LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I JERNBANETEKNIKK 10.12.2010 Oppgave 1 a) Materialer i jernbanebruer i Norge: Stål Fordeler: Lett i forhold til styrke, dermed enklere å fundamentere, kan til en viss grad prefabrikeres, kan oppnå lav byggehøyde, selve brua er enkel å justere dersom det er deformasjoner i brukarene. Ulemper: Ruster, gamle bruer har ikke gjennomgående ballast noe som gjør sporjustering vanskelig, kan være støyproblemer for eldre stålbruer Betong Fordeler: Som regel gjennomgående ballast enklere sporjustering, mindre bruer kan prefabrikeres, krever mindre vedlikehold enn stålbruer Ulemper: Tyngre, krever mer omfattende fundamentering, justering av selve brua er en tyngre operasjon som oftest bare mulig for mindre bruer) Stein steinhvelvsbruer) Fordeler: Estetisk pene bruer, tilnærmet vedlikeholdsfrie, har gjennomgående ballast som gjør sporjustering enklere, har god restkapasitet for tyngre aksellaster Ulemper: Må fundamenteres mot fast fjell, tåler ikke bevegelser, krever mye manuell innstats under bygging, er dyre å bygge b) Funksjonskrav til forsterkningslaget Fordele last fra ballastlaget og ned i undergrunnen Være drenerende Bidra til jevn og tilstrekkelig stivhet langsetter sporet Bidra til frostmotstanden i banelegemet Krav til materialet i forsterkningslaget Styrke: Tilstrekkelig mekanisk styrke unngå forvitring over tid Friksjon: Tilstrekkelig indre friksjon oppnår et stabilt, kompakterbart materiale Frost: Materialene skal ikke være telefarlige, ha åpen gradering eller ha for stor steinstørrelse Filter: Materialene må oppfylle filterkriterier dersom det ikke brukes særskilt filterlag c) Viktige deler i dreneringsanlegget: Linjegrøfter åpne/lukkede) Terrenggrøfter/skråningsgrøfter åpne/lukkede) Stikkrenner/kulverter Sluker m/ sandfang) Overvannsledninger transportledninger) med kummer Grunner til at drenering er viktig:
Sikre banen mot erosjon Sikre tilstrekkelig bæreevne Motvirke stabilitetsproblemer Unngå nedknusing av ballast Unngå sporfeil Sikre lang levetid til spor og underbygning Oppgave 2 a) Fire hovedgrunner for å utføre forundersøkelser: Kartlegge teknisk gjennomførbarhet Avklare konsekvenser for omgivelsene. Angi sikringsomfang og tekniske utfordringer som kan knyttes til økonomisk overslag Vurdere alternative traséer. b) Når grunnvannstanden senkes i jordmassene, kan massene sette seg bli komprimert). Dette vil kunne skape store problemer for bygninger og konstruksjoner som er fundamentert på setningsømfintlige løsmasser. Løsmassenes stabilitet er avhengig av jordartens sammensetning og at de effektive spenningene i løsmassene opprettholdes. Effektiv spenning er en kombinasjon av porevannstrykket og trykket på sedimentets kornstruktur. I tillegg til denne såkalte mekaniskesetningen, kan ytterligere setninger oppstå i løsmasser med høyt organisk innhold, som for eksempel myr, ved nedbrytning av det organiske materialet. Et dramatisk eksempel av setningsskader som følge av grunnvannssenkning skjedde på Godlia og Hellerud i Oslo i forbindelse med byggingen av Romeriksporten. c) Som tiltak for å sikre selvevakuering regnes: rømningstunnel/servicetunnel tilfluktsrom rømningsveier gjennom tverrslag passasje langs tunnelvegg nødlys evakueringsskilt ventilasjon rekkverk Følgende tiltak er obligatoriske for en ny norsk jernbanetunnel med lengde 5 km: passasje kangs tunnelvegg nødlys evakueringsskilt rekkverk
