Materiały sprężyste w nawierzchniach szynowych: doświadczenia europejskie, badania oraz propozycja dla kolei polskich

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Materiały sprężyste w nawierzchniach szynowych: doświadczenia europejskie, badania oraz propozycja dla kolei polskich"

Bronisław Wierzbicki
6 lat temu
Przeglądów:

1 FORUM BUDOWY I UTRZYMANIA OBIEKTÓW INŻYNIERYJNYCH MOSTY 2015 Materiały sprężyste w nawierzchniach szynowych: doświadczenia europejskie, badania oraz propozycja dla kolei polskich Juliusz Sołkowski POLITECHNIKA KRAKOWSKA WIL- Instytut Inżynierii Drogowej i Kolejowej Wieliczka,

2 Przedmiot: 1) Maty podtłuczniowe PLAN PREZENTACJI 2) Sprężyste Podkładki (Podpory) pod Podkłady (SPP) - zelówki (niem. Schwellensohlen) Zastosowania, badania lab. i przepisy europejskie Przykłady badań naukowych Propozycja przepisów polskich 2/17

MATY PODTŁUCZNIOWE Zastosowania europejskie (Karta UIC 719-1

zmniejszeniu grubości podsypki Na obiektach mostowych (koryta

Regulacja sztywności toru W obszarach zurbanizowanych Tory

3 MATY PODTŁUCZNIOWE Zastosowania europejskie (Karta UIC R, 2011) Konstrukcyjno-ochronne: Wibroizolacja: Przy zmniejszeniu grubości podsypki Na obiektach mostowych (koryta balastowe, strefy przejściowe) Pod rozjazdami i na stacjach Regulacja sztywności toru W obszarach zurbanizowanych Tory poza obiektami oraz na obiektach i stacjach Koleje: DB, ÖBB, SBB, SNCF 3/17

MATY PODTŁUCZNIOWE Parametry mat podtłuczniowych Statyczny moduł maty (sztywność sieczna) Dynamiczny moduł maty (sztywność sieczna) a) niższe częstotliwości (do 30Hz) b) wyższe częstotliwości (do

4 MATY PODTŁUCZNIOWE Parametry mat podtłuczniowych Statyczny moduł maty (sztywność sieczna) Dynamiczny moduł maty (sztywność sieczna) a) niższe częstotliwości (do 30Hz) b) wyższe częstotliwości (do 200Hz) Współczynnik usztywnienia dynamicznego Współczynnik tłumienia ( loss factor ) Normatywy badawcze (laboratoryjne) DIN (2010) Wymiary próbki: 300x300mm (dopuszczalne 200x200mm) Temperatura: 23 C (±3 C), -20 C(±3 C) Sztywność w płaszczyźnie poziomej (statyczna) Odporność na zmęczenie Odporność na działanie wody i zamarzanie/odmarzanie Odporność na starzenie Ognioodporność Odkształcalność / pełzanie Wytrzymałość na rozciąganie / ściskanie Rezystancja elektryczna Inne DIN 53504:2009 PN-EN ISO 1856:2004/ A1:2004 DIN :2001 4/17

5 MATY PODTŁUCZNIOWE DIN : 2010 Statyczny moduł maty Dynamiczny moduł maty a) niższe częstotliwości (do 30Hz) Współczynnik usztywnienia dynamicznego b) wyższe częstotliwości (do 200Hz) 1 C dyn(1) C stat 2 C dyn(2) C stat 5/17

6 MATY PODTŁUCZNIOWE badania lab. Współczynnik tłumienia loss factor (niem. Verlustfaktor) miara tłumienia samej maty DIN : 2010 tan 1 2 zał.: liniowość, niezależność od częstotliwości Efektywność tłumienia po wbudowaniu Insertion loss (niem. Einfügungsdämm-Maß) tłumienie dodane wg DIN V (Vornorm, 2008) Różnica poziomów prędkości drgań IL L (0) v L ( filtr) v 20 log v v (0) 0-20 log v v ( filtr) 0 zał.: ekwiwalencja poziom siły ( 0) ( filtr) IL L F L F IL 20 log v v (0) filtr [db] konieczna nawierzchnia porównawcza! 6/17

