a fáradásvizsgálatra, akkor az ábra bal felén alkalmazott megoldást

alkalmazhatjuk (a megoldás). Ha azonban a gerinclemez alján a szelvény fáradásra nem felelne meg, akkor a bordákat nem vezetik a húzott övlemezig, hanem felette egy lemezvastagságnyival abbahagyják és a borda végét az ide befeszített alátétlemezhez hegesztik. Az övlemez és alátátlemez között csak a súrlódás tart kapcsolatot. Hasonló okokból nem hegesztik a bordát a gerinclemez alsó húzott szakaszához sem, hanem itt egy rést hagynak. A kialakított rés végénél a sarokvarratot körbevezetik (keresztirányú, körbevezetett I. minőségű sarokvarrattal érintett húzott alapanyag esete) (b megoldás). Ki kell mutatni, hogy a járműteher helyettesítő üzemi értékéből számított feszültség: σ max − σ min = σ jü ≤ σ f ,eng = 8, 00kN / cm2 b) Nyakvarrat vizsgálata A nyakvarratok fáradásvizsgálatakor igazolni kell, hogy • kétoldali sarokvarrat esetén:  σ // max − σ // min   σ f ,eng  2 2   τ // max

− τ // min   ≤1  +    τ // f ,eng    2 2  τ // max − τ // min   τmax − τmin   +   ≤1   τ f ,eng   τ // f ,eng     A - 23 2003. 09 2 • tompavarratos T-kötés estén: 2 σ −σ  τ −τ  ∑  maxσ min  + ∑  maxτ min  ≤ 1 f , eng f , eng     Az összefüggésekben szereplő fáradási megengedett feszültségek nagysága az A. 5 táblázatból vehető. Az összefüggések számlálóiban szereplő feszültségkülönbségek mindegyike közvetlenül számítható a járműteher helyettesítő üzemi értékéből, a már korábban ismertetett elvek szerint. A. 5 táblázat kN/cm2 Fáradási megengedett feszültség Megmunkált tompavarratos T-kötés, I A minőség Tompavarratos T-kötés, I A minőség σ// és σ⊥ (-) σ⊥ (+) τ// σ// és σ⊥ (-) σ⊥ (+) τ// 12,00 10,00 9,00 σ// τ// 10,00 8,00 6,00

Folytonos sarokvarrat, I A és I minőség a ≤ 6 mm τ σ// τ// Folytonos sarokvarrat, I A és I minőség a > 6 mm τ 12,00 8,00 9,00 4,00 4,00 4,00 Folytonos sarokvarrat esetén, ha a > 6 mm, mindhárom feszültségkomponensre a fáradási megengedett feszültség 4 kN/cm2. Ebben az esetben feltétlenül ajánlatos tompavarratot alkalmazni. A főtartó méretezését befejezve, foglalkoznunk kellene többek között a • közbenső és végső keresztkötések • szélrács • saruk méretezésével is. Jelen feladatban ezek tervezését nem hajtjuk végre. A. 5 A szerkezet egészére vonatkozó erőtani követelmények igazolása A. 5 1 Helyzeti állékonyság vizsgálata A feladat keretében nem vizsgáljuk. A - 24 2003. 09 A. 5 2 A függőleges síkú merevség (lehajlás) vizsgálata A szerkezet merevsége megfelelő, ha a nyugvónak tekintett engedélyezési járműteherből számított legnagyobb lehajlás nem haladja meg a támaszköz 1/800-ad

részét. A maximális lehajlás közelítően az K 2 5 MJ . L e max = 48 E. I x összefüggéssel határozható meg. A. 5 3 Vízszintes síkú merevség vizsgálata A feladat keretében nem végezzük el. A. 6 Anyagkiválasztás A feladat keretében nem végezzük el. Megjegyzés: A fentieket tartalmazó statikai számítás, akár jeleztük-e azt az egyes helyeken, akár nem, igen csak hézagos. Elsősorban a mozgó vasúti teher hatásainak és a fáradásvizsgálat részleteinek megismerése mellett egyes, már ismert vizsgálatok adaptációja volt a célja. A. 7 A feladat rajzi részletei A sínleerősítés megoldását és a hídfán elhelyezendő recéslemez csíkokat az A. 11 ábra adja meg egy szegecselt hídkeresztmetszet esetében. A hídfa és a felső övlemez közötti kapcsolat itt szereplő megoldása az, amely sok esetben az övlemez keresztirányú hajtogatása következtében repedésekhez, törésekhez vezet. A - 25 2003. 09 A. 11 ábra A fent

említett kedvezőtlen hatás elkerülésére alkalmazzák a központosító léces megoldást, melyet az A. 12 ábra vázol (Csonrád - Szentes közötti vasúti híd) A sínkorona magasságát és a szerkezeti magasságot ez utóbbi megoldás alapján kell meghatározni. A. 12 ábra A vázlatterv megrajzolásához értelemszerűen felhasználható minta az A. 13 ábrán látható Az A. 14 ábra egy szegecselt, míg az A 15 ábra egy hegesztett megoldású híd keresztmetszeti megoldását tartalmazza. A vázlattervet is ennek alapján kell megrajzolni A - 26 2003. 09 Az A. 16 ábra a felső övlemezek környezetében kialakított, vízszintes síkú szélrács jellegzetes csomópontjainak kialakításához nyújt segítséget. A részletes tervet (oldalnézet, felülnézet, keresztmetszet) M = 1 : 15 léptékben az A. 17 és A 18. ábrák segítségével, a konzultáló oktatók útmutatásai alapján kell megoldani A - 27 2003. 09