Niniejsza praca dotyczy metod ograniczenia oddziaływań dynamicznych pochodzących od transportu szynowego i samochodowego, w szczególności przejazdów na skrzyżowaniach obu rodzaju tych dróg transportu, czyli wibroizolacji.
Praca zawiera modele matematyczne przejazdów, ich analizy oraz przeprowadzone symulacje zachowań dynamicznych w trakcie przejazdów różnego typu pojazdów mechanicznych.
W celu zbudowania tych modeli konieczne było przeprowadzenie badań laboratoryjnych różnego typu własności fizykomechanicznych materiałów elastomerowych oraz sformułowanie w oparciu o podstawowy warunek wibroizolacji układu o jednym stopniu swobody tzw. technicznego warunku wibroizolacji. Było to spowodowane tym, że zastosowanych elementów wibroizolacji (elastomery) nie można było traktować jako układów bezmasowych o strukturze dyskretnej, gdyż charakteryzują się one, w tych zastosowaniach, znacznymi masami. Nie można ich również traktować jako bryły sztywne.
Na podstawie badań teoretycznych modeli matematycznych, badań materiałowych oraz symulacji tych modeli opracowano parametry układów wibroizolacji różnego typu przejazdów, które były podstawą do opracowania ich konstrukcji a w konsekwencji zabudowy w kilku miejscach na skrzyżowaniu szlaków komunikacji szynowej i samochodowej a następnie ich pozytywna weryfikacja na rzeczywistych obiektach.
Rezultatem tej pracy jest opracowanie podstawowych zasad doboru elementów układów wibroizolacji niezbędnych przy projektowaniu dróg jezdnych na ważnych arteriach komunikacyjnych, (peronach, liniach tramwajowych, skrzyżowaniach dróg szynowych z samochodowymi) – w taki sposób, aby wpływ ich oddziaływań na środowisko był minimalny – oraz opracowanie wytycznych do ich konstruowania, a także przykłady ich wdrożenia.
- Contents
-
Streszczenie 9
Summary 10
Spis ważniejszych oznaczeń 11
1. Wstęp 13
2. Cel, teza i zakres pracy 17
2.1. Cel pracy 17
2.2. Teza pracy 18
2.3. Zakres pracy 19
3. Teoretyczne podstawy opisu i analizy układów wibroizolacji elementów konstrukcji dróg transportu szynowego i samochodowego 21
3.1. Podsumowanie 42
4. Badania doświadczalne elementów elastycznych przeznaczonych do wibro- i dźwiękoizolacji podtorzy i przejazdów kolejowo-samochodowych 43
4.1. Badania własności fizykomechanicznych elementów gumowo-elastomerowych 43
4.2. Badania własności dźwiękoizolacyjnych materiału elastomerowego 58
4.3. Podsumowanie 63
5. Systemy wspomagania projektowania inżynierskiego do projektowania układów wibroizolacji dróg transportu szynowego i samochodowego 65
5.1. Komputerowe systemy wspomagania projektowania 67
5.2. Analiza i charakterystyka wybranych systemów CAD/CAM do projektowania złożonych układów wibroizolacji 68
5.2.1. AutoCAD 2000 68
5.2.2. AutoCAD LT 2000 70
5.2.3. Catia 70
5.2.4. LMS Dads 72
5.2.5. MSC Marc 72
5
5.2.6. Matlab 73
5.2.6.1. Simulink 73
5.2.7. MSC Patran 74
5.2.8. MSC Nastran 74
5.2.9. SolidWorks 75
5.3. Bazy danych w projektowaniu złożonych układów wibroizolacji 79
5.3.1. Formy organizacji danych w bazach 79
5.3.2. Zastosowania baz danych w projektowaniu złożonych układów wibroizolacji 80
5.3.3. Bazy danych elementów konstrukcyjnych złożonych systemów wibroizolacji 80
5.3.4. Środowisko bazy danych 81
5.3.5. Elementy zawarte w bazie danych z³o¿onych systemów wibroizolacji 82
5.4. Baza danych elementów wibroizolacyjnych prototypowych przejazdów kolejowo-samochodowych 87
5.4.1. Baza danych tradycyjnego układu wibroizolacji przejazdu kolejowo-samochodowego według koncepcji tradycyjnej 87
5.4.2. Przyjęte własności wibroizolacyjne materiałów do prototypowego przejazdu według koncepcji tradycyjnej 89
5.4.3. Baza danych układów wibroizolacji przejazdu kolejowo-samochodowego z elementem cięgnowym 89
5.4.4. Przyjęte własności wibroizolacyjne materiałów do budowy prototypowego przejazdu z elementem cięgnowym 92
5.5. Podsumowanie 92
6. Badania symulacyjne dynamiki przejazdu kolejowo-samochodowego 95
6.1. Charakterystyka obiektu analizy przejazdu według koncepcji tradycyjnej 95
6.2. Charakterystyka modelu oraz środowiska LMS Dads 96
6.3. Wyniki analizy dynamiki układu. Wykresy przemieszczeń pionowych 99
6.4. Wykresy sił działających w połączeniach śrubowych pomiędzy płytami gumowo-żelbetowymi 103
