Analiza stanu naprężeń podkładu kolejowego typu PS-94 i PS-94M z wykorzystaniem symulacji MES

• Autorzy: Kowalczyk Dariusz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0055.0828

Warianty tytułu

EN

Analysis of the stress state of a railway sleeper typ PS-94 and PS-94M using FEM simulation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Podkłady strunobetonowe stanowią ważny element konstrukcyjny drogi kolejowej. Wymagania dotyczące tych elementów opisane są w opracowanych przez PKP PLK dokumentach: standardach technicznych [5], [6] wytycznych WTWiO [7] oraz normach europejskich [8]. W artykule przedstawiono symulacje MES obciążeń konstrukcji podkładu strunobetonowego PS-94 i mostownicy PS-94M. Stworzono model podkładów PS-94 i PS-94M, który został zwalidowany na podstawie badań stanowiskowych – laboratoryjnych podkładów. Wykonano symulację MES rozkładu naprężeń w podkładzie PS-94 związaną ze stanem naprężeń prętów zbrojenia po procesie produkcji oraz w warunkach eksploatacji. Dla mostownic PS-94M wykonano obliczenia MES wynikające z mocowania odbojnicy oraz mocowania odbojnicy z uwzględnieniem obciążeń eksploatacyjnych. Obliczenia MES mocowania odbojnicy wykonano dla systemu dybel (PE) i wkręt 60A/150 klasy 4.6. Wykazano w obliczeniach MES, że w tych samych warunkach eksploatacyjnych dla PS-94 i PS-94M w mostownicach występują wyższe naprężenia związane z oddziaływaniem pól naprężeń od mocowania odbojnic. Obliczenia MES pokazały, jak istotne jest przeprowadzenie procesu sprężania w podkładach kolejowych. W przypadku symulacji obciążeń szyny odbojnicy na podkładzie PS-94M przeprowadzono tylko proces symulacji obciążeń ze względu na skomplikowaność prób badawczych. Uzyskane wyniki, rezultaty w tym obszarze wymagają potwierdzenia i walidacji.

EN

Prestressed concrete sleepers arean important structural part of the railway line. The structural requirements are described in the documents developed by PKP PLK: technical standards, WTWiO and European standards. The article presents FEM simulations of the structure of the prestressed concrete sleeper PS-94 and the PS-94M (sleepers used on engineering structurese. g. bridges). An FEM simulation of the stress distribution in the PS-94 sleeper was performed for the state after the concrete prestressing process and under operating loads. For PS-94M bridge sleepers, FEM calculations resulting from the additional guard rails attachment and additional rail attachment and operating loads were performed. FEM calculations of the additional guard rails fixing were performed for system (the dowel (PE) and screw 60A/150 class 4.6). FEM calculations showed that for the case of the same operating load for PS-94 and PS-94M, higher stresses occur in the bridge sleepers due to the effect of stress fields from the additional rail fixing. The FEM calculations have shown how important it is to carry out the prestressing process of railway sleepers. In the case of load simulation of the guards rail on the PS-94M sleeper, only the load simulation process was carried out. In this case, due to the complexity of the research tests, the obtained results require confirmation and validation.

Słowa kluczowe

PL

podkład strunobetonowy; mostownica; podkład kolejowy; symulacja MES

EN

prestressed concrete sleeper; bridge sleeper; guard rail; FEM simulation

• Wydawca: BUILDER CORP Sp. z o.o.
• Czasopismo: Builder
• Rocznik: 2025
• Tom: R.29, nr 5
• Strony: 2--7
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., il.

