Enes Curić1, Adrijana Savić

2, Dragoljub Drenić

3

KAPACITET NOSIVOSTI PREDNAPREGNUTOG BETONSKOG

PRAGA NAKON DEJSTVA ZAMORNOG OPTEREĆENJA

Rezime

Cilj ispitivanja prednapregnutog betonskog železničkog praga tipa B70 na zamorno

opterećenje jeste utvrđivanje ispunjenosti kriterijuma za ocenu kvaliteta gotovog

proizvoda. Standard EN13230-2 zahteva laboratorijska ispitivanja ponašanja praga pri

statičkom, dinamičkom i zamornom opterećenju. Radi osiguranja bezbednosti

železničkog saobraćaja, posle laboratorijskog, izvršeno je i eksploataciono ispitivanje

praga u cilju utvrđivanja kapaciteta nosivosti ispitivanog praga nakon dejstva zamornog

opterećenja u realnim ambijentalnim uslovima eksploatacije.

Ključne riječi

Prednapregnuti, železnički, prag, zamorno opterećenje, ispitivanje, ambijentalni, uslovi.

CARRYING CAPACITY OF THE PRESTRESSED CONCRETE RAILWAY

SLEEPER AFTER EFFECTS OF FATIGUE LOAD

Summary

The goal of tests of prestressed concrete railway sleeper type B70 on fatigue load is to

determine compliance of the criteria for assessing the quality of the finished product.

Standard EN13230-2 requires laboratory testing of the railway sleeper behavior of the

static, dynamic and fatigue load. To ensure safety of railway traffic, after the laboratory,

made the exploitation fatigue bending testing to determine the carrying capacity of the

tested concrete railway sleeper after the effects of fatigue load in real ambient

conditions.

Key words

Prestressed, Railway, sleeper, time-consuming load, testing, environmental, conditions.

1 Enes Curić, dipl. inž. građ., PhD student GAF Niš, Generala Živkovića 74, 36300 Novi Pazar, Srbija,

enescuric@live.com, tel. +381 63 383 515 2 Adrijana Savić, mr, dipl. inž. građ., JP Direkcija za urbanizam i izgradnju grada Leskovca, ul. Rade Žunića 149,

16000 Leskovac, Srbija, adrisavic@gmail.com

3 Dragoljub Drenić, prof. dr, dipl. inž. građ. , Građevinsko-arhitektonski fakultet Niš, Aleksandra Medvedeva 14,

18000 Niš, ddrenic@gaf.ni.ac.rs

GNP 2012

4. INTERNACIONALNI NAUČNO-STRUČNI SKUP

GRAĐEVINARSTVO – NAUKA I PRAKSA

Ţabljak, Crna Gora, februar 2012.

1. UVOD

Prednapregnuti železnički pragovi tipa B70, proizvedeni su na osnovu projektne

dokumentacije[1]

koja predviđa poštovanje strogih zahteva po pitanju oblika i tehnoloških i

eksploatacionih karakteristika, uz ispunjenje uslova za postizanje maksimalne brzine pruge

od 250 km/h i maksimalne nosivosti praga od 250 kN. Konstrukcija praga B70 omogućava

primenu različitih vrsta elastičnog kolosečnog pribora (Pandrol, Vossloh, SKL i dr.).

Dužina praga je 260cm, masa ~300kg, sa površinom oslanjanja od 6804cm2. Prag je

izrađen od betona kvaliteta C50/60 (EC2) i armiran je žicama za prednaprezanje[3]

.

Predviđena podloga ispod praga je tucanički zastor eruptivnog porekla minimalne debljine

30cm. Na staničnim kolosecima donji stroj koloseka sačinjava tamponski sloj debljine 5-10

cm, geotekstil i sloj elastomera od gumeno-sunđerastog materijala kao apsorbera buke,

debljine 4 cm, koji je položen na sloju betona, kao završnom sloju planuma staničnog

platoa. Proces proizvodnje prednapregnutih pragova obuhvata pripremu kalupa,

postavljanje žica za prednaprezanje, prednaprezanje, betoniranje, zaparivanje i montaža

elastičnog pribora sa skladištenjem.

Radi kontrole projekta, za ovu vrstu konstrukcija, neophodna su ispitivanja

definisana standardom EN13230-2. Ova ispitivanja se vrše na ispravno negovanim

pragovima starosti 4-6 nedelja. Ovim standardom se zahteva ispitivanje ponašanja praga pri

statičkom, dinamičkom i zamornom opterećenju. Pomenuti standard predviđa i ispunjenje

preciznih kriterijuma i ostalih parametara za ocenu rezultata ispitivanja i to za svaku vrstu

opterećenja zasebno i sa tačno odredjenim minimalnim brojem ispitivanih pragova.

