ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ПУТЬ С УЧАСТКОМ ПЕРЕМЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ И РАЗМЕЩЕННЫМИ НА НЕМ ПРОСТРАНСТВЕННЫМ АРМАТУРНЫМ КАРКАСОМ И ВИБРОГАСЯЩЕЙ ПРОКЛАДКОЙ

Полезная модель относится к верхнему строению железнодорожного пути, а именно к конструкции подбалластного слоя на участке переменной жесткости на подходах к искусственным сооружениям и безбалластному пути.
Известен железнодорожный путь в зоне примыкания к искусственному сооружению содержащий последовательно расположенные и состыкованные участок железнодорожного пути, уложенный на железобетонное основание искусственного сооружения, и участок железнодорожного пути, примыкающий к искусственному сооружению и уложенный на земляное полотно с балластным слоем, на который уложены железобетонные блоки (А.С. СССР №1057594, Е01В 1/00, опубл. БИ №44, за 1983 г.- аналог.
Недостатком указанного решения является то, что известное решение не позволяет погасить вредное вибрационное воздействие от подвижного состава на земляное полотно, возникающее на участке с переменной жесткостью, что уменьшает надежность и долговечность железнодорожного пути.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение является повышение надежности и долговечности железнодорожного пути, путем снижения деформаций пути от влияния стоячей волны от проходящих поездов и создания зоны повышенной стабильности на участке переменной жесткости.
Указанный технический результат достигается тем, что железнодорожный путь с участком переменной жесткости в зоне его примыкания к искусственному сооружению и содержащий последовательно расположенные и состыкованные участок железнодорожного пути, уложенный на железобетонное основание искусственного сооружения, и участок железнодорожного пути, примыкающий к искусственному сооружению и уложенный на земляное полотно с балластным слоем, на участке, уложенном на земляное полотно с балластным слоем содержит переходной участок с размещенным в подбалластном слое пространственным арматурным каркасом в виде рядов пространственных металлических решеток, причем каркас в нижней его части снабжен прокладкой из виброгасящего материала, который выбран и установлен с возможностью гасить колебания от проходящих поездов.
Устройство, характеризующееся тем, что прокладка может быть выполнена из виброгасящего резинового материала, например VIBRAXSBM 30 М.
Устройство, характеризующееся тем, что искусственным сооружением является мост.
Опыт эксплуатации железнодорожных путей, которые проложены по железнодорожным мостам и на подходе к ним, показывает, что под воздействием поездной нагрузки устои моста практически не деформируются. Жесткость устоя независимо от вида его фундамента (свайный ростверк, мелкого заложения и т.п.) значительно превышает жесткость примыкающего к нему участка железнодорожного пути. Поэтому вертикальные перемещения шпалы на устое (по верху шпалы или под ее подошвой), как правило, принимаются равными нулю.
При отсутствии плавности въезда подвижного состава на мост и съезда с моста возникает удар. Под воздействием динамической нагрузки под подошвой шпалы возникает пластическая зона с необратимыми (пластическими) деформациями. Последние способны накапливаться. При этом грунт уплотняется, как вниз, так и в стороны. Все это приводит к так называемым предмостовым «ямам» (одной или нескольким). В связи с этим, переходные участки (переменной жесткости) должны обеспечивать не только плавность сопряжения, но и сводить до минимума эти пластические зоны. Для плавности сопряжения требуется специальное усиление переходных участков.
Кроме того, выполненные авторами исследования динамической работы железнодорожного пути на переходном участке около моста в зависимости от жесткости балласта, рельса, шпал, а также жесткости армирующих слоев, показали, что в результате снижения волны нагружения, передающейся от рельсошпальной решетки на переходном участке (участке с переменной жесткостью), возникает стоячая волна на расстоянии 3-5 м от устоя с амплитудой в 1,4 раза большей, чем амплитуда волны нагружения, что также способствует разрушению железнодорожных путей.
Заявляемое решение, направленное на устранение данного недостатка конкретизировано на фиг.1-3, где на фиг.1 представлен общий вид арматурного каркаса с размещенной на нем виброгасящей прокладкой, на фиг.2 - поперечный разрез балластной призмы переходного участка в зоне стоячей волны, на фиг.3 - продольный разрез переходного участка с системой плавного изменения жесткости пути.