6.5. Charakterystyka obiektu analizy przejazdu z elementem cięgnowym 106
6.6. Charakterystyka modelu oraz środowiska 107
6.7. Wyniki analizy dynamiki układu 110
6.8. Podsumowanie 118
6.8.1. Koncepcja tradycyjnego układu wibroizolacji przejazdu 118
6.8.2. Koncepcja uk³adu wibroizolacji przejazdu z elementem cięgnowym 120
7. Konstrukcje stosowanych w kraju i zagranicą układów wibroizolacji transportu szynowego (kolejowy, tramwajowy) i transportu samochodowego 122
7.1. Podsumowanie 134
8. Badania weryfikacyjne eksperymentalnych przejazdów kolejowo-samochodowych 135
8.1. Pomiary drgań 135
8.2. Weryfikacja projektu po badaniach prototypu 136
6
8.3. Badania skuteczności wibro- i dźwiękoizolacji przejazdu kolejowo-samochodowego 136
8.4. Pomiary hałasu 141
8.5. Podsumowanie 142
9. Uwagi końcowe 143
Dodatek A 147
A.1. Konstrukcje torowisk tramwajowych stosowanych w kraju 147
A.2. Podbudowy i nawierzchnie pojazdów szynowych wbudowane w jezdnię 148
A.3. Konstrukcje podbudowy i nawierzchni do ruchu pojazdów szynowych wydzielonych 159
A.4. Badania oraz ocena pod kątem własności wibroakustycznych wytypowanych torowisk tramwajowych stosowanych w kraju 162
A.4.1. Tor wbudowany w jezdnię na podbudowie asfaltobetonowej zabudowany płytami 163
A.4.2. Tor wbudowany w jezdnię na podbudowie asfaltobetonowej zabudowany płytami pokrytymi dywanikiem z asfaltu lanego 164
A.4.3. Tor w jezdni na podbudowie betonowej zabudowany kostką 164
A.4.4. Tor w jezdni na podkładach drewnianych zabudowany płytami 165
A.4.5. Tor wbudowany w jezdnię na podkładach betonowych zabudowany płytami 165
A.4.6. Tor w jezdni typu Ptasznik 165
A.4.7. Tor wbudowany w jezdnię na podbudowie betonowej zabudowany płytami pokrytymi dywanikiem z asfaltu lanego 166
A.4.8. Tor wbudowany w jezdnię typu węgierskiego 166
A.4.9. Konstrukcja torowiska wbudowanego na poduszkach wibroizolacyjnych 166
A.4.10. Konstrukcja wbudowanego torowiska (tradycyjnego) z płytami na układzie wibroizolacji 167
A.4.11. Konstrukcja torowiska typu węgierskiego na układzie wibroizolacji oraz konstrukcji torowiska typu węgierskiego na układzie wibroizolacji w rynnie betonowej 167
A.4.12. Tor wydzielony na podkładach drewnianych z mocowaniem typu K z zasypaną główką szyny 167
A.4.13. Tor wydzielony na podkładach drewnianych z mocowaniem typu K z zasypanymi podkładami 167
A.4.14. Tor wydzielony na podkładach betonowych z mocowaniem typu K 168
A.4.15. Tor wydzielony na podkładach betonowych z mocowaniem typu SB-3 168
A.4.16. Porównawcza ocena ekonomiczna torowiska typu węgierskiego bez układu wibroizolacji oraz przy zastosowaniu układu wibroizolacji z torowiskiem typu tradycyjnego 171
A.4.17. Podsumowanie 176
7
Dodatek B
Konstrukcje torowisk kolejowych stosowanych w kraju 178
B.1. Konstrukcje podbudowy i nawierzchni do ruchu wydzielonych pojazdów szynowych 178
B.2. Badania wibroakustyczne wytypowanych torowisk kolejowych 183
B.3. Ocena stosowanych w kraju torowisk pod kątem własności wibroakustycznych 184
B.3.1. Tor na podkładach drewnianych podbity tłuczniem 184
B.3.2. Tor na podkładach żelbetowych podbity tłuczniem 184
B.3.3. Tor na podkładach żelbetowych podbity tłuczniem z poprzeczkami stalowymi 185
B.3.4. Tor na podkładach strunobetonowych podbitych tłuczniem z zamocowaniem sprężystym szyn 185
B.3.5. Tor wibroizolowany 186
B.4. Podsumowanie 186
Dodatek C
Projekt konstrukcji przejazdu do transportu samochodowego i szynowego 188
C.1. Weryfikacja założeń projektowych 188
C.2. Założenia konstrukcyjne mające na celu określenie wymagań dotyczących bezpieczeństwa jazdy 191
C.3. Wymagania stawiane podtorzu 192
C.4. Warunki konstrukcyjne 192
Dodatek D
Elementy konstrukcyjne przejazdu 194
D.1. Podsumowanie 198
Dodatek E
Badania wytrzymałościowe płyty nawierzchniowej wewnętrznej przejazdu kolejowego 199
E.2. Analiza statyczna 201
E.3. Warunki brzegowe i sposób obciążenia 201
E.4. Wyniki analizy statycznej 203
E.5. Wyniki symulacji konstrukcji z drutem zbrojeniowym o średnicy d = 12 mm 204
E.6. Wyniki pomiarów konstrukcji z drutem zbrojeniowym o średnicy d = 14 mm 207
E.7. Podsumowanie 218
Dodatek F
Analiza wyników pomiarów drgań 219
F.1. Podsumowanie 219
Literatura 232
