Шпала железобетонная: Железобетонные шпалы и их размеры

Железобетонная альтернатива. Первые железобетонные шпалы

Железобетонная альтернатива. Первые железобетонные шпалы

05 сентября 2014 г.

Бетон давно известен человечеству как достаточно прочный материал. Его применяли еще древние римляне. Существовал, к примеру, такой способ постройки, когда бетон заливался между деревянных стен, которые впоследствии удалялись. Считается, что так был создан купол Пантеона – храма, который был воздвигнут в Риме во II веке нашей эры и почти в первозданном виде существует до сих пор.

Технология железобетона предполагает лишь укрепление материала стальной арматурой. Начало ее применения часто связывают с именем парижского садовника Жозефа Монье. В 1867 году он запатентовал цветочную кадку из проволочной сетки, покрытой цементным раствором. Но фактически конструкции из бетона с железной арматурой возводились и до этого во многих странах, в том числе в России. К примеру, в начале XIX века при строительстве Царскосельского дворца зодчие использовали металлические стержни для армирования перекрытия, выполненного выполненного из известкового бетона.

Развитие железнодорожного сообщения в послевоенные годы вновь остро поставило вопрос о продлении срока службы шпал. Предлагались различные подходы к решению проблемы.

Например, активно применялся быстрый и достаточно качественный диффузионный метод пропитки древесины. Одновременно шел поиск нового прочного материала для шпал, который мог бы заменить собой недолговечное дерево.

Подобные попытки предпринимались в России еще в XIX веке.

Например, в 1886 году на Закаспийской дороге в Средней Азии в целях экономии применили так называемые кировые опоры – квадратные отливки из асфальтобетона, укладывающиеся под рельсами по диагонали. А на Екатерининской дороге, построенной в 1882–1904 годах, испытывали путь с монолитной бетонной плитой и продольными металлическими лежнями. В 1903 году были изготовлены и испытаны в лаборатории Санкт-Петербургского института путей сообщения первые в России железобетонные шпалы. Часть их была уложена на одной из станций Финляндской железной дороги.

Однако первоначально широкого применения железобетонные шпалы не нашли. Одной из ключевых проблем была их низкая стойкость. Напряжения от поездной нагрузки превышали предел прочности бетона на растяжение, в итоге появлялись трещины. В них попадала влага и вызывала коррозию арматуры, бетон отслаивался от ржавеющего металла. В конечном итоге шпала переламывалась под рельсом и переставала воспринимать нагрузку.

Новая эра отечественного шпалопроизводства началась в конце 1940-х с внедрением технологии предварительно напряженного железобетона. Суть в том, что в процессе изготовления изделия происходит специальное натяжение арматуры. Когда ее освобождают от захватов, она сокращается и передает сжимающие усилия на бетон.

Первые попытки применения предварительно напряженных шпал были предприняты трестом «Промтранспроект». Его специалисты разработали струнобетонные шпалы для путей промышленных предприятий. А в 1947 году Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта Министерства путей сообщения (ЦНИИ МПС) начал исследования в области железобетонных шпал для главных путей. Особенно широко началось их применение после принятия в 1954 году руководством страны постановления «О развитии производства сборных железобетонных конструкций и деталей для строительства». Уже через год первые километры пути на железобетонном основании были уложены на Юго-Восточной дороге.

В 1956 году завершились лабораторные и эксплуатационные испытания двухшарнирных, цельнобрусковых со стержневой арматурой и струнобетонных шпал. Обобщив отечественный и зарубежный опыт, ученые рекомендовали к применению струнобетонные. Они и были утверждены в качестве государственного стандарта для железных дорог СССР. А в конце 1950-х в Челябинске был создан первый в стране завод, специализирующийся на массовом  производстве железобетонных шпал.

Серийное производство железобетонных шпал в СССР началось в 1959 году на Челябинском заводе. Решение о его строительстве было принято в 1955-м. На создание производства, до того момента не имевшего аналогов, было не так много времени. Многие вопросы приходилось решать буквально опытным путем. Зато потом наработки Челябинского завода пригодились при строительстве других предприятий в различных уголках страны. В том числе специалисты из Челябинска в 1960-х помогали в наладке оборудования вводящегося в строй Кавказского завода.

Интересно, что южноуральское предприятие еще не раз становилось пионером в освоении новой продукции. Например, завод первым стал выпускать железобетонные брусья для стрелочных переводов. При этом главной задачей Челябинского предприятия всегда было обеспечение высокого качества продукции. «В 1987-м нашей шпале был присвоен Знак качества, – вспоминает Василий Агафонов, ветеран предприятия. – Знаменитый пятиугольник стоял на каждом изделии. Требования ГОСТа были очень жесткими.

Раковина в 5 мм на подрельсовой площадке уже была браком.

Как-то к нам на завод приехал Вадим Николаевич Морозов, бывший тогда заместителем министра путей сообщения. Увидел сложенные в стороне шпалы, а они были в дефиците, и удивился: «А это что?» «По ГОСТу не прошли», – отвечаем мы.

Опыт Челябинского завода был признан удачным, а поэтому в 1960–1970 годах была создана целая серия подобных предприятий. Цель была понятна – обеспечить растущие потребности путевого комплекса необходимым количеством железобетонных шпал, отличающихся высокой надежностью. При этом, учитывая географию и масштабы страны, задача носила нетривиальный характер.

В середине 1960-х в известном еще по древним летописям городе Чудове, что в Новгородской области, был создан один из самых крупных на тот момент заводов. На Северо-Западе тогда шло активное возведение новых и реконструкция старых железнодорожных путей, и это при том, что Октябрьская магистраль всегда была одной из наиболее крупных и грузонапряженных в стране. А поэтому появления «ближнего» поставщика шпал здесь очень ждали.

Похожая история была и с Вяземским заводом, который «заточен» под нужды Московской железной дороги с ее разветвленной сетью. Решение о его строительстве было принято в марте 1962 года, а первую очередь ввели в строй в 1968 году. Причем были возведены не только цеха предприятия и необходимая инженерная инфраструктура, но и жилые дома для работников. Вязьма – город не очень большой, появление столь крупного производства сыграло заметную роль в жизни города.

Как и для поселка Красносельский Гулькевичского района Краснодарского края, где в 1967 году был открыт Кавказский завод железобетонных шпал.

Хотя предприятие и не является градообразующим, его значение сложно переоценить. Во время строительства завода в райцентре Гулькевичи впервые появились очистные сооружения, что позволило возводить в городе многоэтажные дома. Работы по созданию производства велись, как это часто было в СССР, в авральном режиме. «Строительство рассчитывалось на три года, но, учитывая, что приближалось 50-летие советской власти, Минтрансстрой пообещал ЦК КПСС, что завод будет введен в строй на год раньше срока, то есть как раз к юбилею», – вспоминает первый директор предприятия Михаил Доцко. Отказаться выполнять обещание, данное ЦК, в те годы было немыслимо.

Но результаты ненужной спешки не заставили себя ждать: уже в первый год предприятие работало без котельной, отапливать цеха было нечем. Пришлось обогрев завода «поручить» обыкновенному паровозу.

К списку новостей

История возникновения железобетонных шпал

В переводе с фламандского «шпала» звучит как «подпорка».  В «Словаре русского языка» Ожегова указано, что шпалы – это поперечные массивные железобетонные или деревянные брусья, на которые укладываются рельсы.

Впервые шпалы появились

когда отец и сын Черепановы в 1834 году решили испытать созданный ими паровоз. Они укладывались на специальные каменные лежаки, что доставляло множество неудобств и только спустя почти семьдесят лет на железных дорогах тогда еще Российской Империи появились первые железобетонные шпалы. 

Они имели сквозные отверстия для облегчения веса и крепления рельсов с помощью клейм. Такая конструкция широкого применения не получила из-за низкой износостойкости, хотя и было уложено свыше шести тысяч таких шпал.

Идею с такими шпалами оставили и приступили к попыткам использования металлических шпал, которые, кстати, в 1912 году были уложены на Донецкой железной дороге.

Но и у этих  тоже были свои недостатки. Укладка была гораздо сложнее традиционных деревянных шпал и к тому в районах, где воздух содержал химические примеси из-за большой концентрации промышленных объектов, шпалы быстро ржавели. Что же касается движения поездов по такому пути, то шум и грохот был мягко сказать очень неприятным.

Очень интересный факт: если учесть протяженность наших дорог и дальнейшее использование металлических шпал , то вся металлургическая промышленность работала бы только на выпуск рельсов и шпал.  Далее перешли к использованию деревянных шпал, но при всех своих достоинствах у них есть главный недостаток – недолговечность.  Срок службы первых еловых шпал составлял всего лишь 4 года, а современных благодаря пропитке креозолом – тридцать лет.

На сегодняшний день огромное предпочтение отдается все же железобетонным брусьям, которые представляют собой балку с переменным сечением с площадкой  для установки рельсов Р-65 и отверстиями для скрепления конструкции болтами. Современные шпалы выполняют путем заполнения формы бетоном, в которую помещена арматура, создающая растягивающее усилие. Именно этих знаний не хватило сто лет назад, чтобы железнодорожный путь был надежным и износостойким.  Такие шпалы отличаются неограниченным сроком службы, имеют высокую механическую прочность и не подвергаются гниению.

В настоящее время 60% всех железнодорожных путей находящихся на территории стран СНГ построены с использованием железобетонных брусьев, которые благодаря высокому качеству прослужат еще не один десяток лет.

2013-04-01

2. Конструкции железобетонных шпал и основные технические требования к ним.

2.1. Железобетонные шпалы, выпускаемые
промышленностью, должны отвечать
требованиям государственных стандартов
или технических условий, утвержденных
в установленном порядке.

2.2. Конструкция и размеры железобетонных
шпал марок Ш1-1, Ш1-2 и Ш2-1 по ГОСТ 10629-88
«Шпалы железобетонные предварительно
напряженные для железных дорог колеи
1520 мм. Технические условия» представлены
на рис. 1-4 и в табл. 1.

2.2.1. Марка шпалы состоит из двух
буквенно-цифровых групп, разделенных
дефисом.

Первая группа содержит обозначение
типа шпалы в зависимости от конструкции
рельсового скрепления:

Ш1-для раздельного клеммно-болтового
скрепления КБ с болтовым прикреплением
подкладки к шпале;

Ш2-для нераздельного клеммно-болтового
скрепления БПУ с болтовым прикреплением
подкладки или рельса к шпале.

Вторая группа указывает вариант
исполнения подрельсовой площадки шпалы
в соответствии с табл. 1.

2.2.2. Форма и размеры шпал должны
соответствовать указанным в табл. 1 и
на рис. 1-4.

Таблица 1.

На кромках, примыкающих к подошве и
торцам шпалы, допускаются фаски шириной
не более 15 мм.

По согласованию изготовителя с
потребителем допускается изготовлять
шпалы у которых расположение и размеры
углублений на подошве отличаются от
указанных на рис. 1, а форма и размеры
вертикальных каналов для закладных
болтов отличаются от указанных на рис.
2-4.

2.2.3 Конструкции и размеры допускаемых
к применению железобетонных шпал,
изготовленных по ранее действовавшим
стандартам и техническим условиям, даны
в приложении.

2.3 Железобетонные шпалы в зависимости
от трещиностоикости, точности
геометрических размеров и качества
бетонных поверхностей подразделяют на
два сорта: первый и второй.

Шпалы второго сорта предназначены для
укладки на малодеятельных линиях,
станционных и подъездных путях. Поставка
шпал второго сорта производится только
с согласия потребителя.

2.4. Шпалы должны изготовляться из тяжелого
бетона класса по прочности на сжатие
В40 в соответствии с ГОСТ 26633-85.

2.5. В качестве арматуры шпал (рис. 5)
применяется высокопрочная стальная
проволока периодического профиля класса
Вр диаметром 3 мм. Номинальное
число проволок-44. Предельные отклонения
по числу проволок-2 шт.

Для обеспечения проектного расположения
проволок применяются разделительные
проставки, которые могут оставаться в
бетоне на торцах шпал.

2.6. Отклонения размеров шпал не должны
превышать предельных значений, указанных
в табл. 2.

2.7. Отклонение от прямолинейности профиля
подрельсовых площадок на всей длине
или ширине не должно быть более 1 мм.

2.8. Уклон подрельсовых площадок к
продольной оси шпалы в вертикальной
плоскости, проходящей через ось
(подуклонка), должен быть в пределах от
1 : 18 до 1 : 22 для шпал первого сорта и от
1 : 16 до 1 : 24 для шпал второго сорта.

