Анализ геометрических параметров рельсовой колеи для рационального применения новых конструкций промежуточных скреплений

12

Железнодорожный путь, мосты и строительство

сечений (Astafiev D.O. & Fedotova I.A., 2003), получим уравнения движения стержня вследствие изменения параметров внешней нагрузки или ползучести материала.

4. Литература

Astafiev D.O. & Fedotova I.A. Stability of physically and geometrically non-linear spatial composite rod systems. //Proc. of the 2-nd Int. Conf. «Conceptual approach to structural design», Milan, Italy, 1-2 June 2003: 233-240.

УДК 625.115

АНАЛИЗ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ ДЛЯ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ СКРЕПЛЕНИЙ

А.А. Бекиш, В.В. Уманцев

Аннотация

Показано, что железобетонные шпалы Ш1 и скрепления КБ не обеспечивают необходимую стабильность геометрических параметров рельсовой колеи. Приведены результаты обследования и сравнительной оценки параметров колеи с различными конструкциями скреплений. Разработана методика и определены размеры шпал ШС-АРС, влияющие на ширину колеи. Определены и систематизированы эксплуатационные параметры главных путей Октябрьской железной дороги. Определены объемы возможной укладки новых конструкций скреплений в особо сложных условиях эксплуатации. Полученные результаты могут использоваться для обоснования сфер их рационального применения.

Ключевые слова: стабильность; ширина рельсовой колеи; геометрические параметры; железобетонные шпалы; промежуточные скрепления; методика; эксплуатационные параметры; сферы рационального применения

Введение

В настоящее время примерно 45 % из 122,9 тыс. км развёрнутой длины главных путей сети железных дорог РФ составляет путь на железобетонных шпалах с промежуточным скреплением КБ. Однако

2004/1

Известия Петербургского университета путей сообщения

Железнодорожный путь, мосты и строительство

13

данное скрепление морально устарело, обладает рядом недостатков и не способно обеспечивать стабильную нормативную ширину колеи.

Одним из проявлений этой нестабильности является сужение рельсовой колеи. На кафедре «Железнодорожный путь» ПГУПС по лентам вагона - путеизмерителя был выполнен анализ состояния колеи на одном из главных направлений протяжённостью 235 км. В результате было установлено, что участки суженой колеи менее установленных допусков составляют 95 км (более 40%), а участки с уширением колеи лишь 2 км (менее 1%). Кроме этого, измерения показали, что крутизна отводов ширины колеи превышает допустимые значения в несколько раз.

Такие неисправности пути, как показали результаты экспериментальных исследований ряда авторов (Эрадзе Д.Г. и др., 1999, Андреев Г.Е., 1972), отрицательно влияют на путь и подвижной состав. Из-за резких отводов ширины колеи существенно увеличивается боковое давление колеса на рельс. Сужение колеи менее установленных допусков, с одной стороны обусловливает снижение динамического воздействия подвижного состава на путь, а с другой - приводит к интенсивному изнашиванию боковой грани рельса.

1. Анализ причин нестабильности ширины рельсовой колеи. Постановка задачи

Исследованию причин нестабильности ширины рельсовой колеи посвящены работы многих авторов. Анализ этих работ по материалам публикаций (с 1960-ых годов по настоящее время) показал, что исследования сводились к измерению в стационарных условиях геометрических параметров шпал, рельсов, скреплений и оценке их влияния на ширину колеи. В результате назывались различные причины ее нестабильности: разброс размеров подкладок; разброс размеров

железобетонных шпал; неблагоприятное сочетание размеров элементов скреплений и шпал, влияющих на ширину колеи. Различие мнений, отсутствие однозначной причины свидетельствуют о сложной природе изучаемого явления и несовершенстве применяемых методик. Очевиден вывод, что ширина колеи определяется множеством факторов геометрического, конструктивного, силового характера и в значительной степени конструкцией промежуточного скрепления.

На отечественных железных дорогах планируется переход на новые, более надежные конструкции промежуточных скреплений. Начато массовое применение бесподкладочных скреплений типов АРС-4 и ЖБР-65. Каждая из новых конструкций должна иметь сферу рационального применения в зависимости от ее параметров, в том числе и от способности обеспечивать стабильную нормативную ширину колеи по длине пути. Таким образом, целью исследований является совершенствование

Известия Петербургского университета путей сообщения

2004/1

14

Железнодорожный путь, мосты и строительство

эксплуатации новых, перспективных конструкций скреплений. В работе поставлены следующие задачи:

• произвести сравнительную оценку геометрических параметров рельсовой колеи на участках пути с различными конструкциями промежуточных скреплений, разработать рекомендации по повышению стабильности этих параметров по длине на пути со скреплением АРС-4;

• на основании анализа эксплуатационных параметров определить объёмы укладки скрепления АРС-4 в особо сложных условиях эксплуатации;

• исследовать динамику изменения по мере наработки тоннажа геометрических параметров колеи со скреплениями АРС-4 в этих условиях эксплуатации и разработать рекомендации по сферам их рационального применения.

