Композиционная плита для системы безбалластного мостового полотна железнодорожного моста
COMPOSITE SLAB FOR RAILROAD BRIDGE BALLASTLESS BRIDGE DECK SYSTEM

Изобретение относится к элементам мостовых сооружений, в частности, к композиционным плитам, используемым в системе безбалластного мостового полотна при укладке рельсового пути на пролетных строениях железнодорожных мостов.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является известная из патента РФ №2704845 композиционная плита для системы безбалластного мостового полотна железнодорожного моста, выполненная по форме параллелепипеда с прямоугольными основаниями, имеющего средний слой и охватывающую средний слой внешнюю композитную оболочку на основе стеклопластика с образуемыми на ней противолежащими со стороны оснований параллелепипеда рабочими поверхностями, средний слой выполнен из группы параллельных относительно друг друга продольно-ориентированных армированных стеклопластиковым покрытием наполнителей (усиливающих вставок) с образованием между смежными наполнителями в направлении их продольных осей ребер жесткости из стеклопластика, соединяемых с внутренними поверхностями внешней оболочки, при этом плита для безбалластного мостового полотна по обе стороны относительно вертикальной плоскости симметрии, поперечно ориентированной к продольным осям наполнителей среднего слоя, имеет параллельно ориентированные ряды отверстий для средств крепления на одной из рабочих поверхностей плиты рельсовых металлических подкладок (также всегда используемых контруголков - охранных приспособлений, ограничивающих боковые смещения подвижного состава, сошедшего с рельсов, предотвращающих его падение и опрокидывание, а также обеспечивающих безопасный проход в случае схода с рельсов колесной пары или тележки) овальные отверстия со стенками, армированными стеклопластиком, для размещения в них средств крепления плиты к балкам пролетного строения железнодорожного моста.
Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения, являются следующие - композиционная плита для системы безбалластного мостового полотна железнодорожного моста, выполненная по форме параллелепипеда с прямоугольными основаниями, в виде композитной оболочки на основе стеклопластика с внешними рабочими поверхностями - силовыми поясами, внутри композиционной плиты расположены ребра жесткости из стеклопластика, соединяемые с внутренними поверхностями внешней оболочки, при этом плита по обе стороны относительно вертикальной плоскости симметрии имеет параллельно ориентированные ряды отверстий для средств крепления на одной из рабочих поверхностей плиты рельсовых металлических подкладок и контруголков, и овальные отверстия для размещения в них средств крепления плиты к балкам пролетного строения железнодорожного моста; внутри композиционной плиты размещены усиливающие вставки.
В прототипе крепление подкладок рельсовых скреплений и контруголков к плите производится путевыми шурупами, которые вкручиваются непосредственно в отверстия в наполнителях среднего слоя плиты (усиливающих вставках) из дерева или LVL-бруса. На практике, при таком способе крепления шурупы не достаточно надежно держатся в плите, в эксплуатации происходит уширение рельсовой колеи и, следовательно, расстройство железнодорожного пути. Кроме того, плита прототип изготавливается методом вакуумной инфузии. При этом каждый из наполнителей среднего слоя (усиливающая вставка из дерева или LVL-бруса) должен быть обернут стеклотканью, после чего все элементы конструкции необходимо собрать вместе в форме, дополнительно выложить слои стеклонаполнителя для формирования наружных поверхностей (оболочки), завакуумировать и пропитать связующим. Данный способ изготовления является малоавтоматизированным, нестабильным (в т.ч. в части температурных режимов и давления при полимеризации стеклопластика) и слабо (плохо) контролируемым, не серийным технологическим процессом, не обеспечивающим высокое и гарантировано воспроизводимое качество пропитки армирующего стеклонаполнителя полимерным связующим. Также при изготовлении плиты методом вакуумной инфузии хорошее качество поверхности обеспечивается только с одной стороны изделия, которая контактирует с формой, обратная сторона, находящаяся под вакуумным мешком, будет иметь неровности и отклонения от прямолинейности и плоскостности, поскольку с этой стороны нет контакта с жесткой формой.
Предлагаемой конструкцией решаются технические задачи надежного крепления подкладок узлов рельсового скрепления и контруголков к композиционной плите системы безбалластного мостового полотна, обеспечение постоянного и воспроизводимого качества композиционного материала плиты, высокой прочности и надежности самой плиты при одновременном снижении ее массы, а также технологичности, времени и серийности изготовления изделия.