2.9. Разница уклонов подрельсовых площадок
разных концов шпалы в поперечном к оси
шпалы направлении (пропеллерность) не
должна превышать 1 : 80.

2.10. Отклонения толщины защитного слоя
бетона до верхнего ряда арматуры не
должны превышать: для шпал первого сорта
+7, -5 мм, для шпал второго сорта
+10, -5 мм.

2.11. Размеры раковин на бетонных
поверхностях и околов ребер у шпал не
должны превышать значений, указанных
в табл. 3.

2.12. В новых шпалах не допускаются:

наплывы бетона в каналах для закладных
болтов, препятствующие свободной
установке и повороту этих болтов в
рабочее положение;

местные наплывы бетона на подрельсовых
площадках;

привертывание закладных болтов рельсового
скрепления в каналах шпалы при завинчивании
гаек;

трещины в бетоне.

Таблица 2.

Таблица 3.

* Не более трех раковин на одной площадке.

** Не более одной раковины.

Примечание. В числителе — данные для
шпал первого сорта, в знаменателе — для
второго.

2.13. На верхней поверхности шпал
штампованием при формовании должны
быть нанесены товарный знак или краткое
наименование предприятия-изготовителя
(на каждой шпале) и год изготовления
двумя последними цифрами (не менее чем
у 20% шпал партии).

В концевой части шпал краской наносят
штамп ОТК и номер партии. Места нанесения
маркировочных надписей указаны на рис.
6.

На обоих концах шпалы второго сорта
наносится краской поперечная полоса
шириной 15-20 мм (см. рис. 6).

Технические указания по ведению шпального хозяйства с железобетонными шпалами

Технические указания по ведению шпального
хозяйства с железобетонными шпалами

Содержание.

1.Указания по применению железобетонных шпал.

2. Конструкции железобетонных шпал и основные технические требования к
ним.

3. Правила приемки, транспортирования, погрузки, выгрузки и
складирования железобетонных шпал.

4. Особенности сборки и укладки звеньев, а также текущего содержания
пути с железобетонными шпалами

5. Дефекты и повреждения железобетонных шпал.

6. Повторное применение железобетонных шпал.

7. Указания по ведению учета и отчетности по железобетонным шпалам.

ПРИЛОЖЕНИЕ

ДОПУСКАЕМЫЕ К ПРИМЕНЕНИЮ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ШПАЛЫ, ИЗГОТОВЛЕННЫЕ ПО РАНЕЕ
ДЕЙСТВОВАВШИМ СТАНДАРТАМ ИЛИ ТЕХНИЧЕСКИМ УСЛОВИЯМ.

1.Указания по применению
железобетонных шпал.

1.1. Железобетонные шпалы предназначены для применения на всех
железнодорожных линиях и путях с рельсовой колеёй шириной 1520 мм, по
которым обращается типовой подвижной состав с нагрузками и скоростями,
установленными для общей сети железных дорог, без ограничения по
грузонапряженности.

1.2. Железобетонные шпалы следует применять в бесстыковом пути.
Применение железобетонных шпал в звеньевом пути может допускаться на
станционных и подъездных путях, а также кратковременно на главных путях
в период до замены инвентарных рельсов бесстыковыми рельсовыми плетями.

1.3. Типовые железобетонные шпалы предназначены для применения с
рельсами типов Р75, Р65 и Р50 на прямых участках пути и в кривых
радиусом не менее 350 м.

1.4. На железобетонных шпалах должны применяться рельсовые скрепления,
конструкция, детали и сферы применения которых утверждены Главным
управлением пути МПС.

Рельсовые скрепления могут быть с металлическими подкладками (КБ, К2),
без подкладок (ЖБ), а также комбинированными (БПУ), т. е. с подкладками
или без них в зависимости от эксплуатационных условий на участке.

Конструкция рельсового скрепления должна включать упругие прижимные
элементы (пружинные клеммы, шайбы), амортизирующие и виброизолирующие
подрельсовые и (или) нашпальные прокладки, электроизолирующие детали,
обеспечивающие работу рельсовых цепей автоблокировки.

1.5. Железнодорожные шпалы следует укладывать на щебеночном или
асбестовом балласте.

Щебень должен быть из природного камня фракций 25-60 мм и иметь марку по
истираемости И20 и по сопротивлению удару — У75.

Допускается применение щебня марки по истираемости И40 и по
сопротивлению удару — У50. Применение щебня с более низкими показателями
по истираемости и прочности может допускаться только как исключение с
разрешения Главного управления пути МПС.

На участках пути, подвергающихся интенсивному засорению перевозимыми
сыпучими грузами (уголь, руда, торф и др.), железобетонные шпалы
рекомендуется укладывать на асбестовом балласте.

1.5.1. На главных путях линий грузонапряженностью до 10 млн т брутто в
год, не подвергающихся засорению сыпучими грузами, разрешается
укладывать железобетонные шпалы на щебеночном балласте фракций 5-25 мм.

1.5.2. На станционных путях (кроме главных в пределах станций и
приемо-отправочных с безостановочным пропуском поездов) железобетонные
шпалы следует укладывать на щебеночном балласте фракций 5-25 мм. На
погрузочно-выгрузочных, вытяжных, деповских и прочих станционных путях,
а также на подъездных путях допускается укладывать железобетонные шпалы
также на гравийном и гравийно-песчаном балластах.

1.5.3. Все балластные материалы должны удовлетворять требованиям
соответствующих стандартов на них.

1.5.4. Конструкция балластной призмы и толщина балластного слоя под
железобетонными шпалами должны соответствовать утвержденным поперечным
профилям железнодорожного пути.

1.6. Железобетонные шпалы не должны применяться на участках с
нестабилизировавшимся или больным земляным полотном. Перед укладкой
железобетонных шпал земляное полотно должно быть обследовано и
обнаруженные больные места (пучины, просадки и др.) оздоровлены.

1.7. Система ведения хозяйства с железобетонными шпалами должна
предусматривать наиболее полное использование повышенной долговечности
железобетонных шпал многократным повторным применением их в главных и
станционных путях.

1.8. Поступающие от промышленности новые железобетонные шпалы должны
использоваться только для сплошной смены шпал при капитальном ремонте
пути линий грузонапряженностью свыше 15 млн. т брутто в год и участков
скоростного движения поездов. Для линий с меньшей грузонапряженностью, а
также для выборочной или одиночной замены негодных железобетонных шпал
при среднем и подъемочных ремонтах и текущем содержании всех путей
следует применять старогодные железобетонные шпалы.

2. Конструкции железобетонных шпал и
основные

технические требования к ним.

2.1. Железобетонные шпалы, выпускаемые промышленностью, должны отвечать
требованиям государственных стандартов или технических условий,
утвержденных в установленном порядке.

2.2. Конструкция и размеры железобетонных шпал марок Ш1-1, Ш1-2 и Ш2-1
по ГОСТ 10629-88 «Шпалы железобетонные предварительно напряженные для
железных дорог колеи 1520 мм. Технические условия» представлены на рис.
1-4 и в табл. 1.

2.2.1. Марка шпалы состоит из двух буквенно-цифровых групп, разделенных
дефисом.

Первая группа содержит обозначение типа шпалы в зависимости от
конструкции рельсового скрепления:

Ш1-для раздельного клеммно-болтового скрепления КБ с болтовым
прикреплением подкладки к шпале;

Ш2-для нераздельного клеммно-болтового скрепления БПУ с болтовым
прикреплением подкладки или рельса к шпале.

Вторая группа указывает вариант исполнения подрельсовой площадки шпалы в
соответствии с табл. 1.

2.2.2. Форма и размеры шпал должны соответствовать указанным в табл. 1 и
на рис. 1-4.

Таблица 1.

На кромках, примыкающих к подошве и торцам шпалы, допускаются фаски
шириной не более 15 мм.

По согласованию изготовителя с потребителем допускается изготовлять
шпалы у которых расположение и размеры углублений на подошве отличаются
от указанных на рис. 1, а форма и размеры вертикальных каналов для
закладных болтов отличаются от указанных на рис. 2-4.

2.2.3 Конструкции и размеры допускаемых к применению железобетонных
шпал, изготовленных по ранее действовавшим стандартам и техническим
условиям, даны в приложении.

2.3 Железобетонные шпалы в зависимости от трещиностоикости, точности
геометрических размеров и качества бетонных поверхностей подразделяют на
два сорта: первый и второй.

Шпалы второго сорта предназначены для укладки на малодеятельных линиях,
станционных и подъездных путях. Поставка шпал второго сорта производится
только с согласия потребителя.

2.4. Шпалы должны изготовляться из тяжелого бетона класса по прочности
на сжатие В40 в соответствии с ГОСТ 26633-85.

2.5. В качестве арматуры шпал (рис. 5) применяется высокопрочная
стальная проволока периодического профиля класса Вр диаметром 3 мм. Номинальное
число проволок-44. Предельные отклонения по числу проволок-2 шт.

Для обеспечения проектного расположения проволок применяются
разделительные проставки, которые могут оставаться в бетоне на торцах
шпал.

2.6. Отклонения размеров шпал не должны превышать предельных значений,
указанных в табл. 2.

2.7. Отклонение от прямолинейности профиля подрельсовых площадок на всей
длине или ширине не должно быть более 1 мм.

2.8. Уклон подрельсовых площадок к продольной оси шпалы в вертикальной
плоскости, проходящей через ось (подуклонка), должен быть в пределах от
1 : 18 до 1 : 22 для шпал первого сорта и от 1 : 16 до 1 : 24 для шпал
второго сорта.

2.9. Разница уклонов подрельсовых площадок разных концов шпалы в
поперечном к оси шпалы направлении (пропеллерность) не должна превышать
1 : 80.

2.10. Отклонения толщины защитного слоя бетона до верхнего ряда арматуры
не должны превышать: для шпал первого сорта +7, -5 мм, для
шпал второго сорта +10, -5 мм.

2.11. Размеры раковин на бетонных поверхностях и околов ребер у шпал не
должны превышать значений, указанных в табл. 3.

2.12. В новых шпалах не допускаются:

наплывы бетона в каналах для закладных болтов, препятствующие свободной
установке и повороту этих болтов в рабочее положение;

местные наплывы бетона на подрельсовых площадках;

привертывание закладных болтов рельсового скрепления в каналах шпалы при
завинчивании гаек;

трещины в бетоне.

Таблица 2.

Таблица 3.

* Не более трех раковин на одной площадке.

** Не более одной раковины.

Примечание. В числителе — данные для шпал первого сорта, в знаменателе —
для второго.

2.13. На верхней поверхности шпал штампованием при формовании должны
быть нанесены товарный знак или краткое наименование
предприятия-изготовителя (на каждой шпале) и год изготовления двумя
последними цифрами (не менее чем у 20% шпал партии).

В концевой части шпал краской наносят штамп ОТК и номер партии. Места
нанесения маркировочных надписей указаны на рис. 6.

На обоих концах шпалы второго сорта наносится краской поперечная полоса
шириной 15-20 мм (см. рис. 6).

3. Правила приемки,
транспортирования, погрузки,

выгрузки и складирования
железобетонных шпал.

3.1. Сдачу готовых железобетонных шпал железным дорогам производит отдел
технического контроля предприятия-изготовителя, а техническую приемку
шпал осуществляет инспектор-приемщик МПС.

3.2. Каждая отгружаемая партия шпал должна сопровождаться документом
(паспортом) установленной формы о качестве шпал и соответствии их
требованиям стандарта или технических условий. В документе указывается:

номер документа и дата;

наименование и адрес предприятия-изготовителя;

марка и сорт шпал;

количество отгруженных шпал в партии;

обозначение стандарта или технических условий.

Документ (паспорт) подписывают ответственный представитель
предприятия-изготовителя и инспектор-приемщик МПС.

3.3. Предприятие-изготовитель должно гарантировать соответствие
отгруженных шпал требованиям стандарта при соблюдении потребителем
правил их эксплуатации, транспортирования и хранения. Гарантийный срок
эксплуатации шпал, в течение которого изготовитель обязан устранить
обнаруженные потребителем скрытые дефекты или заменить негодные шпалы,
составляет 3 года со дня укладки их в путь. Исчисление гарантийного
срока начинается не позже 9 мес. со дня поступления шпал потребителю.

3.4. Шпалы транспортируют в открытых полувагонах или автомобилях.
Транспортирование шпал разных марок и сортов в одном полувагоне или
автомобиле не допускается.

