Расчеты верхнего строения пути. Расчеты пути на прочность. Классификация рельсов по длине. Расчеты бесстыкового пути, страница 22

Полученную по формуле () критическую силу сравнивают с табличной (экспериментальной), и если разность не превышает ±15%, то можно принимать к расчету ту или другую. Если разница превышает 15%, то к расчету принимается экспериментальная критическая сила.

5.3 Прочностной расчет бесстыкового пути

При прочностном расчете необходимо, чтобы фактические суммарные температурные и кромочные напряжения в рельсах не превышали допускаемых, т.е. чтобы

.

Отсюда

,

,

где К_п - коэффициент запаса прочности (К =1,3 для рельсов первого срока службы, т.е. до пропуска нормативного тоннажа; К =1,4 для рельсов, пропустивших нормативный тоннаж; допускается при укладке этих рельсов в станционные пути, кроме приемо-отправочных сквозного прохода, предназначенных для пропуска пассажирских и безостановочного пропуска грузовых поездов, принимать К=1,2);

σкп	-	напряжения в кромках подошвы рельса от изгиба и кручения под нагрузкой от колес подвижного состава;
σкr	-	то же в кромках головки рельса;
σtp	-	напряжения в поперечном сечении рельса от действия растягивающих температурных сил, возникающих при понижении температуры рельса по сравнению с температурой закрепления;
σtс	-	то же от действия сжимающих температурных сил;
[σ]	-	допускаемое напряжение (для новых незакаленных рельсов [σ]=3500 кгс/см2, для новых термически упрочненных – 4000 кгс/см2).

Напряжения в подошве рельса σ_кп определяют по правилам расчета ВСП на прочность. При этом модули упругости подрельсового основания зимой принимают при расчетах на деревянных шпалах 400 и 500 кгс/см²; при железобетонных шпалах с резиновыми и резиннокордовыми прокладками 1200 и 1300 кгс/см² соответственно при эпюрах 1840 и 2000 шпал/км.

Как уже отмечалось, правильнее принимать допускаемое напряжение в рельсах из предела выносливости, а не из предела текучести.

Напряжения в подошве рельса определяются в соответствии с действующими правилами расчета для зимних условий, при этом принимается зимний модуль упругости.

Напряжения в головке рельса определяются по формуле:

. !!!

Температурные напряжения при отсутствии возможности изменения длины рельса по закону Гука

.

При изменении температуры на 1 ºС напряжения в рельсе изменяются на 25 кгс/см², а температурная сила – на 25·F кгс (Р50 – 1650, Р65 – 2050 и Р75 – 2400 кгс).

α=0,0000118, Е=2,1·10⁸ кг/см².

Допустимые перепады температуры на сжатие по условию прочности головки рельсов определяются по формуле

,                                           ()

где 3500 – допускаемое напряжение в рельсах, кгс/см²;

         – кромочное напряжение в головке рельса, кгс/см².

Допустимые перепады температуры на растяжение по условию прочности подошвы рельсов определяются по формуле

,                                            ()

где — кромочное напряжение в подошве рельса, кгс/см².

Допустимая сжимающая сила определяется из выражения

,                                               ()

где F – площадь поперечного сечения рельса, см².

Допустимая растягивающая сила определяется по формуле

,                                              ()

Допустимая сжимающая сила по условию устойчивости определяется по формуле

,                                                         ()

где P_кр — критическая продольная сжимающая сила, кгс.

Допустимая сила, действующая в рельсе на протяжении года:

                                                 ()

где Т_a — амплитуда температур, °С:

,                                                    ()

где t_max – максимальная годовая температура, °С

       t_min – минимальная годовая температура, °С

5.4 Определение условий укладки и эксплуатации

Отличие бесстыкового пути от обычного звеньевого заключается в наличии в рельсовых плетях, не имеющих возможности изменять свою длину при изменении температуры, значительных продольных температурных сил.

При повышении температуры относительно температуры закрепления в рельсовых плетях возникают продольные сжимающие температурные силы, которые могут создать опасность выброса рельсошпальной решетки, а в некоторых случаях, особенно при легких типах рельсов, вызвать перенапряжение в головке рельса.

При понижении температуры в рельсовых плетях появляются растягивающие температурные силы, которые могут привести к разрыву стыков уравнительного пролета или к разрыву рельсовой плети зимой.

Возможность укладки бесстыкового пути и способ его эксплуатации в заданном климатическом районе устанавливается сравнением допустимой годовой температурной амплитуды с фактической амплитудой колебания температуры рельса.

Если Т_р≤[Т], то бесстыковой путь можно эксплуатировать без сезонных разрядок напряжений.

Если Т_р≥[Т], то бесстыковой путь можно эксплуатировать только с сезонными (весной и осенью) разрядками напряжений (вновь запрещено укладывать)

.                                        ()

Допустимая температурная амплитуда

,                                    ()

где Δtр	-	допустимое изменение температуры рельсов в сторону понижения по сравнению с температурой их закрепления;
Δtс	-	допустимое изменение температуры рельсов в сторону повышения по сравнению с температурой их закрепления (по устойчивости пути или прочности рельсов, из которых к расчету принимается меньшее;
Δtз	-	минимальный интервал температур, в котором окончательно закрепляются плети; по условиям производства работ для расчетов он обычно принимается 10°С, но при необходимости его можно уменьшить до 5°С, если предусматривать закрепление плетей осенью, или в ранние утренние, или в вечерние часы, когда температура рельсов в процессе закрепления изменяется медленно.

Интервал закрепления равен

,                                                   ()

Нижняя и верхняя граница интервала закрепления определяются по формулам:

,    .                                              ()