Raskaiden junien kuormitusvaikutusten monitorointi
Pelho, Antti (2018)
2018
Rakennustekniikka
Talouden ja rakentamisen tiedekunta - Faculty of Business and Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2018-08-15
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201804241542
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201804241542
Tiivistelmä
Tässä tutkimuksessa selvitettiin raskaiden junien kuormitusvaikutuksia Kouvola-Kotka rataosaan. Tavoitteena oli selvittää edellytykset ja rajoitukset, jotka huomioiden raskaampi kalusto voitaisiin sallia Kouvola-Kotka rataosalla ilman huomattavia radan perusparannuksia. Rataosaa monitoroitiin kahdesta stabiliteetin kannalta epäedulliseksi arvioidusta kohteesta. Monitoroinnin tarkoituksena oli tuottaa mittaustietoa edellä mainitun päätöksenteon tueksi. Tutkimuksessa tehtiin lisäksi koko rataosan laserkeilaus ja joustomittaus sekä alustavat 2D-stabiliteettilaskelmat tutkimuskohteista.
Kohteet instrumentoitiin automaattisilla mittauslaitteistoilla. Huokosvedenpaineanturit mittasivat huokosvedenpaineen muutosta junien kuormituksen vaikutuksesta. Siirtymäanturit ja kiihtyvyysanturit mittasivat pölkkyjen pystysiirtymiä. Venymäliuska-anturit mittasivat junakuormia. Inklinometrit mittasivat pohjamaan sivuttaissiirtymää junien kuormituksen vaikutuksesta. Geofonit mittasivat junaliikenteen aiheuttamaa tärinää. Valituille tutkimuskohteille pysäytettiin sekä kotimaista että venäläistä junakalustoa. Molempiin instrumentoituihin kohteisiin pysäytettiin kolme eri akselipainoista vaunuparia. Suomalaista kalustoa olivat 170 kN ja 225 kN akselipainoiset vaunut. Venäläistä kalustoa olivat normaalia raskaammat 250 kN akselipainoiset vaunut. Junat tutkimukseen järjesti VR-Yhtymä Oy.
Tutkimuksen mukaan raskaammat 250 kN akselipainoiset vaunut aiheuttivat hieman suurempia palautuvia painumia radassa kuin tällä hetkellä liikennöivä kalusto. Radan pohjamaan sivuttaissiirtymät olivat pieniä ja palautuivat kuormituksen poistuttua. Pohjamaa käyttäytyi tutkimustulosten mukaan kimmoisasti kaikilla tutkimuksessa käytetyillä kuormilla. Raskaampien vaunujen pysäytyksen aikana pohjamaan huokosvedenpaine kasvoi suhteessa kevyempien vaunujen pysäytyksien aikana tapahtuneisiin pohjamaan huokosvedenpaineen muutoksiin. Osa molempien kohteiden antureista mittasi kuitenkin kesän aikana selittämätöntä huokosvedenpaineen kasvua ilman kuormitusta, mikä vaikeutti kuormituksen aikana tapahtuvan huokosvedenpaineen kasvun arvioimista. Tärinämittausten tulokset osoittivat suuremman kuorman, nopeuden ja lovipyörien määrän lisäävän värähtelyn voimakkuutta.
Alustavien 2D-stabiliteettilaskelmien mukaan molempien kohteiden kokonaisvarmuudet olivat riittävät. Venäläisen 250 kN kaluston teliparin metripainon aiheuttamalla pintakuormalla laskettujen stabiliteettilaskelmien mukaan stabiliteettia voidaan joutua seuraamaan monitorointimittauksilla. Stabiliteettilaskelmat tehtiin kuitenkin vain kairaustulosten perusteella arvioiduilla lujuuksilla, koska kaikki laboratoriotulokset eivät valmistuneet vielä tämän tutkimuksen aikana.
Kohteet instrumentoitiin automaattisilla mittauslaitteistoilla. Huokosvedenpaineanturit mittasivat huokosvedenpaineen muutosta junien kuormituksen vaikutuksesta. Siirtymäanturit ja kiihtyvyysanturit mittasivat pölkkyjen pystysiirtymiä. Venymäliuska-anturit mittasivat junakuormia. Inklinometrit mittasivat pohjamaan sivuttaissiirtymää junien kuormituksen vaikutuksesta. Geofonit mittasivat junaliikenteen aiheuttamaa tärinää. Valituille tutkimuskohteille pysäytettiin sekä kotimaista että venäläistä junakalustoa. Molempiin instrumentoituihin kohteisiin pysäytettiin kolme eri akselipainoista vaunuparia. Suomalaista kalustoa olivat 170 kN ja 225 kN akselipainoiset vaunut. Venäläistä kalustoa olivat normaalia raskaammat 250 kN akselipainoiset vaunut. Junat tutkimukseen järjesti VR-Yhtymä Oy.
Tutkimuksen mukaan raskaammat 250 kN akselipainoiset vaunut aiheuttivat hieman suurempia palautuvia painumia radassa kuin tällä hetkellä liikennöivä kalusto. Radan pohjamaan sivuttaissiirtymät olivat pieniä ja palautuivat kuormituksen poistuttua. Pohjamaa käyttäytyi tutkimustulosten mukaan kimmoisasti kaikilla tutkimuksessa käytetyillä kuormilla. Raskaampien vaunujen pysäytyksen aikana pohjamaan huokosvedenpaine kasvoi suhteessa kevyempien vaunujen pysäytyksien aikana tapahtuneisiin pohjamaan huokosvedenpaineen muutoksiin. Osa molempien kohteiden antureista mittasi kuitenkin kesän aikana selittämätöntä huokosvedenpaineen kasvua ilman kuormitusta, mikä vaikeutti kuormituksen aikana tapahtuvan huokosvedenpaineen kasvun arvioimista. Tärinämittausten tulokset osoittivat suuremman kuorman, nopeuden ja lovipyörien määrän lisäävän värähtelyn voimakkuutta.
Alustavien 2D-stabiliteettilaskelmien mukaan molempien kohteiden kokonaisvarmuudet olivat riittävät. Venäläisen 250 kN kaluston teliparin metripainon aiheuttamalla pintakuormalla laskettujen stabiliteettilaskelmien mukaan stabiliteettia voidaan joutua seuraamaan monitorointimittauksilla. Stabiliteettilaskelmat tehtiin kuitenkin vain kairaustulosten perusteella arvioiduilla lujuuksilla, koska kaikki laboratoriotulokset eivät valmistuneet vielä tämän tutkimuksen aikana.