3.5. Шпалы при транспортировании и хранении должны укладываться
горизонтальными рядами в рабочем положении (подошвой вниз). Между рядами
шпал должны укладываться деревянные прокладки сечением не менее 50х50 мм,
располагаемые по середине углублений в подрельсовых площадках шпал. По
соглашению изготовителя с потребителем допускается применять деревянные
прокладки сечением не менее 40х40 мм при расположении их на расстоянии
30-40 мм от упорных кромок углублений в подрельсовых площадках шпал.

3.6. Погрузку шпал в полувагоны и их выгрузку следует производить
пакетами по 16-32 штуки в зависимости от грузоподъемности крана. Шпалы в
пакетах должны размещаться в соответствии с указаниями п. 3.5. Торцы
шпал должны лежать в одной вертикальной плоскости. Во избежание
нарушения пакетного расположения шпал в пути следования между пакетами
устанавливают вертикальные стойки диаметром 10-15 см.

3.7. При погрузке и выгрузке шпал следует принимать меры
предосторожности против их повреждений: не ударять по ним металлическими
предметами, не допускать удары шпал друг о друга, не сбрасывать шпалы с
полувагона, не выгружать шпалы рядами с помощью троса, так как при этом
происходит повреждение кромок шпал.

3.8. Шпалы должны храниться в штабелях расположенными по маркам и сортам
с соблюдением требований п. 3.5. Высота штабеля не должна быть более 16
рядов шпал. Между штабелями должны быть проходы шириной не менее 1 м.

4. Особенности сборки и укладки
звеньев, а также

текущего содержания пути с
железобетонными шпалами

4.1. Сборка рельсовых звеньев с железобетонными шпалами производится на
производственных базах МПС на механизированной звеносборочной линии или
на пути-шаблоне.

4.2. При сборке рельсовых скреплений должно соблюдаться точное взаимное
расположение всех деталей. Нашпальные прокладки и металлические
подкладки должны укладываться на подрельсовых площадках шпал без
перекосов и смещений с точным совпадением отверстий для закладных болтов
в подкладках, прокладках и шпалах. Все детали скреплений должны
соответствовать утвержденным чертежам.

4.2.1. На железобетонных шпалах марки Ш1-1 с углом наклона упорных
кромок подрельсовых площадок 55° следует применять нашпальные прокладки
с уширенным буртиком (рис. 7, а). При отсутствии таких прокладок
допускается применение нашпальных прокладок с узким буртиком (рис. 7,
б). На шпалах марки Ш1-2 и ранее выпускавшихся видах железобетонных шпал
с углом наклона упорных кромок 72° применяют нашпальные прокладки с
узким буртиком.

4.3. Гайки болтов промежуточных рельсовых скреплений на железобетонных
шпалах следует затягивать крутящим моментом 120-150 Н-м (12-15 кгс-м).
Допускается для рельсовых скреплений типа КБ с жесткими клеммами
усиленная затяжка закладных болтов крутящим моментом до 180-220 Н-м
(18-22 кгс-м), а клеммных болтов-до 220-240 Н-м (22-24 кгс-м).

4.4. Состояние инвентарных рельсов должно обеспечивать возможность
содержания пути в пределах допусков, в том числе и после замены этих
рельсов на рельсовые плети.

В главных путях не допускается применять инвентарные рельсы, имеющие
боковой износ или уширение головки более 2 мм, кривизну в плане,
искривление и смятие концов рельсов в вертикальной плоскости в сумме
более 2 мм. Разница в высоте стыкуемых инвентарных рельсов не должна
быть более 1 мм. Для этого инвентарные рельсы следует рассортировать на
группы по средней величине вертикального износа головки с допуском ±0,5
мм и замаркировать.

Замена инвентарных рельсов сварными рельсовыми плетями должна
выполняться в возможно короткий срок после укладки звеньев, чтобы
исключить появление потайных толчков в местах стыков инвентарных
рельсов. При этом должно выполняться сплошное подтягивание клеммных и
закладных болтов до значений, указанных в п. 4.3.

4.5. Необходимое электрическое сопротивление между двумя рельсовыми
нитями на железобетонных шпалах обеспечивается электроизолирующими
деталями рельсового скрепления (втулки, прокладки) при условии их
должного качества, правильной сборки и исправного состояния в пути.

В целях контроля правильности сборки и качества деталей следует
периодически проводить выборочную (у 5% звеньев) проверку электрического
сопротивления собранных звеньев на базе ПМС прибором, прошедшим
государственную проверку. Электрическое сопротивление между двумя
рельсами одного звена не должно быть менее значений, указанных в табл.
4.

Таблица 4.

Электрическое сопротивление каждого звена измеряют дважды. Второе
измерение производят сразу после первого. При втором измерении
проводник, подключавшийся при первом измерении к левому рельсу,
подключают к правому, а проводник, подключавшийся ранее к правому
рельсу, подключают к левому. Результаты первого и второго измерений
складывают и делят пополам.

Если у собранного звена сопротивление меньше значения, указанного в
табл. 4 для данных погодных условий, то следует на этом звене снять один
из рельсов и измерить электрическое сопротивление между двумя
подкладками на каждой шпале. На тех шпалах, у которых электрическое
сопротивление меньше нормативного для одной шпалы, необходимо тщательно
обследовать состояние всех электроизолирующих деталей (втулок,
прокладок), проверить правильность сборки скреплений и устранить причины
пониженного сопротивления.

Нормативное сопротивление одной шпалы определяют как произведение
минимального электрического сопротивления звена при данных погодных
условиях на число шпал в звене.

Пример. При температуре воздуха более 16 °С и сухой погоде по
табл. 4 минимальное электрическое сопротивление звена длиной 25 м при
эпюре укладки шпал 1840 шт./км должно быть 200 Ом. Следовательно,
нормативное сопротивление одной шпалы при их числе на звено 46 шт.
должно быть 200Х46=9200 Ом.

4.6. На главных путях железобетонные шпалы следует укладывать, как
правило, на протяжении целого перегона. Укладка деревянных шпал на таком
перегоне допускается только в кривых радиусом менее 350 м, на участках
подхода к стрелочным переводам с деревянными брусьями, мостам с
деревянными мостовыми брусьями, а также в стыках рельсов на
уравнительных пролетах бесстыкового пути (по три шпалы с каждой стороны
от стыка).

4.6.1. На мостах, имеющих балластную призму, следует применять
специальные мостовые железобетонные шпалы, имеющие закладные детали для
крепления контруголков или контррельсов, а при их отсутствии-деревянные
шпалы.

4.6.2. Переход от железобетонных шпал к деревянным осуществляют
комбинированным звеном, собранным из железобетонных и деревянных шпал.
Место перехода от одного вида шпал к другому должно располагаться нарасстоянии
6-6,5 м от стыка рельсов.

4.7. Звенья с железобетонными шпалами следует укладывать на выровненную
поверхность балластного слоя. Допускается между подошвой шпалы в средней
ее части (на длине не более чем по 25-30 см в обе стороны от оси колеи)
и поверхностью балласта оставлять зазор высотой до 4-5 см,
предупреждающий образование поперечных трещин. Такую же поверхность
балласта целесообразно делать и при проходе щебнеочистительной машины
путем устройства на ней специальных планирующих устройств.

При выправке пути с применением машин ВПО-3000, ВПР-1200 и др., а также
электрошпалоподбоек, железобетонные шпалы подбивают только на протяжении
по 1 м от их концов.

После выправки пути шпальные ящики должны быть заполнены балластом до
уровня верха средней части железобетонных шпал.

4.8. Выправка пути с железобетонными шпалами по высоте производится с
подбивкой шпал или укладкой регулировочных прокладок между рельсом и
подкладкой (при бесподкладочном скреплении-между рельсом и шпалой).

4.8.1.Сплошную подбивку шпал на всем протяжении пути с одновременным
удалением регулировочных прокладок производят при
планово-предупредительных работах по выправке пути. Периодичность такой
выправки при текущем содержании зависит от грузонапряженности линии,
нагрузок от колесных пар подвижного состава на рельсы, состояния
рельсов, загрязненности балластного слоя и других факторов, но не реже
одного раза в 3 года.

4.8.2. В периоды между планово-предупредительными работами производят
выправку пути с укладкой регулировочных прокладок. Выправку прокладками
следует выполнять таким образом, чтобы общая толщина регулировочных
прокладок под рельсом (кроме резиновой амортизирующей прокладки) не была
более 10 мм. При достижении предельной высоты регулировочные прокладки
удаляют, а путь выправляют с подбивкой шпал балластом.

4.9. Для устранения угона рельсовых плетей и уменьшения износа закладных
шайб в железобетонных шпалах следует не реже двух раз в год- весной и
осенью — проводить сплошное подтягивание гаек закладных и клеммных
болтов. В уравнительных пролетах и на концевых участках рельсовых плетей
(по 40-50 м) в периоды между сплошными подтягиваниями гаек следует
дополнительно проводить подтягивание ослабших гаек закладных и клеммных
болтов. Подтягивание гаек болтов до нормативного значения следует
проводить также перед сплошной выправкой пути с подбивкой шпал.

Работы ио сплошному подтягиванию и смазке клеммных и закладных болтов
следует выполнять в плановом порядке клеммно-болтовыми машинами,
путевыми моторными гайковертами или электрогаечными ключами, а
подтягивание одиночных ослабших болтов при неотложных работах-торцовыми
гаечными ключами.

5. Дефекты и повреждения
железобетонных шпал.

5.1. Все новые железобетонные шпалы, поступающие на звеносборочную базу,
должны быть осмотрены. При обнаружении в полученных шпалах отклонений от
требований стандарта, такие шпалы должны быть забракованы. Руководство
ПМС или дистанции пути должно поставить об этом в известность службу
пути дороги и предъявить претензию изготовителю шпал.

5.2. В табл. 5 даны перечень и классификация дефектов и повреждений
железобетонных шпал, встречающихся при их эксплуатации в пути. В таблице
каждому дефекту присвоен определенный номер, дано схематическое
изображение дефекта и его краткое описание при двух степенях развития,
указаны основные причины возникновения дефекта и мероприятия по
эксплуатации пути со шпалами, имеющими этот дефект.

Цифровое обозначение номера дефекта включает: номер группы дефектов
(1-поперечные трещины и изломы, 2-продольные трещины, 3-околы бетона, 4-
разрушение и износ бетона, 5- повреждения закладных деталей), порядковый
номер дефекта в группе и, после точки, степень развития дефекта.

5.3. Причинами возникновения дефектов шпал в эксплуатации могут быть
проявление скрытых дефектов изготовления шпал, не обнаруженных при
приемке шпал, а также изменение рабочих свойств шпал под действием
поездных нагрузок, эксплуатационных и климатических факторов.

5.3.1. Дефекты № 22 и 41 всегда являются прямым следствием недостатков
изготовления шпал. При обнаружении таких дефектов в период действия
гарантийного срока на шпалы руководству дистанции пути или службы пути
дороги следует предъявить претензию изготовителю шпал.

5.3.2. Дефекты № 11, 12, 21, 31, 32, 42, 51, 52, 53, если они не были
обнаружены до сборки звеньев и шпалы с ними не были своевременно
забракованы, следует относить к эксплуатационным дефектам, включая в
эксплуатационный период также транспортирование шпал, сборку и укладку
звеньев, хотя на появление этих дефектов могут влиять также недостатки
изготовления шпал.

5.4. Оценку состояния шпал следует производить визуально и лишь в
необходимых случаях измерять дефекты шпал методами, указанными ниже,
после удаления с поверхности шпал загрязнителей или слоя балласта.

5.4.1. При оценке состояния шпал по трещинам во внимание принимают
только такие трещины, которые видны в бетоне невооруженным глазом
(обычно их раскрытие более 0,2 мм) и направлены либо поперек, либо вдоль
шпалы. Беспорядочно расположенные тонкие усадочные трещины в бетоне во
внимание не принимают. При необходимости ширину раскрытия трещин
определяют с помощью измерительной лупы, щупа или пластинки, имеющей
толщину, равную предельной ширине раскрытия трещины.

5.4.2. Длину окола бетона измеряют линейкой по ребру шпалы,
поврежденному околом. За глубину окола принимают наибольшее расстояние
от ребра линейки, приложенной к ребру шпалы, до края окола на
примыкающих поверхностях шпалы.

5.4.3. Глубину выработки бетона на подрельсовой площадке шпалы
определяют после снятия сломанной подкладки и изношенной нашпальной
прокладки измерением наибольшего зазора между поверхностью площадки и
ребром приложенной к ней линейки.

