[05-2010] Конструкция новой железобетонной шпалы
 

Конструкция новой железобетонной шпалы

И.С. БАБАДЕЕВ, А.А. КИРЕЕВНИН, В.В. КАРПАЧЕВСКИЙ

Существует представление о том, что одной из основных характеристик конструкции железобетонной шпалы является ее сопротивление сдвигу поперек оси пути. Оно необходимо для того, чтобы обеспечить устойчивость рельсошпальной решетки под действием продольных температурных сил в рельсах. Чем выше это сопротивление — тем лучше устойчивость.

Ранее почти все эксперименты в нашей стране и за рубежом (за исключением опытов В.И. Новаковича, В.В. Ершова, Г.В. Карпачевского) проводились на пути при отсутствии движения поездов, т.е. — в статике. В связи с этим считалось, что чем больше масса шпалы, тем выше ее сопротивление сдвигу. Однако значение статического сопротивления шпалы сдвигу может быть использовано только в расчетах, которые необходимы для определения изменения сил и деформаций при путевых работах на закрытом для движения поездов перегоне. Лучше, когда это сопротивление меньше. При эксплуатации от воздействия проходящих поездов сопротивление сдвигу шпалы в балласте, как известно, падает, и шпала под влиянием горизонтальной силы смешается в сторону ее действия.

Из статических экспериментов многих исследователей известно, что на величину сопротивления сдвигу поперек оси пути больше всего влияет связь шпалы с балластом по ее подошве. Незначительно сопротивление торца шпалы (5 — 7 % от общего). При незаполненных щебнем шпальных ящиках оно понижается не более чем на 20 %.

Нами разработана новая конструкция шпалы, учитывающая отмеченные выше особенности. Она изготовлена, и проведены ее испытания в действующем пути.

Поскольку при эксплуатации масса шпалы не влияет на величину сопротивления сдвигу, у новой конструкции стремились максимально ее уменьшить. При этом для обеспечения достаточной прочности сечений шпалы в местах действия максимальных изгибающих моментов центр тяжести арматуры по возможности следует максимально приблизить к краю сечения, в котором действуют растягивающие напряжения, и соответственно убрать лишнюю арматуру там, где действуют сжимающие напряжения.

Расчетная схема и эпюра изгибающих моментов шпалы при действии поездной нагрузки показана на рис. I.

В соответствии с эпюрой изгибающих моментов в подрсльсовом сечении арматура должна быть как можно ближе к подошве шпалы, а в среднем сечении — к ее верху. Но арматура в железобетонных шпалах — предварительно напряженная. Поэтому ее нельзя изгибать. Тогда массу бетона следует сосредоточить в тех местах, где действуют сжимающие напряжения, как это показано на рис. 2. В соответствии со схемой предлагаемая шпала имеет выступ в средней части нижней постели.

Многовариантные расчеты по стандартной методике показали, что такой выступ может быть достаточным в пределах 25 — 30 мм для того, чтобы уменьшить массу применяемых сейчас шпал примерно на 40 %, т.е. на 100 кг. При этом значительно возрастет ее сопротивление сдвигу поперек оси пути при эксплуатации.

Для проверки возможности и целесообразности использования предлагаемой (заявка на патент № 2009100636 от 11.01.09) шпалы изготовлен ее макетный образец (рис. 3). Он отличается от стандартной шпалы тем, что в под рельсовом сечении на расстоянии до 90 см от торцов удален слой бетона толщиной до 28 мм, а также один ряд крайних попарно свитых стержней арматуры (8 штук). Это изменение пока дает относительно незначительное уменьшение массы шпалы, примерно на 30 кг. Окончательный детальный проект железобетонной шпалы с учетом изложенного принципа еще предстоит доработать.


Макетный образец необходим для эксплуатационной проверки прочностных и других механических характеристик шпалы, в том числе сопротивлений сдвигу шпалы поперек оси пути.

Заводские испытания по стандартной методике показали, что шпала отвечает всем прочностным и деформативным требованиям. В настоящее время проводятся длительные эксплуатационные испытания макетного образца предложенной конструкции в действующем пути.

Макетный образец от предложенной конструкции шпалы отличается главным образом тем, что средняя выступающая часть должна иметь меньшую опорную поверхность. Это необходимо для того, чтобы реактивный отпор щебня был примерно в два раза ниже, чем в стандартной средней части. К концам шпалу по опорной поверхности необходимо уширить примерно на 5 см, поскольку по расчету гам возникает максимальный прогиб, как и у стандартной шпалы. Однако в связи со снижением жесткости прогиб будет меньше.

Дчя укладки рельсошпальной решетки с предложенной консгрукцией шпаты во время капитального ремонта предстоит решить ряд технологических вопросов. Возможно, придется пропускать по балластной призме планировщик, создающий в ее середине впадину глубиной до 30 мм, как это делалось в первые годы применения железобетонных шпал в СССР.

Тема перенесена
 

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Путь и путевое хозяйство".

Перенес: Admin