1 Расчеты верхнего строения пути
1.1 Общие сведения
Всесторонние комплексные расчеты прочности, устойчивости, долговечности и экономичности конструкции пути при заданных эксплуатационных и природно-климатических условиях, его состоянии и сопротивляемости различным воздействиям дают возможность определить напряженно-деформированное состояние, степень прочности, устойчивости, степень надежности, работоспособность, долговечность и экономичность пути в целом и каждого элемента верхнего строения пути в отдельности.
В результате технико-экономического расчета на основе сравнения расчетных характеристик с допускаемыми значениями и экономичности применения той или иной конструкции пути определяется оптимальный вариант.
Этими расчетами решается обширный круг задач по определению допускаемых скоростей движения подвижного состава: в первую очередь это относится к новому подвижному составу. Условия обращения нового подвижного состава и сфер применения новых конструкций пути устанавливаются на основе экспериментальных исследований и данных эксплуатации на опытных участках.
Комплексные расчеты пути, находящегося под воздействием многочисленных факторов, требуют предварительного детального изучения этих воздействий: подвижного состава, природно-климатических факторов и собственных воздействий. На основе характеристик пути и подвижного состава производится расчет пути на прочность, устойчивость и долговечность, в результате которого определяются напряжения в рельсах, шпалах, прокладках, подкладках, балласте и на основной площадке земляного полотна. При этом взаимодействие подвижного состава и рельсовых нитей в пределах стрелочных переводов в силу их конструктивных особенностей имеет существенное отличие от взаимодействия на перегонах.
Верхнее строение пути рассчитывают на:
- прочность при совместном действии поездных и температурных сил;
- устойчивость всей конструкции пути в целом и режим эксплуатации звеньевого и бесстыкового пути;
- долговечность с определением межремонтных сроков по капитальным работам и схем периодичности ремонтов пути;
- экономичность конструкции ВСП.
Расчеты на прочность и устойчивость при заданных типе ВСП, подвижной нагрузке (серии локомотива, типе грузового вагона и его грузоподъемности), скорости движения, плане и профиле пути, температурном режиме работы пути позволяют определить:
- напряжения в рельсах (контактные, подголовочные, в зоне болтовых отверстий, общие напряжения изгиба и кручения);
- напряжения под подкладками на деревянных шпалах, а при железобетонных шпалах - напряжения в прокладках и в бетоне в подрельсовом сечении;
- напряжения в балласте под шпалой в подрельсовом сечении;
- напряжения на основной площадке земляного полотна;
- упругие деформации рельсовых нитей в вертикальной и горизонтальной поперечной плоскостях;
- устойчивость пути против выброса, температурный и технологический (ремонтный) режим работы бесстыкового пути и др.
Сравнение полученных расчетом величин с допускаемыми их значениями позволяет оценить напряженно-деформированное состояние пути, степень его прочности и устойчивости, безопасность движения поездов. В необходимых случаях при несоответствии типа ВСП и его состояния эксплуатационным условиям расчеты позволяют установить условия обращения того или иного типа подвижного состава по рассматриваемому участку пути, ввести ограничение скорости движения поездов (установить допускаемую скорость) или ограничить вертикальную нагрузку колеса на рельс и обоснованно наметить мероприятия по усилению пути.
Расчеты позволяют оценить степень увеличения интенсивности накопления, остаточных деформаций в элементах подрельсового основания и на основной площадке земляного полотна при введении на участке обращения вагонов с повышенной весовой нормой или осностью тележек через, изменение значений динамической нагрузки колеса, эквивалентного груза, распределенной по длине погонной нагрузки и др.
При расчете длительно эксплуатируемого участка пути на прочность и устойчивость учитывается:
- состояние пути (приведенный износ рельсов, процент негодных шпал, загрязненность балластной призмы, степень увлажнения грунтов основной площадки и податливость основания земляного полотна, состояние кривых, в плане и профиле);
- пропущенный по пути тоннаж (наработка после капитального ремонта), соблюдение межремонтных сроков, качество ремонтов и др.
Расчеты по долговечности позволяют определить:
- сроки службы рельсов по износу (в кривых малого радиуса (менее 650м)) и выходу по дефектности, сроки службы балласта по загрязнению и засорению шпал и скреплений;
- объемы годового и суммарного выхода рельсов по дефектам.
Расчеты пути на прочность устанавливают наименьшую мощность верхнего строения пути, а экономические расчеты позволяют узнать, насколько необходимо увеличить мощность верхнего строения пути, чтобы выбранный тип отвечал не только условию прочности, устойчивости, но и экономичности.
1.2 Основные этапы развития теории расчетов
Краткая справка. Теория расчетов пути на прочность исторически развивалась в двух направлениях: совершенствовалась расчетная схема и улучшалась методика учета вероятностного характера действующих на путь возмущений.
Впервые мысль о линейной закономерной зависимости деформаций грунта от действующей на него нагрузки была высказана петербургским академиком Н. И. Фуксом в 1801 г., которую с 1867 г. стали называть «гипотезой Винклера». Впоследствии совершенствованием расчетных схем работы рельсов как балки на жестких и упругих опорах занимались В. П. Клапейрон, Э. Брандт, В. И, Шведлер, Г. Циммерман, А. Гофман, А, Леве и др.
Исследования отечественных ученых были и остаются фундаментом для решения сложнейших проблем развития ж. д. транспорта. В 1831 г. П. П. Мельников книгой «О железных дорогах» делает первый шаг в расчетах пути на прочность, рассматривая рельс как балку, лежащую на двух жестких опорах и загруженную вертикальной нагрузкой. В 1888 г. немецкий ученый Циммерман усложняет расчетную схему, рассматривая рельс как неразрезную балку, лежащую на четырех упругих опорах. В 1903-1906 гг. Н. П. Петров принимает в расчетах рельс как балку бесконечной длины, лежащую на множестве точечных упругих опор, или как балку на сплошном упругом основании, которая и по настоящее время используется в современных практических расчетах пути на прочность. Он впервые составляет и решает дифференциальное уравнение равновесия вертикальных сил, действующих на рельс, при движении, закладывает основы динамического расчета пути, разрабатывает теорию общих и контактных напряжений в рельсах.
Первой книгой по сложнейшим вопросам взаимодействия пути и подвижного состава является работа Н. П. Петрова, опубликованная им в 1915 г. «Давление колеса на рельсы железных дорог, прочность рельсов и устойчивость пути», в которой он закрепляет приоритет русских ученых в развитии транспортной науки. В 1914 г. на базе работ Н. П. Петрова, А. А. Васютинского, А. А. Холодецкого, К. Ю. Цеглинского и других ученых была разработана первая в истории железных дорог «Инструкция. (Указания) по определению нагрузок на железнодорожный путь и скоростей движения поездов в зависимости от типа верхнего строения пути», которая впоследствии совершенствовалась и переиздавалась в 1925, 1931, 1936 и 1941 гг.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