7 MATY PODTŁUCZNIOWE praktyka stosowania/przepisy Rekomendacje Międzynarodowej Unii Kolejowej UIC (Karta UIC R, 2011) 7/17

MATY PODTŁUCZNIOWE praktyka stosowania/przepisy Normatywy zarządców kolejowych DB Technische Lieferbedingungen 918 071, 1988 (linie funkcja wibroizolacji) Wymiary próbki: 500x500mm (badania

8 MATY PODTŁUCZNIOWE praktyka stosowania/przepisy Normatywy zarządców kolejowych DB Technische Lieferbedingungen , 1988 (linie funkcja wibroizolacji) Wymiary próbki: 500x500mm (badania zmęczeniowe 1000x1000mm, 2.5mln cykli 3Hz) Zakres temperatur pracy: C Trwałość min. 20 lat Grubość min. 40mm później zredukowana do 17mm DBS : Unterschottermatten zur Minderung der Schotterbeanspruchung, 2006 Statyczny moduł maty: v 230km/h N/mm³ v>230km/h N/mm³ : (linie funkcja konstr.-ochronna) Wymiary próbki: 300x300mm (500x500mm) (badania dynamiczne 200x200mm) Dynamiczny moduł maty max. 100Hz, poziom prędkości drgań 100dB, amplitudy mm Ograniczenie usztywnienia dynamicznego częstotliwość do 40Hz 8/17

funkcja konstr.-ochronna DB Richtlinie 836.

9 MATY PODTŁUCZNIOWE praktyka stosowania/przepisy Normatywy zarządców kolejowych DB Netze Richtlinie 820: Grundlagen des Oberbaues, 2013 funkcja konstr.-ochronna DB Richtlinie : Übergänge zwischen Erd- und Kunstbauwerken, 2014 przykłady dla v 230km/h Obiekty modernizowane Obiekty nowe 9/17

10 MATY PODTŁUCZNIOWE praktyka stosowania/przepisy Normatywy zarządców kolejowych DB Netze Technische Mitteilung 1564, 2010 (dotyczy linii - wibroizolacja) ÖBB Richtlinie B50-1, wibroizolacja Grubość min. 17mm (z uwzględnioną tolerancją) 10/17

11 MATY PODTŁUCZNIOWE obliczenia Müller-Boruttau (2010) Model: belkowy, dyskretno-ciągły, wielowarstwowy na półprzestrzeni sprężystej Nawierzchnia: otwarta poza obiektem Parametry obliczeniowe Statyczny nacisk osi 20t Prędkość 200km/h 11/17

12 MATY PODTŁUCZNIOWE badania eksploatacyjne Prędkości drgań Wettschureck (2013) bez maty z matą Nawierzchnia podsypkowa w tunelu Pociąg lekki: prędkość 60km/h Sztywność statyczna maty 0.02 N/mm³ Sztywność dynamiczna maty 0.04 N/mm³ Tłumienie dodane Częstotliwość [Hz] Pomiar Wettschureck (2013) Nawierzchnia podsypkowa w tunelu Pociąg lekki: prędkość 60-80km/h Lokomotywa 225kN/oś Sztywność statyczna maty 0.03 N/mm³ Obliczenia: model analityczny wg DIN V (Vornorm, 2008) Częstotliwość [Hz] 12/17

13 MATY PODTŁUCZNIOWE badania eksploatacyjne Prędkości drgań Wettschureck (2013) 120km/h 60km/h Nawierzchnia podsypkowa otwarta Pociąg lekki: prędkość km/h Sztywność dynamiczna maty 0.09 N/mm³ Tłumienie dodane Częstotliwość [Hz] Wettschureck (2013) Nawierzchnia podsypkowa otwarta Sztywność statyczna maty 0.03N/mm³ Częstotliwość [Hz] Pomiar Obliczenia: model analityczny wg DIN V (Vornorm, 2008) (kilka przypadków obliczeniowych) 13/17

MATY PODTŁUCZNIOWE przepisy ogólne Polska 1) TSI (2014/1299) - wartości graniczne emisji hałasu punkt otwarty należy stosować normatywy krajowe wytrzymałość toru należy wykazać (wraz z matami?

