USZKODZENIE I TYMCZASOWA NAPRAWA TYPOWEGO KRATOWEGO MOSTU KOLEJOWEGO.pdf

Dr inŜ. Piotr BĘTKOWSKI, piotr.betkowski@polsl.pl

Dr inŜ. Stefan PRADELOK, stefan.pradelok@polsl.pl

Katedra Dróg i Mostów, Politechnika Śląska w Gliwicach

USZKODZENIE I TYMCZASOWA NAPRAWA TYPOWEGO

KRATOWEGO MOSTU KOLEJOWEGO

DEFECT AND TEMPORARY REPAIR OF TYPICAL TRUSS RAILWAY BRIDGE

Streszczenie W referacie podano opis awarii kratowego mostu kolejowego. Przedstawiono sposób doraźnego

(praktycznie natychmiastowego) przywrócenia ruchu na obiekcie przez zmianę schematu statycznego

konstrukcji. Omówiono sposób wykonania stabilnej podpory tymczasowej z podkładów kolejowych. Zwrócono

uwagę na niektóre problem analizy obliczeniowej. Opisany obiekt jest typowym stalowym mostem kratowym,

jakich wiele na kolei, stąd zarówno metoda doraźnej natychmiastowej naprawy jak i sposób analiz mogą mieć

zastosowanie w przypadku innych obiektów.

Abstract Failure of truss railway bridge is described in this paper. The temporary (practical immediate) manner

of coming back railway traffic on the bridge by changing of the static scheme is given. The way of building

stable bear with railway ties is shown. Take also into consideration some problem of static computation analysis.

The object described in this paper is the typical steel bridge, very popular on the railway. The method of

temporary repair and the way of static analysis may be applied in some others similar objects.

1. Wprowadzenie

Przedmiotem referatu jest kratowy most kolejowy nad Przemszą na linii nr 180 Dorota-

Jęzor-Brzezinka [1, 2, 3]. Referat został napisany na podstawie opracowania, które powstało

w celu przywrócenia do eksploatacji wyŜej wymienionego mostu po wykolejeniu w dniu

18.11.2004. taboru kolejowego. Ocena stanu technicznego, projekt tymczasowego podparcia

i projekt remontu zostały wykonane przez Zakład Mostów Politechniki Śląskiej w Gliwicach

[4, 5].

Opisany w referacie obiekt jest typowym stalowym mostem kratowym (powstałym jako

adaptacja typowego rozwiązania), jakich wiele na kolei. Wykolejenie taboru i powstałe

w wyniku wykolejenia uszkodzenia mogą powtórzyć się na innym podobnym obiekcie. Stąd,

co wymaga podkreślenia, zarówno metoda doraźnej natychmiastowej naprawy jak i sposób

analiz mogą mieć zastosowanie w przypadku innych obiektów. Opisany sposób zmiany

schematu statycznego przez wykonanie podpory tymczasowej (z podkładów z uszkodzonego

na odcinku ok. 200 m toru) umoŜliwia szybkie (doraźne) przywrócenie ruchu na moście.

Ocenę aktualnego stanu technicznego konstrukcji oraz projekt naprawy uszkodzeń

opracowano na podstawie: analizy istniejącej dokumentacji, oględzin konstrukcji,

inwentaryzacji geometrycznej i inwentaryzacji uszkodzeń, analizy statycznej

z uwzględnieniem rzeczywistych uszkodzeń konstrukcji, wykonanej programem MES.

879

2. Charakterystyka obiektu

Omawiany most kolejowy znajduje się na jednotorowej linii PKP nr 180 Dorota-Jęzor-

Brzezinka (DJB). Jest on oznaczony jako obiekt 620. Pod mostem przepływa Przemsza.

W nieduŜej odległości znajdują się bliźniacze obiekty, po których przebiegają tory PKP

relacji Katowice-Kraków. Most został zaprojektowany wg [6].

Konstrukcję nośną mostu stanowi kratownica spawano-nitowana z jazdą dołem, którą

wykonano ze stali St3M [1] i [2]. Ustrój nośny został swobodnie podparty, a jego rozpiętość

teoretyczna to 66,00 m (rys. 1). Dźwigary główne wykonano jako kraty o pasach

równoległych ze skratowaniem typu „W”. Pas górny, dolny i część krzyŜulców ma przekrój

skrzynkowy. Pozostałe krzyŜulce oraz podłuŜnice i poprzecznice mają przekrój dwuteowy.

Wysokość dźwigara kratowego i odległość pomiędzy węzłami wynosi 8,25m. Natomiast

rozstaw dźwigarów głównych to 5,00 m.

