Analiza możliwości ograniczenia drgań w podłożu od pojazdów szynowych na przykładzie wybranego tunelu

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Analiza możliwości ograniczenia drgań w podłożu od pojazdów szynowych na przykładzie wybranego tunelu"

Weronika Milewska
5 lat temu
Przeglądów:

ADAMCZYK Jan 1 TARGOSZ Jan 2 BROŻEK Grzegorz 3 HEBDA Maciej 4 Analiza możliwości ograniczenia drgań w podłożu od pojazdów szynowych na przykładzie wybranego tunelu WSTĘP Przedmiotem niniejszego

1 ADAMCZYK Jan 1 TARGOSZ Jan 2 BROŻEK Grzegorz 3 HEBDA Maciej 4 Analiza możliwości ograniczenia drgań w podłożu od pojazdów szynowych na przykładzie wybranego tunelu WSTĘP Przedmiotem niniejszego artykułu jest analiza dynamiczna modelu podtorza kolejowego w tunelu pod kątem wpływu zastosowanych materiałów izolacyjnych w postaci mat na poziom przyspieszeń drgań na powierzchni gruntu oraz weryfikacja wyników na zgodność z normą PN-85/B-02170, w oparciu analizę w domenie czasu. Model został przygotowany pod katem wykorzystania oprogramowania przeznaczonego do obliczeń metodą elementów skończonych. 1 MODEL NUMERYCZNY Model numeryczny został zbudowany na podstawie dokumentacji wykonawczej projektu oraz raportu geotechnicznego. Analizie poddano fragment tunelu o długości ok. 100 mb. Na rysunku 1 przedstawiono globalny widok modelu oraz przyjęty układ współrzędnych. Oś X jest zgodna z kierunkiem ruchu pojazdu, oś Y jest prostopadła do kierunku ruchu w płaszczyźnie poziomej oraz oś Z definiująca kierunek pionowy. Rys. 1. Globalny widok modelu oraz definicja układu współrzędnych. W tunelu przewiduje się system bezpodsypkowego montażu szyn typu RHEDA 2000, którego sztywność wynosi 100kN/m a współczynnik stratności 0.3. Widok siatki elementów skończonych przedstawiono na rysunku 2. Analizie poddano trzy modele: Model bez przekładki sprężystej Model z matą izolacyjną o grubości g = 50 mm i parametrach sztywności objętościowej k v = N/mm 3 dla 5Hz; N/mm 3 dla 10Hz; N/mm 3 dla 20Hz; do obliczeń przyjęto sztywność k v = 0.03 N/mm 2 1 Centralny Instytut Ochrony Pracy Państwowy Instytut Badawczy, ul. Czerniakowska 16, Warszawa, Tel.: , Fax: , adamczyk@agh.edu.pl 2 Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Katedra Robotyki i Mechatroniki, Al. Mickiewicza 30, Kraków Tel: , Fax: , jantargosz@interia.pl 2 EC Engineering Sp. z o.o., ul. Opolska 100, Kraków, Tel.: , Fax: , gbrozek@ec-e.pl 2 EC Engineering Sp. z o.o., ul. Opolska 100, Kraków, Tel.: , Fax: , mhebda@ec-e.pl 1296

Model z matą izolacyjną o grubości g = 30 mm i parametrach sztywności objętościowej k v = 0.043 N/mm 3 dla 5Hz; 0.028 N/mm 3 dla 10Hz; 0.036 N/mm 3 dla 20Hz; do obliczeń przyjęto sztywność k v = 0.

2 Model z matą izolacyjną o grubości g = 30 mm i parametrach sztywności objętościowej k v = N/mm 3 dla 5Hz; N/mm 3 dla 10Hz; N/mm 3 dla 20Hz; do obliczeń przyjęto sztywność k v = 0.03 N/mm 2 Współczynnik stratności dla mat przyjęto na poziomie 0.05 Rys. 2. Widok siatki elementów skończonych. 2 WARUNKI BRZEGOWE ORAZ OBCIĄŻENIA DLA ZADANYCH WARUNKÓW PRACY Warunki brzegowe w modelu zostały dobrane w taki sposób aby nie odbijały rozchodzących się fal. Jest to powszechna praktyka w problemach geomechaniki obliczeniowej, dzięki takiemu podejściu można znacznie ograniczyć rozmiary modelu obliczeniowego. Jako wymuszenie dynamiczne założono jednoczesny przejazd czterech pociągów o maksymalnych dopuszczalnych naciskach 22.5t/oś. Prędkości przejazdu dobrano jako maksymalne odpowiednio 160km/h dla jednej linii KDP oraz 100km/h dla drugiej linii i przedstawiono na rysunku km/h 22.5t/os 160km/h 22.5t/os 100km/h 22.5t/os 100km/h 22.5t/os Rys. 3. Wymuszenie dynamiczne - przejazd pociągów. Dodatkowo przeprowadzono analizy weryfikacyjne gdzie wymuszeniem był impuls Dirac a. Został on przyłożony do środka skrajnego toru linii dużych prędkości. Odpowiedź impulsowa pozwoliła na dodatkową ocenę, bez uwzględnienia interferencji fal rozchodzących się od przejeżdżających w przeciwnych kierunkach pociągów. Przebieg czasowy impulsu Dirac a praz miejsce przyłożenia siły przedstawiono poniżej na rysunku

3 100kN Rys. 4. Wymuszenie dynamiczne - impuls Dirac a. 3 ANALIZY MES DLA MODELU BEZ MAT ORAZ DLA MODELU Z MATĄ IZOLACYJNĄ 3.1 Odpowiedź na impuls Dirac a Wykresy przedstawione na rysunku 5 zawierają czasowe odpowiedzi na wymuszenie impulsowe przyłożone w skrajnym torze linii dużych prędkości. Mata o grubości g = 50 mm 1298

zastosowaniu maty izolacyjnej o grubości g = 50 mm po czasie t = 0,37 s i t = 0,76 s.

