ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ ШПАЛА

Полезная модель относится к элементам верхнего строения железнодорожного пути с железобетонным подрельсовым основанием и предназначена для использования на железнодорожных путях промышленных предприятий, рассчитанных на повышенные осевые нагрузки и невысокие скорости движения подвижного состава, для укладки стрелочных переводов и установки контррельсов на мостах и путепроводах.
Наиболее близкой к предлагаемой является железобетонная шпала, представляющая собой брус с переменным по длине сечением с подрельсовыми площадками на верхней поверхности и с выполненными сквозными каналами для рельсового скрепления типа КБ (клеммно-болтовое). Брус армирован двумя пакетами проволоки периодического профиля диаметром 3 мм (44 шт.), симметрично установленными относительно вертикальной оси. Сила натяжения одной проволоки 8,12 кН. Нижний ряд арматуры расположен на высоте 45 мм от подошвы бруса. Подрельсовые площадки выполнены шириной 404 мм. Брус имеет высоту в середине - 145 мм, высоту в подрельсовом сечении - 193 мм, высоту в торце - 150 мм. Ширина рельсовой колеи 1520 мм (ГОСТ 10629-88).
Существенными недостатками извесной шпалы являются избыточная масса и, следовательно, большой вес, который составляет 265 кг, что отрицательно сказывается на экономических показателях подрельсового основания, требует значительных сырьевых, материальных и энергетических затрат на изготовление шпалы и ее техническое содержание, т.к. для ее изготовления и укладки необходимо значительное количество цемента, нерудных материалов, высокопрочной проволоки, а также наличие механизмов большой мощности для выполнения работ по укладке, ремонтам и текущему содержанию железнодорожного пути промышленных предприятий. Все это повышает себестоимость шпалы и затраты на ремонты и текущее содержание железнодорожного пути.
Указанная шпала предназначена для укладки только на прямых и криволинейных участках железнодорожного пути большого радиуса.
При использовании известной шпалы для установки контррельсов на мостах и путепроводах и на стрелочных переводах возможно создание аварийной ситуации в виде схода колес подвижного состава с рельсов по причине распора рельсовой колей (сход вовнутрь колеи) или набегания колеса на наружную нить рельса (сход наружу колеи).
Задачей полезной модели является снижение массы шпалы и себестоимости всего верхнего строения железнодорожного пути путем снижения затрат на изготовление шпалы и ее техническое содержание, при обеспечении прочности и надежности работы рельсошпальной решетки, включая участки обращения подвижного состава с повышенными осевыми нагрузками - до 32 т/ось, а так же повышение безопасности работы рельсошпальной решетки после установки на подрельсовом основании контррельсов на мостах, путепроводах и на стрелочных переводах.
Поставленная задача решается тем, что в железобетонной шпале, выполненной в форме бруса с переменным по длине трапецеидальным поперечным сечением, содержащего проволочную арматуру диаметром 3 мм, установленную в поперечном сечении в виде симметрично расположенных относительно вертикальной оси двух пакетов проволок, а также подрельсовые площадки на верхней поверхности бруса, и имеющего сквозные каналы для элементов рельсового скрепления, согласно полезной модели в каждом из пакетов проволока арматуры установлена в четыре ряда и имеет силу начального натяжения 8,3 кН, нижний ряд проволок в пакетах установлен на высоте 22-33 мм от подошвы бруса, подрельсовые площадки имеют ширину 735-738 мм, при этом высота бруса в середине имеет размер 122-133 мм, высота бруса в подрельсовом сечении равна 158-169 мм, а его высота в торце равна 127-138 мм.
Для железнодорожных путей промышленных предприятий без снижения надежности рельсошпальной решетки целесообразным является снижение массы шпалы. Учитывая то, что максимальное давление от вертикальных сил, соответственно и изгибающий момент и напряжения возникают, в основном, в подрельсовом сечении, необходимо усиление только этой части шпалы. Остальные части шпалы можно облегчить и, тем самым, облегчить всю рельсошпальную решетку и снизить ее массу.
