Проектирование и расчеты ж/д пути

В  зависимости  от  класса  устанавливаются  типы  и  характеристики  верхнего  строения  пути  (СНиП  32-01-95).

 

Таблица 1.2.

Нормативы по конструкциям, типам и элементам пути для  путей различных классов.

 

 

Классы  путей
1	2	3	4	5
Конструкция  верхнего  строения  пути
Бесстыковой  путь  на  железобетонных  шпалах 1)				Звеньевой  путь  на  железобе- тонных  шпалах
Типы  и  характеристика  верхнего  строения  пути
Рельсы  Р65, новые, термоуп- рочнённые, категории В и Т1	Рельсы Р65, новые, термоуп- рочнённые, категории Т1 и Т2 2)	Рельсы старогодные I группы год- ности; I и II груп- пы годности ре- профилирован- ные 2)	Рельсы старогод- ные Р65 3) II и III группы годности	Рельсы старогод- ные Р65 3) III группы годности
Скрепления  новые		Скрепления новые и старогодные (в том числе отремонтиро- ванные), укладываемые в объёмах, устанавливаемые  «Техническими  условиями  на ремонт и плановопредупре- дительную  выправку пути»
Шпалы железобетонные новые 1 сорта		Шпалы железобетонные старогодные 4)
Балласт щебёночный 5) с толщиной слоя: 40 см – под железобетонными шпалами; 35 см – под деревянными шпалами			Балласт щебёноч- ный 5) с толщиной слоя под шпалой: 30 см под железо- бетонными; 25 см- под деревянными	Балласт всех типов с толщиной слоя под шпалой не менее 20см
Размеры балластной призмы – в  соответствии с типовыми поперечными  профилями
Конструкция и типы стрелочных переводов
Р65 новые, рельсовые элементы закалённые. Брусья железобетонные 6).			Рельсы и металлические части старогодные. Брусья железобетонные – новые и старогодные 6).
Земляное полотно и  искусственные сооружения
Земляное  полотно,  искусственные  сооружения  и  их  обустройства  должны  удовлетворять  максимальным  допускаемым  осевым  нагрузкам  и  скоростям  движения  поездов  в  зависимости  от  групп  и  категорий  путей.

 

Примечание к таб. 1.2.:

1. Применение  звеньевого  пути  на  деревянных  шпалах  согласовывается  с  Департаментом  пути  и  сооружений,  при  этом  на  путях  1 – 3  классов  деревянные  шпалы  должны  быть  I  типа.

 

2. В  зависимости  от  баланса  на  железной  дороге  старогодных  рельсов   I  и II  групп годности  допускается по  согласованию  с Департаментом пути  и сооружений  укладка:  на  путях 2  класса  групп Г и Д старогодных  репрофилированных  рельсов I  группы  годности;  на  путях 3  класса – новых рельсов категорий Т1  и Т2.

 

3. Для  звеньевого  пути  на  деревянных  шпалах – не  легче  Р50.

 

4. При  недостатке  старогодных  железобетонных  шпал:  новые железобетонные  1  сорта – на  путях 3  класса,  новые 2  сорта – на  путях 4  и 5  классов;  при недостатке  новых железобетонных  шпал 2-го  сорта – новые шпалы 1-го  сорта;  при недостатке  старогодных  и новых железобетонных  шпал – новые деревянные.

 

5. По  согласованию  с  Департаментом  пути  и  сооружений  допускается  на  путях  3 – 5  классов  укладка  асбестового  балласта.

 

6. По  согласованию  с  Департаментом  пути  и  сооружений  допускается  укладка  деревянных  брусьев.