Dźwigary główne stęŜone są poprzecznie w płaszczyźnie pasów górnych i dolnych

stęŜeniem kratowym typu „X”. Na moście zastosowano jezdnię otwartą typu cięŜkiego S-49

na mostownicach. Mostownice zostały oparte za pośrednictwem podkładek centrujących na

podłuŜnicach. Z kolei podłuŜnice podparte zostały na poprzecznicach. Rozstaw poprzecznic

wynosi 8,25m, co odpowiada odległości pomiędzy węzłami.

W obiekcie wykonano Ŝelbetowe przyczółki. Most wyposaŜono w staliwne łoŜyska. Od

strony Mysłowic Brzezinki znajdują się łoŜyska stałe wahaczowe, a od strony Jęzora

umieszczono łoŜyska ruchome, jednokierunkowo przesuwne, dwuwałkowe [1, 3, 4].

Rys. 1. Widok z boku

3. Uszkodzenie

W dniu 18.11.2004. doszło do wykolejenia w odległości ok. 100 m przed obiektem

jednego z wagonów w pociągu towarowym jadącym od strony Mysłowic Brzezinki.

W wyniku tego został przebity i odkształcony pierwszy krzyŜulec K1 (rys. 1) znajdujący się

po prawej stronie mostu (patrząc od Mysłowic Brzezinki w kierunku Jęzora). RównieŜ

nawierzchnia kolejowa została mocno zniszczona na odcinku ok. 200 m [4, 5]. Uszkodzenia

krzyŜulca K1 zostały przedstawione na rys. 2.

W dniu następnym zespół złoŜony z przedstawicieli PKP dokonał wizji w terenie i podjął

decyzję o zleceniu przeglądu specjalnego uszkodzonego mostu Zakładowi Mostów (ZM)

Politechniki Śląskiej w Gliwicach. Przeglądu takiego w dniu 22.11.2004. dokonał zespół

złoŜony z przedstawicieli PKP i ZM. Po przeprowadzeniu oględzin i ocenie uszkodzeń

stwierdzono, Ŝe w celu przywrócenia ruchu naleŜy opracować projekt naprawy uszkodzonej

konstrukcji. NiezaleŜnie PKP rozpoczęło prace związane z odtworzeniem zniszczonej

nawierzchni kolejowej na obiekcie.

880

Rys. 2. Uszkodzenia krzyŜulca K1

4. Ocena stanu technicznego mostu

Pomijając opisane powyŜej uszkodzenia konstrukcji powstałe w wyniku wykolejenia

naleŜy uznać, Ŝe ogólny stan techniczny podstawowych elementów konstrukcyjnych mostu

jest dość dobry. Podczas oględzin [4] przeprowadzonych w listopadzie i grudniu 2004 roku

nie stwierdzono Ŝadnych oznak świadczących o niewystarczającej nośności czy

nieprawidłowej pracy statycznej ustroju nośnego.

Konstrukcja nośna jest w dobrym stanie technicznym. W Ŝadnym z elementów (oprócz

uszkodzonego podczas wykolejenia krzyŜulca) nie dostrzeŜono objawów odkształceń,

deformacji czy pęknięć, które mogłyby świadczyć o ich przeciąŜeniu podczas eksploatacji.

Przyczółki nie mają istotnych uszkodzeń. Zachowana jest ich stabilność oraz pierwotne

gabaryty. Pewną nieprawidłowością jest ich nadmierne zalewanie wodami opadowymi,

widoczne są silne zacieki [4] – nie jest to jednak związane z wykolejeniem taboru. Stan

zamontowanych łoŜysk (klasycznych typu wahaniowego i wałkowego) jest dobry [4].

5. Dora ź ne przywrócenie ruchu na mo ś cie

Zdecydowano się odciąŜyć uszkodzony krzyŜulec przez dodatkowe podparcie mostu

podporą tymczasową umieszczoną w węźle kratownicy (zmiana schematu statycznego).

Usytuowanie oraz konstrukcję podpory tymczasowej przedstawiono na rys. 3. Oś pionowa

podpory tymczasowej (kaszty) z podkładów kolejowych powinna przebiegać przez miejsce

styku poprzecznicy z prawym pasem dźwigara dolnego w węźle 2.

Docelowo zalecono pilną naprawę uszkodzonego fragmentu krzyŜulca.

881

Rys. 3. Usytuowanie i konstrukcja podpory tymczasowej

6. Modele obliczeniowe

W celu przeprowadzenia obliczeń statyczno-wytrzymałościowych zbudowano

w programie MES przestrzenne prętowe modele obliczeniowe mostu – rys. 4, 5.

Uwzględniono przesunięcie osi prętów względem osi węzła (offset). Nadano im cechy

fizyczne przez wprowadzenie charakterystyk (gęstości, modułu spręŜystości, współczynnika

Poissona) odpowiednich materiałów uŜytych do budowy konstrukcji. Wszystkie analizy

zostały wykonane w zakresie liniowej teorii spręŜystości. Charakterystyki geometryczne

zostały przyjęte na podstawie istniejącej dokumentacji [1] oraz inwentaryzacji [4], której

część rysunkową przedstawiono w [5].