Параметры предлагаемой полезной модели (высота бруса в середине 122-133 мм, высота бруса в подрельсовом сечении 158-169 мм и высота бруса на торце 127-138 мм) позволяют усилить ту часть шпалы (подрельсовое сечение), которая и воспринимает основную нагрузку, облегчая остальные части шпалы, что позволяет снизить ее массу. В целом предлагаемая конструкция позволяет снизить массу шпалы приблизительно на 15-20%, вес которой составляет 232 кг (±5%) для мостов и стрелочных переводов, что значительно снижает ее материалоемкость и трудозатраты на ее изготовление и облегчает в целом вес рельсошпальной решетки, ее укладку и эксплуатацию.
Для установки контррельсов на мостах, путепроводах и на стрелочных переводах, необходимо выполнить подрельсовые площадки с увеличенной шириной для обеспечения возможности выполнения технических требований (при установке контррельсов на мостах).
Исследованиями подтверждено, что в данном случае подрельсовые площадки должны быть установлены с шириной 735-738 мм
Установка нижнего ряда проволок в пакетах на высоте 22-33 мм от подошвы бруса, позволяет обеспечить надежность всей шпалы.
Установка нижнего ряда проволок на высоте менее 22 мм от подошвы бруса снижает надежность шпалы из-за уменьшения защитного слоя бетона.
Увеличение защитного слоя бетона по нижней постели шпалы более 33 мм увеличивает избыточную массу шпалы.
Применение проволочной арматуры в виде симметрично установленных пакетов в каждом из которых арматура установлена в четыре ряда и имеет силу начального натяжения проволок 8,3 кН, и увеличение количества проволок арматуры до 48, позволяет использовать шпалу на участках с повышенной осевой нагрузкой - до 32 т/ось за счет увеличения силы предварительного обжатия бетона и повышения трещиностойкости шпалы.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена шпала, вид сбоку; на фиг.2 - поперечный разрез шпалы в середине.
a
Железобетонная шпала (фиг.1) представляет собой брус 1, выполненный из бетона марки не ниже М 500, с подошвой 2 и с переменным по длине трапецеидальным сечением. Внутри бруса 1 размещена проволочная арматура 3. На верхней поверхности бруса 1 размещены подрельсовые площадки 4, ширина которых составляет =735-738 мм.
В брусе 1 выполнены сквозные каналы 5 для размещения на шпале клеммно-болтового скрепления типа КБ.
Проволочная арматура 3, размещенная в брусе 1, имеет сечение диаметром 3 мм и силу начального предварительного натяжения не менее 8,3 кН.
Проволочная арматура 3 в поперечном сечении бруса 1 выполнена в виде симметрично установленных относительно вертикальной оси пакетов 6 и 7. Оптимальное число проволок составляет 48 шт.
В каждом из пакетов 6 и 7 проволоки арматуры 3 установлены в четыре ряда.
1
Нижний ряд 8 в каждом пакете 6 и 7 установлен на высоте h=22-33 мм от подошвы 2 бруса 1.
2
Высота бруса 1 в его средней части равна h=122-133 мм.
3
Высота бруса 1 в подрельсовом сечении равна h=158-169 мм.
4
Высота бруса 1 в его торце равна h=127-138 мм.
Шпалы укладывают на подготовленную на земляном полотне балластную призму (на чертеже не показана). Для исключения возникновения предельных изгибающих моментов в средней части шпалы по критериям трещиностойкости по верхней постели шпалы и выносливости бетона по нижней постели шпалы при укладке шпал и их эксплуатации в балластном слое в зоне средней части шпалы устраивают канавку шириной до 40 см.
Рельсы 9 закрепляют на брусе 1 клеммно-болтовым скреплением типа КБ, устанавливаемом в каналах 5.
При движении транспортного средства по рельсам 9 осевая и боковая нагрузка, создаваемая данным средством, передается на брус 1, где происходит ее рассредоточение.
Таким образом, конструктивные особенности предлагаемой шпалы при ее меньшей массе и сниженным весом и, следовательно, сниженной себестоимости, обеспечивают требуемую надежность и долговечность шпалы. Масса шпалы, а так же ее высокие амортизационные свойства позволяют использовать предлагаемую шпалу в горных и карьерных условиях, на мостах, путепроводах и на стрелочных переводах и используются транспортные средства с незначительными скоростями движения и повышенными осевыми нагрузками.
Предлагаемая конструкция шпалы позволит использовать ее при фактических скоростях поездов до 40 км/час и осевых нагрузках до 32 т.