Tukikerroksettoman sillan teräksinen siirtymälaatta-arina

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Date
2016-10-17
Department
Major/Subject
Teknillinen mekaniikka
Mcode
K3006
Degree programme
Konetekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
75 + 2
Series
Abstract
Tämän diplomityön tarkoituksena on suunnitella teräksinen siirtymälaatta-arina, jolla voidaan parantaa tukikerroksettomien terässiltojen taustojen käyttäytymistä. Koska siltojen päätyjen tukeminen on haastavaa, näille alueille muodostuu helposti painaumia, jotka vaikuttavat radan kestävyyteen ja matkustusmukavuuteen. Toistaiseksi ongelmaan ei ole olemassa kovin hyvää ratkaisua, joten kallista kunnossapitoa joudutaan tekemään usein. Työssä suunnitellaan teräksinen siirtymälaatta-arina käyttämällä hyväksi Finite Element Method -laskentaa (FEM). Laskentaohjelmassa 5 metriä pitkää arinaa kuormitetaan ajamalla junapyöriä pitkin arinan päällä kulkevaa kiskoa. Kuormitusta ja arinan geometriaa vaihdellaan optimaalisen rakenteen saavuttamiseksi. Tulosten perusteella täysin tuettuna HEB300-profiileista koottu siirtymälaatta-arina toimii erittäin hyvin sekä pystysuuntaisten painaumien että väsymiskestävyyden kannalta. Sen sijaan erittäin huonosti tuettuna, noin 2,5 metrin matkalta käytännössä siltana toimivana, arinaan muodostuu matkustusmukavuuden kannalta liian suuria painumia ja väsymiskestävyys alkaa rajoittaa arinan elinikää merkittävästi. Arinan jäykkyyttä ja väsymiskestävyyttä voidaan kasvattaa suurentamalla käytettyjen profiilien seinämäpaksuutta. Tämän työn perusteella arinaa ei voida heti ottaa käyttöön, vaan se vaatii vielä lisätutkimusta muun muassa tukemisen ja kiskojen kiinnityksen osalta. Vaikka FEM-analyysi antaa varsin luotettavia tuloksia, arinan todellinen käyttäytyminen selviää vasta fyysisessä koekäytössä. Mallinnusten perusteella hitsattu arina toimii kuitenkin hyvin I-profiileilla ja perinteisillä jäykistyslevevyillä, sillä niiden hitsaus on helppoa.

The purpose of this Master’s thesis is to design a welded steel transition slab/grate that could improve the behaviour of ballasted railroad track near the ends of a ballastless bridge. Track depressions are common near bridge ends mainly because tamping the ballast on these areas is difficult. These depressions have a negative effect on track durability and passenger comfort. For now, there is no decent solution to this problem and expensive maintenance has to be performed relatively often. In this thesis a welded steel transition grate is designed by using Finite Element Method (FEM) calculation program. A 5-meter long steel grate is subjected under simulated train loads by applying moving point forces on a single rail above the steel grate. Loads and geometry of the steel grate are varied in order to find the optimal structure. Results show that fully supported steel grate made of HEB300-profiles works very well when both vertical deflection and fatigue strength are considered. However, very badly supported steel grate does not fully satisfy necessary conditions of passenger comfort and fatigue begins to significantly limit the life of the grate. To avoid these problems, stiffness and lifetime of the grate can be increased by thickening web and flanges of steel profiles. It is recommended that further studies on the steel grate are made before manufacturing. For example means of tampering and rail fastening need to be considered as well as real world behaviour of the grate. Altough FEM analysis gives reliably accurate results, constructing a prototype and performing physical tests with real scale loads is highly recommended. The calculations show that a welded grate works well with I-profiles and traditional stiffeners and that it is easy to manufacture since welding stiffeners and same sized I-profiles is fairly easy.
Description
Supervisor
Tuhkuri, Jukka
Thesis advisor
Parkkila, Risto
Keywords
siirtymälaatta-arina, teräs, FEM, terässilta
Other note
Citation