Предлагаемое техническое решение предусматривает устройство переходного участка (участка переменной жесткости) с использованием пространственного арматурного каркаса (арматурного каркаса) 1 в подбалластном слое 2 с закрепленной на нем прокладкой 3 из виброгасящего материала. Арматурный каркас 1 представляет собой стальные решетки 4, объединенные в пространственную систему и размещенные рядами. Устройство содержит балластную призму 5, арматурный каркас 1 внутри которого засыпан щебень, земляное полотно 6, устой моста 7 и пролетное строение 8 моста.
Прокладка 3 из виброгасящего материала закреплена на нижней части арматурного каркаса 1, который выполнен из арматуры периодического профиля с ячейками, размер которых обеспечивает свободное проникание щебня во внутрь пространственной решетки. Стержни пространственного арматурного каркаса 1 свариваются нахлестным сварным соединением.
Проведенные авторами исследования показали, что динамические прогибы на переходном участке, например, в его центре под движущимся колесом зависят от жесткости пространственного арматурного каркаса с прокладкой из виброгасящего материала (см. таблицу 1).
Таблица 1.
Модуль упругости, МПа
Динамический прогиб под колесом, мм
400
0.511
810
0.423
1600
0.375
Сравнение прогибов показывает, что повышение модуля упругости армирующего слоя с 400 до 1600 МПа уменьшает значение динамического прогиба в 1.36 раза (с 0.511 до 0.375 мм). В то же время, почти двукратное увеличение модуля упругости с 810 МПа до 1600 МПа уменьшает прогиб в 1.12 раза. Это означает, что увеличение модуля упругости армирующего слоя выше 800 МПа, уже не дает столь существенного выигрыша в уменьшении динамических прогибов, как при изменении от 400 до 810 МПа. Из вышеизложенного следует, что размеры пространственного арматурного каркаса (длина, ширина и высота), а также размеры (длина, ширина и высота) и материал виброгасящей прокладки определяются в каждом конкретном случае и зависят от условий работы участка пути с переменной жесткостью, однако они должны быть такими, чтобы обеспечить возможность гасить вредные и разрушающие путь колебания от проходящих поездов, а для оптимизации технического результата, целесообразно, чтобы ее размеры (ширина, длина и толщина) были не меньше габаритных размеров нижнего основания арматурного каркаса (ширина и длина).
Укладка арматурного каркаса в подбалластном слое производится одновременно с укладкой прокладки из виброгасящего материала при работе щебнеочистительных машин без снятия рельсошпальной решетки.
Предлагаемая конструкция позволяет обеспечить плавность сопряжения жесткости пути и сводит к минимуму деформации пути на подходах к мостам, а также позволяет гасить вредные для земляного полотна частотные колебания.
Пример выполнения.
Арматурный каркас изготовлен в виде пространственной металлической решетки длиной 4000 мм, шириной 800 мм и высотой 200 мм. Пространственная металлическая решетка выполнена из арматуры периодического профиля диаметром 16 мм из стержневой горячекатаной арматуры периодического профиля ГОСТ 5781-82 ячейкой 200x200 мм. Стержни пространственного каркаса свариваются нахлесточным сварным соединением. Для заполнения арматурного каркаса применяют щебень по ГОСТ 7392-2002. К нижней части (стороне) арматурного каркаса прикреплена прокладка толщиной 20 мм из виброгасящей резины, например марки VIBRAXSBM 30 М, позволяющая гасить колебания от поездов. Устройство прикрепляется к арматурному каркасу в нижней его части вязальной проволокой на длине 3900 мм и на ширину 900 мм с целью обеспечения технологичности его укладки. Укладка технологически эффективно совмещается с укладкой арматурного каркаса.
При использовании арматурного каркаса и прокладки из виброгасящего материала приведенных выше размеров и материалов заявляемого устройства на переходных участках (переменной жесткости) снижает величину упругие деформации участка насыпи до 1-1,5 мм при воздействии эксплуатационной нагрузки и повышает коэффициент устойчивости откосов насыпи переходного участка на 10-15%.