5.4.4. При оценке разрушения бетона шпалы (дефект № 41) следует отличать
его от окола бетона (дефект № 32). При околе бетон плотный, края окола
резко очерчены. При разрушении бетона в начальной стадии его поверхность
покрыта сеткой мелких беспорядочных трещин или множеством раковин. В
дальнейшем бетон рассыпается на отдельные его составляющие — щебень,
куски цементного камня и раствора. Края зоны разрушения бетона резко не
очерчены.

5.4.5. Смятие материала (древесины) дюбеля определяют после снятия
подкладки, нашпальной прокладки и вывинчивания шурупа. При необходимости
величину смятия определяют как разность между наибольшим (d₁)
и наименьшим (d₂) размерами шурупного отверстия, измеренными
по диаметру у самого верха дюбеля. О разрушении материала дюбеля судят
по провертыванию шурупа при завинчивании его в дюбель. Наличие обломка
нижней части шурупа в дюбеле определяют погружением щупа в отверстие
дюбеля.

5.4.6. Провертывание закладного болта в шпале может быть следствием
окола кромок бетонных выступов ниже закладной шайбы или износа отверстия
в закладной шайбе. В первом случае можно завинтить гайку болта, если
приподнять его вверх так, чтобы квадратный подголовок болта вошел в
отверстие в шайбе, и поддержать его в этом положении. Во втором случае,
при износе отверстия в шайбе до размера в поперечном направлении более
30 мм, что превышает размер по диагонали квадратного подголовка,
подтягивание болта вверх не дает результата и затянуть гайку болта
нельзя.

5.5. В главных путях шпалы с дефектами первой степени допускается
оставлять до очередного капитального ремонта пути, при котором такие
шпалы следует заменить. В станционных и подъездных путях шпалы с
дефектами первой степени замене не подлежат.

5.5.1. Шпалы с дефектами, превышающими первую степень, но меньшими
второй степени, в главных и станционных путях следует заменять при
очередном подъемочном или среднем ремонтах пути в зависимости от
состояния шпал.

5.5.2. Шпалы с дефектами второй степени, лежащие во всех видах путей по
две и более подряд, должны заменяться при текущем содержании пути в
возможно короткие сроки. Допускается одиночно лежащие шпалы с дефектами
второй степени оставлять в пути до очередного подъемочного или среднего
ремонта пути, при котором такие шпалы должны быть заменены.

 Таблица 5.

6. Повторное применение
железобетонных шпал.

6.1. При капитальном ремонте пути все железобетонные шпалы должны быть
обследованы и в зависимости от их состояния отнесены либо к одной из
двух групп годности, либо к негодным шпалам с соответствующей
дополнительной маркировкой.

К 1-й группе годности относят шпалы, не имеющие дефектов.

Ко 2-й группе годности относят шпалы с дефектами первой степени развития
(см. табл.5).

К негодным относят шпалы с дефектами второй степени развития (см. табл.
5).

Шпалы 1-й группы годности дополнительной маркировке не подлежат. Шпалы
2-й группы годности обозначают поперечной полосой, наносимой краской в
средней части шпалы. Негодные шпалы обозначают двумя поперечными
полосами, наносимыми краской в средней части шпалы.

ГОСТ 21174-75 «Шпалы железобетонные предварительно напряженные для трамвайных путей широкой колеи»

Шпалы железобетонные, бетонные шпалы, прайс на железобетонные шпалы ГОСТ 10629-88 – РемСтройПуть

Наименование	ГОСТ	Ед.изм.	Цена	Наличие
		шт	по запросу
		шт	по запросу

Шпала железобетонная, выполненная из высокотехнологичного армированного материала, уверенно вытесняет традиционные деревянные изделия. Это связано с простотой монтажа и обслуживания, долговечностью и прочностью этого типа шпал.

Ж/б шпалы Ш-1: прочность и долговечность железнодорожного пути

В процессе строительства, реконструкции или ремонта железнодорожного пути железобетонные шпалы укладываются на балластный верхний слой пути (подушку из гравия/щебня). Выполненная в соответствии со стандартами шпала ш1 принимает давление от рельсов и/или промежуточных скреплений, передает его на балластный слой или подшпальное соединение, обеспечивая тем самым неизменность расположения рельсовой нити.

На всех этапах работ в сфере обслуживания железнодорожного пути неизменной популярностью пользуются шпалы ш 1 — железобетонные изделия, выполненные из тяжелых марок бетона и дополнительно армированные стальной проволокой. Шпала является основным элементом для обустройства железнодорожных путей с шириной рельсовой нити до 1520 мм.

В зависимости от прочности, трещиностойкости, качества бетона и геометрических параметров выделяется жб шпала 1 и 2 сорта. Изделия 2 сорта применяются для обустройства станционных, малодеятельных и подъездных путей, а изделия 1 сорта актуальны при обустройстве путей с повышенной проходимостью.

Если сравнивать бетонные шпалы с деревянными аналогами, то ж/б изделия значительно выигрывают по техническим и эксплуатационным параметрам: прочность, морозостойкость, простота обслуживания и длительный период эксплуатации (не менее 50 лет).

Все жб шпалы, представленные в каталоге компании «Ремстройпуть», выполнены в полном соответствии с ГОСТ 10629-88 и отраслевыми стандартами. Каждая партия шпал из прочного железобетона сертифицирована для продажи и эксплуатации на территории РФ, стран СНГ и Таможенного Союза.

Стоимость, варианты и сроки оплаты, способ доставки — это индивидуальные предложения для каждого заказчика: самовывоз с территории складов компании или доставка любым типом транспорта, наличный/безналичный расчет и скидки для крпунооптовых покупателей.

Заказать железобетонные шпалы можно в офисе компании «Ремстройпуть» (г. Екатеринбург, ул. Таганская, д. 55 а, 3 этаж). Наши менеджеры готовы предоставить качественную консультацию при выборе шпал по телефону (343) 228-34-34, а также по электронной почте — [email protected].

Классификация дефектов железобетонных шпал:

Требования к старогодным железобетонным шпалам приведены в табл. 3.8

Таблица 3.8

Продажа шпал — ЗАО «Ремстройпуть» +7(343) 228-34-34

Iii A Железобетонные бетонные шпалы с предварительно напряженным рельсовым покрытием на продажу

12 долларов.00–28 долларов США

/ Кусок
| 100 шт. / Шт. (Минимальный заказ)

Номер модели:

Бетонная шпала 30-60 кг / м

границ | Метод оценки усталостной долговечности предварительно напряженных бетонных шпал

Введение

Железнодорожные шпалы — это жизненно важный железнодорожный компонент, который находится между рельсами и балластом (Zhao et al., 2007). К важным функциям шпал относятся следующие: равномерная передача и распределение нагрузок от подошвы рельса к балластному основанию, обеспечение анкерного крепления для системы крепления и ограничение поперечного, продольного и вертикального перемещения рельсов (Kaewunruen, 2007 ; Kaewunruen et al., 2017). Шпалы могут быть изготовлены из дерева, бетона, стали или других инженерных материалов (Эсвелд, 2001; Ременников и др., 2011), а бетон широко используется во всем мире.

Поскольку железные дороги играют все более важную роль в транспортной системе, спрос на шпалы со временем растет. Международная федерация конструкционного бетона (2006 г.) провела всемирный обзор годовой потребности в шпалах различных типов в железнодорожных сетях, и результаты представлены в таблице 1 (Ferdous and Manalo, 2014).

Таблица 1 показывает, что бетон является основным материалом для шпал во всем мире. Это составляет более 50% от общего спроса на шпалы.Особые преимущества бетонных шпал — это длительный срок службы, гибкая острая конструкция и простота изготовления (Sadeghi and Babaee, 2006; Kaewunruen et al., 2016). Типичная бетонная шпала для укладки железных дорог показана на Рисунке 1.

Рисунок 1 . Железная дорога с бетонными шпалами.

В настоящее время метод допустимого напряжения (или допустимого напряжения) принят во многих странах при производстве бетонных шпал (AS1085.14, 2003; Американская ассоциация инженеров железнодорожного транспорта и технического обслуживания путей, 2012).Этот метод основан на допустимом напряжении материалов и использует коэффициент нагрузки для увеличения статической нагрузки на ось с учетом динамических эффектов (Kaewunruen et al., 2012). Поскольку метод допустимых напряжений не учитывает точно динамическую нагрузку, а также недооценивает прочность материала, было проведено много исследований для разработки подхода к расчету предельных состояний для бетонной шпалы (Wang, 1996; Wakui and Okuda, 1997; Густавсон, 2002). Концепция расчета предельных состояний основана на вероятностной модели коэффициентов сопротивления и нагрузок и учитывает надежную статистику распределения нагрузок и сопротивления (Ременников и др., 2011).

Чтобы определить способность удерживать геометрию железнодорожной линии, большинство железнодорожных организаций используют критерий, позволяющий судить, является ли шпала допустимой или нет. Следовательно, любое растрескивание, которое приводит к неспособности спящего сохранять геометрию железнодорожной линии, следует рассматривать как несоответствие этому критерию. Состояния бетонной шпалы можно разделить на следующие предельные состояния (Leong, 2007; Kaewunruen et al., 2012, 2014).

Конечное предельное состояние

Конечное предельное состояние вызвано единичным разовым событием, таким как серьезное сползание колеса или авария со сходом с рельсов, которая создает чрезвычайно высокую нагрузку, способную вызвать разрушение бетонной шпалы.Это серьезное событие может вызвать серьезное растрескивание на рельсовом сиденье или в середине пролета, и отказ от этого события будет соответствовать определению отказа в конечном предельном состоянии.

Предельное состояние по усталости

Предельное состояние усталости — это зависящее от времени предельное состояние, при котором одна бетонная шпала постепенно накапливает повреждения в течение многих лет, пока не достигнет критического состояния, когда считается, что она достигла разрушения. Такие отказы могут возникать в результате прогрессирующего повреждения (например, истирания или растрескивания) от повторяющихся сил взаимодействия колеса с рельсом в течение срока его службы.

Предельное состояние работоспособности

Предельное состояние эксплуатационной пригодности — это предельное состояние, при котором бетонные шпалы начинают накладывать некоторые ограничения или допуски на эксплуатационную пропускную способность пути, например, деформации шпал, изменение жесткости пути и смещение рельсов. Отказ предельного состояния пригодности к эксплуатации для одного спящего редко, если вообще когда-либо, является причиной ограничения скорости или закрытия линии. Однако при выходе из строя кластера шпал обычно применяется рабочее ограничение, пока проблема не будет устранена.

В прошлом многие страны исследовали бетонные шпалы с использованием численных моделей, полевых исследований и экспериментальных методов испытаний. Исследователи из Австралии, Канады, Японии и Швеции также провели численные и экспериментальные исследования реакции предварительно напряженных бетонных шпал на ударную нагрузку, чтобы разработать подход к расчету предельных состояний (Wang, 1996; Wakui and Okuda, 1997; Kaewunruen , 2007). Усталостные свойства материалов, таких как бетон, армированная сталь и предварительно напряженная сталь, при усталостной нагрузке хорошо известны (Hanson et al., 1974; CEB-FIP, 1988; Американская ассоциация государственных служащих автомобильных дорог и транспорта, 1989 г .; CEB-FIP M 90, 1993; EC2, 2005; AS3600, 2009 г .; Японское общество инженеров-строителей, 2010 г.). Также исследуются многие усталостные характеристики железнодорожных мостов (Li et al., 2001; Olsson, Pettersson, 2010). Недавно были проведены испытания бетонных шпал на усталость (Koh et al., 2016; Parvez and Foster, 2017). Однако по оценке усталостной долговечности предварительно напряженных железобетонных шпал было проведено относительно мало работ.

Основными целями данной статьи являются обзор отчетов по основным характеристикам усталостного разрушения и усталостной нагрузки предварительно напряженного бетона и представление сопротивления усталости предварительно напряженного бетона. Затем в этой статье будет представлен метод оценки эксплуатационных характеристик и прогнозирования усталостной долговечности бетонной шпалы, который будет полезен для проектирования бетонных шпал и технического обслуживания железнодорожных путей на практике.

Усталостное разрушение бетонных шпал

Усталостное разрушение можно определить как разрушение, которое происходит ниже предела напряжений материала, когда он подвергается повторяющимся нагрузкам (Thun, 2006).Эффекты утомления основаны на следующих соображениях (Grubb et al., 2007):

• Величина диапазона напряжений;

• Тип и качество конструктивных деталей;

• Число приложений (или циклов) этого диапазона напряжений.