4 9m 32m Rys. 5. Odpowiedzi impulsowe z zaznaczonymi punktami pomiarowymi. Na rysunku 6 przedstawiono rozkład przyspieszeń drgań wywołanych przejazdem pociągu i wpływ na otoczenie przy zastosowaniu maty izolacyjnej o grubości g = 50 mm po czasie t = 0,37 s i t = 0,76 s. mata izolacyjna g = 50 mm t = 0,37 s mata izolacyjna g = 50 mm t = 0,76 s Rys. 6. Rozkład wypadkowych przyśpieszeń dla odpowiedzi impulsowej dla dwóch chwil czasowych. 1299

5 3.2 Wpływ przejazdu pociągów na rozprzestrzenianie się drgań w gruncie Wartość przyśpieszeń na powierzchni gruntu w zależności od odległości od toru skrajnego dla modelu bez maty izolacyjnej przedstawiono na rysunku 7. Rys.7. Wartość przyśpieszeń na powierzchni gruntu w zależności od odległości od toru skrajnego dla modelu bez maty izolacyjnej Wartość przyśpieszeń na powierzchni gruntu w zależności od odległości od toru skrajnego dla modelu z matą izolacyjną o grubości g = 50 mm przedstawiono na rysunku 8. Rys. 8. Przyśpieszenie mierzone na powierzchni gruntu w zależności od odległości od toru skrajnego. Wyraźnie zauważyć można, że amplituda przyspieszeń drgań w kierunku pionowym przewyższa amplitudę przyspieszeń drgań w kierunku prostopadłym do osi toru wzdłuż całej mierzonej odległości, a ponadto następuje jej wzrost w przypadku zastosowania maty izolacyjnej. Wartość przyśpieszeń na powierzchni gruntu w zależności od odległości od toru skrajnego dla modelu z matą o grubości g = 30 mm przedstawiono na rysunku

6 Rys. 9. Przyśpieszenie mierzone na powierzchni gruntu w zależności od odległości od toru skrajnego. W przypadku maty izolacyjnej o grubości g = 30 mm widać, że amplitudy przyspieszeń w kierunku wzdłużnym do osi toru gwałtownie się zwiększyły co może być związane ze strukturą maty izolacyjnej. WNIOSKI Otrzymane wyniki przyśpieszeń na powierzchni gruntu zostały odniesione do wymagań stawianych przez normę PN-85/B Jako kryterium amplitudę przyśpieszeń w miejscu posadowienia budynku (a p ) przy której możliwe jest pominięcie sił bezwładności w budynku a p 0,005 g = 49 mm/s 2. Dla uzyskanych wyników podczas obliczeń numerycznych dla maty o grubości g = 30 mm jak i g = 50mm zaobserwowano wzmocnienie sygnału przyśpieszeń dla obu mat względem modelu bez mat izolacyjnych. Dla maty izolacyjnej o grubości g = 50 mm przy odległości powyżej 15m od osi toru przyśpieszenie a p jest poniżej wartości maksymalnej 49mm/s 2, może więc zostać pominięte w analizach wpływu drgań na budynki. Streszczenie Przedmiotem niniejszego artykułu jest analiza dynamiczna modelu podtorza kolejowego w tunelu pod kątem wpływu zastosowanych materiałów izolacyjnych w postaci mat na poziom przyspieszeń drgań na powierzchni gruntu oraz weryfikacja wyników na zgodność z normą PN-85/B-02170, w oparciu analizę w domenie czasu. Model został przygotowany pod katem wykorzystania oprogramowania przeznaczonego do obliczeń metodą elementów skończonych. Analysis of the potential for reducing vibrations in the substrate of rail vehicles on the example of the tunnel Abstract The subject of this article is to analyze the dynamic model of subgrade rail tunnel under the terms of the effect of insulating materials used in the form of a mat on the level of vibration acceleration on the surface of the ground, and verification of the results for compliance with the PN-85 / B-02170, based on the analysis in the time domain. The model was prepared using the software for calculation of finite elements. BIBLIOGRAFIA 1. Targosz J.: Układy wibroizolacji w transporcie szynowym i samochodowym., Kraków, UWN-D LS-DYNA KEYWORD USER'S MANUAL 1301

7 3. PN-85/B Ocena szkodliwości drgań przekazywanych przez podłoże na budynki 4. Targosz J.: Analiza i Badania właściwości fizykomechanicznych ustrojów elastomerowych, minimalizujących dynamiczne oddziaływania podtorza kolejowego na otoczenie TTS nr.5-6, str.87-91, Bojko T., Targosz J., Uhl T.: Komputerowe wspomaganie projektowania układów wibroizolacji, Mechanika, T15,Z.2 Kraków Bednarz J., Targosz J.: Eksperymentalna analiza rozchodzenia się drgań w gruncie wywołanych przejazdem pojazdów szynowych, 15Th IC TRANSCOMP 2011 Zakopane

Podobne dokumenty

TRANSCOMP XIV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

TRANSCOMP XIV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT Jarosław BEDNARZ 1 Grzegorz BROśEK 2 Jan TARGOSZ 3 Metoda Elementów Skończonych Rozchodzenie się fali drganiowej