2. Определение и анализ геометрических параметров рельсовой колеи

Для решения поставленных задач необходимо разработать методику определения и анализа геометрических параметров рельсовой колеи, учитывающей в большей степени, чем до сих пор, все влияющие на ширину колеи факторы.

На кафедре «Железнодорожный путь» ПГУПС (Бекиш А.А. и др., 1999) разработана методика обследования состояния пути на железобетонных шпалах, суть, которой заключается в следующем. В действующем пути в сечении рядом со шпалой измеряется ширина колеи по головкам рельсов (S0) обычным, а по подошвам рельсов (Бд) модернизированным шаблоном. В этом же сечении измеряется ширина головки (ЬГ), подошвы (ВД) и высота рельса (НР) штангенциркулем. По измеренным параметрам в каждом сечении пути определяется средняя подуклонка обоих рельсов (Д). Далее определяются статистические характеристики исследуемых параметров и коэффициенты корреляции (r) между параметрами S0, Бд и Д.

По данной методике при участии автора обследованы шесть участков пути с типовыми шпалами Ш1 и скреплениями КБ в различных условиях эксплуатации. На всех участках установлено наличие корреляционной связи между шириной колеи S0 и Бд

свидетельствуют о высокой точности и полноте связи между So и параметрами Sn и Д, а также показывают, что изменчивость этих

2004/1

Известия Петербургского университета путей сообщения

Железнодорожный путь, мосты и строительство

15

параметров практически полностью определяет разброс ширины колеи.

По данной методике также были произведены измерения на двух участках (оба протяжением 100 м) первого главного пути линии Санкт-Петербург - Москва с одинаковыми условиями эксплуатации. На первом участке в путь для опытной проверки уложены 184 железобетонные шпалы типа ATRAK с анкерными бесподкладочными скреплениями Pandrol Fastclip, на втором, расположенном в 70 м от первого, шпалы Ш1 и скрепления КБ. Аналогичные измерения были выполнены также на участке пути со шпалами ШС-АРС и скреплениями АРС-4 протяжением 100 м, уложенном на перегоне Гатчина Балтийская - Фрезерный. Все обследованные участки расположены в прямой, на них уложены бесстыковые плети из рельсов Р65.

Полученные результаты показали, что на всех трех участках пути разброс ширины колеи S0 в основном определяется изменчивостью расстояния между подошвами рельсов Sn и подуклонки рельсов П. Самые стабильные по длине пути параметры обеспечивает скрепление Pandrol Fastclip: на этом участке ширина колеи S0 примерно в 3-4 раза более стабильна, чем на пути со скреплениями КБ. Наименее стабильны геометрические параметры на пути со скреплениями КБ. Участок со креплениями АРС-4 по стабильности параметра S0 занимает

промежуточное положение между участками с Pandrol Fastclip и КБ. Разброс значений So здесь примерно вдвое больше, чем на участке со скреплениями Pandrol Fastclip. Основной причиной этого является примерно вдвое больший разброс подуклонки рельсов П в первом случае, чем во втором. Изменчивость параметра Sn на обоих участках примерно одинакова. Тем не менее, скрепления АРС-4 и шпалы ШС-АРС обеспечивают приблизительно в два раза более высокую стабильность ширины колеи S0, чем типовые шпалы Ш1 и скрепления КБ. На пути с АРС-4 можно обеспечить такую же стабильность параметра So, как на участке со скреплениями Pandrol Fastclip, за счет уменьшения разброса значений подуклонки рельсов П. В итоге можно сделать вывод, что скрепления АРС-4 и шпалы ШС-АРС способны обеспечить необходимую для участков скоростного движения стабильность ширины колеи S0.

Для определения взаимосвязи между размерами железобетонных шпал ШС-АРС и параметрами рельсовой колеи на звеносборочной базе ПМС-83 были обследованы 100 м рельсошпальной решётки (4 звена по 25 м). Полученные результаты показали, что при изготовлении элементов скреплений АРС-4 и шпал ШС-АРС не всегда достигается необходимая точность размеров, вследствие чего собранный из них путь может иметь повышенный разброс ширины колеи.