Pored ispitivanja na statičko i dinamičko opterećenje, prva proizvedena serija

prednapregnutih pragova je podvrgnuta ispitivanju na zamorno opterećenje koje je izvršeno

na Odeljenju za ispitivanje konstrukcija Građevinsko-arhitektonskog fakulteta u Nišu i VTI

u Beogradu{5}

.

2. OPŠTI USLOVI I ZAVRŠNA FAZA ISPITIVANJA NA ZAMOR

Prednapregnuti železnički prag se, pošto je prethodno bio podvrgnut statičkom

ispitivanju, podvrgava dejstvu zamornog opterećenja čime se simulira saobraćajno

opterećenje. U tom postupku se prati uticaj zamora na savijanje praga. Ispitivanje na zamor

se sprovodi tako što se 1(jedan) prag opterećuje zamornim opterećenjem u 2.000.000

ciklusa frekfencije 2-5 Hz, pri čemu se posmatra i ocenjuje presek na mestu oslanjanja šine

i to za pozitivan momenat savijanja. Minimalna dinamička sila kojom se opterećuje prag je

FrU=50kN uz maksimalnu dinamičku silu u ciklusu Fr0=146,50 kN. Kriterijumi za pozitivnu

ocenu ispitivanog uzorka na zamorno opterećenje su:

pri dejstvu početne sile opterećenja na mestu oslanjanja šine na prag (Fro),

širina prsline mora biti manja od 0,1 mm,

pri rasterećenju praga, širina zaostale prsline mora biti manja od 0,05 mm,

odnos sile optrerećenja na mestu oslanjanja šine na prag koja se ne može

više povećavati(FrB) i početne sile opterećenja na mestu oslanjanja šine na

prag (Fro), mora biti veći od zadatog koeficijenta k3: FrB> k3 x Fro

Ispitivanjem ispunjenosti zahtevanih kriterijuma, ustanovljeno je da ispitani uzorci u

potpunosti zadovoljavaju postavljene kriterijume za statičko, dinamičko i ispitivanje na

zamor karakterističnog preseka na mestu oslanjanja šine. Detaljnim pregledom, nakon

sprovedenog ispitivanja na zamor, na ispitivanom opitnom uzorku nisu otkriveni nikakvi

znaci oštećenja koji bi bili posledica predmetnog ispitivanja. Takođe, dobijena srednja

vrednost koeficijenta k3, dobijena pri ispitivanju na zamorno opterećenje, pokazuje da

ispitivani prag B70 u potpunosti zadovoljava kriterijume date u Uputstvu br.349 Železnica

Srbije[4]

.

Nakon 2.000.000 ciklusa zamornog opterećenja, obavezno je sprovesti završnu fazu

ispitivanja odnosno ponovno podvrgavanje istog uzorka statičkom opterećenju (Slika 1.).

Slika 1. Dijagram završne faze ispitivanja na zamor nakon 2 000 000 ciklusa

U toku vršenja statičkog ispitivanja u okviru završne faze ispitivanja na zamor,

dobijeni su rezultati koji su u potpunosti zadovoljili postavljene kriterijume. Dobijeni

globalni koeficijenti sigurnosti dobijeni u laboratoriji se moraju potvrditi poređenjem sa

rezultatima dobijenim u postupku eksploatacionog ispitivanja, koje je u tu svrhu i izvršeno.

3. EKSPLOATACIONO ISPITIVANJE ŢELEZNIČKIH PRAGOVA

S obzirom da je prednapregnuti betonski prag proizvod koji utiče na bezbednost

železničkog saobraćaja, neophodno je, kao napredno, izvršiti i eksploataciono ispitivanje

pragova odnosno utvrđivanje kapaciteta nosivosti prednapregnutog betonskog železničkog

praga u realnim ambijentalnim uslovima eksploatacije. Eksploataciono ispitivanje se vrši po

posebnom, prethodno odobrenom, programu[8]

koji sadrži podatke o dužini i

karakteristikama probne deonice, eksploatacionim i uslovima kontrole i održavanja pruge

na kojoj se ova deonica nalazi, načinu sprovođenja i kontrole rezultata ispitivanja sa jasnim

definisanjem mernih instrumenata, načina evidentiranja rezultata merenja, kao i kriterijuma

za ocenu dobijenih rezultata. Krajnji korisnik je definisao period probne eksploatacije u

trajanju od 12 meseci, posle čega se vrši vizuelni pregled i merenje širine koloseka, kao i

laboratorijsko ispitivanje (statičko, dinamičko i ispitivanje elektrootpornosti) o čemu se

podnosi detaljan izveštaj.

Za probnu deonicu eksploatacionog ispitivanja je određena stanica Beograd Centar i

to na 5. koloseku od km 0+317,47 do km 0+551,22 (Novi Beograd) i na 6. koloseku od km

0+315,90 do km 0+459,87 (Novi Beograd) i od km 0+163,80 do km 0+272,69 (Rakovica).

Ukupna dužina probne deonice iznosi 486,61 m. Oba koloseka su u pravcu, bez podužnog

nagiba, širine 1435 mm, sa ugrađenim šinama EN 60E1 koje su prema podužnoj osi

koloseka postavljene u nagibu 1:40. Kolosečni pričvrsni pribor je tipa Pandrol FASTCLIP.

U toku eksploatacionog perioda se vrše kontrole i potrebna merenja koloseka na

dnevnom, nedeljnom, mesečnom i godišnjem nivou. U cilju provere karakteristika

ugrađenih pragova, u eksploatacionom periodu su potrebna samo kontrolna merenja širine

koloseka. Vizuelne kontrole se obavljaju svakodnevno, nedeljno i mesečno a kontinuirana

kontrola širine koloseka se vrši na svakom pragu ručnim mernim instrumentom jednom

mesečno i mernim kolima dva puta godišnje kao i nakon većih radova na koloseku. Ukoliko

se na ugrađenim pragovima ne uočavaju nikakve promene u smislu pojave mikropukotina,

eventualnih naprsnuća, loma ili promena kod koloseka u odnosu na datum početka

kontrole, u zapisnik se unosi konstatacija da su koloseci u dobrom stanju i bez vidnih

promena. U slučaju pojave nedostataka koji utiču na širinu koloseka, nepouzdanost veze

šine za prag čiji uzrok nije primenjeni pričvrsni pribor ili pojave mikroprslina na silueti

praga, ispitivani pragovi se odbijaju kao nedovoljno kvalitetni.

3.1. REZULTATI ISPITIVANJA PRAGOVA POSLE

EKSPLOATACIONOG PERIODA[7]

Posle perioda eksploatacije prednapregnutih betonskih pragova B70, isporučenih i

montiranih od strane proizvođača „Putevi invest“ doo, Betonjerka Stalać, Komisija za

praćenje eksploatacionog ponašanja pragova je odredila repernu grupu od 12 (dvanaest)

pragova ugrađenih na karakterističnim mestima na probnoj deonici, koji će, posle

demontaže, biti podvrgnuti kontrolnom laboratorijskom ispitivanju (statičko, dinamičko i

ispitivanje na elektrootpornost).

Statičko ispitivanje je izvršeno za dva preseka, na mestu oslanjanja šine za pozitivni

moment savijanja i za presek u sredini praga za negativni momenat savijanja. Dinamičko

ispitivanje je izvršeno za presek na mestu oslanjanja šine za pozitivni momenat savijanja.

Pre laboratorijskog ispitivanja, izvršen je detaljni vizuelni pregled reperne grupe pragova

prilikom koga su uočena mehanička oštećenja u vidu imperfekcije koja su skoncentrisana

na mestu oslanjanja šina. Zaključeno je da su ova oštećenja nastala prilikom montaže,

demontaže i podbijanja pragova pa se po tom osnovu pregledani pragovi ne mogu

diskvalifikovati.

Slika 2. Karakteristična oštećenja po obimu poprečnog preseka posle perioda eksploatacije

3.1.1. Statičko ispitivanje. Presek na mestu oslanjanja šine–pozitivni momenat

savijanja

Fr0 = 146,5 kN - max sila kojom je opterećen prag u toku eksploatacionog perioda

(dinamičkog opterećenja) odnosno početna sila kojom se

opterećuje prag pri statičkom ispitivanju na mestu oslanjanja šine

na prag za pozitivni moment savijanja

k1s =

k2s =

Slika 3. Karakteristične prsline pri statičkom ispitivanju na mestu oslanjanja šine posle

perioda eksploatacije

Prethodnim laboratorijskim ispitivanjem[5]

ponašanja prednapregnutoog praga posle

zamornog opterećenja, dobijeni su sledeći rezultati:

330/146,50 = 2,25

403/146,5 = 2,75

Tabela 1. Rezultati ispitivanja za pozitivni moment savijanja posle perioda eksploatacije

Na osnovu rezultata ispitivanja datih u tabeli, zaključujemo da su merene vrednosti

sila Fr0,05 i FrB u granicama dozvoljenih vrednosti za slučaj statičkog opterećenja što