Явление усталости впервые было обнаружено в стальных конструкциях. В 1830 году Альберт провел усталостные испытания сварных цепей шахтных подъемников. Исследования усталости бетона и бетонных конструкций начались примерно на рубеже XIX века.После этого во многих странах была проделана большая работа по проблеме усталости бетонных конструкций (Gylltoft, 1983).

Наиболее распространенные проблемы, связанные с бетонными шпалами в Северной Америке и во всем мире, были исследованы в 94 и занесены в таблицу 2 (Stuart, 2013; Ferdous and Manalo, 2014).

Из рисунка 2 мы видим, что износ, истирание и растрескивание являются основными проблемами, связанными с бетонными шпалами (Murray and Cai, 1998). Хотя истирание и химическое разложение не являются чисто структурными воздействиями, растрескивание обычно рассматривается как критерий разрушения для определения усталостного состояния бетонных шпал в процессе проектирования.Основные типы трещин бетонных шпал показаны на рисунках 2–4.

Рисунок 2 . Трещины возле железнодорожного сиденья.

Рисунок 3 . Трещины в центре спального места.

Рисунок 4 . Продольные трещины шпалы.

Усталостная нагрузка и текущие методики расчета

Для бетонных шпал может развиться растрескивание из-за чрезмерных напряжений изгиба, сдвига или сцепления (Hawkins and Shah, 1982).Однако развитие растрескивания зависит от усталостной нагрузки и сопротивления материала. Усталостная нагрузка бетонной шпалы — это сила взаимодействия колеса с рельсом, которую можно разделить на динамическую нагрузку и ударную нагрузку (Van Dyk et al., 2017). Динамическая нагрузка — это дополнительная нагрузка из-за эффектов нормального взаимодействия колеса с рельсом. Ударная нагрузка создается гусеницей и транспортными средствами из-за неровностей колеса или гусеницы (Kaewunruen and Remennikov, 2009b, 2013; Van Dyk et al., 2017).

Динамическая нагрузка

Хорошо известно, что динамическая нагрузка обычно используется в процессе проектирования железнодорожных путей и железнодорожных приложений. Динамическая нагрузка учитывает динамическое взаимодействие колеса с рельсом в нормальных ситуациях; он не включает фактор экстремального воздействия (IF) на железных дорогах. Динамическая нагрузка обычно связана со скоростью поезда и используется для расчета допустимого напряжения. Динамическая нагрузка на колесо обычно выражается как функция статической нагрузки на колесо (уравнение.1) (Дойл, 1980):

, где P _d — динамическая нагрузка на колесо, ∅ — коэффициент динамической нагрузки на колесо (∅> 1) и P _s — статическая нагрузка на колесо.

Инженеры-железнодорожники всего мира рекомендуют несколько формул и параметров для расчета коэффициента динамической нагрузки на колеса. На основе полевых данных выражение, используемое для расчета динамического фактора ∅, обычно разрабатывается эмпирически и всегда выражается в терминах скорости поезда (Doyle, 1980; Van Dyk et al., 2017).

Talbot (1953), Clarke (1957) и Южноафриканские железные дороги (1974) предложили уравнение для расчета динамического коэффициента, который включает скорость поезда и диаметр колеса (Doyle, 1980; Hay, 1982). Индийские железные дороги (1974) предложили динамический коэффициент, включив скорость поезда и модуль упругости пути (Сринивасан, 1969). Эйзенманн (1972) использовал статистический подход, чтобы предложить динамический фактор, который включает скорость поезда и состояние пути (Esveld, 2001). UIC (1965) разработал наиболее полный динамический фактор, который включает скорость поезда, геометрию пути, возраст пути, радиус кривой, вираж, угол наклона, подвеску транспортного средства и центр тяжести транспортного средства (Birmann, 1965).Deutsche Bahn (Железные дороги Германии, 1943) начали использовать уравнение (когда скорость поезда не превышает 200 км / ч) для расчета динамического коэффициента только с использованием скорости поезда (Schramm, 1961). В 1970-х годах компания British Railways разработала динамический фактор, который связан с неподрессоренной массой транспортного средства, жесткостью пути и скоростью поезда (Doyle, 1980). В 1968 году Управление транзита столичного округа Вашингтона подготовило уравнение, в котором динамический фактор зависел только от скорости поезда, с использованием последующих рекомендованных стандартов для работы транзитных путей (Prause et al., 1974). Американская ассоциация железнодорожного машиностроения и технического обслуживания путей определяет коэффициент скорости для конструкции бетонных шпал в главе 30. При проверке прочности железнодорожного пути в Китае динамический коэффициент, коэффициент скорости и коэффициент смещения колесной нагрузки на кривых все учтены. При расчете нагрузки шпал на железнодорожном сиденье следует также учитывать коэффициент поперечной силы (Xiufang Chen, 2017). В таблице 3 приведены основные рекомендации по коэффициенту динамической нагрузки на колесо.

С некоторыми разумными допущениями и соответственно упрощенными частями фактора расчетные динамические факторы, увеличивающиеся со скоростью, показаны на рисунке 5 (Doyle, 1980; Van Dyk et al., 2017).

Брэндон Дж. Ван и Дж. Райли Эдвардс использовали данные полевых испытаний Северо-восточного коридора компании Amtrak для оценки динамического фактора (Van Dyk et al., 2017). После удаления аномальных данных или некоторых данных, закодированных с ошибками, взаимосвязь между динамическими факторами и скоростями поездов оценивается следующим образом (Van Dyk et al., 2017):

Ударная нагрузка

Нет ничего необычного в том, что железнодорожные пути испытывают ударные нагрузки, которые вызваны взаимодействием колеса с рельсами, связанным с аномалиями в колесах или рельсах (Kaewunruen and Remennikov, 2006, 2009a, b, 2007). Величина ударных нагрузок. на опору бетонных шпал значительно превышает статическую нагрузку на колеса. Величина ударной нагрузки не только связана со скоростью поезда, но также зависит от причин возникновения таких нагрузок (например, плоские поверхности колес, некруглые колеса, гофры колес, коротковолновые и длинноволновые гофры рельсов, сварные швы и стыки погружением. , питтинг и обстрел) (Kaewunruen, Remennikov, 2013).Следует отметить, что ударопрочность бетонных шпал по рельсовому сидению может быть уменьшена из-за практической модификации дополнительного приспособления и поверхностного истирания (Ngamkhanong et al., 2017a, b, c, d).

Wakui и Okuda (1997) измерили ускорение буксы колесной пары для изучения характеристик ударных нагрузок. Они обнаружили, что ударная нагрузка может быть упрощена как ударный импульс, действующий после снятия статической нагрузки на колесо; длительность ударного нагружения колеса колеблется от 1 до 10 мс.

Брэндон Дж. Ван Дайк и Дж. Райли Эдвардс использовали данные детектора ударной нагрузки колеса (WILD) для оценки IF на североамериканской железной дороге (Van Dyk et al., 2017). Площадки WILD обычно строятся на ухоженных железнодорожных путях с бетонными шпалами. Фактическая нагрузка на колеса в Гетеборге, штат Небраска, компании Union Pacific Rail Road, показывает, что IF зависит от нагрузки на ось поезда. Причем часть воздействия нагрузки на колесо очень велика и даже превышает статическую нагрузку на колесо в пять раз (Таблица 4).

Железнодорожная шпала из пластика | Lankhorst

Анализ и сравнение параметров шпал и их влияния на жесткость и производительность гусеницы

— Запрос pdf статьи —

РЕФЕРАТ

В последние годы широкое распространение получили пластиковые железнодорожные шпалы. Пластиковые шпалы обладают хорошим демпфированием и широкими возможностями дизайна.При правильном использовании пластиковые шпалы могут улучшить гусеницу. Их не следует рассматривать как замену дереву или бетону, но следует использовать их собственные характеристики. Однако существующие требования к шпалам применимы к дереву или бетону и вряд ли могут рассматриваться как функциональные требования, подходящие для разработки пластиковых шпал.

Желаемая жесткость гусеницы — это первый параметр, который необходимо определить при настройке требований.Хорошим компромиссом между изгибающими напряжениями в рельсе и шумом и вибрацией кажется целевая жесткость пути 50 кН / мм. При сравнении различных материалов шпал целевая жесткость гусениц может быть достигнута с помощью пластиковых шпал, где бетон имеет тенденцию быть более жесткой, а древесина показывает больше вариаций. Зная жесткость гусеницы, можно рассчитать распределение сил на шпалы. Особенно на неровностях пути, таких как мосты или путепроводы, нагрузка на шпалы может возрасти.Особое внимание следует уделять параметрам жесткости шпалы в этих местах, а также жесткости на изгиб и жесткости на сжатие.

Параметры жесткости шпалы вводятся при расчете жесткости системы. Обсуждается влияние изгибной жесткости шпал на жесткость пути, устойчивость головки рельса и контактные напряжения балласта. Для шпалы 2600 мм приемлемой является жесткость на изгиб 150–250 кНм2, тогда как для шпалы 2400 мм минимальная жесткость на изгиб должна быть выше.Жесткость спального места также влияет на требования к прочности, как и длина спального места. Там, где очевидно, что каждая ситуация будет отличаться, были выполнены расчеты, чтобы в качестве примера привести среднее значение. Каждую конкретную ситуацию можно рассчитать соответствующим образом.

ВВЕДЕНИЕ

Железнодорожные шпалы в прошлом изготавливались из дерева, бетона и стали. Эти материалы обладают хорошими свойствами, но также имеют свои недостатки. Дерево использовалось с момента прокладки первого железнодорожного пути.В настоящее время бетонные шпалы используются чаще, чем деревянные. Однако бетон является жестким материалом, поэтому динамические силы и вибрации высоки, что вызывает, например, высокий износ и разрушение балласта. Поэтому деревянные шпалы все еще используются во многих областях, где бетон является слишком жестким материалом. Однако без обработки креозотом срок службы деревянных шпал весьма ограничен, что приводит к высоким затратам на замену. В Европейском союзе вскоре будут запрещены креозоты, которые теперь используются для обеспечения приемлемого срока службы деревянных шпал.Также проблема доступности, особенно для более длинных носителей, увеличивает желательность альтернативы. Тропическая древесина твердых пород может обходиться без креозотов, но ее последствия для окружающей среды и доступность не делают ее жизнеспособной альтернативой для крупномасштабного применения. В последние годы стали применяться шпалы из переработанного пластика (см. Рис. 1).

Рис. 1: Пластиковые шпалы в направляющей.

Пластиковые шпалы — хорошая альтернатива, которая может дать решение конкретных проблем на пути.Однако пластик — это материал с другими характеристиками, чем дерево или бетон. Его не следует рассматривать как замену дереву или бетону, но следует использовать его уникальные характеристики.

ВОЗМОЖНОСТИ И ОГРАНИЧЕНИЯ ПЛАСТИКОВЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ШКАФ

Для изготовления подходящей пластиковой железнодорожной шпалы в качестве материала для получения недорогой шпалы следует выбирать один из объемных пластиков, скорее всего, полиэтилен или полипропилен.Эти материалы обладают жесткостью на изгиб и коэффициентом теплового расширения, что делает их непригодными для использования в исходном виде. Решить эти проблемы можно либо путем их усиления, например, стекловолокном, создавая композитную шпалу, либо путем встраивания армирующих элементов, таких как стержни из стали или стекловолокна, создавая гибридную шпалу. На рисунке 2 показан пример гибридного спального места. В этом случае по углам шпалы находятся 4 арматурных металлических стержня.

Рис. 2: Шпала KLP-S®, армированная сталью.

Шпалы для железнодорожных путей могут изготавливаться методом экструзии или литья под давлением. При экструзии шпала формируется непрерывно путем прессования нагретого пластика через матрицу. Таким образом, форма шпалы одинакова в продольном направлении, за исключением любых механических обработок, которые производятся впоследствии. При литье под давлением нагретый пластик прессуется в форму, после чего материал охлаждается. Форма может иметь любую желаемую форму, как и спящий.

Плюсы и минусы пластиков:

• Пластику можно придать любую форму. Это в первую очередь относится к шпалам, изготовленным методом литья под давлением. Возможна оптимизация, которая, например, может привести к (см. Рисунок 3):
• Уменьшение использования материалов.
• Балласт частично находится на верхней части спального места, тем самым повышая вертикальную устойчивость спального места.
• Изменение ширины (и профилированной нижней стороны) шпалы увеличивает поперечную устойчивость шпалы.