Известия Петербургского университета путей сообщения

2004/1

16

Железнодорожный путь, мосты и строительство

3. Определение и анализ эксплуатационных параметров главных путей

Предполагается применение скреплений АРС-4 во всех, в том числе и в особо сложных условиях эксплуатации: скоростное движение (V>140 км/час), участки пути с повышенными осевыми нагрузками (Рср>18 т/ось), участки пути с высокой грузонапряженностью (Ггод>50 млн. т бр./км в год), кривые малых радиусов (R<350 м).

Для определения объёмов укладки пути в конкретных условиях эксплуатации, динамики изменения этих условий был выполнен их анализ и систематизация на полигоне главных путей Октябрьской ж. д. (более 12000 км). Для этой цели на кафедре «Железнодорожный путь» была разработана методика определения, анализа и систематизации основных эксплуатационных параметров (Бекиш А.А., 2002). При анализе

использовались базы данных службы Пути Октябрьской дороги и статистические формы ЦО-4 за последние пять лет (с 1998 по 2002 год).

Полученные результаты показали, что на Октябрьской железной дороге протяжение главных путей с V > 140 км/час составляет ~ 12 %, с Рср > 18 т/ось - ~ 1 %, с Ггод > 50 млн. ткм бр./км в год ~ 5 % и R < 350 м ~ 2 % от их общей развернутой длины. Причем, как показал анализ, на отдельных участках пути практически отсутствуют сочетания эксплуатационных параметров указанной величины. Поэтому суммарное протяжение главных путей дороги с особо сложными условиями эксплуатации включает все участки с приведенными выше параметрами и составляет ~ 20 % их общей развернутой длины (примерно 2600 км).

Кроме анализа отдельных эксплуатационных параметров и их сочетаний определили динамику их изменения во времени. Для этого был выполнен анализ изменения по годам протяжения пути с различными интервалами значений исследуемых параметров. Анализ данных за последние четыре года показал, что в целом эксплуатационные параметры на участках пути Октябрьской железной дороги достаточно стабильны. Это также подтверждает анализ изменения этих параметров на отдельных наиболее интенсивно эксплуатируемых участках дороги.

4. Заключение

Таким образом, с использованием разработанных методик определены геометрические параметры рельсовой колеи на пути с различными конструкциями железобетонных шпал и скреплений, произведена их сравнительная оценка. Определены геометрические параметры шпал и скреплений АРС-4, влияющие на стабильность рельсовой колеи. На основании полученных результатов разрабатываются рекомендации по повышению стабильности колеи на пути с АРС-4.

В настоящее время по разработанным методикам исследуется динамика изменения в зависимости от наработки тоннажа геометрических

2004/1

Известия Петербургского университета путей сообщения

Железнодорожный путь, мосты и строительство

17

параметров рельсовой колеи на опытных участках пути с новыми шпалами и скреплениями, уложенными в различных условиях эксплуатации. Полученные результаты используются для технико-экономического обоснования сфер их рационального применения.

5. Литература

Эрадзе Д.Г., Карпачевский Г.В. Влияние ширины колеи на износ рельсов и гребней колёс. Путь и путевое хозяйство, 1999, № 1, с. 14-16 Андреев Г.Е. Влияние горизонтальных неровностей рельсовых нитей на боковые силы в прямой части пути. Труды ЛИИЖТа, выпуск 344, 1972, с. 25-60 Бекиш А.А., Пушкин П.С., Зинов А.Б. К вопросу об изменчивости ширины колеи на участках пути с железобетонными шпалами. Современные проблемы и прогрессивные технологии в путевом хозяйстве Октябрьской железной дороги . Тезисы докладов научно-технической конференции 23 апреля 1999 г., Санкт-Петербург, с. 56-58

Бекиш А.А. Анализ и систематизация условий эксплуатации главных путей. ВУЗы Сибири и Дальнего Востока - Трансибу. Материалы региональной научнотехнической конференции 27-29 ноября 2002 г., г. Новосибирск, с. 164-168

УДК 624.21.094

РАБОТА НА ВДАВЛИВАНИЕ АНКЕРОВ ОПОРНЫХ ЧАСТЕЙ МОСТОВ

А.А. Жинкин, Ю.Г. Козьмин

Аннотация

Уменьшение размера опорной части является наиболее эффективным способом снизить силы сопротивления, возникающие в ней при перемещениях. Минимальный размер опорной части определяется несущей способностью бетона опорных площадок на смятие. Рассмотрена возможность передачи усилий на бетон опорных площадок через заделанный анкер, позволяющий более рационально распределять усилия в бетоне.

Ключевые слова: опорная часть; анкер; опорная площадка; передача усилий

Введение

Опорные части передают усилия от пролетных строений к опорам и обеспечивают свободу расчетным деформациям пролетных строений.

Известия Петербургского университета путей сообщения

2004/1