ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ ШПАЛА

Железобетонная шпала относится к верхнему строению пути, в том числе, магистральных железнодорожных и трамвайных путей.
Известна железобетонная шпала (авт.св. СССР №1726617, МПК Е01В 3/34), имеющая переменное по длине сечение и армированная комплектом предварительно напряженных продольных стержней.
За прототип принята железобетонная шпала (патент РФ №2028403, МПК Е01В 3/32), имеющая в средней части тавровое сечение, концы которой снабжены поперечными опорными площадками с выступами и отверстиями под рельсовые крепления. Внутри шпалы размещен сварной армирующий пакет, имеющий продольные полосы и стержни, объединенные концевыми профилями.
Недостатком известных конструкций железобетонных шпал является увеличенный расход материалов, вызванный не адекватным учетом динамических нагрузок.
Задача полезной модели заключается в уменьшении изгибающего момента шпал при статических и динамических нагрузках и повышении их долговечности.
Сущностью полезной модели является постепенное увеличение ширины шпалы от середины к концам, на которых размещены опорные площадки с рельсовыми креплениями. Внутри шпалы забетонирован металлический армирующий пакет. Армирующий пакет дополнительно снабжен промежуточными поперечными профильными элементами. Концевые и промежуточные элементы перфорированы и через них пропущены веерообразно с уширением к концам продольные стержни. Армирующий пакет при бетонировании предварительно напряжен.
Технический эффект состоит в повышении долговечности шпал за счет смещения равнодействующей реактивных сил балластной призмы пути к местам нагрузки.
На фиг. представлен разрез железобетонной шпалы (упрощенный вид сверху условно не заштрихован).
Железобетонная шпала 1 (брус) выполнена с постепенным увеличением ширины от середины к ее концам. В простейшем варианте, шпала имеет одинаковую высоту (толщину) по всей длине. Максимальная ширина шпалы совмещена с местами расположения подрельсовых опорных площадок под рельсовые крепления.
Металлический армирующий пакет содержит продольные стержни 2 и 3, которые соединены с двумя поперечными концевыми 4 и несколькими парами поперечных промежуточных профилей 5, не менее, одной.
Поперечные профили снабжены полками, например, в виде швеллеров или двутавров. Стенки и полки профилей (двутавров) перфорированы. Через стенки профилей пропущены веерообразно, с расширением к концам, продольные стержни 2 и 3. Стенки профилей (двутавров) выполняют роль направляющих для продольных стержней 2 и 3, обеспечивая постоянство их пространственного положения. Часть продольных стержней, например, 2, сохраняя веерное расположение, закреплена к полкам профилей. Два крайних профиля 4, совмещены с упомянутыми подрельсовыми опорными площадками. Ширина шпалы в местах опорных площадок выполнена, не менее чем в два раза больше относительно ее ширины в средней части.
Промежуточные профили (двутавры) расположены симметрично по длине шпалы, начиная от концевых, с шагом, равным 0,5-0,8 ее ширины в середине. Армирующий пакет забетонирован с предварительным напряжением.
Железобетонная шпала, сохраняя размер колеи, служит для распределения по ширине балластной призмы пути внешней рабочей нагрузки, сосредоточенной в местах крепления рельсов. Рассмотрим возможное распределение сил на шпалу. Допустим, что балласт под концами шпалы отсутствует или плохо уплотнен, тогда при постоянном ее сечении нагрузка создает возрастающий изгибающий момент, достигающий максимума в середине шпалы. Подобным образом, псевдоподвижный слой балласта, образованный вибровоздействием движущихся вагонных колес, уменьшает опорные реакции балласта и способствует увеличению изгибающего момента относительно статического. Однако, конструктивное расширение концов шпалы и соответственно увеличение площади опоры ее на балласт позволяет суммарно сосредоточить опорные реакции в местах действия максимумов нагрузок.
Перераспределение противодействующих реактивных сил от балласта достигнуто веерообразным размещением стержней армирующего пакета на концах шпалы и повышением ее прочности соответственно увеличению ширины. Промежуточные профили (двутавры) выполняют роль фиксаторов веерного размещения продольных стержней, преимущественно, на концах шпалы и препятствуют нарушению их расположения при создании предварительного напряжения.
Увеличенное противодействие внешней нагрузки за счет соответственного сосредоточения реактивных сил балласта на концах шпалы уменьшает изгибающий момент в ее средней части.
Следовательно, за счет избранного перераспределения реактивных сил по балластной призме пути к местам сосредоточения нагрузки достигается повышение долговечности шпал.