Для решения данных технических задач композиционная плита для системы безбалластного мостового полотна железнодорожного моста, выполненная по форме параллелепипеда с прямоугольными основаниями, в виде композитной оболочки на основе стеклопластика с внешними рабочими поверхностями - силовыми поясами, внутри композиционной плиты расположены ребра жесткости из стеклопластика, соединяемые с внутренними поверхностями внешней оболочки, при этом плита по обе стороны относительно вертикальной плоскости симметрии имеет параллельно ориентированные ряды отверстий для средств крепления на верхней рабочей поверхности плиты металлических подкладок узлов рельсового скрепления и контруголков, а также овальные отверстия для размещения в них средств крепления плиты к продольным балкам пролетного строения железнодорожного моста; внутри композиционной плиты размещены усиливающие вставки, в отличие от прототипа, композиционная плита выполнена из набора пултрузионных профилей из композиционного материала на основе стеклопластика, размещенных поперек продольных балок пролетного строения моста, соединенных между собой вдоль раструбным клеевым соединением, при этом центральный профиль выполнен прямоугольного сечения, а с двух его сторон к нему присоединено по несколько профилей U-образного сечения, каждый из которых имеет вертикально размещенную плоскую стенку и горизонтально размещенные полки, имеющие уширение в районе стыка с возможностью размещения в нем центрального профиля и занижение в районе стенки с возможностью размещения его в раструб следующего от центра U-образного профиля, также в набор входят крайние П-образные профили, имеющие расстояние между горизонтальными полками, обеспечивающее возможность размещения в нем занижения предпоследних U-образных профилей; причем вертикальные стенки пултрузионных профилей являются ребрами жесткости, а горизонтальные полки пултрузионных профилей, соединенных между собой вдоль продольных балок пролетного строения моста, образуют верхний и нижний силовые пояса композиционной плиты; усиливающие вставки расположены в районах крепления к плите металлических или полимерных композиционных подкладок узлов рельсового скрепления и контруголков, а также в местах опирания композиционной плиты на продольные балки пролетного строения железнодорожного моста; при этом для крепления к композиционной плите подкладок узлов рельсового скрепления и контруголков используются интегрированные в усиливающие вставки дюбели из полимерного композиционного материала.
Благодаря наличию данных отличительных признаков достигаются следующие технические результаты:
- использование интегрированных в усиливающие вставки дюбелей из полимерного композиционного материала для крепления к плите подкладок узлов рельсового скрепления и контруголков значительно повышает надежность закрепления рельсов на плите и стабильность ширины железнодорожной колеи;
- изготовление силовых элементов композиционной плиты методом пултрузии является автоматизированным, воспроизводимым, стабильным и контролируемым серийным технологическим процессом, обеспечивающим высокое и постоянное качество пропитки армирующего стеклонаполнителя полимерным связующим, а также постоянный заданный режим температуры и давления при полимеризации (отверждении) композитного материала (стеклопластика), что, безусловно, положительно влияет на качество изготовления всех элементов композиционной плиты и, что особенно важно, на прочность и надежность основных, в том числе несущих элементов композитной плиты - вертикальных стенок, выполняющих функцию ребер жесткости, и горизонтальных полок профилей, являющихся верхним и нижним силовыми поясами, центрального профиля, профилей U-образного и П-образного сечений;
- усиливающие вставки расположены только в районах крепления к плите подкладок узлов рельсового скрепления и контруголков, а также в местах опирания композиционной плиты на продольные балки пролетного строения железнодорожного моста, что значительно снижает массу композиционной плиты.
Предложенное решение может найти применение в системе безбалластного мостового полотна при укладке рельсового пути на пролетных строениях железнодорожных мостов.
Решение поясняется рисунками фиг. 1-9.
На фиг. 1 изображен общий вид композиционной плиты в данном случае с 6-ю точками установки подкладок узлов рельсового скрепления и 4-мя точками крепления к продольным балкам пролетного строения моста (может быть соответственно 8 и 6).
На фиг. 2 изображен поперечный (вдоль пролета моста) разрез А-А композиционной плиты в центральной части.
На фиг. 3 изображен поперечный (вдоль пролета моста) разрез Б-Б композиционной плиты по месту расположения точек установки подкладок узлов рельсового скрепления и крепления к продольным балкам пролетного строения моста.
На фиг. 4 изображен продольный (поперек пролета моста) разрез В-В композиционной плиты в районе крепления к продольным балкам пролетного строения моста.
На фиг. 5 изображен продольный (поперек пролета моста) разрез Г-Г композиционной плиты в районе точек установки подкладок узлов рельсового скрепления и контруголков.
На фиг. 6 изображен набор основных разновидностей пултрузионных профилей, образующих композиционную плиту.
На фиг. 7 изображен общий вид композиционной плиты (фиг. 1) с закрепленными на ней в узлах рельсового скрепления рельсами, прямоугольными металлическими шайбами и средствами крепления плиты к продольным балкам пролетного строения моста, а также контруголками с креплениями.
На фиг. 8 изображен продольный (поперек пролета моста) разрез Д-Д в районе крепления композиционной плиты к продольным балкам пролетного строения моста.
