Верхнее строение железнодорожных путей

На земляном полотне железной дороги располагается верхнее строение пути. От его прочности и устойчивости зависит безопасное передвижение подвижного состава.

Верхнее строение пути предназначено для восприятия нагрузок от колес подвижного состава и передачи их на нижнее строение пути (земляное полотно или пролетное строение мостовой конструкции), а также для направления движения колес по рельсовой колее. Верхнее строение пути включает рельсы, рельсовые скрепления, шпалы и другие подрельсовые основания, балластную призму (см. рис.3.20).

К верхнему строению пути относятся также элементы соединений и пересечений путей (стрелочные переводы) и мостовое полотно.

Прочность верхнего строения пути определяется типом рельсов, родом и типом шпал и их количеством на 1 км.

Верхнее строение пути должно соответствовать нагрузкам на ось от подвижного состава, установленным скоростям, частоте движения поездов, грузонапряженности участка. Отдельные элементы строения пути должны соответствовать друг другу. На основании этого в зависимости от эксплутационных условий установлены типы верхнего строения пути магистрального и производственного железнодорожного транспорта.

Рельсы - это стальные балки специального сечения (рис. 3.19). Верхняя полка сечения носит название головки рельса, нижняя - подошвы, вертикальная стенка - шейки рельса.

В нашей стране изготавливаются рельсы типов Р75, Р65 Р50 Р43 Р24 Р18 и некоторых других. Цифра, стоящая рядом с буквой Р, соответствует весу одного погонного метра рельса в килограммах.

Стандартная длина рельсов типов выше Р43 - 25 метров, ниже - 8 метров. Для укладки в кривых рельсы выпускаются укороченными.

Для того чтобы создать непрерывность рельсовых нитей железнодорожного пути рельсы соединяют между собой. Соединения устраиваются либо устройством стыков между двумя соседними рельсами, либо их сваркой. Одна из наиболее удачных конструкций стыка - стык с двухголовой накладкой, применяемой на железных дорогах общего пользования и промышленного транспорта, приведена на рис. 3.20.

Стык - слабое место железнодорожного пути. При перекатывании колеса от рельса к рельсу обязательно возникают удары, которые ускоряют износ железнодорожного пути и ходовых частей подвижного состава, увеличивают затраты на их содержание и ремонт. Именно поэтому уже давно старались увеличить стандартную длину рельса. Кардинальным решением этой проблемы является переход на бесстыковый путь. В настоящее время существующие конструкции стыковых соединений на наших дорогах обеспечивают максимальные длины бесстыковых плетей равными 700 - 800 м.

Рельсы располагаются на подрельсовых основаниях. В качестве основного элемента подрельсового основания является шпала.

Шпала служит для прикрепления рельсов, передачи давления от них на балластный слой, сохранения установленной ширины колеи (см. ниже) и обеспечения совместно с балластом устойчивости рельсового пути. Шпалы преимущественно изготовляются из дерева и железобетона. Путь из железобетонных шпал обладает большей устойчивостью и большим сроком службы, чем у деревянных.

Рельсы в прямых участках пути укладывают на подрельсовом основании параллельно друг другу на определенном расстоянии друг от друга. Шириной рельсовой колеи является расстояние между внутренними рабочими гранями головок рельсов железнодорожного пути. По этому параметру различают железные дороги широкой (более 1435 мм; в нашей стране, как правило, 1520 мм), нормальной (1435 мм) и узкой (менее 1435 мм; в нашей стране чаще всего 750 мм) колей.

Размер широкой колеи отечественных железных дорог сохранился практически без изменений со времен постройки железной дороги Петербург-Москва (1851г.), когда колея была принята равной 0,714 сажени, что соответствует 1524 мм. В Западной Европе, США, Канаде, Китае, а также новые линии в Японии имеют нормальную ширину колеи 1435 мм. На железных дорогах стран Африки, Южной Америки, Индии и ряда других стран ширина колеи преимущественно 1067 мм. В некоторых странах для грузовых перевозок достаточно широко используются узкоколейные железные дороги с шириной колеи менее 1067 мм. В нашей стране наиболее распространены железные дороги с шириной колеи 750 мм в лесной, торфяной промышленности, а также на территории промышленных предприятий.

Достаточно редко, но встречаются трехниточные железнодорожные пути, у которых на шпалах укладываются три рельса для движения по одной дороге подвижного состава с различным размером колеи.

Для соединения, разветвления и пересечения железнодорожных путей между собой и обеспечения прохода подвижного состава с одного пути на другой устраивают чаще всего стрелочные переводы. На рис. 3.21 изображена схема наиболее распространенного (98%) вида стрелочного перевода -обыкновенный одиночный стрелочный перевод.

Основными элементами стрелочного перевода являются: стрелка, соединительные пути, комплект крестовинной части.

Стрелкой непосредственно переводят подвижной состав с одного пути на другой. Она состоит из двух рамных рельсов 1 (практически это стандартные или укороченные рельсы), двух остряков 2 (отрезки рельсов особого профиля, остроганные на клин для обеспечения плотного прилегания к рамному рельсу).

Комплект крестовинной части состоит из крестовины, включающей сердечник 7 и два усовика 6, (назначение - безопасно пропускать подвижной состав, направляемый стрелкой по боковому или прямому пути), и двух контррельсов 5 (обеспечивают безопасное прохождение колес по крестовине в месте пересечения двух рельсов, где отсутствует направляющая при движении колес).

Между стрелкой и крестовинной частью на переводные брусья 4 укладываются соединительные пути, состоящие из двух прямолинейных и двух криволинейных рельсов обычного профиля. Радиус криволинейного пути зависит от марки крестовины - основной его характеристики наряду с типом рельса, из которого изготовлен стрелочный перевод. Марка крестовины - это тангенс угла крестовины (сердечника). Применяемые марки крестовин от 1/2 - на подъездных путях промышленного транспорта, до 1/22 - на путях ОАО «Российские железные дороги».

Стрелочные переводы являются одними из самых ответственных элементов верхнего строения железнодорожного пути и поэтому должны тщательно содержаться с точным соблюдением допусков износа их частей.

Строительство железных и автомобильных дорог связано с необходимостью преодоления препятствий в виде рек, ручьев, каналов, дорог и пр. В местах пересечения их с дорогой устраиваются искусственные сооружения: мосты, водопропускные трубы, путепроводы (сооружаются при пересечении дорог в разных уровнях) и пр. Расходы на возведение мостов и других искусственных сооружений в равнинной местности составляют не менее 10-15% стоимости постройки дороги.

Наиболее часто встречаются малые искусственные сооружения - трубы и мосты длиной менее 30 м с пролетами до 15-18 метров.

Простейшее дорожное искусственное сооружение - водопропускная труба. Существенная особенность трубы - непрерывность земляного полотна над ней. Конструкции труб на железных и автомобильных дорогах принципиально ничем не отличаются.

В настоящее время чаще всего применяются железобетонные круглые трубы отверстием от 0,5 до 2 м, реже - металлические, каменные, деревянные. Основные элементы водопропускных труб (рис. 3.22) - секции 1, входной 2 и выходной 3 оголовки и фундамент 4. Давление от грунта насыпи и временной нагрузки подвижного состава неодинаково по длине трубы - оно увеличивается к середине.

Поэтому осадки трубы вдоль ее оси не равномерны. Чтобы предупредить образование трещин, секции труб вместе с фундаментом разделяют деформационными швами 5. Для предупреждения размывов грунт у входного и выходного оголовков укрепляют железобетонными плитами, камнем и пр. 6. Наружные поверхности труб покрывают обмазочной или оклеечной гидроизоляцией, Минимальная толщина засыпки над трубой 1 м для железных дорог и 0,5 м для автомобильных.

Основной параметр для назначения диаметра (отверстия) трубы - расход воды, м³/с, рассчитываемый с определенной вероятностью его превышения. Расход определяется специальными гидрологическими расчетами

Рис. 3.22. Конструктивные элементы водопропускных труб:

Если для пропуска воды не хватает одной трубы (или нет в наличии труб большого диаметра), то рядом с ней можно уложить еще одну или две трубы. Двойные трубы называют двухочковыми, тройные - трехочковыми.

Применение труб предпочтительно по сравнению с мостами особенно на участках дорог с вогнутым продольным профилем дороги. При наличии на водостоках ледохода применение труб не допускается.

При малой высоте насыпи, не позволяющей расположить трубу в ее теле, а также при значительных расходах воды возникает необходимость постройки малых мостов вместо труб.

По материалу, из которого изготавливаются основные несущие элементы, мосты подразделяются на деревянные, железобетонные, каменные, металлические, пластиковые.

Мост (рис. 3.23) состоит из опор 2, 7 и пролетных строений 5. Назначение опор - поддерживать пролетные строения на необходимом возвышении над водой и землей.

Пролетные строения перекрывают пространство (пролеты) между опорами и в свою очередь поддерживают полотно дороги. Пролетные строения передают усилия на опоры через опорные части 6. К обоим концам моста примыкает земляное полотно подходов 1. На больших реках устраивают водонаправляющие (регуляционные) сооружения и укрепления для защиты моста и подходов от размыва и повреждения ледоходом.

Мост, подходы, регуляционные сооружения и укрепления вместе с подмостовым руслом реки составляют мостовой переход. Концевые опоры моста - устои 2 -в отличие от промежуточных опор поддерживают не только пролетное строение, но и примыкающую к мосту насыпь, предохраняют ее от обрушения.