Рис. 3: Оптимизированная форма шпалы.

• Пластмасса — это материал со свойствами жесткости, зависящими от времени. Это означает, что результаты статических тестов не следует использовать один на один для прогнозирования динамического поведения. Испытания следует проводить при соответствующей скорости использования, таким образом измеряя динамические свойства материала, как это делается с железнодорожными полотнами. О поведении пластмасс в зависимости от времени известно много, поэтому интерпретация статических испытаний возможна при наличии свойств материала.
• Пластиковые материалы обладают высоким демпфированием. Это приводит к хорошим характеристикам в области снижения шума или вибрации. Измерения на мосту со стальными балками показали снижение шума на 3-5 дБ после замены деревянных шпал на пластиковые шпалы типа, показанного на Рисунке 2, см. Рисунок 4 (Movares, 2010).

Рис. 4: Измерения уровня шума на мосту со стальными балками возле Раалте в Нидерландах .

• Тепловое расширение пластмасс слишком велико, чтобы их можно было использовать, как в шпалах; обычно в диапазоне от 15 · 10-5 до 20 · 10-5 ° C ^-1 .Добавление стекловолокна может снизить скорость расширения максимум примерно в 2 раза. Более эффективным решением является, например, использование стальных вставок, которые снижают степень расширения до уровня стали или бетона, примерно 1,2 · 10-5 ° C ^-1 . Это исключит все проблемы, особенно на мостах где шпалы не имеют тепловой защиты балластом.
• Пластмассы обладают высокой устойчивостью к разрушению под воздействием погодных условий. В целом это дает преимущество перед деревянными шпалами.Особые участки, где древесина не может высохнуть должным образом, очень подходят для использования пластиковых шпал. См., Например, рисунок 5.

Рис. 5: Выключатель и шпалы встроены в дорожное покрытие.

• Пластиковые материалы обладают высокой гибкостью. Это недостаток в создании желаемой жесткости на изгиб. Добавление стекловолокна или армирования или регулировка высоты шпалы необходимы для получения надлежащих характеристик изгиба.Гибкость является преимуществом при сжатии спящего. Эта гибкость при сжатии обеспечивает хорошее распределение нагрузки колеса на несколько шпал, а также более легкое распределение высоких динамических сил. Высокая гибкость также создает высокое местное давление на балласт под шпалами. В случае композитной шпалы жесткость шпалы более или менее одинакова во всех направлениях (в направлении потока пластика несколько выше). Поэтому создание высокой жесткости на изгиб приведет к непреднамеренному созданию высокой жесткости на сжатие.В случае гибридной шпалы свойства в осевом и поперечном направлениях могут быть разделены. Можно достичь более высокой жесткости на изгиб (используя меньшую высоту шпал и меньшее количество материала), где жесткость на сжатие можно оптимизировать независимо, создавая более оптимальное решение. Поскольку теперь можно выбрать более пластичный пластик, а деформация, которую этот вид материала может испытывать до разрушения, может быть намного выше, небьющаяся шпала может быть изготовлена ​​в гибридной конструкции.
• Пластик обладает хорошей химической стойкостью. На промышленных путях бетон иногда испытывает проблемы в этой области.
• Пластмассы обладают высокой сопротивляемостью отскоку. См. Рисунок 6.

Рисунок 6: Нет вдавливания под опорной плитой после 133 миллионов тонн груза (30 тонн нагрузки на ось).

• Пластик можно сверлить и фрезеровать, как дерево. В бетоне каждое отверстие под болт (дюбель) должно быть отлито на заводе.Например, замена переключателя на бетон потребует измерения всего переключателя, где пластиковые шпалы могут быть легко установлены в рельсы.

Рис. 7. Выключатель с пластиковыми шпалами.

• Пластиковые шпалы обычно изготавливаются из 100% переработанного пластика. Это дает 80–160 тонн вторичной переработки на километр пути. По истечении срока службы шпалы можно повторно шлифовать, и материал можно снова использовать для шпал следующего поколения.Вставки можно снимать и использовать повторно.

Рис. 8: Подключаемая шпала переключателя с постоянными характеристиками изгиба по всей длине.

• Пластиковые железнодорожные шпалы могут быть разработаны для решения конкретной задачи. Например, когда для коммутаторов требуются очень длинные шпалы, подключаемая шпала может решить проблемы транспортировки коммутатора, см. Рисунок 8. Другое решение можно увидеть на рисунке 9, где показана шпала моста.Шпалы, которые используются на мостах из стальных балок, должны измеряться шпала за шпалой, чтобы компенсировать допуски в стальных балках. Рельсовую шпалу на этой картинке можно отрегулировать до нужной высоты и угла, установив вставные блоки нужных размеров. Вставные блоки фиксируются шипами винта.

Рис. 9: Мостовая шпала с вставными блоками.

• Ожидаемый срок службы шпал из переработанного пластика — долгий.Хотя опыт в этой области ограничен, существует хорошая репутация с аналогичными продуктами. Таблица 1 дает оценку ожидаемого срока службы для различных материалов шпалы.

Таблица 1: Ожидаемый срок службы шпал для пути UIC класса 4 (11 млн тонн в год) (Prorail, 2014)

ТРЕБОВАНИЯ К СПАЛЬНИКАМ

Трудность в разработке пластиковых шпал для железных дорог состоит в том, что древесина использовалась для изготовления путей более 150 лет.Все мы знаем, что это работает, но реальные механические требования не очень ясны. Если вы посмотрите на стандарт деревянных шпал, вы найдете требования к размерам, допустимой деформации и количеству узлов, но не найдете требований к прочности или жесткости. Выбранная порода древесины обеспечивает соответствие этим характеристикам. Однако было бы слишком просто рассматривать свойства дерева или бетона как требования для разработки пластиковых шпал. Тот факт, что эти материалы обладают определенными механическими характеристиками, не означает, что они необходимы для их функционирования.Это приведет к серьезным ошибкам:

• Требования могут стать намного выше, чем необходимо. Следовательно, затраты на железнодорожные шпалы также будут намного выше, чем необходимо.
• Некоторые требования влияют друг на друга. Например, для прочности вам могут потребоваться как минимум те значения, которые вы испытываете при работе с деревом. Для жесткости вы делаете то же самое. Но тогда вы игнорируете тот факт, что, когда у вас более жесткий спящий, силы, действующие на спящего, будут выше, и требования к прочности могут быть недостаточно высокими.Связи, существующие в дереве между различными свойствами, скопировать невозможно.
• Требование точно такой же дальности, что и у деревянной шпалы, может создать проблему, поскольку древесина имеет огромный разброс свойств и что свойства древесины меняются в течение срока службы из-за гниения.
• Некоторые свойства дерева / бетона могут быть не лучшими.

Будет ясно, что это не лучший путь вперед.В то же время он описывает текущую проблему разработки пластиковых шпал. Должны быть разработаны функциональные требования к шпалам рельсов, которые существуют независимо от используемых материалов.

ОПТИМАЛЬНАЯ ЖЕСТКОСТЬ ГУСЕНИЦ

Для определения необходимых свойств шпалы первоочередной задачей является определение необходимой жесткости системы. Прогиб рельса при проезде поезда должен быть в определенных пределах. Если прогиб слишком велик, изгибающие моменты в рельсе становятся слишком высокими, и усталость рельса может стать проблемой.Arema рекомендует отклонение от 3,2 до 6,35 мм (AREMA, 2006). Если прогиб слишком мал, ударные нагрузки на балласт и шпалы становятся выше, что усиливает деградацию пути и приводит к необходимости более тщательного обслуживания. Кроме того, из-за жесткой конструкции рельсов возрастают земной шум и вибрация. По этой причине Riessberger рекомендует минимальный прогиб 2 мм (Riessberger, 2014). Жесткость системы также определяет, какая часть нагрузки колеса передается на одно спальное место, и поэтому является необходимой информацией в качестве входных данных для анализа прочности.Чем жестче система, тем выше нагрузка на одну шпалу и, следовательно, тем выше должны быть требования к прочности.

Жесткость гусеницы k определяется как отношение между нагрузкой Q на колесо и прогибом δ непосредственно под колесом.

Нагрузка на колесо определяется нагрузкой на ось и коэффициентом динамического усиления fd. При максимальной нагрузке на ось 22,5 тонны и fd 2 минимальная жесткость гусеницы должна составлять 35 кН / мм, чтобы соответствовать максимальному прогибу, заявленному Arema.Для определения максимальной жесткости пути по Риссбергеру интерес представляет не максимально допустимая нагрузка, а средняя ожидаемая нагрузка. Принимая в качестве оценки 2/3 максимально допустимой нагрузки и f _d , максимальная жесткость гусеницы должна составлять 50 кН / мм. Следовательно, соответствующая целевая жесткость гусеницы будет 50 кН / мм.

Согласно выводу Циммерманна в 1888 году, мы можем рассчитать соотношение между нагрузкой на колесо Q и нагрузкой F, прилагаемой к шпале (Esveld, 2007), с помощью уравнения 2 в таблице 2.Как показано на рисунке 10, при целевой жесткости пути 50 кН / мм можно ожидать, что 28-37% нагрузки колеса передается на шпалу непосредственно под колесом, в зависимости от профиля рельса (NP46, UIC54 и UIC60 анализируются).

Это распределение требуется в качестве входных данных для расчета прочности.

Рисунок 10: Вариации нагрузки шпалы, п.т.с. расстояние шпал 600мм.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЖЕСТКОСТИ СПАЛЬНИКОВ

При анализе жесткости системы можно выделить три этапа распределения нагрузки, см. Рисунок 11.

Рис. 11: Распределение нагрузки на шпале.

1. Распределение сил, создаваемых колесом, по разным шпалам. Это анализируется с учетом профиля рельса как балки на упругой опоре, как было определено Циммерманном в 1888 году, см. Уравнение 2. Модуль рельса u системы является основным параметром жесткости системы и должен быть рассчитан. Это делается путем определения жесткости опорной плиты в основание (K _P ), спальное место (K ) ˙s и railpad (K _RP ) с помощью уравнения 3.
2. Распределение силы через опорную плиту над шпалой определяются изгибной жесткостью опорной плиты и сжатием шпалы. Это также можно сделать, рассматривая опорную плиту как балку на упругой опоре (упругой опорой является шпала). Предполагая, что выбрана подходящая опорная плита, часто используется упрощенное допущение, предполагающее, что опорная плита имеет равномерно распределенную опору и что распределение силы через шпалу происходит под углом 45 градусов (см. Уравнение 4).В направлении ширины распространение силы будет ограничено шириной спального места.
   Часть жесткости системы определяется динамической жесткостью прокладки рельса K _RP , которая добавляется в уравнение 3.
3. Распределение нагрузки опоры под железнодорожной шпалы, вызванной изгибной жесткости шпалы EIS и упругой опоры балласта. Это распределение было проанализировано Хетеньи аналогично формуле Циммермана (Hetenyi, 1946), см. Уравнение 5.Модуль упругости C балласта является здесь основной переменной, и можно ожидать, что он будет варьироваться от 0,04 до 0,16 Н / мм ³ (Manalo, 2010). Модуль упругости — это жесткость пружины (Н / мм) под землей, определяемая на мм ² поверхности, что дает единицы Н / мм ³ .

Таблица 2: Уравнения для расчета жесткости. (van Belkom, Руководство по проектированию железнодорожных шпал, 2014)

ОЦЕНКА ЖЕСТКОСТИ ГУСЕНИЦ

Полученные уравнения были использованы для грубого сравнения различных строительных материалов для шпал с точки зрения ожидаемой жесткости пути.Для оценки использовалась колея 1435 мм со шпалами, расположенными на расстоянии 600 мм, и рельсовый профиль UIC54. Входные параметры указаны в таблице 3.

Таблица 3: Предполагаемые свойства для сравнения жесткости (исходные данные материала пластик: (van Belkom, данные расчета материалов, 2013), дерево: (Green, Winandy, & Kretschmann, 1999), бетон: NEN-EN 206: 2014).

На рисунке 12 видно влияние балласта и жесткости шпал на жесткость пути.Две линии представляют верхний (P95) и нижний предел (P5) ожидаемых свойств шпалы. Целевое значение жесткости гусеницы 50 кН / мм выделено на графике. Видно, что наиболее важный эффект обусловлен модулем упругости балласта и земляного полотна. Что бы вы ни делали, свойства спальных мест никогда не могут компенсировать вариации модуля упругости. Далее видно, что:

• Бетонные шпалы имеют тенденцию создавать жесткую структуру, обычно более жесткую, чем заданная жесткость гусеницы.
• Деревянные шпалы обеспечивают довольно широкий диапазон возможных значений жесткости пути из-за большого разнообразия возможных механических свойств.
• Пластиковые шпалы позволяют достичь заданной жесткости пути при соответствующем модуле упругости.