Для пути 3В2 требуется:

 

• Рельсы Р65 новые термоупроченные, категории Т1 и Т2,
• Скрепления новые,
• Шпалы новые железобетонные  новые 1 сорта.
• Эпюра  шпал в прямых и кривых радиусом более 1200м - 1840 шт/км. в кривых радиуса 1200м и менее 2000 шт/км.
• Балласт щебеночный с толщиной слоя под деревянными шпалами 35 см, под железобетонными шпалами 40 см.
• Стрелочные переводы Р65 новые, рельсовые элементы закаленные, брусья железобетонные.
• Земляное полотно, искусственные сооружения и их обустройства должны удовлетворять максимальным допускаемым осевым нагрузкам и скоростям движения поездов в зависимости от групп и категорий путей.

 

Поперечный  профиль балластной призмы представлен  в приложении.

2. Определение условий укладки бесстыкового пути.

 

Возможность укладки бесстыкового пути в конкретных условиях устанавливается сравнением допускаемой температурной амплитуды [ Т ] для данных условий с фактически наблюдавшейся в данной местности амплитудой колебаний температуры Т_А.  Если по расчету Т_А ≤ [ Т ], то бесстыковой путь можно укладывать.

Значение Т_А определяется, как алгебраическая разность наивысшей t _{max max} и наинизшей t _{min min} температур рельса, наблюдавшейся в данной местности (при этом учитывается, что наибольшая температура рельса на открытых участках превышает на 20 ⁰С наибольшую температуру воздуха).

 

 

 

 

 

 

2.1. Расчет повышение и понижений температуры рельсовых плетей, допускаемых по условиям прочности и устойчивости.

 

Амплитуда допускаемых изменений температур рельсов

 

 

 

- минимальный  интервал температур, в котором  окончательно закрепляются рельсовые  плети.

- допускаемое  повышение температуры рельсов  по сравнению с температурой  их закрепления, определяемое  устойчивостью против выброса  пути при действии сжимающих продольных сил;

 – допускаемое  понижение температуры рельсовых  плетей по сравнению с температурой  закрепления, определяемое их  прочностью при действии растягивающих  продольных сил.

 

 Согласно таблице 4 [1, с.13] определяем повышение температуры  рельсовой плети  , допускаемое по условию устойчивости пути.

 

Для Р65 при железобетонных шпалах со щебнем из скальных пород:

 

Тип рельсов	Эпюра шпал	Превышение температуры  рельсовой плети , допускаемое по условию устойчивости пути
		В прямом участке	В кривой радиусом 2 000 м
Р 50	2000	63	58
	1840	57	52
	1600	50	46

Произведем расчет для  эпюры шпал 1840 шт./км.

 

 

 

Допускаемое понижение температуры  рельсовых плетей определяется расчетом прочности рельсов, основанным на условии, что сумма растягивающих напряжений, возникающих от воздействия подвижного состава и от изменений температуры, не должна превышать допускаемого напряжения материалов рельсов:

 

	Коэффициент запаса прочности для рельсов первого срока службы, для рельсов, пропустивших нормативный тоннаж.
	Напряжение в кромках  подошвы рельса под нагрузкой  от колес подвижного состава, МПа.
	Напряжение в поперечном сечении рельса от действия растягивающих  температурных сил, возникающих  при понижении температуры рельса по сравнению с его температурой закрепления.
	Допускаемое напряжение –  для новых незакаленных рельсов  равно 350 МПа, для новых термоупрочненных – 400 МПа.

Напряжение в подошве  рельса определяется по правилам расчета верхнего строения пути на прочность.

Температурное напряжение, возникающее в рельсе в связи  с несостоявшимся изменением его  длины при изменении температуры

 

 

 

	Коэффициент линейного расширения α = 0,0000118 1/град.
	Модуль упругости рельсовой  стали (Е=210ГПа=2,1∙105 МПа).
	Разность между температурой, при которой определяются напряжения, и температурой закрепления плети  0С.