На фиг. 9 изображен продольный (поперек пролета моста) разрез Е-Е композиционной плиты в районе установки подкладок узлов рельсового скрепления и контруголков.
Изображенная на фиг. 1-9 композиционная плита для системы безбалластного мостового полотна железнодорожного моста выполнена по форме параллелепипеда с прямоугольными основаниями. Композиционная плита выполнена из набора пултрузионных профилей из композиционного материала на основе стеклопластика, размещенных поперек продольных балок пролетного строения моста, соединенных между собой вдоль раструбным клеевым соединением. При этом центральный профиль 1 (фиг. 2, 6) выполнен прямоугольного сечения, а с двух его сторон к нему присоединено по несколько профилей U-образного сечения 2, каждый из которых имеет вертикально размещенную плоскую стенку 4 и горизонтально размещенные полки 5, имеющие уширение 6 в районе стыка с возможностью размещения в нем центрального профиля 1 и занижение 7 в районе стенки 4 с возможностью размещения его в раструб следующего от центра U-образного профиля, также в набор входят крайние П-образные профили 3, имеющие расстояние между горизонтальными полками, обеспечивающее возможность размещения в нем занижения 7 предпоследних U-образных профилей 2. Ребрами жесткости композиционной плиты являются вертикальные стенки 8 центрального профиля 1 и вертикальные стенки 4 профилей U-образного сечения 2 и вертикальные стенки 16 профилей П-образного сечения, а горизонтальные полки 9 центрального профиля 1 и горизонтальные полки 5, включая уширение 6 и занижение 7, профилей U-образного сечения 2 и горизонтальные полки 17 профилей П-образного сечения, соединенных между собой вдоль продольных балок пролетного строения моста, образуют верхний и нижний силовые пояса композиционной плиты. В средней части и по краям композиционная плита для снижения массы имеет пустоты (фиг. 2). Усиливающие вставки 10 (изображены пунктиром на фиг. 1, 7) из дерева, LVL-бруса, стеклопластика, полимер-бетонной композиции или из других полимерных композиционных материалов расположены в районах крепления к плите металлических или полимерных композиционных, например, на основе стеклопластика, подкладок 11 узлов рельсового скрепления и контруголков 12, а также в местах опирания композиционных плит на продольные балки 13 пролетного строения железнодорожного моста (фиг. 3, 4, 5, 8, 9). Для крепления подкладок 11 узлов рельсового скрепления и контруголков 12 в усиливающие вставки 10 интегрированы дюбели 14 из полимерного композиционного материала (фиг. 3, 5, 9). На все поверхности плиты, включая отверстия 15 для крепления плиты к продольным балкам пролетного строения 13 нанесено гидроизолирующее покрытие (на рисунках не изображено), например, мастика «Гермокрон-Гидро», которая в частности наносится в 1-4 слоя с суммарной толщиной не менее 0,3 мм, или другой гидроизолирующий состав, который может наноситься в 1 или несколько слоев суммарной толщиной до 2-5 мм.
Композиционная плита изготавливается следующим образом: Все профили 1-3 для сборки плиты изготавливаются методом пултрузии. Параллельно с пултрузионными профилями изготавливаются усиливающие вставки 10, в том числе с интегрированными в них -закрепленными, например, при помощи химического анкера или клеевой композиции, при изготовлении вставок из дерева или LVL-бруса, или замоноличенными в процессе изготовления вставок, например, из полимер-бетонной композиции, дюбелями 14 из полимерного композиционного материала. На следующем этапе изготовления производится вклейка усиливающих вставок 10 в пултрузионные профили 1-3 и сверловка необходимых отверстий. Окончательная сборка плиты выполняется из заранее подготовленных элементов (профилей 1-3 с вклеенными вставками 10). В зависимости от требуемой конфигурации плиты используются определенный набор стандартных комплектующих элементов в соответствии со спецификацией на собираемое изделие. Сборка плиты выполняется в специальном стапеле или форме и начинается с центрального профиля 1 прямоугольного сечения, к которому с двух сторон пристыковываются элементы конструкции из профилей U-образного 2 и П-образного 3 сечения с заранее нанесенным клеевым составом, представляющим собой, например, одно- или многокомпонентную конструкционную клеевую композицию на основе эпоксидной, полиуретановой или иной смолы. Клеевой состав на элементы конструкции может наноситься при помощи специального технологического оборудования, выполняющего смешивание компонентов и их дозирование. Позиционирование элементов конструкции композиционной плиты осуществляется по специальным колонкам, предусмотренным на стапеле сборки. После установки всех элементов изготавливаемая плита зажимается между основанием стапеля и верхним прижимом, производится ее нагрев для обеспечения отверждения (полимеризации) клеевого состава. На финальном этапе изготовления выполняется нанесение на плиту гидроизолирующего покрытия.