Twórcy

autor

Kowalczyk Dariusz

• Instytut Kolejnictwa

• https://orcid.org/0000-0002-2186-9704

Bibliografia

• [1] https://utk.gov.pl/pl/aktualnosci/19158,Linie-kolejowe-w-Polsce-podstawowe-parametry.html, 23.08.2022r.
• [2] https://pitd.org.pl/news/drogowka-nadal-liderem-w-ue-transport-w-2022-roku-w-liczbach/#Raport_GUS_Transport_-_wyniki_dzialalnosci_w_2022_r_POBIERZ - 31 października 2023r.
• [3] EN 14587-1:2018: Railway applications - Infrastructure - Flash butt welding of new rails - Part 1: R220, R260, R260Mn, R320Cr, R350HT, R350LHT, R370CrHT and R400HT grade rails in a fixed plant
• [4] Dyduch Janusz, 2020, Monitorowanie i eksploatacja rozjazdów kolei dużej prędkości. „Builder” 03 (272). DOI: 10.5604/01.3001.0013.8532
• [5] STANDARDY TECHNICZNE szczegółowe warunki techniczne dla modernizacji lub budowy linii kolejowych do prędkości Vmax ≤ 250 km/h TOM I – ZAŁĄCZNIK ST-T1-A8 KONSTRUKCJA NAWIERZCHNI KOLEJOWEJ
• [6] STANDARDY TECHNICZNE szczegółowe warunki techniczne dla modernizacji lub budowy linii kolejowych do prędkości Vmax ≤ 250 km/h TOM III KOLEJOWE OBIEKTY INŻYNIERYJNE z 2016 roku.
• [7] Wymagania PKP PLK Warunki techniczne wykonania i odbioru podkładów i podrozjazdnic strunobetonowych Id-101 z 2020 roku
• [8] PN-EN 13230-1:2016-06 "Railway applications - Track - Concrete sleepers and bearers - Part 1: General requirements" 1.
• [9] Warunki Techniczne Wykonania i Odbioru podkładów, podrozjazdnic i mostownic drewnianych – wymagania i badania Id-113
• [10] https://patents.google.com/patent/US522038
• [11] A review of the structural performance of prestressed monoblock concrete sleepers in ballasted railway tracks H.M. El-sayeda,b,*, M.N. Fayed a, H.S. Riad a, H.N. Zohny a, Engineering Failure Analysis 140 (2022) 106522, https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2022.106522,
• [12] Ewa Łada-Tondyra, Andrzej Krawczyk, 80 Years of the Finite Element Method, Przegląd Elektrotechniczny, ISSN 0033-2097, Nr 12/2023.
• [13] Akos Orosz, Peter T. Zwierczyk, Analysis Of The Stress State Of A Railway Sleeper Using Coupled FEM-DEM Simulation, Communications of the ECMS , Volume 34, Issue 1, June 2020, United Kingdom https://doi.org/10.7148/2020-0261
• [14] https://www.networkrailmediacentre.co.uk/news/beyond-wood-first-recycled-plastic-railway-sleepers-laid-on-network-rail-tracks, listopad 2024r.
• [15] Stal Y1670C. Available online: https://sbnrunowo.pl/druty-do-sprezania-konstrukcji-pc-wire
• [16] J. Kubissa, W. Kubissa, Wyznaczanie wytrzymałości betonu na rozciąganie w próbie zginania, materiały konferencyjne, Conference: XIII Seminarium polsko-ukraińskie „Theoretical Foundations of Civil Engineering”, Dnepropetrovsk - Warsaw, Czerwiec 2005
• [17] Kowalczyk D.: Testing of prestressed concrete railway sleepers using acoustic emission, Railway Report, 2022, 167, 67-80, DOI: 10.36137/1974P
• [18] EN 1992-1-1 – Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings
• [19] Chudyba Ł., Lisowicz T. (2024). Influence of elements fastening system type SB for chosen exploitation parameters. Journal of civil engineering and transport. 6(1), 39-49, ISSN 2658-1698, e-ISSN 2658-2120,DOI: 10.24136/tren.2024.003
• [20] EN 13146-1 Railway applications – Track – Test method fastening systems
• [21] https://delkorrail.com/track-products/ffu-sleepers/ - strona producenta 2024r.

Uwagi

Artykuł umieszczony w części "Builder Science"