Наибольшее допускаемое  по условию прочности рельса понижение  температуры рельсовой плети  по сравнению с ее температурой при  закреплении:

 

 

Согласно таблице 5 [1, с.16] определяем допускаемое по условию  прочности рельсов понижение  температуры  , для типа рельсов Р50,  локомотива ВЛ 10 и скорости движения 100 км/час:

 

 

 

 

При термоупроченных рельсах первого срока службы значение [Δt_p ] увеличивают на 20 ⁰С по сравнению с данными табл.5. При старогодных рельсах в главных путях и приемоотправочных путях сквозного прохода [Δt_p ] уменьшают на 5 ⁰С по сравнению с данными табл.5.

 

В прямом участке пути:

 

 

104⁰С ≤ 99⁰С,

 

В кривой R= 2000 м:

 

 

104⁰С ≤ 87⁰С,

 

Следовательно,  бесстыковой путь укладывать нельзя.

 

 

2.2. Расчет интервалов закрепления плетей.

 

 

 

Для прямого участка пути:

 

 

 

Для кривой R=2000 м:

 

 

 

 

Границы интервала закрепления, т.е. самую низкую min t_з и наибольшую mах t_з определяем по формулам:

 

 

 

Для прямого участка пути:

 

 

 

Для кривой R = 2000 м:

 

 

 

При укладке плетей длиной более 800 м нижняя граница интервала  закрепления должна быть не менее  чем на 8⁰С выше нижней границы, установленной для плетей обычной длины. По исходным данным длина укладываемой плети составляет 650 м, т.е. нормальной длины.

 

 

=57⁰С

 

           =52⁰С

 

 

 

 

 

 

   -48⁰C                                        -1⁰C                                         +4⁰C                               +56⁰C

t_{min min}                                           t_{min з}                                          t_{mах з}                                t_{max max}

 

Рис.2.1. Диаграмма температурного режима плетей в прямом участке.

 

 

 

                                                                                   =52⁰С

 

           =45⁰С

 

 

 

 

 

 

   -48⁰C                                      -3⁰C                                         +4⁰C                               +56⁰C

t_{min min}                                          t_{max з}                                            t_{min з}                               t_{max max}

Рис.2.2. Диаграмма температурного режима плетей в кривой R=2000 м.

 

 

2.3. Расчет данных для принудительного ввода плетей в оптимальную температуру закрепления.

 

 В случаях необходимости  укладки рельсовых плетей при  температуре рельсов ниже оптимальной,  следует прибегнуть к способу  принудительного ввода их в  оптимальную температуру закрепления.  Такой способ применяется и  перед сваркой эксплуатируемых  плетей, ранее уложенных и закрепленных  при температуре ниже оптимальной.

Если укладка плетей производилась  при температуре выше оптимальной, то с наступлением оптимальной температуры  производится разрядка температурных  напряжений.

Принудительный ввод плетей в оптимальную температуру выполняется  с использованием гидравлических натяжных устройств или нагревательных установок  и обязательным вывешиванием их на роликовые опоры или пластины.

Перед началом работ с  использованием натяжных устройств  должны быть выполнены расчеты по определению изменения длины  плети ΔL и прилагаемого растягивающего усилия N, необходимого для удлинения плети (или полуплети).

Удлинение плети, мм определяется по формуле:

 

 

 

	Длина плети, м
	Перепад между температурой первоначального закрепления или  температурой рельсовых плетей при  укладке и планируемой температурой закрепления     2,50С
	Коэффициент линейного расширения.

 

 

 

Необходимые усилия для создания расчетных удлинений в плетях N_t  определяются из условия:

 

Площадь поперечного сечения  рельса, см2 (65,99 см2 – для Р50 и 82,65 – для рельса Р65).

Для обеспечения неподвижности  уравнительных рельсов с обеих  сторон от удлиняемой плети должны находиться анкерные участки. Рельсовые  стыки, расположенные в пределах анкерных участков и прилегающие  к ним, должны обеспечивать нормальное стыковое сопротивление продольному  перемещению рельсов R_н = 400 кН (для рельсов типа р65), что достигается затяжкой гаек стыковых болтов с крутящим моментом, равным 600 Нм, а гайки клеммных болтов должны быть затянуты с крутящим моментом 150-200 Нм.