599

При этом сечение плети в конце участка l будет неподвижным, то есть для усилия нагружения величиной NГНУ1 достаточно анкерного участка длиной l.

Рис. 5.17. Создание расчетного напряженного состояния рельсовой плети при ее растяжении гидравлическим натяжным устройством

При возрастании усилия нагружения длины участков, на которых будет реализовано погонное

контуром 2-2 на рис. 5.17, а. Сечение плети в конце участка lанк (для рельсовой плети — это стык с установленными накладками) будет неподвижным.

При дальнейшем возрастании усилия нагружения перемещения сечения плети в конце участка lанк (рельсовый стык) не будет происходить, так как этому перемещению будет препятствовать стыковое сопротивление R и соответственно в рельсовом стыке возникнет продольная сила. При некотором значении усилия нагружения NГНУ3 возникающая в стыке продольная сила будет равна величине стыкового сопротивления R. Очевидно, при длине анкерного участка lанк величина усилия нагружения NГНУ3 является предельной, так как при дальнейшем его возрастании будут происходить перемещения конца плети, и зазор в стыке будет увеличиваться. Также очевидно, что при данном значении усилия нагружения длина анкерного участка в зоне уравнительного пролета

должна быть не менее l′ .

анк

При необходимости нагружения плети продольной силой более чем NГНУ3 , необходимо

увеличить длины анкерных участков l′ и l . При заданном усилии нагружения плети длины

анк анк

анкерных участков определятся из выражений:

Np = rlанк′ ; Np = rlанк + R .

В этом случае эпюра продольных сил после нагружения плети усилием NГНУ = Np будет иметь вид, представленный на рис. 5.17, б.

Эпюры продольных сил на рис. 5.17 будут иметь представленный вид при отсутствии погонного сопротивления перемещению свободно лежащей рельсовой плети (либо такой его

величине, которой можно пренебречь) и при длине анкерного участка l′ больше длины

анк

уравнительного пролета. Для уменьшения трения между подошвой рельса и прокладками- амортиза-торами растягиваемую плеть вывешивают на роликовые опоры диаметром 20–22 мм или

антифрикционные пластины на каждой 15-й шпале. В местах установки роликов подрельсовые прокладки временно снимаются. Контроль создаваемого напряженного состояния в плети осуществляется по нанесенным через каждые 50 м (рис. 5.18, а) на подошву рельса в створе с краем подкладок расчетным рискам, а также контрольным рискам, нанесенным на реборды подкладок (см. рис. 5.18, б).

Удлинение плети производится до совпадения всех промежуточных расчетных рисок с контрольными. Если на отдельных участках расчетные риски на плети не совпадают с контрольными на подкладках, то производят ударное воздействие на плеть.

Рис. 5.18. Ввод рельсовых плетей в расчетный режим с применением гидравлического натяжного устройства:

lанк — анкерные участки; ГНУ — гидравлическое натяжное устройство; 1, 2, 3… n — контрольные сечения;

ai — величина расчетного перемещения сечения

После полного удлинения плети производят закрепление на каждой шпале участка плети длиной lанк (рис. 5.17, в), прилегающего к ГНУ и на каждой пятой шпале остальной части плети. Для обеспечения неподвижности стыков уравнительных рельсов с обеих сторон от удлиняемой плети, должно обеспечиваться нормативное стыковое сопротивление продольному перемещению рельсов (для рельсов типа Р65 — 420 кН). Для обеспечения нормативного стыкового сопротивления гайки болтов затягиваются крутящим моментом, равным 600 Н м. На анкерных участках гайки клеммных болтов должны быть затянуты с крутящим моментом 150–200 Н м.

Далее собирают стык, снимают ГНУ и открывают движение поездов со скоростью 25 км/ч и закрепляют плеть на оставшихся шпалах. После закрепления плети и приведения в порядок балластной призмы предупреждение о снижении скорости движения поездов отменяют.

Создаваемые продольные силы будут неравномерны по длине плетей. Для оценки возникающей неравномерности продольных сил рассмотрим процесс нагружения рельсовой плети с учетом погонного сопротивления.

После закрепления анкерного участка lанк, нагружения рельсовой плети продольным усилием NГНУ, при учете погонного сопротивления свободно лежащей рельсовой плети r0 эпюра продольных сил в плети имеет вид, приведенный на рис. 5.20. В месте установки ГНУ (сечение х = 0) продольная сила в плети равна усилию нагружения. На протяжении плети перемещению сечений будет препятствовать погонное сопротивление r0, в результате чего создаваемая продольная сила будет уменьшаться на величину r0х, где х — расстояние от сечения до начала плети (рис. 5.20).

Рис. 5.20. Создаваемое напряженное состояние рельсовой плети при учете погонного сопротивления

Величина создаваемых продольных сил в сечении х определяется выражением:

Из формулы (5.13) следует, что максимальное отклонение создаваемых в плети продольных сил

погонного сопротивления перемещению раскрепленной плети (r0 = 0,5 кН/м) и плети, вывешенной на ролики или антифрикционные прокладки (r0 = 0,15 кН/м). Длина анкерного участка принята равной 50 м.

Таблица 5.2

Создаваемое при растяжении плети напряженное состояние определяется перемещениями сечений плети на участке (L − lанк ) относительно сечения x = L − lанк . Целесообразно оценить

отклонение перемещений при учете погонного сопротивления. В соответствии с законом Гука данное отклонение определяется выражением:

где W — выделенная на рис. 5.20 темным фоном площадь. В соответствии с рис. 5.20:

Учитывая, что Nmax = r0 (L − lанк ) после преобразований получим:

При х = 0 получим отклонение перемещения конца плети от расчетного:

В табл. 5.3 приведены отклонения перемещений сечений плети от расчетных значений при учете погонного сопротивления.

Таблица 5.3

Из данных табл. 5.2 следует необходимость вывешивания рельсовых плетей на ролики или антифрикционные прокладки, так как в полуплети, прилегающей к анкерному участку, температурный эквивалент созданных продольных сил меньше расчетного на 9–18 °С. При этом существенно меньше расчетных перемещения сечений плети относительно сечения в начале анкерного участка (см. табл. 5.3).

Очевидно, контроль создаваемого напряженного состояния целесообразно осуществлять по величине перемещений, а не по усилию нагружения. При этом перемещение нагружаемого конца плети меньше расчетного на 24 мм. Наибольшее отклонение создаваемого напряженного состояния от расчетного в конце растягиваемого участка плети. При вывеске плети на ролики это отклонение составляет 112,5 кН (температурный эквивалент — 5,5 °С). Данное отклонение практически соответствует предельно допустимому (±5 °С).

Однако, учитывая то, что погонное сопротивление плети, вывешенной на ролики или антифрикционные прокладки, может превышать значение r0 = 0,15 кН/м, а также то, что при сварке введенных в расчетный режим плетей может иметь место неблагоприятное суммирование рассматриваемых отклонений, целесообразно рассмотреть возможность уменьшения отклонения создаваемого напряженного состояния от расчетного. При этом целесообразно исходить из необходимости создания в плети напряженного состояния, в среднем равным расчетному, или иначе получения расчетного удлинения нагружаемого конца плети.

Очевидно, для создания расчетных перемещений с учетом погонного сопротивления

В частности, перемещение нагружаемого конца плети составит:

нагружаемого конца плети с учетом погонного сопротивления, представляется возможным получить из решения равенства ux=0 = uр(x=0) относительно NГНУ , которое имеет вид:

При значении усилия нагружения рельсовой плети, определяемого выражением (5.22), величина продольной силы в сечении х, в соответствии с формулой (5.13), будет равна:

котором созданная продольная сила равна расчетной (рис. 5.21). Это сечение находится посередине раскрепленной части плети L − lанк .

Рис. 5.21. Продольные силы в рельсовой плети при обеспечении расчетного перемещения нагружаемого конца плети

Из эпюры продольных сил на рис. 5.21 следует, что при x > L − lанк создаваемые продольные 2

силы будут меньше расчетных, а при x < L − lанк больше расчетных на величину, определяемую 2

выражением (5.24). Максимальная величина отклонения продольных сил от расчетных составляет:

создаваемые продольные силы будут превышать расчетные, а от середины и до конца раскрепленной части плети создаваемые продольные силы будут меньше расчетных.

После сболчивания стыка и снятия гидравлического натяжного устройства, закрепления гаек клеммных болтов на прилегающем к стыку участке на концевом участке плети протяженностью

l′ происходит частичная разрядка созданных продольных сил (рис. 5.22). Разрядка созданных

анк

продольных сил происходит при N ГНУ > R .

Рис. 5.22. Напряженное состояние плети после сболчивания стыка и снятия натяжного устройства

можно пренебречь. Тогда можно считать, что отклонения перемещений сечений плети и создаваемых продольных сил от расчетных не зависят от величины растягивающей силы, а определяются длиной плети и погонным сопротивлением свободно лежащей плети. Нагружение рельсовой плети расчетной нагрузкой

Nр(ГНУ) = Np + r0 (L − lанк )

2 приводит к созданию в рельсовой плети продольных сил, в среднем равных расчетным.

Важным является оценка предельно допускаемого отклонения созданных продольных сил от

Для рельсов типа Р65 αEF ≈ 20,5 кН / °С и допускаемой разности температур tmax =10 °С выражение (5.26) принимает следующий вид:

r0 (L − lанк ) ≤ 205 кН .

Соответственно, при определенном значении r0 и фиксированном значении длины анкерного участка lанк предельно допустимая длина рельсовой плети при одностороннем ее нагружении

Погонное сопротивление перемещению свободно лежащей плети на резинокордовых прокладках достигает 0,5 кН/м. При длине анкерного участка 50 м предельно допустимая длина плети составит 460 м, т.е. менее длины «стандартной» плети (800 м).

Отсюда следует необходимость вывешивания рельсовых плетей на роликовые опоры или антифрикционные прокладки. В этом случае погонное сопротивление продольному перемещению свободно лежащей плети r0 составляет 0,15–0,12кН/м. Соответственно предельно допустимая длина плети составит 1420–1760 м.

При длинах плетей больше предельно допустимых эффективным средством уменьшения неравномерности по длине плети создаваемых продольных сил является растяжение плети установкой гидравлических натяжных устройств на оба конца плети (рис. 5.23).

В этом случае величина отклонения создаваемых продольных сил от расчетных уменьшается вдвое и составляет:

Для создания в рельсовой плети продольных сил, в среднем равных расчетным, рельсовую плеть необходимо нагружать продольными усилиями, равными:

Рис. 5.23. Напряженное состояние рельсовой плети при двустороннем ее нагружении

Соответственно, предельно допустимая длина плети увеличивается вдвое.

В табл. 5.4 приведены отклонения N созданных продольных сил от расчетных в растягиваемой плети длиной 800 м и соответствующий им температурный эквивалент t для погонного сопротивления перемещению раскрепленной плети (r0 = 0,5 кН/м) и плети, вывешенной на ролики или антифрикционные прокладки (r0 = 0,15 кН/м). Длина анкерного участка принята

Из данных табл. 5.4 следует, что без вывески рельсовых плетей на роликовые опоры или антифрикционные прокладки температуры закрепления плети от начала плети до сечения х = = 375 м превышают расчетную ( tmax= 9,1 °С), а от сечения х = = 375 м до конца раскрепленной части плети (х = 750 м) меньше расчетной ( tmax= (–) 9,1 °С). При рассмотрении отклонений фактических температур закрепления от расчетных в целом на плети данные отклонения необходимо суммировать. Тогда, как видно из табл. 5.4, на участках от х = 0 до х = 200 м и от х = 600 до х = 750 м данные суммы (разность температур закрепления) превышает 10 °С. В табл. 5.4 эти участки выделены серым фоном. При этом величину продольной силы для растяжения плети необходимо увеличить на 187 кН, что в ряде случаев не представляется возможным из-за ограничений характеристик гидравлического натяжного устройства. При вывешивании рельсовых плетей на роликовые опоры или антифрикционные прокладки отклонения фактических температур закрепления от расчетных существенно меньше предельно допустимых и равных 10 °С.

Учитывая, что независимо от величины погонного сопротивления в растягиваемой части плети создаются в среднем расчетные напряжения, представляется возможным возникающую неравномерность продольных сил в случае неприменения при растяжении роликов или антифрикционных прокладок в последующем существенно уменьшить. Для этого необходимо в процессе эксплуатации среднюю часть плети (оставляя закрепленными на концах плети анкерные участки) вывесить на ролики или антифрикционные прокладки. Применение данной технологии нецелесообразно, так как это приводит к значительным трудовым затратам и необходимости предоставления дополнительных «окон».

Как указывалось выше, в соответствии с ТУ–2001 контроль создаваемого напряженного состояния в плети осуществляется по перемещениям сечений через каждые 50 м. При этом

погонное сопротивление перемещению растягиваемой рельсовой плети не учитывается. Для оценки создаваемого напряженного состояния растягиваемой рельсовой плети с учетом погонного сопротивления необходимо определить возникающие изменения перемещений.

Перемещения сечений плети при нагружении рельсовой плети продольной силой NГНУ = Np без

учета погонного сопротивления на раскрепленной части плети представляется возможным определить по формуле:

= Np (L − lанк − x)

u . (5.30)

Формула (5.30) получается применением закона Гука для растягиваемого участка плети:

ux = Nxlx ,

EF

где Nx — продольная сила в сечение х; lx — длина участка от сечение х до сечения L − lанк .

В соответствии с (5.30) перемещения сечений плети по ее длине имеют линейный характер (на рис. 5.24 — пунктирная линия). При реализации этих перемещений на всем протяжении растягиваемой части плети (L − lанк ) были бы созданы расчетные продольные силы Np.

Рис. 5.24. Перемещения сечений плети при общем ее удлинении на расчетную величину

—расчетные перемещения сечений плети без учета погонного сопротивления;

—фактические перемещения сечений плети с учетом погонного сопротивления и при общем удлинении плети на расчетную величину

При х = 0 из формулы (5.30) получим выражение для определения общего удлинения плети:

x=0

EF

Выше было показано, для получения общего удлинения плети, определяемого по формуле (5.31), но с учетом погонного сопротивления r0 на раскрепленной части плети, рельсовую плеть необходимо нагрузить силой, определяемой по формуле (5.22):

NГНУ = Np + r0 (L − lанк ) .

2

Возникающие перемещения сечений плети при ее нагружении данной силой изменяются по длине плети нелинейно (сплошная линия на рис. 5.24). Общее растяжении плети (перемещение конца плети) будет равно перемещению плети без учета погонного сопротивления при ее нагружении усилием NГНУ = Np . При реализации этих перемещений на протяжении растягиваемой

части плети создаваемые продольные силы будут отличаться от расчетных на величину, определяемую формулой (5.24)