Oppgave 3 a) Hvis hastigheten er V km/h, så er j u og I gitt ved: og j u v2 R g h s 1500 I sv2 gr h 9, 81 300 300 9, 81 150 0,28 m/s2 1500 150 42,7 mm. b) Siden j u /I er lavere enn grenseverdiene, betyr det at det er mulig å redusere overhøyden. For å finne h min løser vi en av formlene ovenfor med hensyn på h og setter inn j u,maks /I maks for j u /I: eller h min s g v 2 R j u,maks ) h min sv2 gr I maks 1500 9, 81 1500 9, 81 300 300 0, 85 63 mm 130 63 mm. I både a) og b) er det helt likegyldig hvilken av de to formlene man bruker.) c) Minst belastning på sporet får man når alle tog kjører i likevektshastigheten, dvs den hastigheten der j u 0 / I 0. For denne kurven blir likevektshastigheten v likevekt dvs ca 62 km/h. Rgh s 300 9, 81 150 1500 17,2 m/s, Oppgave 4 a) Nøytraltemperaturen er den temperaturen hvor aksialspenningene i sporet er lik null. b) To forhold som kan påvirke nøytraltemperaturen uten at skinnene blir kappet: skinnevandring; skinnene flytter seg langsmed sporet som følge av blant annet akselerasjon eller bremsing. Skinnevandring vil over tid føre til økte aksialkrefter lavere nøytraltemperatur) i det området skinnene flytter seg mot, og reduserte krefter høyere nøytraltemperatur) den motsatte veien. sideforflytning; sideveis forflytning av skinnene i kurver som følge av sporjustering eller krefter fra rullende materiell. Sideforflytning innover i en kurve senker nøytraltemperaturen, mens forflytning utover øker den. c) Vi bruker formel for lengdeforandring ved temperaturendring: L α t L 1, 15 10 5 21 5) 180 0,033 m 3,3 cm Skinnen må forlenges med 3,3 cm. Siden R er i området 400-800 m, er det krav om minimum ett dilatasjonsmerke per 60 m.
Oppgave 5 a) Formelen det er snakk om ser slik ut: Dpli i A σ σ + A q q + A w w + s Dmax + D sup h h }{{} c + 1 [an } 1500 {{} 2R n 2 + p2, 4 1 }{{} 2 3 hvor de tre hovedelementene står for følgende: Første hovedelement tar hensyn til forskyvningene til hjulaksel skinne på grunn av sporspill; relativbevegelse hjulaksel boggi; relativbevegelse boggi - vognkasse Andre hovedelement tar hensyn til rulling av vognkasse innover i kurve på grunn av overhøyde og rullvinkelkoeffisient Tredje hovedelement tar hensyn til det statiske kurveutslaget på grunn av avstand mellom boggisentrene og avstand mellom hjulakslene i boggien b) Det statiske kurveutslaget tredje hovedelement): Dpl i 1 [an 2R n 2 + p2 1 [16 4 2 300 8 8 2 1, 82 + 0,108 m. 4 c) Minst avstand til plattformen blir det hvis døra plasseres midt i vogna. Oppgave 6 a) Rampestigning: p h L 150 20 7.487 7.426 130 61 2,1 mm/m 2, 1 promille
Rampestigningshastighet: h t h v L 130 80 61 47,4 mm/s Km Vindskj. 2 m Vindskj. 9 m Overhøyde 7 453,0 7 455 5,5 75,5 7 457 5,5 81,0 7 459 7,5 88,5 7 461 11,5 100,0 7 462 36,5 106,5 7 464 12,0 43,0 118,5 7 466 11,0 48,5 129,5 7 468 4,5 45,5 134,0 7 4 3,0 37,0 137,0 7 471 33,5 140,0 b) Utfra tabellen ser vi at sikkerhetsgrensen på 9m-basis overskrides ved km 7.466 og 7.468 med henholdsvis 48,5 og 45,5 mm 5,4 og 5,1 promille) og i km 7.464 er vi akkurat på grensen. c) Vi måler vindskjevheter over 2 og 9 meters målebasiser fordi dette tilsvarer avstanden mellom hjulakslene i henholdsvis en boggi personvogn) og en godsvogn. d) Siden sikkerhetsgrensen for vindskjevhet over 9m-basis ble overskredet men ikke grensen over 2m-basis), er det sannsynlig at det var en godsvogn som sporet av. Fordi det er på vei ut av en overgangskurve at det ytre førende hjulet avlastes, så kjørte toget sannsynligvis mot km-retningen mot rettstrekning).