Raideliikenteen aiheuttama staattinen kuormavaikutus siltarakenteisiin
Pakkanen, Petteri (2019)
2019
Rakennustekniikka
Rakennetun ympäristön tiedekunta - Faculty of Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2019-05-03
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201904301437
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201904301437
Tiivistelmä
Suunnittelussa raideliikenteen kuormavaikutukset silloille lasketaan eurokoodin standardin SFS-EN 1991-2 mukaan. Standardissa esitetään kuormakaavioita, joista LM71-kaaviota tulee käyttää aina ja muita kaavioita tapauskohtaisesti. Kaavioiden lisäksi kuormavaikutukseen vaikuttaa kaaviossa käytettävien kuormien luokittelukerroin α, joka on valittu kussakin eurokoodien vaikutuspiirissä olevassa maassa kansallisesti. Suomessa α:n arvoksi on valittu 1,46. Se on suurin standardissa esitetty luokka, joka vastaa junaa, jonka akselimassat ovat 35 tonnia. Suomen rataverkon suurin sallittu akselimassa on kuitenkin tällä hetkellä 25 tonnia, joten paikallisten kuormavaikutusten lähempi tarkastelu oli tämän perusteella tarpeellista.
Työssä tutkittiin Suomen raideliikenteen staattista kuormavaikutusta vertaamalla sitä LM71-kaavion vaikutuksiin. Dynaamisen suurennuskertoimen tasoon ei siis tässä otettu kantaa. Paikallisia kuormavaikutuksia arvioitiin stokastisen simulaatiotyökalun avulla, jolla muodostettiin todellisen kaltaisia tilastollisiin jakaumiin perustuvia tavarajunia. Henkilöliikenteen junia ei otettu tutkimukseen mukaan, koska oli selvää, ettei niiden kuormavaikutus staattisessa tapauksessa ole määräävä. Junien muodostuksen perustana olleet jakaumat saatiin rataverkolla sijaitsevien pyörävoimailmaisimien ja RFID-lukijoiden vuoden aikana keräämän datan perusteella. Pyörävoimailmaisimia on eri puolilla rataverkkoa ja jokainen mittauspiste simuloitiin erikseen, koska raideliikenteessä on paikallisia eroja myös Suomen sisällä. Simulaation lopussa jokaisen junan aiheuttamat kuormavaikutusten ääriarvot tallennettiin. Yksittäisiä junia muodostettiin kullakin mittauspisteellä 10 vuoden liikennettä vastaava määrä, sillä oletuksella, että liikennemäärä on sama jokaisena vuonna. Tulosten jälkikäsittelyssä ääriarvojakaumat muodostettiin lopulta kuukauden aikana ääriarvon tuottaneiden junien kuormavaikutuksista ja saatuihin jakaumiin sovitettiin ääriarvojakaumista Gumbel- sekä Weibull-jakaumat, joista luetaan 100 vuoden toistumiskuormavaikutusten arvot. Lisäksi yksittäisten tulosten jakaumia testattiin tarkemmin ja niihin sovitettiin myös yleistettyä ääriarvojakaumaa (GEV-jakaumaa).
Tutkimuksessa saatujen tulosten perusteella raideliikenteen staattinen kuormavaikutus on hyvin lähellä kuormakaavioiden LM71 ja SW/0 kuormavaikutuksia luokittelukertoimella α=1,1. Luokittelukertoimella 1,1 kerrottuna kuormakaaviot vastaavat junaa, jonka sallitut akselimassat ovat 25 tonnia. Muutamassa tutkitussa tapauksessa α=1,1 luokittelu ei kuitenkaan aivan riitä. Tulokset ovat siis odotettuja, mutta suoraan akselimassan perusteella tehtävä luokittelu osoittautui Suomen liikenteellä hieman epävarmaksi. Mahdolliseen luokittelukertoimen muutokseen tarvitaan vielä lisätutkimuksia.
Työssä tutkittiin Suomen raideliikenteen staattista kuormavaikutusta vertaamalla sitä LM71-kaavion vaikutuksiin. Dynaamisen suurennuskertoimen tasoon ei siis tässä otettu kantaa. Paikallisia kuormavaikutuksia arvioitiin stokastisen simulaatiotyökalun avulla, jolla muodostettiin todellisen kaltaisia tilastollisiin jakaumiin perustuvia tavarajunia. Henkilöliikenteen junia ei otettu tutkimukseen mukaan, koska oli selvää, ettei niiden kuormavaikutus staattisessa tapauksessa ole määräävä. Junien muodostuksen perustana olleet jakaumat saatiin rataverkolla sijaitsevien pyörävoimailmaisimien ja RFID-lukijoiden vuoden aikana keräämän datan perusteella. Pyörävoimailmaisimia on eri puolilla rataverkkoa ja jokainen mittauspiste simuloitiin erikseen, koska raideliikenteessä on paikallisia eroja myös Suomen sisällä. Simulaation lopussa jokaisen junan aiheuttamat kuormavaikutusten ääriarvot tallennettiin. Yksittäisiä junia muodostettiin kullakin mittauspisteellä 10 vuoden liikennettä vastaava määrä, sillä oletuksella, että liikennemäärä on sama jokaisena vuonna. Tulosten jälkikäsittelyssä ääriarvojakaumat muodostettiin lopulta kuukauden aikana ääriarvon tuottaneiden junien kuormavaikutuksista ja saatuihin jakaumiin sovitettiin ääriarvojakaumista Gumbel- sekä Weibull-jakaumat, joista luetaan 100 vuoden toistumiskuormavaikutusten arvot. Lisäksi yksittäisten tulosten jakaumia testattiin tarkemmin ja niihin sovitettiin myös yleistettyä ääriarvojakaumaa (GEV-jakaumaa).
Tutkimuksessa saatujen tulosten perusteella raideliikenteen staattinen kuormavaikutus on hyvin lähellä kuormakaavioiden LM71 ja SW/0 kuormavaikutuksia luokittelukertoimella α=1,1. Luokittelukertoimella 1,1 kerrottuna kuormakaaviot vastaavat junaa, jonka sallitut akselimassat ovat 25 tonnia. Muutamassa tutkitussa tapauksessa α=1,1 luokittelu ei kuitenkaan aivan riitä. Tulokset ovat siis odotettuja, mutta suoraan akselimassan perusteella tehtävä luokittelu osoittautui Suomen liikenteellä hieman epävarmaksi. Mahdolliseen luokittelukertoimen muutokseen tarvitaan vielä lisätutkimuksia.