Рисунок 12: Модуль упругости основания — соотношение жесткости гусеницы для некоторых материалов шпалы, свойства шпалы в соответствии с таблицей 3.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ НА СПАЛЬНИКАХ

При рассмотрении распределения силы по железнодорожным шпалам, модуль опоры всей конструкции и жесткость рельса определяют, какая часть силы колеса распределяется на нижележащую шпалу, а какая — на соседние шпалы.Для случая средней пластиковой шпалы (см. Таблицу 3) при среднем модуле упругости 0,1 Н / мм ³ , на Рисунке 13 показан график распределения. Здесь колесо находится наверху шпалы 0. Около 32% силы колеса, включая динамические эффекты, будет передано этому шпалу. До 3-х шпал слева и справа (около 2 метров) видно влияние нагрузки.

Рисунок 13: Распределение силы по шпалам для средней пластиковой шпалы из таблицы 3.

Из-за изменений модуля упругости подстилки и свойств шпалы, распределение силы и, следовательно, максимальная сила, действующая на одну шпалу, может изменяться. Таблица 4 показывает в первом столбце наиболее гибкие шпалы на наиболее гибких подстилках. Это дает наименьшую нагрузку на спальное место. Во втором столбце показаны наиболее жесткие шпалы на наиболее жестких основаниях, обеспечивающие более высокие нагрузки на шпалы. Однако самые высокие нагрузки на шпалы могут возникать, когда более жесткие шпалы из допустимого диапазона размещаются среди более гибких шпал, что можно увидеть в самом правом столбце.Кажется, что деревянные шпалы имеют более высокую возможную максимальную нагрузку, чем бетонные, что на первый взгляд кажется странным. Бетонная шпала в этом анализе, однако, имеет более гибкую подушку для рельсов (Таблица 3), но также более широкий диапазон жесткости деревянных шпал вызывает этот эффект.

Таблица 4: Нагрузка на шпалы в% от нагрузки на колеса, для шпал в соответствии с таблицей 3.

Анализ, приведенный в Таблице 4, предполагает, что модуль упругости не изменяется от спящего к спящему, чего обычно не происходит.Однако все обстоит иначе, когда путь проходит через мост, виадук или любое другое препятствие, вызывающее нарушение жесткости основания. На рисунке 14 показано распределение сил по шпалам моста. Спящий 0 — первый спящий на мосту, мост простирается вправо. Гусеничные шпалы бетонные, шпалы мостов — азобэ, все в соответствии с таблицей 3, теперь с учетом средней жесткости шпал и основания.

Рис. 14: Распределение усилия по шпалам на краю моста.Спящий 0 — первый спящий на мосту, мост простирается вправо. Гусеничные шпалы бетонные, шпалы мостов — азобэ, все в соответствии с таблицей 3.

Из-за недостаточной гибкости балласта и земляного полотна на мосту мы можем видеть здесь, что сила, действующая на шпалы, может быть намного выше, чем на рельсах, особенно для первого спящего на мосту. Таких ситуаций следует избегать. Гибкость при сжатии шпал на мосту должна быть намного выше, чем на пути, чтобы компенсировать недостающую гибкость балласта.Гибридная пластиковая шпала может иметь гораздо более высокую гибкость при сжатии, чем дерево или бетон, и будет хорошим выбором.

Этот анализ был лишь одним примером. В каждом конкретном случае следует определять оптимальную жесткость шпал на сжатие, чтобы получить постоянную жесткость пути. При анализе еще не учитывались какие-либо динамические эффекты или осадки пути до и после моста, что дает разницу в высоте между мостом и путём с балластом.Постоянная жесткость пути не препятствует оседанию, но дает положительный эффект. Средства регулировки высоты шпал на мосту будут дополнительным подспорьем для компенсации любых оседаний пути.

Также особого рассмотрения требует ситуация в коммутаторе. Поскольку шпалы в стрелке намного длиннее, а распределение усилий по шпалам осуществляется не двумя рельсами, а четырьмя, нагрузка на одно шпалы меньше, чем в обычных путях. Также из-за этого выше жесткость гусеницы в переключателе.Поэтому в переключателе следует использовать шпалы с большей гибкостью, чтобы обеспечить постоянную жесткость пути.

ВЛИЯНИЕ ЖЕСТКОСТИ СГНУТЬСЯ

Основная мысль о жесткости спального места на изгиб, по-видимому, состоит в том, что чем выше жесткость спального места на изгиб, тем лучше его характеристики. Производительность системы была проанализирована на предмет изменения жесткости спального места на изгиб, чтобы лучше понять эти эффекты.

Влияние жесткости шпалы на жесткость пути на изгиб

При анализе пластиковой шпалы в Таблице 3 и оценке возможных различных значений жесткости при изгибе с сохранением жесткости на сжатие постоянной, как указано в таблице, расчетная модель выглядит так, как показано на рисунке 15A, будучи балкой на упругой опоре, как ранее использовался для оценки жесткости пути.

Рисунок 15: Расчетные модели.

Результат этого расчета показан на Рисунке 16. Максимальное (0,16 Н / мм ³ ), минимальное (0,04 Н / мм ³ ) и среднее значение (0,10 Н / мм ³ ) для модуля упругости.

Рисунок 16: Зависимость жесткости гусеницы от жесткости шпалы для 3 различных модулей засыпки балласта (Н / мм ³ ), свойства в соответствии с таблицей 3.

Что можно заметить, так это то, что низкий модуль упругости не позволяет системе достичь заданной жесткости, и нет ничего, что могло бы сделать даже самый жесткий спящий. Ориентируясь на средний модуль упругости пласта, жесткость шпалы на изгиб должна быть в пределах 150-250 кНм ² .

Влияние жесткости на изгиб шпалы на устойчивость головки рельса

Ограничение бокового смещения головки рельса при проезде поезда является важной функцией системы и, в частности, шпалы.Хотя это касается безопасности, это не предельное состояние эксплуатационной пригодности (SLS), как это было в случае жесткости гусеницы, а конечное предельное состояние (ULS). Таким образом, расчетная модель выполняется не для средних значений, а для экстремальных значений. Таким образом, применима расчетная модель согласно фиг. 15В, которая описывает наихудшую ситуацию с опорой в отношении возможного поворота зоны посадки рельса. Опора представляет собой равномерно распределенную нагрузку, которую можно ожидать для изношенного пути.Горизонтальный прогиб δ _H головки рельса тогда может быть задан как (van Belkom, Руководство по проектированию железнодорожных шпал, 2014):

Так как ситуация с нагрузкой теперь является расчетом ULS, анализируются наихудшие нагрузки и ситуации поддержки. Учитываются все применимые факторы безопасности в соответствии с ISO 13230-6: 2014. Выполнение этого расчета для пластиковой шпалы из Таблицы 3 дает результат, как показано на Рисунке 17. Принимается нагрузка на ось 22,5 тонны и скорость 140 км / ч.Имейте в виду, что это экстремальные нагрузки, средние нагрузки будут в 3 раза ниже. Использован минимальный модуль упругости 0,04 Н / мм ³ .

Рисунок 17: Максимальный (экстремальный) горизонтальный прогиб головки рельса в зависимости от жесткости шпалы для 3 различных длин шпал (L _S ), характеристики согласно таблице 3, C = 0,04 Н / мм3.

На рис. 17 показан горизонтальный прогиб рельсов при экстремальных нагрузках на прямом пути при длине шпал 2400, 2600 и 2700 мм.Видно, что чем выше жесткость шпалы на изгиб, тем меньше прогиб. Длина шпалы имеет большое значение: длина шпалы 2600 мм дает более устойчивую головку рельса, чем шпала 2400 мм. Оптимум для этого анализа лежит где-то около 2730 мм. При такой длине нагрузка не влияет на изгиб шпалы (для данного конкретного случая нагружения).

Еще более длинные шпалы

при нагрузке изгибаются внутрь. Если взять, например, максимальный прогиб 3 мм, то минимальная изгибная жесткость шпалы для шпалы 2600 мм будет около 120 кНм ² , тогда как для шпалы 2400 мм она должна быть 300 кНм ² .В этом анализе рассматривается только прямой путь. Для ситуации с кривыми потребуется дополнительный анализ.

Влияние изгибной жесткости шпалы на балластные контактные напряжения

Если контактные напряжения в балласте высоки, балласт будет разрушаться быстрее, что приведет к более высоким затратам на техническое обслуживание. Напряжение в балласте лучше всего поддерживать ниже 0,5 МПа, чтобы предотвратить это (Esveld, 2007). Наибольшее контактное напряжение между шпалой и балластом возникает под седлом рельса, как показано на рисунке 11.Очевидно, что чем жестче шпала, тем более равномерно будут распределяться напряжения.

Следовательно, жесткость шпалы на изгиб представляет интерес для определения балластных напряжений. Однако выполнение статического анализа дает лишь частичный ответ. Аспекты, которые нельзя увидеть из этого анализа:

• Динамические эффекты: чем жестче система, тем выше будут динамические импульсы.
• Эффективная площадь контакта балласта со шпалом: Если шпала сделана из очень жесткого материала, площадь контакта балласта будет очень маленькой, создавая очень высокие нагрузки на шпал и балласт.Когда шпала более мягкая, точка наибольшего напряжения будет перемещена на слой вниз, где балласт взаимодействует с самим собой. Поскольку это нижний слой, сила уже более распределена, что снижает напряжения.

Для оценки этого предмета необходимо провести динамический анализ или полевые испытания. Из практики известно, что у бетонных шпал больше проблем с деградацией балласта, чем у деревянных. Поскольку бетонные шпалы жестче деревянных, можно сделать вывод, что высокая жесткость системы и высокая контактная жесткость являются основными факторами износа балласта.Поскольку пластиковые шпалы имеют сравнимую систему и контактную жесткость с деревянными, ожидается, что деградация балласта будет сопоставимой. Если жесткость при изгибе намного ниже, локализация области контакта может увеличить напряжения. Напряжения в опоре рельса можно рассчитать с помощью (Esveld, 2007):

Мы можем рассчитать силу, действующую на шпалу F с помощью уравнения 2, и жесткость фундамента шпалы K _S с помощью уравнения 5. Выполнение этого расчета с параметрами из таблицы 3 дает график в соответствии с рисунком 18, и показывает напряжения в балласте в зависимости от жесткости шпалы на изгиб.Как видно, жесткость шпалы на изгиб должна быть более 100 кНм ² .

Рис. 18: Напряжение в балласте на опоре рельса в зависимости от жесткости на изгиб шпалы для 3 различных модулей подстилки (Н / мм ³ ).

ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ

Коэффициенты распределения, рассчитанные с помощью жесткости шпалы, теперь можно использовать для расчета требований к прочности шпалы.Анализ прочности шпалы может быть выполнен в соответствии с расчетной моделью, показанной на рисунке 15. Максимальный изгибающий момент в центре шпалы будет возникать в варианте нагружения B, который на практике возникает в изношенной балластной подушке. Максимальный центральный изгибающий момент M _C определен в Таблице 5. В зоне под седлом рельса максимальный изгибающий момент Ma будет возникать после подбивки, такая ситуация нагружения изображена в случае нагружения C на Рисунке 15.

Таблица 5: Уравнения для расчета прочности

Если взять, например, параметры из Таблицы 6, это дает требуемый расчетный центр изгибающего момента 9,8 кНм для шпалы 2600 мм и 14,3 кНм для шпалы 2400 мм.Для требуемого расчетного изгибающего момента в зоне посадки рельса это значение составляет 15,7 кНм для шпалы 2600 мм и 11,4 кНм для шпалы 2400 мм.

Таблица 6: Предполагаемые свойства для анализа прочности.

Хотя эти цифры приведены в качестве примера, метод расчета может применяться в любой конкретной ситуации. Такой анализ дает больше информации о требованиях, чем копирование свойств деревянных шпал.Это показывает, что жесткость системы оказывает явное влияние на требования к прочности. Это также показывает, что требования не могут быть установлены без учета длины шпал.

ВЫВОДЫ

Пластиковые шпалы для поездов могут быть полезны при установке на пути в местах, где бетонные шпалы слишком жесткие. В частности, это верно для мостов, путепроводов и других участков пути, где жесткость балласта имеет повышенное значение. Также переключатели вызывают увеличение жесткости гусеницы, которое необходимо компенсировать.