Analizy obliczeniowe wg [7] przeprowadzono na trzech modelach obliczeniowych:

Model 1 - most nieuszkodzony, Model 2 - most uszkodzony bez dodatkowego podparcia,

Model 3 - most uszkodzony z jedną podporą dodatkową. WaŜnym załoŜeniem w Modelu 3

jest sztywne dodatkowe podparcie. W praktyce konstrukcja podpory tymczasowej powinna

eliminować moŜliwość ugięć i osiadań. W punkcie 8 referatu podano przykład budowy

podpory zwracając uwagę na rozwiązania zapewniające sztywne i bezpieczne podparcie.

Model 2 róŜni się od Modelu 1 uszkodzeniem krzyŜulca K1 zamodelowanym na odcinku

1 m w postaci ceownika wg rys. 6, 7. Przekrój krzyŜulca uszkodzonego przyjęto wg rys. 7

uwzględniając rzeczywiste uszkodzenie. Zmniejszono równieŜ grubość ścianki tylnej

ceownika jako efekt osłabienia przekroju na skutek wybrzuszenia. Dodatkowo uwzględniono

przemieszczenie osi pręta na skutek zmian geometrii przekroju od uderzenia taboru.

Model 3 (róŜni się od Modelu 2 liczbą więzów podporowych) podparto dodatkowo

w węźle nr 2 kratownicy (najbliŜszym podpory od strony uszkodzonego krzyŜulca K1).

Model 1 wykorzystano do ustalenia nośności konstrukcji nieuszkodzonej, Model 2 - do

oceny stopnia osłabienia mostu w wyniku awarii (w odniesieniu do wyników z Modelu 1),

Model 3 - do oceny nośności mostu po zmianie schematu statycznego. Model 3 słuŜy m.in. do

oceny moŜliwości tymczasowego przywrócenia ruchu na moście.

882

Most został zaprojektowany wg normy [6] z 1966 roku. W celu ustalenia obecnej nośności

wyznaczono napręŜenia w poszczególnych prętach (Model 1) wg obecnie stosowanych norm

do projektowania i obciąŜeń [7, 8]. NapręŜenia obliczeniowe od obciąŜeń stałych

i uŜytkowych klasy k+0 wynoszą maksymalnie: w pasie górnym s pg,o =199,8 MPa, w pasie

dolnym

pd,o =160,7 MPa, w krzyŜulcu K1

K1,o =158,4 MPa – stąd przyjęto, Ŝe obiekt spełnia

wymagania dla klasy k+0 wg [8].

W celu oceny wpływu uszkodzenia (Model 2) i dodatkowego sztywnego podparcia

(Model 3) wyniki odniesiono do tych z Modelu 1. W tablicy 1 podano wyniki w typowych dla

mostu przekrojach: maksymalne napręŜenia charakterystyczne w pasie górnym kratownicy,

w pasie dolnym i w uszkodzonym krzyŜulcu K1 dla obciąŜeń stałych (cięŜar własny,

elementy wyposaŜenia) i uŜytkowych klasy k+0. Wyniki z Modelu 1 przyjęto jako

referencyjne (porównawcze - poziom odniesienia 100%) do dalszych analiz.

Analiza wyników z tablicy 1 prowadzi do następujących wniosków: uszkodzenie krzyŜulca

(Model 2) skutkuje znacznym wzrostem napręŜeń w tym elemencie. Wprowadzenie

dodatkowej sztywnej podpory (Model 3) prowadzi do odciąŜenia krzyŜulca K1, wzrastają

o 11 % napręŜenia w pasie dolnym, ale w tym pasie dla obciąŜeń klasy k+0 występują pewne

rezerwy nośności, co wykazano juŜ powyŜej (

pd,o =160,7 MPa). MoŜliwe jest więc, po

dodatkowym podparciu, dopuszczenie obiektu do uŜytkowania. Ponadto, przy obciąŜeniu

mostu tylko cięŜarem własnym konstrukcji, napręŜenia w uszkodzonym krzyŜulcu są bliskie

zera, takie podparcie powoduje odciąŜenie (wyłączenie z pracy krzyŜulca K1), co zostało

wykorzystane przy opracowaniu projektu trwałej naprawy mostu [9].

Tablica. 1. Procentowa zmiana napręŜeń w wybranych przekrojach

Model

Przekrój

Model 1

Model 2

Model 3

KrzyŜulec K1

100%

159 %

22 %

Pas dolny

100%

103 %

111 %

Pas górny

100%

101 %

96 %

Rys. 4. Wizualizacja fragmentu modelu obliczeniowego

883

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: