В чем преимущества и недостатки железобетонных шпал?

Железобетонные шпалы

В чем преимущества и недостатки железобетонных шпал?

В настоящее время железобетонные шпалы изготавливаются цельнобрусковыми из предварительно напряженного железобетона и армируются высокопрочной проволокой.

При производстве железобетонной шпале придают трапециевидную форму, такая шпала лучше работает под нагрузкой (по сравнению с прямоугольным параллелепипедом  пропитанных шпал). Наибольшие прогибы и давления на балласт регистрируются у торцов железобетонной шпалы. Для уменьшения воздействия этих явлений ширина подошвы средней части шпалы уменьшена, а у торцов – увеличена.

Трапециевидная форма шпалы (в поперечном сечении) снижает давление на балласт и его деформацию, особенно это заметно у краев балластной призмы, где сопротивление балласта выдавливанию наименьшее. Одновременно сопротивляемость пути выбросу и сдвигу в поперечном направлении значительно увеличивается, что особенно важно для бесстыкового пути.

При этом железобетонная шпала имеет переменное по длине продольное сечение. В средней части оно характеризуется относительно низкой жесткостью. В подрельсовых же сечениях увеличение высоты шпалы создается путем утолщения слоя бетона над продольной арматуры. Верхняя часть шпалы при движении поезда подвергается сжатию, а на сжатие работает хорошо даже неармированный бетон.

Такая совокупность сечений способствует достижению некоторых преимуществ:

– поскольку центр тяжести подрельсовых сечений выше центра тяжести арматуры (в средней части шпалы – эффект «наоборот»), происходит рациональное предварительное обжатие бетона. Соответственно, максимальное предварительное обжатие бетона возникает в зонах, растянутых под поездной нагрузкой: в верхних зонах в середине шпалы и в нижних зонах – в ее подрельсовых сечениях;

– чем меньше жесткость шпалы на изгиб, тем меньше изгибающий момент в средней междурельсовой части шпалы.

Чтобы сделать работу закладных болтов и нашпальных резиновых подкладок максимально эффективной, а также в целях обустройства подуклонки рельсов и передачи боковых сил на бетон, в подрельсовых зонах делают углубления с наклоном.

Выделяют два сорта железобетонных шпал – соответственно показателям качества бетонной поверхности, стойкости к образованию трещин и точности геометрических параметров.

[attention type=green]
Шпалы второго сорта (так же как и шпалы пропитанные второго типа) укладываются только с согласия заказчика на станционных, подъездных путя и путях с малой нагрузкой.
[/attention]

Железобетонные шпалы брускового типа эксплуатируются уже в течение долгого времени и показали свои бесспорные преимущества перед деревянными пропитанными шпалами:

–  стабильность ширины рельсовой колеи;

– более высокая устойчивость бесстыкового пути против выброса (выше на 10-20%, чем при использовании деревянных шпал);

– железобетонные шпалы более долговечны (срок эксплуатации может достигать 30-50 лет), поэтому они реже требуют ремонта;

– по всей длине пути характеристики упругости более однородны, что обеспечивает плавность движения поездов (это особенно важно для скоростных линий);

– сохранность лесов.

Недостатки железобетонных шпал:

  • Повышенная чувствительность к неоднородности балластного слоя;
  • Достаточно высокие нагрузки на балластный слой при жестком нижнем строении пути;
  • Более высокая жесткость пути (по сравнению с деревянными пропитанными шпалами), уменьшаемая с помощью дополнительных резиновых прокладок-амортизаторов;
  • Небольшая площадь активной зоны контакта.

Чтобы уменьшить перечисленные недостатки, надо вводить новые конструктивные решения, разрабатывать их с учетом максимального снижения затрат жизненного цикла. Один из эффективных вариантов – использование железобетонных шпал с упругой подошвой. 

Целесообразно применение железобетонных шпал при следующих условиях:

  • Ввиду повышенной стабильности и равноупругости такого пути, на линиях со скоростным движением пассажирских поездов (свыше 140км/ч).
  • Совместно с бесстыковыми рельсовыми плетями.

Переход от железобетонных шпал к пропитанным деревянным следует осуществлять вне зон рельсовых стыков, чтобы не возникало одновременного скачка жесткости и неровности на стыке.

Стрелочные переводы устанавливают на пропитанных деревянных шпалах. Такие шпалы имеют некоторые преимущества перед железобетонными шпалами:

– более дешевое и простое производство;

– лучшая и более простая электроизоляция рельсов;

– умеренная жесткость пути.

Источник: http://promtransagent.ru/stati/280-zhelezobetonnye-shpaly

Шпалы

В чем преимущества и недостатки железобетонных шпал?

Шпалы (рельсовые опоры) служат для:

  • восприятия давления от рельсов и передачи его балластному слою;
  • упругой переработки динамических воздействий на путь;
  • обеспечения постоянства ширины колеи и совместно с балластом устойчивости рельсошпальной решетки в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

В соответствии с этим шпалы должны обладать достаточной прочностью, упругостью, хорошо сопротивляться механическому износу и перемещениям, быть простыми по форме, иметь наибольший срок службы и наименьшую стоимость при изготовлении и содержании.

Число шпал на 1 км (эпюра) зависит от величины нагрузок на рельсы, грузонапряженности, скоростей движения поездов, типа рельсов, типа балластного слоя, плана и профиля пути. В РФ приняты 3 эпюры: 1600 шт/км (на второстепенных путях), 1840 и 2000 (в зависимости от плана линии и скорости движения).

Схема расположения шпал на рельсовом звене называется эпюрой укладки шпал.

Шпалы (в зависимости от материала) бывают деревянные, железобетонные и металлические.

Деревянные шпалы

Деревянные шпалы преобладают на железных дорогах мира, так как они с технической точки зрения в наибольшей степени отвечают требованиям, предъявляемым к подрельсовому основанию.

Главные достоинства деревянных шпал – хорошая упругость, простота изготовления и эксплуатации (транспортировки, подбивки, смены), большое электрическое сопротивление.

Недостатки деревянных шпал – малый срок службы при высокой грузонапряженности, большая потребность в деловой древесине, необходимой для разнообразнейших нужд народного хозяйства.

С 1 января 1966 г. на дорогах России укладывают деревянные шпалы (рис. 1) двух видов:

  • обрезные (А), у которых пропилены все четыре стороны;
  • необрезные (Б), у которых пропилены две противоположные стороны – постели.

Деревянные шпалы делятся на три типа:

  • I – для главных путей;
  • II – для станционных и подъездных (железнодорожных путей необщего пользования);
  • III – для малодеятельных путей необщего пользования промышленных предприятий.

Рис. 1 – Типы деревянных шпал (поперечные сечения)

Шпалы изготовляют из сосны, ели, пихты, кедра, бука и березы. Длина шпал 2,75 м. Для особо грузонапряженных участков поставляют шпалы длиной 2,8 м, а для участков с совмещенными путями различной ширины колеи – 3,0 м.

Деревянные шпалы заменяют из-за гниения и механического износа. Эти процессы протекают одновременно и влияют друг на друга. В РФ принята система выборочной смены шпал, кроме капитального ремонта, при котором шпалы заменяют сплошь. Профессор М. А. Чернышев предложил определять средний фактический срок службы деревянных шпал из выражения

где А – общее количество шпал, лежащих в пути;

m1, m2 – количество негодных шпал в пути по данным натурного осмотра соответственно к началу и к концу периода (года, пятилетки);

n – количество шпал, уложенных в путь за период tн;

tн – длительность наблюдения.

Величины A, m1, m2 и n берут из технического паспорта пути и технических отчетов.

Рис. 2 – Изменение срока службы деревянных шпал в зависимости от прошедшего тоннажа: 1 – костыльное скрепление; 2 – раздельное жесткое; 3 – раздельное с пружинной клеммой

По данным МИИТа и ВНИИЖТа, срок службы деревянных шпал при различных скреплениях зависит от прошедшего тоннажа (рис. 2). Продление срока службы шпал имеет большое народнохозяйственное значение. Чтобы увеличить их долговечность, необходим целый комплекс мероприятий и следует выполнять множество требований:

  • заготовлять здоровую древесину, как правило, зимой;
  • до пропитки хранить и просушивать шпалы без доступа прямых лучей солнца; костыльные и шурупные отверстия сверлить перед пропиткой;
  • стягивать шпалы винтами для предупреждения их растрескивания;
  • перед пропиткой накалывать постели и боковые грани шпал для увеличения глубины пропитки и предупреждения растрескивания;
  • высококачественно пропитывать шпалы на заводах маслянистыми антисептиками (каменноугольным креозотовым или антраценовым маслом);
  • правильно (по инструкции) хранить шпалы после пропитки на заводах и на дорогах до укладки в путь;
  • бережно грузить, перевозить и выгружать шпалы, правильно укладывать их в путь и подбивать;
  • широко применять специальные нашпальные прокладки, чтобы предохранить поверхность от механического износа;
  • использовать высококачественный балласт;
  • предупреждать угон пути;
  • укладывать на 1 км пути столько шпал, сколько требуется при данных грузонапряженности, нагрузке от подвижного состава и скорости движения поездов;
  • высококачественно осуществлять текущее содержание пути в целом и шпал в частности.

Среди всех мероприятий по продлению срока службы деревянных шпал особое место занимает пропитка их антисептиками, которые убивают разрушающие древесину грибки и не допускают их развития. Лучший антисептик – каменноугольное креозотовое масло.

Это – чистый отгон каменноугольной смолы без посторонних примесей. Его получают на коксохимических заводах перегонкой смолы при температуре 200–400 °С. Этот антисептик не выщелачивается, не влияет вредно на металл и не повышает электропроводность шпал.

Обычно его применяют в смеси с мазутом (40–50% каменноугольного креозотового масла и 60– 50% мазута).

Железобетонные шпалы

После второй мировой войны во многих странах стали усиленно внедрять железобетонные шпалы, особенно в СССР, ГДР, ФРГ, Франции, Англии, Венгрии, ЧССР и Бельгии.

Железобетонные шпалы имеют следующие преимущества: они сберегают древесину; не гниют; выдерживают большие сжимающие напряжения, чем деревянные; обладают большей сопротивляемостью перемещениям; имеют больший срок службы.

Вместе с тем к недостаткам следует отнести большую жесткость по сравнению с деревянными, что требует применения упругих прокладок.

Железобетонные шпалы обладают большей электропроводностью и нуждаются в использовании изолирующих элементов; повышенная хрупкость требует соблюдать осторожность при перевозках и подбивке, а большая масса создает неудобства в работе с ними.

В РФ отдается предпочтение предварительно напряженным струнобетонным брусковым (фигурным) шпалам. Массовая укладка типовых железобетонных шпал у нас началась в 1959 г. По укладке железобетонных шпал Россия занимает первое место в мире.

Конструкция современной железобетонной шпалы изображена на (рис. 3). Шпалы армированы проволокой периодического профиля диаметром 3 мм (44 шт.); сила натяжения одной проволоки 8,1 кН. Для изготовления шпал применяют бетон марки не ниже 500. Масса шпалы около 265 кг.

Рис. 3 – Железобетонные шпалы: а – типа ШС-1; б – типа ШС-ly; в, г – расположение арматуры

Железобетонные шпалы типов ШС-1 и ШС-lу (сотрите рис. 3) используют при скреплении КБ, а шпалы ШС-2 и ШС-2у – при бесподкладочных скреплениях БП и ЖБР.

У шпал ШС-2 и ШС-2у форма и все размеры, кроме расстояний между отверстиями для закладных болтов, такие же, как и у ШС-1 и ШС-ly. Конструкция шпалы позволяет использовать ее при рельсах Р50, Р65 и Р75.

Глубина подрельсовых выемок у этих шпал 25 мм.

Кроме струнобетонных, в некоторых странах применяют брусковые железобетонные шпалы со стержневой арматурой диаметром до 22 мм.

Чаще всего арматура состоит из двух стержней, их напряженное состояние поддерживается гайками, навинченными на концы стержней.

Недостатки такой конструкции – больший, чем на струнобетонные шпалы, расход металла; сосредоточенное расположение арматуры и связанное с этим более сильное раскрытие трещин, чем при рассредоточенной арматуре.

Железобетонные шпалы делают путь более стабильным, что сокращает расходы на его текущее содержание. По данным В. Я. Шульги, оно более чем на 25 % дешевле по сравнению с содержанием пути с деревянными шпалами при средней длине плетей 600 м.

Долговечность железобетонных шпал для сети дорог пока еще не определена. Опыт эксплуатации на Октябрьской дороге (с 1954 г.

) и анализ их выхода, проведенный ЛИИЖТом, показали, что при здоровом земляном полотне и балластном слое, соответствующих техническим условиям, срок службы зависит от конструкции шпалы, типа рельсов и скреплений, грузонапряженности, скорости движения и нагрузок от колесных пар на рельсы.

На основании этого установлен критический тоннаж (смотрите таблицу ниже), после пропуска которого струнобетонные шпалы оказываются пораженными дефектами, а объем ежегодной одиночной смены достигает 30–40 шт/км.

Тип скрепления и рельсаСредняя нагрузка колесной пары, кН (тс)Критический тоннаж, млн. т брутто
КБ; Р65151,9 (15,4)1400
КБ; Р65113,5 (12,6)1650
ЖБ; Р65151,9 (15,4)750
ЖБ; Р65113,5 (12,6)840
К2; Р65151,9 (15,4)1200
К2; Р65113,5 (12,6)1250
К2; Р50149,9 (15,3)850

В процессе эксплуатации пути с железобетонными шпалами сильно изнашиваются рельсовые скрепления. Это побуждает заменять рельсошпальную решетку, укладывая старогодную на менее деятельные линии, а затем – на станционные и пути необщего пользования. Такая система многократной перекладки путевой решетки с железобетонными шпалами позволит обеспечить срок их службы значительно больше 50 лет.

Техническая политика предполагает дальнейшее увеличение полигона путей с железобетонными шпалами. В ближайшей перспективе намечено увеличить его до 64– 65 тыс. км.

Металлические шпалы

Металлические шпалы наиболее распространены в ФРГ, ГДР и Индии. Используются шпалы корытообразной формы (рис. 4). Масса нестыковой шпалы 50–80 кг, а стыковой 115–145 кг. Сейчас такие шпалы не укладывают.

Рис. 4 – Металлические шпалы дорог ГДР: а – нестыковая; б – стыковая

В Индии стальные шпалы служат примерно на 20 % протяжения пути, а чугунные – на 30 %. Широкое применение там металлических шпал объясняется климатом. Высокая влажность и жара способствуют ускоренному гниению древесины. Кроме того, в некоторых районах распространены термиты, быстро приводящие деревянные шпалы в негодность.

Незначительное количество металлических шпал имеется также на дорогах и других стран, в частности Франции.

Достоинства металлических шпал:

  • больший срок службы, чем деревянных;
  • меньшая масса, чем железобетонных;
  • возможность укладки в горячих цехах промышленных предприятий.

Недостатки металлических шпал:

  • высокая жесткость пути, по сравнению с деревянными шпалами;
  • значительный шум при движении поездов;
  • высокая электропроводность;
  • подверженность коррозии;

большая металлоемкость.

Источник: http://vse-lekcii.ru/zheleznodorozhnyj-transport/zheleznodorozhnyj-put-i-putevoe-hozyajstvo/shpaly

В чем преимущества и недостатки железобетонных шпал?

В чем преимущества и недостатки железобетонных шпал?

В настоящее время железобетонные шпалы изготавливаются цельнобрусковыми из предварительно напряженного железобетона и армируются высокопрочной проволокой.

При производстве железобетонной шпале придают трапециевидную форму, такая шпала лучше работает под нагрузкой (по сравнению с прямоугольным параллелепипедом  пропитанных шпал). Наибольшие прогибы и давления на балласт регистрируются у торцов железобетонной шпалы. Для уменьшения воздействия этих явлений ширина подошвы средней части шпалы уменьшена, а у торцов – увеличена.

Трапециевидная форма шпалы (в поперечном сечении) снижает давление на балласт и его деформацию, особенно это заметно у краев балластной призмы, где сопротивление балласта выдавливанию наименьшее. Одновременно сопротивляемость пути выбросу и сдвигу в поперечном направлении значительно увеличивается, что особенно важно для бесстыкового пути.

При этом железобетонная шпала имеет переменное по длине продольное сечение. В средней части оно характеризуется относительно низкой жесткостью. В подрельсовых же сечениях увеличение высоты шпалы создается путем утолщения слоя бетона над продольной арматуры. Верхняя часть шпалы при движении поезда подвергается сжатию, а на сжатие работает хорошо даже неармированный бетон.

Такая совокупность сечений способствует достижению некоторых преимуществ:

— поскольку центр тяжести подрельсовых сечений выше центра тяжести арматуры (в средней части шпалы – эффект «наоборот»), происходит рациональное предварительное обжатие бетона. Соответственно, максимальное предварительное обжатие бетона возникает в зонах, растянутых под поездной нагрузкой: в верхних зонах в середине шпалы и в нижних зонах – в ее подрельсовых сечениях;

— чем меньше жесткость шпалы на изгиб, тем меньше изгибающий момент в средней междурельсовой части шпалы.

Чтобы сделать работу закладных болтов и нашпальных резиновых подкладок максимально эффективной, а также в целях обустройства подуклонки рельсов и передачи боковых сил на бетон, в подрельсовых зонах делают углубления с наклоном.

Выделяют два сорта железобетонных шпал – соответственно показателям качества бетонной поверхности, стойкости к образованию трещин и точности геометрических параметров.

[attention type=green]
Шпалы второго сорта (так же как и шпалы пропитанные второго типа) укладываются только с согласия заказчика на станционных, подъездных путя и путях с малой нагрузкой.
[/attention]

Железобетонные шпалы брускового типа эксплуатируются уже в течение долгого времени и показали свои бесспорные преимущества перед деревянными пропитанными шпалами:

—  стабильность ширины рельсовой колеи;

— более высокая устойчивость бесстыкового пути против выброса (выше на 10-20%, чем при использовании деревянных шпал);

— железобетонные шпалы более долговечны (срок эксплуатации может достигать 30-50 лет), поэтому они реже требуют ремонта;

— по всей длине пути характеристики упругости более однородны, что обеспечивает плавность движения поездов (это особенно важно для скоростных линий);

— сохранность лесов.

Шпалы

Шпалы (рельсовые опоры) служат для:

  • восприятия давления от рельсов и передачи его балластному слою;
  • упругой переработки динамических воздействий на путь;
  • обеспечения постоянства ширины колеи и совместно с балластом устойчивости рельсошпальной решетки в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

В соответствии с этим шпалы должны обладать достаточной прочностью, упругостью, хорошо сопротивляться механическому износу и перемещениям, быть простыми по форме, иметь наибольший срок службы и наименьшую стоимость при изготовлении и содержании.

Число шпал на 1 км (эпюра) зависит от величины нагрузок на рельсы, грузонапряженности, скоростей движения поездов, типа рельсов, типа балластного слоя, плана и профиля пути. В РФ приняты 3 эпюры: 1600 шт/км (на второстепенных путях), 1840 и 2000 (в зависимости от плана линии и скорости движения).

Схема расположения шпал на рельсовом звене называется эпюрой укладки шпал.

Шпалы (в зависимости от материала) бывают деревянные, железобетонные и металлические.

В чем преимущества и недостатки железобетонных шпал – юг-жбк

В чем преимущества и недостатки железобетонных шпал?

За время существования железных дорог подпорки под шпалы изготавливались из различных материалов. Были каменные, но камень сложно поддается обработке, быстро трескается и приходит в негодность. Долговечны деревянные шпалы, просмоленные для защиты от негативных воздействий погодных условий.

Но через время и они требовали либо замены, либо ремонта железнодорожных путей. На сегодняшний день железобетонные конструкции с полным основанием считают материалом будущего для изготовления опоры под шпалы и фундамента под здания и постройки. Применяют фундамент из железобетонных шпал для построек всевозможной сложности и этажности на любых видах почвы.

Однако стоит учитывать, что весит данное изделие немало.

Определение

Железобетонные шпалы имеют вид рельсовой опоры, для изготовления которых потребуются брусья с меняющимися размерами и формами сечения. Бетонные рельсовые опоры армируются стальной проволокой, диаметр которой зависит от модификации. При работе с железобетонными шпалами предъявляют следующие требования к их технологии производства:

  • приготовление бетонного раствора требует однородной консистенции;
  • для нужной передачи силы напряжения материал должен обладать соответствующей прочностью;
  • изготавливая изделия, придерживаются точных размеров, форм, которые важны для железобетонных шпал в местах соединения с рельсами.

Где применяются?

В наше время все хотят сэкономить — б/у шпалы дают такую возможность при строительстве собственного дома.

Шпала железобетонная используется при возведении фундаментов и железнодорожных путей.

Из-за различных природных условий эксплуатации и разнообразной механической нагрузки на изделия, при изготовлении железобетонной опоры придерживаются повышенных требований. Это позволит увеличить срок службы, который при благоприятных условиях использования достигнет шестидесяти лет.

Опоры, изготовленные с использованием предварительно напряженного железобетона, повсюду пододвигают распространенные деревянные подпорки за счет своей прочности, долговечности и быстроты монтажа.

Преимущества и недостатки

В шпалах из железобетона присутствуют следующие преимущества:

  • длительный срок службы;
  • достаточная устойчивость к отрицательным воздействиям факторов окружающей среды;
  • отсутствие возможности гниения в процессе эксплуатации;
  • стойкость к различным механическим нагрузкам;
  • невысокая ценовая категория;
  • монтаж и укладка не требуют больших физических затрат;
  • не требуют больших затрат на обслуживание в процессе эксплуатации;
  • за счет того, что ширина и длина изделия идеально ровные, обеспечивается удобство при перевозке и выгрузке.

Шпале из железобетона присущи следующие недостатки:

  • Потребность в периодическом осмотре железнодорожных путей по причине усталостного разрушения сооружения, сделанного из бетона.
  • Весит шпала 0,27 тонны, а это значит, что собственноручная установка изделий невозможна. Таким образом, за счет тяжелого веса возникает потребность в специализированной технике. Конструкции из бетона, в отличие от изделий из дерева, вес которых меньше, монтируют специальными механизмами – шпалоукладчиками.
  • Необходимость в использовании упругих прокладок, которые позволяют снизить жесткость изделия.
  • Шпалам из железобетона присуща большая электропроводность, которая требует применение изоляции.

Типы

Шпалу из железобетона разделяют на следующие типы, которые зависят от стойкости к возможным трещинам, качества и точной ширины, длины и других размеров изделия:

  • Опора первого сорта.
  • Опора второго сорта. Отличается низкой степенью стойкости к трещинам, геометрические размеры не нуждаются в высоких требованиях.

По типу рельсового крепления бывают следующих видов:

  • Ш-1,с раздельным типом клемно-болтовым соединением, которое фиксируется к опоре с использованием прокладки и болта.
  • Ш-2 нераздельного вида крепления.
  • Ш-3 имеют схожесть с опорами Ш-2, но различаются по способу крепления.

Шпалы из железобетона различны по классу, по наличию электроизоляции и типу применяемой арматуры. Железобетонные шпалы имеют отличия по параметрам электроизоляции:

  • изолированные;
  • неизолированные, без изолирующих вкладышей.

Технология производства

Вне зависимости от сферы использования, железобетонные опоры изготавливают одинаковой прочности и эксплуатационных свойств. Технология изготовления опор бывает четырех типов:

  • Карусельный тип с последующим извлечением формы. Заключается в приготовлении смеси и заливке ее в формы, где происходит ее дальнейшее уплотнение. Извлекают опоры из емкости после полного застывания раствора и достижения его максимальной прочности. Для изготовления используют кассетные конструкции, в которые вмещаются шесть опор. Для достижения требуемого сцепления и обеспечения предварительного напряжения, применяют арматуру, с помощью которой напряжение передается на поверхность бетона. По окончании изготовления изделия, форму извлекают и пускают для следующего производства.
  • Линейный. Этот тип изготовления опоры из железобетона подразумевает линейную технологию, для которой необходим конвейер, на котором в определенной последовательности располагаются формы. Длина установленных форм достигает ста метров. С боку емкости прикрывают специально предназначенными устройствами, которые также способны передавать напряжение на арматуру. В процессе схватывания раствора напряжение передается на поверхность бетона.
  • Демонтаж форм с дальнейшим напряжением. Для этого типа изготовления опор из железобетона требуется выставление шаблонов, с помощью которых определяется месторасположение стальной арматуры. Емкости заполняют раствором из бетона и уплотняют. В процессе схватывания раствора в него погружают штыри. Спустя некоторое время форму и шаблон извлекают.
  • Демонтаж форм с предварительным напряжением представляет собой такую же технологию, как и при демонтаже форм с дальнейшим напряжением, только вместо штырей используют рамы, обеспечивающие напрягающее усилие в изделии.

Источник: https://yzgbkru.com/v-chem-preimuschestva-i-nedostatki-zhelezobetonnyh-shpal/

Деревянные и железобетонные шпалы

В чем преимущества и недостатки железобетонных шпал?

Шпалы для железнодорожного полотна являются важнейшей деталью устройства пути. От их качественных характеристик зависит устойчивость магистрали. В нашей стране используют опоры из дерева и железобетона.

Но изначально под рельсы укладывали брус из камня. Позднее каменные заместили деталями из дерева, оно имеет хорошие показатели амортизации, и проще с точки зрения механического обрабатывания.

Однако, обстановка поменялась кардинальным образом, когда начали производить железобетонные шпалы.

Многообразие видов

Это рельсовые опоры, при производстве которых требуются брусья с изменяющимися размерами и формой сечения. Бетонные шпалы армированы при помощи проволоки из стали, диаметр ее обусловлен модификацией. К производственной технологии таких изделий предъявляют следующие требования:

  • приготовленный бетонный раствор должен быть однороден по консистенции;
  • для необходимой передачи силы напряжения необходимо, чтобы материал обладал соответственной прочностью;
  • при производстве опор, соблюдают точные размеры, формы, это важно в точках соединения с рельсами.

По причине различных природных условий и разной механической нагрузки на детали, при производстве железобетонных опор соблюдают повышенные требования. Это позволяет увеличивать период эксплуатации, при благоприятных условиях применения достигает 60 лет. Изделия с использованием предварительно напряженного бетона, вытесняют шпалы из дерева благодаря своей прочности и долговечности.

Шпалы железобетонные классифицируют на определенные виды, зависящие от устойчивости к образованию всевозможных трещин, качества и точных размеров и иных параметров:

  • опоры первого сорта.
  • Опоры второго сорта. Различаются низкой степенью устойчивости к трещинам, к геометрическим размерам не предъявляются высокие требования.

По видам рельсовых креплений различают:

  • Ш-1 созданы для раздельного скрепления с применением болтов путем закрепления подкладки на опоре.
  • Ш-2 — для нераздельного скрепления с применением болтов путем закрепления к шпале и подкладки, и рельса.
  • Ш-3, предназначенные для нераздельного соединения с применением болтов при помощи прямого закрепления к опоре рельса.

Также такие шпалы имеют различия по электрической изоляции и типу применяемой арматуры. По параметрам электрической изоляции выделяют:

  • изолированные;
  • неизолированные, отсутствуют изолирующие вкладыши.

К достоинствам данных опор можно отнести:

  • морозоустойчивость;
  • длительный период службы (от 40 до 50 лет);
  • обеспечивают однородность железнодорожного пути.

Недостатки:

  • высокая электрическая проводимость;
  • чувствительны к ударам (особенно в местах стыка);
  • жесткость пути, это способствует быстрому изнашиванию рельс в точках стыка;
  • высокий вес (примерно 270 кг);
  • сложность монтажа;
  • высокая цена.

Время от времени возникает вопрос, шпалы из какого материала стоит выбрать: из железобетона либо дерева. Во-первых, необходимо обратить внимание на цену. Стоимость деревянных опор существенно ниже. Во-вторых, период службы: в этом преимущество у железобетонных шпал.

Время самоокупаемости шпал из железобетона более продолжительное, в связи с этим их обычно применяют на магистралях, на которых они смогут максимально быстро окупаться.

На линиях железной дороги с относительно небольшой нагрузкой в большинстве случаев более выгодно использование шпал из пропитанного дерева.

Типы шпал. Достоинства и недостатки

В чем преимущества и недостатки железобетонных шпал?

                                                                                     Выполнил:

.                                                                                     Проверил:

                                                                                                 Четвертнова В.В.

Иркутск 2011год 

                                                                        Стр.

 Железобетонные шпалы-                                            7

 Стальные шпалы-                                                                                        12

 Шпалы в метрополитене-                                                               14

Шпа́лы (нидерл. spalk — подпорка) — опоры для рельсов в виде брусьев.

В железнодорожном пути обычно укладываются на балластный слой верхнего строения пути и обеспечивают неизменность взаимного расположения рельсовых нитей, воспринимают давление непосредственно от рельсов или от промежуточных скреплений и передают его на подшпальное основание (обычно — балластный слой, в метрополитене — бетонное основание).[1]

При прокладке железной дороги Ливерпуль — Манчестер (англ. Liverpool and Manchester Railway) использовались каменные плиты служившие основанием для укладки рельсов. Позже появились деревянные шпалы, (причём именно дерево длительное время являлось наиболее распространённым материалом для шпал)[2], а затем и другие типы шпал.  (железобетонные, стальные, шпалы из полимерных материалов).

деревянным шпалам

Более 50% использования шпал на сети железных дорог России – это деревянные шпалы.

Основные породы леса – хвойные: сосна (70%) и ель (30%). Деревянные шпалы изготовляют из сосны, ели, пихты, лиственницы, кедра и березы, причем лучшими являются сосновые шпалы. По форме поперечного сечения деревянные шпалы укладывают только после пропитки масляными антисептиками.

Деревянные шпалы очень дефицитные и дорогие, срок службы небольшой, они выходят из строя из-за износа, трещин, гниения. Средний срок службы деревянной шпалы 15-17 лет.  
Деревянные шпалы в пути находятся в условиях переменной влажности, что способствует развитию гнилостных грибков и быстрому загниванию шпал.

Для защиты от гниения пропитывают антисептиками.

Деревянные шпалы обладают многими достоинствами:

 – упругость;  – легкость обработки; – простота прикрепления рельсов;  – возможность плавного отвода уширения рельсовой колеи с кривых с малыми радиусами (менее 300 м);  – хорошее сцепление со щебнем;  – малая чувствительность к ударам и колебания температуры;  – небольшой вес; деревянная шпала весит около 80 кг (железобетонная – 270 кг), что облегчает ремонт пути.  

– диэлектрик.

Срок службы деревянных шпал (в зависимости от типа древесины, внешних условий и интенсивности эксплуатации) составляет от 7 до 40 лет.

Деревянные шпалы в России изготавливают преимущественно из сосны, а также из ели, пихты, кедра[2], хотя ранее проводились эксперименты по изготовлению шпал из дуба, лиственницы.

Основная проблема деревянных шпал — тенденция их загнивания в местах крепления к ним рельсов, и проблема с дальнейшей их утилизацией.

Деревянные шпалы изготавливаются по ГОСТ 78-2004.

В зависимости от назначения деревянные шпалы изготавливают трех типов:

I типа предназначены для главных путей магистральных железных дорог 

II типа — для станционных и подъездных путей 

III типа — для путей промышленных предприятий.

Шпалы из дерева подразделяются на три вида:

обрезные (отёсанные со всех 4 сторон)

полуобрезные (отёсанные только с 3 сторон)

необрезные (отёсанные только сверху и снизу)

Ранее для тёски шпал применялся топор-дексель (тесло).

Пропитка шпал осуществляется каменноугольными маслами, креозотом, либо антисептиками ЖТК для пропитки железнодорожных шпал. В настоящее время в России пропитка осуществляется методом «вакуум-давление-вакуум», этот метод нормирован ГОСТ.

Фотографии шпалы: непропитанные, пропитанные:

Недостатки:  – сравнительно небольшой срок службы;  

– расход дефицитной строевой древесины.

Основные дефекты:  – продольные трещины с обнаженной непропитанной древесиной, расколы на торцах;   – износ древесины под подкладками;   – выколы кусков древесины между трещинами;   – поперечные изломы;   – загнивание торцов.  

Основная проблема деревянных шпал — тенденция их загнивания в местах крепления к ним рельсов, и проблема с дальнейшей их утилизацией.

Деревянные шпалы не имеют  ограничений по зонам укладки.   Их целесообразно укладывать:   – звеньевой путь, кривые малого радиуса (менее 300м), где колея 1530-35 мм;   – на участках с нестабильным земляным полотном, на вечномерзлых и болотистых основаниях;   – на пучинистых основаниях;  

– высоко грузонапряженных.

Стрелочные брусья подразделяют на: обрезные – пропилены четыре стороны, необрезные – пропилены  две противоположные стороны.

Мостовые брусья изготовляют  только обрезные.

   В зависимости от назначения деревянные шпалы и стрелочные брусья изготовляют трех типов, отличающихся размерами поперечного сечения: I – для главных путей, II – для станционных и подъездных путей; III – для малодеятельных подъездных путей промышленных предприятий.

  

Длина стрелочных брусьев изменяется от 3,00 до 5,50 м. с шагом 0,25 м. Количество брусьев в комплекте стрелочного перевода составляет 80 шт. (марка 1/11), 137 шт. (1/18), 177 шт. (1/22). Длина мостовых брусьев обычного сечения 3,25 м.

Деревянные шпалы не имеют  ограничений по зонам укладки, их целесообразно, в первую очередь, укладывать:   – звеньевого пути, где необходимо уширение колеи до 1530 – 1535 мм;   – подверженных пучению;  

– высоко напряженных, где применение бесстыкового пути с ж/б шпалами является малоэффективным.

 Бывшие в использовании деревянные шпалы        Путь на деревянных шпалах  

    Шпалы являются наиболее важным видом подрельсовых оснований и служат для восприятия давления от рельсов и передачи его на балластный слой. Кроме того, шпалы предназначены для крепления к ним рельсов и обеспечения постоянства ширины колеи.

 Помимо шпал к подрельсовым основаниям относятся мостовые и переводные брусья, отдельные опоры в виде полушпал, а также сплошные опоры в виде плит и рам. Необходимо, чтобы шпалы были прочными, упругими и дешевыми, а также обладали достаточно высоким электрическим сопротивлением.

Материалом для шпал служат дерево, железобетон и металл.

      Размеры поперечного сечения шпал в зависимости от их типа приведены в таблице. Стандартная длина деревянных шпал 2750 мм.

 Для особо грузонапряженных участков изготавливают шпалы длиной 2800 мм.

Деревянная шпала в три раза легче, своей конкурентки, что облегчает работу с ней в условиях минимальной механизации. Так же надо отметить, что деревянная шпала значительно ниже по цене, чем железобетонная.

  

Из вышесказанного можно сделать вывод, что деревянные пропитанные шпалы ещё долгое время будут незаменимы в строительстве железнодорожных путей, особенно там, где к ним не предъявляется особенных требований, а надежность, цена и простота в укладке являются главным решающим аргументом при выборе.

  Железобетонные шпалы

С 1970-х в СССР приобрели популярность шпалы из напряжённого железобетона, особенно удачным их использование оказалось на бесстыковом пути.

Современная железобетонная шпала – цельнобрусковая из предварительно напряженного железобетона, армированная высокопрочной проволокой.

При изготовлении железобетонных шпал ей придают трапециевидную форму, что улучшает ее работу под нагрузкой по сравнению с прямоугольным параллелепипедом как у пропитанных шпал.

Так, наибольшие прогибы и давления на балласт имеют место у торцов железобетонной шпалы. Для компенсации этого неблагоприятного для балласта и шпал обстоятельства ширина подошвы уменьшена в средней части шпал и увеличена у торцов.

Поперечное сечение шпалы имеет трапецеидальную форму, что снижает давление на балласт и его деформации, особенно у краев балластной призмы, где сопротивление выдавливанию балласта наименьшее. При этом увеличивается сопротивляемость пути сдвигу в поперечном направлении и выбросу, что особенно важно для бесстыкового пути.

Продольное сечение железобетонной шпалы — переменное по ее длине с относительно малой жесткостью средней части по сравнению с подрельсовыми сечениями. Увеличение высоты в этих сечениях достигнуто за счет утолщения слоя бетона над продольной арматурой; верхняя часть шпалы под поездной нагрузкой испытывает сжатие, а на сжатие хорошо работает даже неармированный бетон.

При этом одновременно достигаются следующие положительные эффекты:

– рациональное предварительное обжатие бетона обеспечивается за счет того, что центр тяжести подрельсовых сечений выше, чем центр тяжести арматуры, а в средней части — наоборот. Благодаря этому максимальное предварительное обжатие бетона имеет место в зонах, растянутых под поездной нагрузкой: нижних — в подрельсовых сечениях и верхних — в середине шпалы;

– изгибающий момент в междурельсовой средней части шпалы тем меньше, чем меньше ее изгибная жесткость.

Кроме того, в подрельсовых зонах устраиваются углубления с наклоном для обеспечения подуклонки рельсов, а также передачи боковых сил на бетон и улучшения работы закладных болтов и нашпальных резиновых прокладок.

В зависимости от трещиностойкости, точности геометрических параметров и качества бетонных поверхностей шпалы подразделяют на два сорта: первый и второй.

Шпалы второго сорта ( аналог шпал пропитанных 2 типа) предназначены для укладки на малодеятельных, станционных и подъездных путях и поставляются только с согласия потребителя.

Многолетний опыт эксплуатации шпал брускового типа из предварительно напряженного железобетона показал их бесспорные достоинства по сравнению с деревянными пропитанными шпалами:

– увеличение межремонтных периодов благодаря долговечности шпал (до 30—50 лет); – повышенная (на 10—20 % по сравнению с деревянными шпалами) устойчивость бесстыкового пути против выброса; – стабильность ширины рельсовой колеи; – однородность упругих свойств по длине пути и плавность движения поездов (что важно для скоростных линий); 

– сохранение лесов.

Преимуществом железобетонных шпал по сравнению с деревянными пропитанными шпалами является то, что они лучше обеспечивают равноупругость рельсовых опор.

Кроме того, железобетонные шпалы не подвержены гниению и имеют значительно большую прочность на смятие.

  При железобетонных шпалах наблюдается большая плавность в движении поездов, создаются лучшие условия для работы бесстыкового пути вследствие большой поперечной устойчивости.  

Недостатки этих шпал заключаются в следующем:

– повышенная жесткость пути по сравнения с деревянными пропитанными шпалами, которую приходится снижать с помощью резиновых прокладок-амортизаторов; – высокую чувствительность к неоднородности балластного основания; – малую площадь активной зоны контакта; 

– относительно высокие нагрузки на балласт при жестком нижнем строении пути.

-большая стоимость и вес

-возможность усталостного разрушения бетона

– электропроводности. Во избежание утечки электрического тока применяют рельсовые скрепления специальной конструкции с электроизоляционными деталями.

– сложность крепления рельсов к ним

– слабая сопротивляемость бетона выколам и растяжению неармированных частей. 

Для снижения роли указанных недостатков необходимы новые конструктивные решения, которые должны разрабатываться с учетом максимального снижения затрат жизненного цикла. Одним из таких решений является железобетонная шпала с упругой подошвой.

Железобетонные шпалы эффективны в следующих условиях:

в сочетании с бесстыковыми рельсовыми плетями

на линиях со скоростным движением пассажирских поездов (более 140 км/ч) благодаря высокой стабильности и равноупругости такого пути.

Следует иметь в виду, что переход от железобетонных к пропитанным деревянным шпалам осуществляют вне зоны рельсового стыка, для того чтобы “скачок” жесткости пути не совпадал с неровностью, неизбежной для стыков.

Шпала железобетонная тип Ш-1,44х3, ГОСТ 10629-88, может использоваться на магистральных путях, на путях общего пользования, на станционных путях, на подъездных путях, на тупиковых путях и вспомогательных путях следования.   Марка: Тип Ш-1 ГОСТ 10629-88  Соответствие: Новые с хранения  Категория: 44х3  Сорт: 1 сорт  

Размер: Согласно ГОСТу

Изготовление железобетонных шпал предварительно напряженными — процесс трудоемкий и требует особого внимания со стороны компаний-поставщиков — это влияет и обуславливается ужесточением со стороны покупателей шпал и требований эксплуатации, равно как и экономической эффективности, по этому постоянно модернизируется изготовление железобетонных шпал и вводят современные технологии.

Не исключено, скоро будут внедрять и нанотехнологии.   Армирование шпал производится проволокой Вр II, сечением 3 мм.  Техническая характеристика железобетонных шпал Ш1  Масса изделия – 270 кг.  Объем бетона – 0,108 м. куб.  Класс бетона – В40  Марка бетона по морозостойкости – F200  Длина – 2700 мм, ширина – 300 мм, высота – 230 мм.

 Шпалы в зависимости от типа рельсового скрепления подразделяют на:  Ш1 – для раздельного клеммно-болтового рельсового скрепления (типа КБ) с болтовым креплением подкладки к шпале;  Ш2 – для нераздельного клеммно-болтового рельсового скрепления (типа БПУ) с болтовым прикреплением подкладки или рельса к шпале.

 

Ш3 – так же применяются для нераздельного клеммно-болтового скрепления (типа ЖБР65) с болтовым прикреплением рельса к шпале.

Источник: https://www.myunivercity.ru/%D0%A1%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE/%D0%A2%D0%B8%D0%BF%D1%8B_%D1%88%D0%BF%D0%B0%D0%BB_%D0%94%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE%D0%B8%D0%BD%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0_%D0%B8_%D0%BD%D0%B5%D0%B4%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D0%BA%D0%B8/56854_1319976_%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%86%D0%B01.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.