В общем, для создания надлежащей жесткости гусеницы с точки зрения износа и вибрации пластиковые шпалы могут стать хорошим решением. Приспособляемость на месте, например, для стрелочных переводов и индивидуального обмена с деревянными шпалами для частичного обновления деревянного пути, возможна с пластиковыми шпалами. Свобода дизайна пластика дает возможность создавать оптимальные решения конкретных проблем.

Начало использования пластиковых шпал создает необходимость предъявлять надлежащие функциональные требования к пластиковым шпалам или, что лучше, шпалам в целом.Жесткость системы играет важную роль в этом анализе. Его следует рассматривать не только с точки зрения определения надлежащей жесткости пути, но и как основу для расчета прочности. Требования к жесткости шпалы при изгибе должны не только включать минимальное значение, но и определять диапазон, как и для жесткости на сжатие.

Также для определения требований к прочности должны быть известны жесткость системы и длина шпал.

ОБОЗНАЧЕНИЯ

a : расстояние между концом шпалы и центром рельса (мм)

c: расстояние между центром шпалы и центром рельса (мм)
c _V : коэффициент вариации (%)

C : модуль упругости (Н / мм ³ )

E _C : Модуль упругости шпалы при сжатии (Н / мм ² )

EI _R : Произведение модуля Юнга E и момента инерции I рельса (Н / мм ² )

E _S : Модуль Юнга шпалы при изгибе (Нмм ² )

EI _S : Произведение модуля Юнга E и момента инерции I шпалы (Нмм ² )

f _d : коэффициент динамического усиления (-)

F : сила, приложенная к шпале (Н)

h _R : высота направляющей (мм)

h _S : высота шпалы (мм)

k : жесткость гусеницы (Н / мм)

К _Р : жесткость фундамента, вызванные сгибание опорной плиты и сжатия шпалы (Н / мм)

K _RP : динамическая жесткость рельсовой подушки (Н / мм)

K _S : жесткость фундамента, вызванная изгибом шпалы и сжатием балласта / земляного полотна (Н / мм)

л _Р : длина опорной плиты (мм)

L _S : длина шпалы (мм)

M _a : максимальный изгибающий момент на направляющей (Нмм)

M _c : максимальный изгибающий момент в центре шпалы (Нмм)

Q: нагрузка на колесо = нагрузка на ось / 2 (Н)

S : расстояние между центрами шпал (мм)

т _Р : толщина опорной плиты (мм)

т _RP : толщина направляющей (мм)

u : модуль упругости дорожки (Н / мм 2 )

u _B : модуль упругости балласта / земляного полотна (Н / мм 2 )

ж _B : ширина шпалы на дне в контакте с балластной (мм)
ж _Р : ширина опорной плиты (мм)

w _S : средняя ширина шпалы (мм)

δ : прогиб (мм)

δ _H : горизонтальный прогиб головки рельса (мм)

λ : характеристика рельса (1 / мм)

λ _S : характеристика шпалы (1 / мм)

Ϭ _B : напряжение в балласте на опоре рельса (Н / мм ² )

ЛИТЕРАТУРА

AREMA.(2006). Пособие по железнодорожному машиностроению. In Том 4, Глава 16, часть 10.

Эсвельд, К. (2007). CT3041-Constructief ontwerp van spoorwegen. Делфт: TUDelft.

Грин, В., Винанди, Дж., И Кречманн, Д. (1999). Справочник по дереву — Древесина как конструкционный материал

— Группа 4, механические свойства древесины. Лаборатория лесных продуктов, Министерство сельского хозяйства США.

Хетеньи, М. (1946). Балки на упругом основании. Мичиганский университет.

Манало. (2010). Fiber композитная многослойная балка. Университет Южного Квинсленда. Моварес. (2010). Geluidproductie spoorbrug Laag Zuthem. Утрехт.

Prorail. (2014). Levensduurverwachting spoor en wissels ten behoeve van vervangingsplannen BID00020-V001.

Riessberger, K. (2014). Презентация на конференции по железнодорожным технологиям, 18-20 марта 2014 г. Дюссельдорф: Университет Граца.

ван Белком, А. (2013). Материал расчет данные. Sneek: Разработанные продукты Lankhorst.

ван Белком, А. (2014). Железнодорожный шпала конструкция ручная. Sneek: Разработанные продукты Lankhorst. Янг, В. К. (1989). Формулы Рорка для напряжения и деформации. МакГроу-Хилл.

———————
Aran van Belkom
Lankhorst Engineered Products

Prinsengracht 2
8607AD Sneek

Нидерланды
avb @ klp.nl

Шпала из железобетона | Scientific.Net

Влияние структурных характеристик на прочность бетона при динамических воздействиях.

Авторы: Андрей Александрович Плагин, Елена Палант, Дмитрий Плагин, Сергей Мирошниченко

Аннотация: Статья посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям зависимости трещиностойкости бетона при динамических воздействиях от коэффициентов зернистости крупных и мелких заполнителей.Установлено, что эти зависимости носят экстремальный характер. В результате исследования получены оптимальные значения коэффициентов зернистости крупных и мелких заполнителей, частиц цемента, а также водоцементного отношения для исследуемых материалов; Эти факторы обеспечили лучшие физико-механические свойства бетона, в том числе его трещиностойкость при динамических воздействиях, как ударах, так и вибрации.

368

Максимальные исследования несущей способности при изгибе на основе углеродного волокна для усиления жесткой балки шпалы

Авторы: Чжун Лун Ли, Хун Линь Ву, Чжэнь Юй Лю, Де Цзянь Сюй, Хун Цзян Гу, Сяо Ди Чжу

Аннотация: В этой статье проводится предварительное исследование материала листа из углеродного волокна для усиления грубой шпальной балки с целью увеличения предельной несущей способности при изгибе.Принимая во внимание фактическую технологию строительства и окружающую среду, четыре железобетонных шпалы используются для моделирования экспериментов с целью изучения влияния листа из углеродного волокна на предельную несущую способность при изгибе железобетонных конструкций. Результаты экспериментов показывают, что приклеивание двух слоев листа из углеродного волокна под железобетонную балку может примерно на 25% увеличить несущую способность при изгибе.

1766 г.

Creative Sleepers — Бетонные шпалы для подпорных стен, Аделаида

Компания Creative Sleepers специализируется на производстве и поставке бетонных шпал для бытового и коммерческого применения.Наши бетонные шпалы предназначены для подпорных стен, но также могут использоваться для декоративной кромки сада и огородов. Шпалы для подпорных стен Creative Sleepers производятся из железобетона для обеспечения долговечности и не требуют обслуживания в течение многих лет.

Наша линейка бетонных шпал состоит из шести различных моделей, доступных в двух цветах — песчаник и уголь. Мы также производим сборные комплекты ступеней и Easyplinths (для использования под забором Good Neighbor Fence).

Наши бетонные шпалы поддерживаются стали универсальными балки (посты), позволяющие минимальной шириной на вашей подпорной стенке. Это гарантирует максимальное использование земли и выдающийся дизайн сада. Пожалуйста, смотрите наше руководство по установке требований при установке подпорных стен. В качестве альтернативы мы можем порекомендовать квалифицированных строителей установить для вас подпорную стену.

Creative Sleepers расположены по адресу: 27 Liston Road, Lonsdale SA. Свяжитесь с нами сегодня по конкурентоспособной цене на шпалах качества для вашей подпорной стены.

Найдите нас в Google+

(* Обратите внимание, что наш офис в Брисбене постоянно закрыт)

(* Обратите внимание, что наш офис в Аделаиде переехал по адресу: 27 Liston Road, Lonsdale, SA 5160)

Бетонные шпалы

Австралийский изготовлен для австралийских условий. С бетонными шпалами Creative Sleepers вам больше никогда не придется беспокоиться о термитах!

Чтобы создать край вашего сада или просто создать стильную подпорную стену, подумайте о Creative Sleepers.

просмотреть наши бетонные шпалы
>

Руководство по установке

Пошаговая инструкция по установке бетонных подпорных стен.

Основываясь на установке 1 метр высокой подпорной стенки с 2 метров шпал. Для другой высоты стены
измените значения соответственно.

загрузить руководство по установке>

Бетонные ступени

Creative Sleepers также производит сборные комплекты ступеней и Easyplinth.(для использования под забором Good Neighbor Fence)

Бетонные ступени доступны в различных цветах и ​​узорах.

просмотреть наши бетонные ступени>

определение бетонной шпалы и синонимы бетонной шпалы (английский)

Из Википедии, бесплатная энциклопедия

Бетонная шпала — это железнодорожная шпала, сделанная из железобетона.

Файл: 08 tory railtrack ubt.jpeg

Бетонные шпалы

История

Бетонные шпалы были впервые изготовлены в Германии в 1906 году для использования между Нюрнбургом и Бамбергом. ^[1]

Типы

Бетонные шпалы могут состоять из одной детали одинаковых размеров или переменных размеров. Бетонные шпалы также могут состоять из двух отдельных блоков, соединенных стальной стяжкой.В исключительных случаях бетон можно заливать в виде двух отдельных продольных плит, как это использовалось в Намибии.

Путь из плит представляет собой сплошное бетонное полотно дороги без разделения на отдельные шпалы, которые чаще всего используются в туннелях.

Преимущества

• не гниют, как деревянные шпалы.
• Дополнительный вес делает гусеницу более устойчивой, особенно при перепадах температуры.
• В отличие от деревянных шпал, бетонные шпалы не расширяются в жарких условиях, вызывая изгибание гусениц.

Недостатки

Когда поезда сходят с рельсов и колеса ударяются о шпалы, деревянные шпалы, как правило, поглощают удар и остаются неповрежденными, в то время как бетонные шпалы имеют тенденцию разрушаться и их необходимо заменять.

Бетонные шпалы тяжелее и требуют более сильных людей для их переноски. Долгий срок службы по сравнению с деревянными шпалами

противостоит опасностям пожара лучше, чем деревянные шпалы

обеспечивает большую удерживающую способность рельсов

Альтернативы

менее хрупкие, чем бетон, находятся в стадии разработки. ^[2]

Характеристики

Калибр и вес

• 1,676 мм (5 футов 6 дюймов) — 300 кг

Производство

Бетонные шпалы изготавливаются в формах в перевернутом виде, длиной в несколько шпал. В формы вставляются основания зажимов Pandrol или другая фурнитура. В эти формы устанавливают предварительно натянутую стальную проволоку, а затем заливают бетон. Для застывания бетона требуется несколько дней, после чего шпалы вынимаются из форм и разрезаются на отдельные шпалы.На нижней части формы нанесен логотип производителя и дата.

Иногда шпалы изготавливаются с кабелепроводами для проводки рельсовых цепей или дополнительными приспособлениями для ограждений.

Ингредиенты и компоненты

Транспортировка

Установка

Самые старые

• Бетонные шпалы с выпуклой головкой используются как минимум с 1950-х годов. ^[3]

Проблемы

Немецкие рельсы испытывали трещины в шпалах на высокоскоростных линиях. ^[4]

Примеры

Гана

Завод по производству бетонных шпал в долине Хуни, Гана:

• Номер: 2 м
• Стоимость: 85 млн евро
• Стоимость каждого: 42,5 евро за шпал.
• Стоимость завода: 7 евро
• Рабочих мест: 130
• Производительность: 400000 в год
• Производительность: 1096 в день (около 0,5 км пути).
• Изготовители: Kampac и Rail.One
• Колея: возможно двойная колея 1435 мм / 1067 мм

Пакистан

• Линия: главная линия Карачи — Лахор.
• Калибр: колея 1676 мм.
• Стоимость за км: 33 · 85 м
• Железная дорога: рельсы UIC-54
• Количество на км: 1,640
• Крепления: Vossloh

Список заводов

Ангола

(требуется три завода)

Австралия

Завод по производству бетонных шпал Austrak в Вагга-Вагга

(по часовой стрелке)

Бангладеш

Ботсвана

Китай

• China United Railway Logistics ^[13]

Эфиопия

Германия

Гана

Кения

Корея, Северная

Корея, Южная

Ливия

Малайзия

Мозамбик

Намибия

Румыния

Россия

Саудовская Аравия

Южная Африка

Швейцария

Таиланд

См. Также

Ссылки

Исследование бетонных шпал URL http: // ро.uow.edu.au/

Внешние ссылки

.

No related posts.