Уровень воды в реках сильно меняется. Самое низкое положение, наблюдаемое в месте перехода, называется горизонтом (уровнем меженных вод - ГМВ (УМВ)). Наивысший горизонт, возможный на реке в месте мостового перехода, называется горизонтом (уровнем высоких вод - ГВВ (УВВ)).

Высота моста Нм - расстояние от поверхности проезжей части для автодорожных мостов (или от подошвы рельсов на железнодорожных) до горизонта меженных вод.

Строительная высота моста h - расстояние от подошвы рельсов (поверхности проезжей части) на мосту до самых нижних элементов конструкции пролетного строения.

Отверстие моста - свободная ширина зеркала воды под мостом, измеренная на горизонте высоких вод.

Длина моста - расстояние между задними гранями устоев.

Рис. 3.24. Конструкции пролетных строений мостов:

Высота балочного моста на несудоходных реках определяется из выражения:

, (3.8)

где

- превышение ГВВ над горизонтом меженных вод (ГМВ),

- минимальное возвышение низа пролетного строения над ГВВ, равно 0,5м, 0,75м соответственно для всех (кроме деревянных) автодорожных и железнодорожных мостов,

=0,25 м - для деревянных мостов; на судоходных реках вместо

следует учитывать высоту подмостового габарита;

-строительная высота для малых пролетов (до 25 м) принимается равной 1 - 1,5м.

Ширина моста и соответствующие ей другие элементы поперечного сечения проезжей части моста нормируются габаритами, т.е. контуром, необходимым для беспрепятственного пропуска по мосту транспорта и пешеходов. Внутрь этого контура не должна вдаваться ниодна часть конструкции моста.Габариты автодорожных мостов назначаются в зависимости от категории дороги и обозначаются буквой Г (габарит) и числом, соответствующим ширине проезжей части на мосту в метрах. При наличии тротуаров приводится их количество и ширина в метрах, например, Г-8+(2*1,5). Высота габаритов на автодорожных мостах установлена равной 5,0 м. Детальные параметры габаритов приведены в справочной и нормативной литературе.

Кроме мостов на дорогах устраиваются мостовые сооружения: путепроводы и эстакады.

Путепровод - это инженерное сооружение, возводимое при пересечении дорог между собой в различных уровнях. При пропуске дороги под путепроводом необходимо учитывать габариты приближения конструкций соответственно для автомобильных или железных дорог.

Эстакада - мостовая конструкция, служащая для пропуска дороги на некоторой высоте над поверхностью земли с целью использования лежащего под ней пространства для других целей, а также для повышения безопасности движения и в экологических целях.

Примеры типичных конструкций пролетных строений мостов приведены на рис. 3.24.

Элементы опор и пролетных строений (рис. 3.24) рассчитывают на основные, дополнительные и опорные сочетания различных нагрузок: вертикальные нагрузки - собственный вес сооружения, подвижная вертикальная нагрузка (поезда, автомобиля, пешехода); горизонтальные - от подвижного состава (центробежная сила, поперечные удары, сила торможения), ветровая, ледовая нагрузки и другие. Нормативное значение нагрузок принимается согласно действующим нормам.

Главной временной нагрузкой, для пропуска которой, собственно, и возводится инженерное сооружение, является временная вертикальная нагрузка от подвижного состава.

Нормативная временная вертикальная нагрузка от подвижного состава на автомобильных дорогах общего пользования принимается в виде (рис.3.25) полос, АК (автомобильная колесная), включающей одну двухосную тележку с осевой нагрузкой Р, равной 9,81 К, кн и равномерно распределенную нагрузку интенсивностью - v, равную 0,98 К, кн/м, где К - класс нагрузки, принимается К=11 (т.е. получается нагрузка А11) для мостов на дорогах I, II, III категорий и для больших мостов на дорогах IV и V категорий; в остальных случаях, как правило, К=8, т.е. инженерные мостовые сооружения рассчитываются на нагрузку А8.

Кроме того мосты, проектируемые под нагрузку А11, проверяются на пропуск одиночной колесной нагрузки весом 80 т, т.e. нагрузку НК- 80, а под нагрузку А-8 на пропуск одиночной гусеничной нагрузки весом 60 т, т.е. нагрузки НГ 60. Рис.3.25. Схема нагрузки АК от подвижного состава,

Конструкции пролетных строений (а часто и опор) для малых мостов на прочность не рассчитывают, а принимают обычно типовыми. Необходимо при этом лишь правильно назначить длину моста (количество пролетов) и высоту опор. Тип и конструкцию фундаментов назначают и рассчитывают согласно нормам в зависимости от величины действующих нагрузок и характера залегания грунтов в месте перехода.

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: