Badania terenowe, laboratoryjne i analizy numeryczne pracy toru bezstykowego na obiektach inżynieryjnych

W ramach prac terenowych wytypowano odcinki badawcze zlokalizowane w Euroterminalu w Sławkowie oraz na torze Instytutu Kolejnictwa w Żmigrodzie. Na obecnym etapie przeprowadzono badania toru z wykorzystaniem czujników magneto-indukcyjnych, mające na celu:

• dostarczenie danych do weryfikacji modeli MES oraz modeli analitycznych,
• określenie charakterystyki sztywności toru i jego współczynnika tłumienia,
• rejestrację odpowiedzi toru na wymuszenia dynamiczne od taboru.

Uzupełnieniem pomiarów były badania deflektometrem HWD/FWD, którego skuteczność w ocenie obciążenia i odpowiedzi toru została potwierdzona we wcześniejszych pracach Politechniki Krakowskiej. Wyniki te posłużą do walidacji modeli obliczeniowych oraz wyznaczenia funkcji przejścia niezbędnych dla diagnostyki z wykorzystaniem systemu DTES.

Kolejny etap badań polegał na wykonaniu analiz numerycznych interakcji pomiędzy torem bezstykowym a obiektem mostowym w kierunku wzdłużnym. Jako obiekt do analizy wybrano istniejący most na linii E30 nad rzeką Wisłoka, znajdujący się na dojeździe do stacji Dębica. Analizowany obiekt jest klasycznym obiektem podsypkowym z torem ułożonym w korycie balastowym żelbetowym, zespolonym ze stalową konstrukcją przęsła. Obiekty tego typu są rekomendowane jako obowiązujące konstrukcje na liniach PKP PLK S.A.

Celem analiz numerycznych obiektu mostowego było wyznaczenie rozkładów przemieszczeń i odkształceń wzdłużnych szyn toru bezstykowego, ze szczególnym uwzględnieniem wpływu przyjętej charakterystyki oporu wzdłużnego na te parametry. Badania te stanowiły jednocześnie bazę weryfikacyjną dla zaawansowanego modelowania przestrzennego (MES 3D). W procedurze obliczeniowej zaimplementowano dwa warianty charakterystyki oporu wzdłużnego na obiekcie i przyległych nasypach: normowy model bi-liniowy (sprężysto-plastyczny, zgodny z wytycznymi Eurokodu) oraz autorski model nieliniowy. Komparatystyka obu podejść pozwoliła na identyfikację wariantu generującego mniejsze wartości odkształceń, co jest kluczowe dla kalibracji systemu DTES. Na podstawie wyznaczonych granicznych rozkładów odkształceń zdefiniowano minimalne wymagania względem dokładności pomiarowej oraz rozdzielczości przestrzennej projektowanego sensora.

Badania rozszerzono o analizę obiektu mostowego zlokalizowanego w ciągu linii kolejowej E75 (Rail Baltica) nad rzeką Narew w miejscowości Uhów. Analizowana konstrukcja to klasyczny ustrój z nawierzchnią podsypkową, gdzie tor ułożony jest w stalowym korycie balastowym zintegrowanym ze stalową strukturą przęsła. Zasadniczym celem przeprowadzonych prac numerycznych było wyznaczenie wzdłużnych rozkładów przemieszczeń i odkształceń szyn toru bezstykowego, ze szczególnym uwzględnieniem wpływu charakterystyki oporu wzdłużnego na te parametry. Symulacje te miały na celu identyfikację najbardziej niekorzystnych stanów wytężenia.

Z uwagi na schemat statyczny obiektu, pracującego jako belka ciągła z centralną podporą stałą, w modelowaniu uwzględniono wpływ sił hamowania na poziome przemieszczenia podpory oraz wynikające z nich dodatkowe odkształcenia szyn nad łożyskami ruchomymi. Obliczenia dla szyn 60E1 przeprowadzono zgodnie z wytycznymi normy Eurokod 1, uwzględniając superpozycję obciążeń termicznych, sił wzdłużnych od hamowania oraz obrotów przęseł na podporach. W procedurze analitycznej zaimplementowano i porównano dwa warianty oporu wzdłużnego toru na obiekcie i dojazdach: normowy model bi-liniowy (sprężysto-plastyczny) oraz autorski model nieliniowy. Komparatystyka obu podejść pozwoliła wyznaczyć model generujący mniejsze wartości odkształceń, co w konsekwencji umożliwiło zdefiniowanie granicznych wymagań dotyczących dokładności pomiarowej oraz rozdzielczości przestrzennej dla projektowanego sensora DTES.

Kolejnym punktem działań w tym okresie, było przeprowadzenie badań laboratoryjnych nakładek poliuretanowych na szynę kolejową 49E1(S49). Wyniki te są niezbędne w kolejnym etapie badań nad ugięciem szyn kolejowych w warunkach polowych, poddanych obciążeniu dynamicznemu generowanemu przez aparat HWD (Heavy Weight Deflectometer).

03_VIII_2025_zdj_1 – Sposób przekazania obciążenia z płyty obciążeniowej na szynę (Fot. Juliusz Sołkowski)

03_VIII_2025_zdj_2 – Widok obiektu mostowego na linii E30, na pierwszym planie tor nr 1 w kierunku Dębicy (Fot. Juliusz Sołkowski)

03_VIII_2025_zdj_3 – Na drugim planie widok obiektu mostowego na linii E75 RailBaltica w miejscowości Uhów k. Białegostoku w trakcie budowy (Fot. PKP PLK S.A.)

03_VIII_2025_zdj_4 – Stanowisko badawcze –  próbka z płytowymi elementami dociskowymi i przegubem (autor: K. Malicki, J. Górszczyk)