Акашов А. Н. - аспирант МИИТа, Акашова Ж. А. - соискатель

 

УМЕНЬШЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ДЕФОРМАЦИИ ПОДШПАЛЬНОГО ОСНОВАНИЯ ЗА СЧЕТ СНИЖЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ

 

В соответствие с планом выполнения НИОКР Департамента пути и сооружений ОАО «РЖД» в МИИТе при участии автора выполняются исследования деформативности подшпального основания на участках обращения поездов повышенного веса и длины.

Для анализа были приняты участки большого Московского окружного кольца Московской железной дороги, характеризующиеся высокой грузонапряженностью и обращением тяжеловесных поездов по грузовым направлениям и меньшей грузонапряженностью в порожних направлениях. Общая протяженность принятых к анализу участков составила 840 км пути.

Для решения поставленных задач, была разработана «Методика количественной оценки состояния геометрий рельсовой колеи (ГРК) с учетом интенсивности накопления деформаций подшпального основания». Разработанная методика позволило отдельно количественно оценивать участки, приходящие на уравнительные пролеты, входные горловины станции, переезды, подходы к мостам и бесстыковой путь (рис. 1). Участки с нестабильным состоянием земляного полотна (ЗП) выявлялись с помощью программного комплекса StabWay по методике проф. Е.С. Ашпиза [1].

Для получения достоверных результатов обрабатывались результаты ежемесячных проходов путеизмерительного вагона КВЛ-П БАС за 2006-08 гг.

       По результатам проведенного исследования основное количество нестабильных участков по ГРК приходится на подходы к станциям, мостам, переездам и на зоны уравнительных пролетов это 19% от общей протяженности пути. 70% нестабильных участков пути приходится на зоны механических стыков (это 13-14% из 19% общего количества  нестабильных участков по ГРК).

Стыки рельсов можно разделить на две группы. Первая группа – это стыки уравнительных пролетов, изолирующие стыки, стыки стрелочных переводов входных горловин. Положение этих стыков известно заранее и не меняется на протяжении длительного периода. Вторая группа – это стыки, образующиеся при вырезке остродефектных рельсов. В.С. Лысюк отмечает, что «неровности пути, связанные со стыками, особенно болтовыми, неизбежны. Уменьшить разницу в нагрузках от рельса на опору в стыках и в средних частях звеньев можно только устройством неравножесткого пути – с меньшей жесткостью в местах неровностей на рельсах и плавным переходом к большей жесткости при ровных рельсах» [2].

В стыковой зоне необходимо уменьшить воздействие дополнительной динамической силы, возникающей при прохождении колесом стыковой неровности. Это возможно сделать за счет уменьшения жесткости пути в зоне стыка. Как показано в работах [3, 4] дополнительные напряжения от прохождения колесом стыкового зазора затухают уже на третьей шпале. Таким образом, изменить жесткость пути достаточно на 6 шпалах прилегающих к стыку (по три в каждую сторону от стыка).

 

Рис. 1 – Структура разделения на короткие участки для определения интенсивности накопления деформаций подшпального основания

 

       Однако, создание неравножесткости пути не может быть рекомендовано в качестве основного решения по снижению деформативности подшпального основания. Стыки рельсов на перегоне должны быть ликвидированы сваркой плетей длиной до перегона с применением клееболтовых стыков на границах блок-участков.

Локальное снижение жесткости подшпального основания за счет укладки подшпальных прокладок можно рекомендовать, например, на входных стрелочных переводах.

Снижение жесткости пути на железобетонных шпалах возможно за счет изменения жесткости прокладок промежуточного скрепления или за счет введения в конструкцию дополнительных прокладок, например подшпальных. Определим их упругие характеристики.

Как известно, модуль упругости пути и жесткость связаны следующим соотношением [5, 6]:

 

,                                                                                           (1)

где    U – модуль упругости пути, МПа; Ж – жесткость пути, МН/м; l – расстояние между осями соседних шпал, м.

В свою очередь жесткость пути и жесткость его отдельных элементов связаны следующим соотношением:

 

,                                                                                     (2)


где    Жi – жесткость отдельных элементов конструкции пути.

Исходя из рекомендаций В.Б. Каменского [6] с точки зрения оптимальной работы прокладок в скреплении КБ-65 модуль упругости пути должен составлять 53 МПа при эпюре шпал 2000 шт/км. Учитывая, что измеренные напряжения на основной площадке в стыках больше чем на ровном рельсе в 2 раза, а основание можно отнести к среднедеформативному (суглинок тяжелый полутвердый), примем расчетный модуль упругости пути 50 МПа, при этом жесткость пути составит 26,6 МН/м, а жесткость скрепления 36,2 МН/м.

Напряжения на основной площадке земляного полотна пропорциональны корню четвертой степени модуля упругости пути, тогда для снижения напряжений на основной площадке в 2 раза модуль упругости пути должен быть снижен в 1,19 раза. Исходя из (1) и (2) получим:

 

 

   и             

                                                                                                        (3)

 

 

 

Примем А=0,3092 м2 в соответствии с [7] и зададимся различными толщинами прокладки. Результаты вычисления модуля упругости материала прокладок в зависимости от толщины приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 Модуль упругости материала подшпальных прокладок в зависимости от толщины

Толщина подшпальной прокладки,

мм

 

10

 

12

 

25

 

37

 

Модуль упругости материала прокладки, МПа

 

4,5

 

 

5,5

 

11,4

 

16,8

Исходя из данных таблицы 1, в качестве материала для подшпальных прокладок можно рекомендовать материал Sylomer® T12 толщиной 12,5 мм с защитным слоем геотекстиля.

Список литературы:

 

1.                 Технологический регламент диагностики и режимных наблюдений объектов земляного полотна для постоянной эксплуатации. Департамент пути и сооружений ОАО «РЖД». 2006 год.

2.                 Лысюк В.С. Прочность пути и его вертикальная жесткость. Путь и путевое хозяйство. 2004, №5. с. 12-16.

3.                 Коншин Г.Г. Динамические напряжения в земляном полотне от воздействия подвижного состава. – М.: МИИТ, 2004. – 154 с.

4.                 Коншин Г.Г. Нагрузки на земляное полотно. – М.: МИИТ, 2007. – 215 с.

5.                 Работа пути с железобетонными шпалами под нагрузкой. Под общей ред. проф. Шахунянца Г.М. / Труды МИИТа: выпуск 178. – М.: «Транспорт», 1965. – 252 с.

6.                 Каменский В.Б. Оптимизация жесткости пути на железобетонных шпалах. Путь и путевое хозяйство. 2007, №3. – с.10-14.

7.                 Методика оценки воздействия подвижного состава на путь по условиям обеспечения его надежности. ЦПТ-52/14. утв. 16.06.00. – М.: ПТКБ ЦП МПС. – 2000. – 40 с.