14 MATY PODTŁUCZNIOWE przepisy ogólne Polska 1) TSI (2014/1299) - wartości graniczne emisji hałasu punkt otwarty należy stosować normatywy krajowe wytrzymałość toru należy wykazać (wraz z matami?) 2) Rozporządzenie MTiGM, Dz. U. 151, koleje miejskie muszą być wyposażone w systemy przeciwhałasowe i antywibracyjne 3) Rozporządzenie MTiGM, Dz. U. 33, 1996, przejazdy kolejowe muszą być zaprojektowane w taki sposób aby eliminować działanie szkodliwego hałasu i drgań na mieszkańców 4) Prawo Budowlane (1994), Dz. U. 243, 2010, stwierdza konstrukcja musi spełniać wymagania dotyczące izolacyjności przeciwhałasowej i antywibracyjnej 5) Standardy Techniczne PKP PLK (2009), par. 25: materiały antywibracyjne powinny być zastosowane w konstrukcji toru i podtorza, oraz powinny być dostosowane do widma częstotliwości drgań wywoływanych ruchem pociągów 6) Standardy Techniczne PKP PLK (2009) rozdział III Obiekty mostowe, pkt , zaleca się stosowanie materiałów antywibracyjnych pomiędzy podsypką a korytem balastowym obiektu 14/17

15 MATY PODTŁUCZNIOWE przepisy ogólne Polska Ponadto: Rozporządzenie MTiGM, Dz. U. 151, 1998 wraz z małą nowelizacją Dz. U. 867, 2014 konstrukcja stref przejściowych powinna ograniczać osiadania PKP PLK: Id-1 (nawierzchnie) PKP PLK: Id-2 (obiekty mostowe) PKP PLK: Id-3 (podtorze) PKP PLK: Id-4 (rozjazdy) Brak wymagań dla mat podtłuczniowych 15/17

16 MATY PODTŁUCZNIOWE propozycja przepisów Funkcja konstrukcyjno-ochronna mat (*) Spełnienie jednego z w/w warunków jest wystarczające (**) Badania laboratoryjne zgodnie z DIN :2010 należy przyjąć tolerancję produkcyjną zgodnie z aprobatami technicznymi (np. IK) PKP PLK może narzucić dodatkowe wymagania: 1) np. grubość maty 17mm (jak DB) 2) wykonanie obliczeń, DIN V (Vornorm, 2008) analityczne (uproszczone) lub numeryczne łącznie ze sztywnościami dynamicznymi i wytrzymałością toru (wg TSI) 3) Pozostałe parametry: masy, kąt tarcia wewnętrznego w podsypce (tj. rozkład obciążenia) 16/17

17 MATY PODTŁUCZNIOWE propozycja przepisów Funkcja wibroizolacyjna mat (*) przy ew. zwiększaniu prędkości Spełnienie jednego z w/w warunków jest wystarczające (**) (***) Badania laboratoryjne zgodnie z DIN :2010 Pozostałe - analogicznie 17/17

18 Dziękuję za uwagę

Podobne dokumenty

SPRĘŻYSTE ELEMENTY W NAWIERZCHNIACH SZYNOWYCH

Seminarium Instytut Kolejnictwa, Warszawa SPRĘŻYSTE ELEMENTY W NAWIERZCHNIACH SZYNOWYCH ANALIZA DOŚWIADCZEŃ I PRZEPISÓW EUROPEJSKICH ORAZ PROPOZYCJA REGULACJI DLA KOLEI POLSKICH Dr hab. inż. Juliusz Sołkowski