В настоящее время достаточно полно разработана теория температурных деформаций длинных рельсов . При расчетах температурных перемещений концов рельсовых плетей бесстыкового пути пользуются формулами и приемами, заимствованными из теории длинных рельсов. Однако не во всех случаях эти формулы и приемы пригодны.
Длинный рельс в отличие от бесстыковой плети при годовом цикле колебаний температуры всей своей длиной участвует в активной работе, т. е. сопротивление продольным перемещениям рельса преодолевается по всей его длине. Если сопротивление равномерно распределено по всей длине рельса, то длина активного участка с каждого конца рельса равна половине длины этого рельса. В бесстыковом пути в активной температурной работе принимают участие только концевые части плети. Средняя часть работает как жестко заделанный стержень. Протяженность активного участка непостоянна и зависит от ряда факторов. Это в значительной степени усложняет расчет бесстыкового пути по сравнению с расчетом длинных рельсов. Тем не менее совершенно необходимо производить расчеты температурных перемещений концевых участков бесстыковых рельсовых плетей и возникающих в этих участках напряжений.
Расчеты необходимы для выбора способов стыкования рельсовых плетей. Кроме того, на концевых участках в зоне активной температурной работы рельсовых плетей, как будет показано ниже, при некоторых условиях возможно появление напряжений, превышающих максимальные расчетные напряжения в средней части плети. Так как это явление весьма нежелательно, необходимо знать, при каких условиях оно возможно и как его избежать, К сожалению, до последнего времени не было возможности проанализировать полный годовой цикл температурной работы рельсовой плети.
Наиболее полные расчетные формулы, данные проф. Г. М. Шахунянцем тюзволяют определить удлинение рельсовой плети от момента ее укладки до наступления максимальной температуры и от момента укладки до минимальной температуры с учетом увеличения погонного сопротивления при смерзании балласта. Однако при помощи этих формул нельзя проанализировать температурную работу концевых участков рельсовых плетей при изменении их температуры от минимума до максимума с учетом понижения погонного сопротивления при оттаивании балласта. Следовательно, нельзя построить диаграмму стыковых зазоров при эксплуатации пути и проанализировать температурные напряжения, возникающие в зоне активной температурной работы.
4.1 Сопротивление продольным деформациям
В условиях эксплуатации железнодорожного пути имеются стыковое и рассредоточенное погонное сопротивления.
Стыковое сопротивление обусловлено в основном силами трения между подвижными и неподвижными элементами стыкового соединения. При наличии болтовых стыков — это силы трения между рельсом и стыковыми накладками. После того как стыковой зазор увеличится до конструктивных размеров, дальнейшему сокращению плети и увеличению зазора сопротивляются стыковые болты, которые в этом случае включаются в работу на изгиб. В том случае, когда стыковой зазор равен нулю, при дальнейшем увеличении длины плети возникает торцовое давление рельсовых плетей друг на Друга.
В болтовых стыках можно использовать все три вида сопротивления, т. е. силы трения между рельсом и накладками, торцовое давление рельсов и сопротивление болтов изгибу. Однако использовать сопротивление болтов изгибу нерационально, а по использованию торцового давления необходимо провести дополнительные исследования, так как возникает опасность откола головки рельсов.
В уравнительных приборах обычно используются только силы трения. Величины их, как правило, невелики, и в расчетах температурных деформаций ими можно пренебречь.
Силы трения металла по металлу мало зависят от сезонных изменений температуры. Поэтому в дальнейших расчетах стыковое сопротивление Rс принимается постоянной величиной, не зависящей от величины перемещения и от температуры.
Погонные сопротивления проявляются значительно сложнее. Наблюдения показали, что в летний период при незамерзшем балласте и раздельных промежуточных скреплениях перемещение рельса вызывает перемещение шпал в балласте. В этот период погонные сопротивления определяются сопротивлением балласта перемещению шпал вдоль пути. Сопротивление балласта частично упруго и до некоторых пределов зависит от величины перемещения. Зимой, когда балласт смерзается, сопротивление его резко возрастает и становится больше сопротивления перемещению рельсов по шпалам. В этом случае шпалы остаются практически неподвижными, а рельс перемещается относительно шпал. Погонное сопротивление при замерзшем балласте определяется силами трения между рельсом и скреплением, является величиной неупругой и теоретически не зависит от величины перемещения.
При оценке сопротивляемости балласта обычно пользуются экспериментальными данными, полученными при смещении одной или нескольких шпал. Однако следует иметь в виду, что смещение шпал при опыте производится на значительную величину поступательно за короткий промежуток времени и без периодического воздействия поездов. В эксплуатационных же условиях имеет место возвратно-поступательные смещения, которые происходят в течение длительного времени при частом воздействии нагрузки от проходящих поездов. Поэтому без доказательств нельзя утверждать, что выявленная при разовом смещении шпаты закономерность р = /(А) сохранится в эксплуатационных условиях и будет пригодна для определения годовых температурных перемещений конца рельсовой плети. Автором сделана попытка определить погонное сопротивление, проявляющееся в процессе эксплуатации пути. Работа эта в настоящее время еще не закончена, однако некоторые результаты уже получены.
При исследованиях велись записи температурных перемещений концов рельсовых плетей и колебаний температуры рельсов. Перемещения записывались с десятикратным увеличением. Опыты проводились на плетях из рельсов типа Р50 с раздельными скреплениями по типу марки К, на деревянных шпалах и щебеночном балласте. Приборы были установлены на четырех концах рельсовых плетей, соединенных друг с другом уравнительными рельсами и шестидырными болтовыми стыками типовой конструкции.
В летний период при незамерзшем балласте получены записи перемещений концов рельсовых плетей при прямом ходе изменения температуры и при обратном ходе на ту же величину.
Самопишущими приборами зафиксировано весьма любопытное, явление. При проходе поездов концы рельсовых плетей перемещаются вдоль пути. В тех случаях, когда температура, достигнув некоторой величины, остается постоянной, температурные силы в рельсовой плети уравновешиваются сопротивлением балласта и дальнейшего изменения длины плети не происходит, продольные перемещения концов плети под поездом имеют упругий характер, т. е. после прохода поезда эти перемещения полностью ликвидируются. Величина упругих перемещений, как показали наблюдения, в некоторых пределах зависит от величины продольных сил в рельсе и составляет 1—2 лш. Направление упругих перемещений конца рельсовой плети под поездом зависит от того, какие напряжения в рельсовой плети имеются: сжимающие или растягивающие.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