Oznaka prag

VI-P BL-2 268 370 1,829 2,525

V-SK1 269 372 1,836 2,539

VI-P BL1 310 460 2,11 3,13

VI-P BL1 280 460 1,911 3,13

V-SK-1 269 410 1,836 2,79

VI-P 264 369 1,803 2,52

pokazuju vrednosti globalnih statičkih koeficijenata sigurnosti koje su veće od zahtevanih

vrednosti:

k1s,sr = 1,887 > 1,80

k2s,sr = 2,772 > 2,50

3.1.2. Statičko ispitivanje. Presek u sredini praga – negativni momenat

savijanja

Slika 4. Karakteristične prsline pri statičkom ispitivanju u sredini praga posle perioda

eksploatacije

Tabela 2. Rezultati ispitivanja za pozitivni moment savijanja posle perioda eksploatacije

3.1.3. Dinamičko ispitivanje. Presek na mestu oslanjanja šine – pozitivni

momenat savijanja

Slika 5. Dinamičko ispitivanje preseka na mestu oslanjanja šine posle perioda eksploatacije

Oznaka Prag

VI-P S33 BL2 90 55 130

Tabela 3. Rezultati dinamičkog ispitivanja za poz.moment sav. posle perioda eksploatacije

Rezultati ispitivanja dati u tabeli nam govore da su merene vrednosti sila Fr0,05 i FrB

u granicama dozvoljenih vrednosti za slučaj dinamičkog opterećenja što pokazuju vrednosti

globalnih dinamičkih koeficijenata sigurnosti koje su veće od zahtevanih vrednosti:

k1d,sr = 1,69 > 1,50

k2d,sr = 2,616 > 2,20

4. ZAKLJUČAK

Posle sprovedenih laboratorijskih i zahtevanih ambijentalnih odn. ispitivanja

pragova posle isteka eksploatacionog perioda, izvršeno je upoređivanje dobijenih rezultata

pri čemu je ustanovljen visok stepen poklapanja istih. Pri tome, svi dobijeni rezultati[7]

su

zadovoljili postavljene kriterijume, čime su stvoreni uslovi da predmetni prag, proizvođača

„Putevi invest“ Užice - Betonjerka u Stalaću, dobije dozvolu za korišćenje na prugama

Železnice Srbije. Sprovedenim ispitivanjem je ustanovljen i kapacitet nosivosti

prednapregnutog betonskog železničkog praga nakon dejstva zamornog opterećenja u

realnim ambijentalnim uslovima eksploatacije. Pokazano je da postoji značajna rezerva u

kapacitetu nosivosti prednapregnutih betonskih pragova jer su globalni statički i dinamički

koeficijenti znatno iznad zahtevanih vrednosti.

LITERATURA

[1] Glavni projekat prednapregnutog praga za brze pruge tipa B70, Gradjevinsko-arhitektonski

fakultet u Nišu, Niš, 2010.

[2] J. C. McCormac: "Structural Steel Design", HarperCollins College Publishers, New York,

1995, 253p

[3] Pravilnik o tehničkim normativima za čelične žice, šipke i užad za prednaprezanje

konstrukcija (SL SFRJ 41/85 i 21/88)

[4] ZJŽ–334 Uputstvo 349 o proizvodnji, kontroli i prijemu prednapregnutih betonskih pragova

na mreži pruga JŽ (01.03.05.)

[5] Izveštaj o ispitivanju prednapregnutog betonskog praga B70, 06 br. 29/10 od 08.04.2010.,

Gradjevinsko-arhitektonski fakultet u Nišu, Odeljenje za ispitivanje konstrukcija, 2010.

[6] Curić E., Drenić D., Vacev T.: Uticaj krutosti podloge na distribuciju naponskog stanja kod

prednapregnutog betonskog železničkog praga tip B70, Niš, Sinarg2010.

[7] Kontrolni izveštaj o ispitivanju pragova B70 nakon eksploatacije, Gradjevinsko-arhitektonski

fakultet u Nišu, Odeljenje za ispitivanje konstrukcija, 2011.

[8] Program eksploatacionog ispitivanja prethodnonapregnutih betonskih pragova B70,

Železnice Srbije, Direkcija za infrastrukturu, februar 2011.

[9] Konačan izveštaj komisije za praćenje eksploatacionog ponašanja betonskih pragova B70,

br.25/11.310/21 od 01.08.2011., Železnice Srbije,Direkcija za infrastrukturu, 2011.

Oznaka prag

VI-P BL-2 239 386 1,63 2,63

V-SK6 258 380 1,76 2,59

VI-SK6 L1 246 386 1,68 2,63