Analiza numeryczna wpływu kształtu belki podporowej na wielkość ugięć nawierzchni asfaltowej.
Rozwój infrastruktury kolejowej wiąże się z koniecznością tworzenia skrzyżowań linii kolejowych z drogami. Obecnie najbardziej popularnym w naszym kraju rozwiązaniem, głównie ze względu na koszty oraz czas realizacji, są jednopoziomowe przejazdy kolejowo-drogowe.
Fot. © Wojciech Wrzesień – stock.adobe.com
Od strony nawierzchni drogowej płyty przejazdowe opierają się na belkach podporowych. W zależności od przyjętego rozwiązania różnią się one materiałem oraz kształtem, co sprawia, że połączenia nawierzchni drogowej z nawierzchnią przejazdową nie są identyczne. Czynnik ten skłania do tego, by przeanalizować te połączenia pod kątem ich wytrzymałości w trakcie eksploatacji oraz przedstawić pracę i zachowanie się nawierzchni drogowej w obrębie przejazdów kolejowo-drogowych.
>>> Inwestycje kolejowe w Polsce – ambitne plany i ograniczone moce przerobowe wykonawców
>>> DLM – wzmacnianie modernizowanych nasypów kolejowych
>>> Inteligentne rozjazdy kolejowe
Artykuł ma na celu przedstawienie oraz porównanie wielkości efektu progowego pojawiającego się w nawierzchni asfaltowej na połączeniu z systemowymi belkami podporowymi wykorzystywanymi przy nawierzchniach przejazdowych. Stworzono modele numeryczne tych połączeń, które poddano analizie przemieszczeń pionowych od obciążeń pochodzących od ciężarowego pojazdu drogowego.
Rys. 1. Układ warstw asfaltowych dla analizowanej nawierzchni
PRZEJAZDY KOLEJOWO-DROGOWE – OPIS KONSTRUKCJI
Nawierzchnia asfaltowa
Model nawierzchni asfaltowej (rys. 1) zbudowano w oparciu o jej warstwy w układzie nawierzchni o kategorii ruchu KR5, takie jak: warstwa ścieralna z SMA 11 o grubości 4 cm, warstwa wiążąca AC 16W o grubości 8 cm, warstwa podbudowy zasadniczej z AC 22P o grubości 12 cm. Warstwy asfaltowe zostały ułożone na warstwie podbudowy pomocniczej z KŁSM o uziarnieniu 0/31,5 o grubości 20 cm. Model ten został użyty przy analizie wszystkich typów przejazdowych belek podporowych. Do wykonania modeli wykorzystano program komputerowy.
Identyfikacja parametrów modelu nawierzchni asfaltowej
W celu stworzenia modelu nawierzchni asfaltowej, który będzie w jak największym stopniu odzwierciedlał rzeczywisty charakter pracy nawierzchni, wykonano identyfikację parametrów modelu. Do zamodelowanych wcześniej warstw asfaltowych przyłożono siłę skupioną 57,5 kN, która odpowiada naciskowi koła samochodu ciężarowego. Siłę tę rozłożono na powierzchnię, która odpowiada wielkości kontaktu opony z nawierzchnią. Jest to prostokąt o wymiarach 315 x 200 mm. Następnie analizowano przemieszczenie pionowe warstw w zależności od przyjętych parametrów fizycznych, takich jak moduł Younga, współczynnik Poissona oraz typu kontaktu międzywarstwowego. Analiza została zakończona po uzyskaniu właściwych przemieszczeń warstw asfaltowych bazujących na pomiarach opisanych w pracach A. Pożaryckiego, P. Górnasia, M. Bilskiego i A. Turkota [1], a także J. Judyckiego i P. Jaskuły [2] (rys. 2).
Rys. 2. Wartość przemieszczenia warstw asfaltowych otrzymana w trakcie identyfikacji parametrów nawierzchni
Zgodnie z analizą dokonaną przez Ł. Mejłuna i J. Judyckiego [3], wskazane wyżej parametry fizyczne warstw asfaltowych, a w konsekwencji wielkość przemieszczeń asfaltu silnie zależą od temperatury otoczenia. Wartości ugięć w niniejszej pracy otrzymano dla temperatury 15°C.
W dalszej części artykułu:
OPIS KONSTRUKCJI
Belki podporowe przyjęte do analizy
Założenia dla modeli numerycznych
Obciążenia
ANALIZA PRZEMIESZCZEŃ PIONOWYCH NAWIERZCHNI ASFALTOWEJ
Miara wielkości efektu progowego
Obwiednie ugięć maksymalnych
Zestawienie i opis obwiedni ugięć maksymalnych
Linie ugięć nawierzchni asfaltowej
Przejazdy kolejowo-drogowe. PODSUMOWANIE I WNIOSKI
Cały artykuł dostępny jest w numerze 3/2024 miesięcznika „Inżynier Budownictwa”
mgr inż. Cezary Ciesielski
Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii Lądowej
Literatura
1. A. Pożarycki, P. Górnaś, M. Bilski, A. Turkot, Parametryzacja krzywej ugięć nawierzchni podatnych, „Drogownictwo” nr 3/2019, s. 67–73.
2. J. Judycki, P. Jaskuła, Analiza stanu naprężeń, odkształceń i ugięć w nawierzchni asfaltowej wykonanej na niskim nasypie posadowionym na słabonośnym gruncie [w:] Materiały VIII Międzynarodowej Konferencji „Trwałe i bezpieczne nawierzchnie drogowe”, Kielce 2002, s. 349–358.
3. Ł. Mejłun, J. Judycki, Analiza konstrukcji nawierzchni asfaltowych oparta o teorię lepkosprężystości, „Drogownictwo” nr 10/2012, s. 315–320.
>>> Akustyka w pobliżu linii kolejowej
>>> Nasypy kolejowe – odkształcenia i modernizacja
