599

Из выражений (6.5) – (6.7) получим необходимую величину усилия нагружения плети для создания дополнительных продольных сил:

λ × EF

NГНУ = Nt + экв − . (6.8)

l0 lд

При фиксированном значении l0:

Соответственно, необходимая длина анкерного участка (lа на рис. 12.5, г) определяется выражением

a r

При установке расчетного зазора в стыке А (где устанавливается ГНУ) необходимо учесть деформационный эквивалент продольных сил площадью W1 (рис. 6.5, в), которые после растяжения плети, закрепления раскрепленного участка l0 и снятия ГНУ реализуются в укорочения растянутого участка плети, а также деформации анкерного участка lа при работе ГНУ (площадь W2).

Из рис. 6.5, в также следует, что деформации анкерного участка lа (перемещения конца временного рельса) λа численно равны обратному перемещению конца растягиваемой

плети: λпл = λа .

Таким образом, величина зазора в стыке А должна соответствовать условию:

где lу — величина необходимого перемещения конца плети в стыке А.

Приведенное в ТУ–2001 выражение для определения величины необходимого удлинения конца плети в стыке А:

учитывающий укорочение конца плети после снятия растягивающего прибора (λа), не учитывает деформационный эквивалент λизг сжимающих продольных сил, возникающих после выпрямления изогнутого участка плети по окончанию сварки стыка В.

Таким образом, в выражение (6.13) необходимо добавить λизг:

Составляющие формулы (6.14) определяются в соответствии с ТУ–2001 и формулой (6.3) следующим образом:

В соответствии с ТУ–2001 контроль создаваемого напряженного состояния в зоне сварки и на прилегающих участках осуществляется посредством измерения расстояния между контрольными и расчетными рисками, которые наносятся перед раскреплением участка l0 через каждые 30 м. Контрольные риски наносятся на подошву рельса и подкладки, расчетные — на подошве рельса. На протяжении 150 м размещается пять контрольных сечений (рис. 6.6).

Рис. 6.6. Контроль создаваемого напряженного состояния

Первое сечение (от неподвижного участка) при растяжении плети должно сместиться

При данном расчете сечение «0» в конце раскрепленного участка считается неподвижным. Однако данное сечение перемещается на величину λ0 = Wд / EF (см. рис.

6.6). Однако, учитывая, что величина λ0 входит в значение общего удлинения раскрепленного участка, определяемого по формуле (6.14) подобный подход является достаточно корректным.

Контроль создаваемого напряженного состояния в зоне сварки и на прилегающих участках представляется возможным обеспечить по величине расчетного усилия NГНУ и перемещению сечения С, которое после перераспределения продольных сил должно вернуться в первоначальное положение (рис. 6.5, д).

ПТКБ ЦП разработан технологический процесс восстановления целостности рельсовых плетей с применением натяжных устройств. Последовательность операций в этом процессе та же, что и в ТУ–2001. Отличие заключается в том, что участок l0 раскрепляется не со стороны стоянки передвижной рельсосварочной машины, а с противоположной, что обеспечивает увеличенное сопротивление перемещениям рельсошпальной решетки со стороны ПРСМ и не требует дополнительного перемещения машины.

6.2. Сварка рельсовых плетей бесстыкового пути машиной ПРСМ, оборудованной сварочной головкой К-922

Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути достаточно жестко регламентируют температурные условия производства работ по сварке рельсовых плетей как при их укладке, так и при восстановлении целостности. Сварку закрепленных рельсовых плетей необходимо производить при расчетной температуре закрепления с допуском ±5 °С.

При невыполнении указанных допусков создание в зоне сварки и на прилегающих участках напряжений, близких к расчетным, связано с достаточно трудоемкими работами по перераспределению напряжений. Наиболее трудоемкой и требующей значительного перерыва в движении поездов является сварка рельсовых плетей при температуре рельсов ниже расчетной температуры закрепления.

Создание расчетного напряженно-деформированного состояния в этом случае обеспечивается предварительным расчетным удлинением концов плети в зоне сварки с применением гидравлических натяжных устройств. Необходимость снятия данных

устройств после расчетного удлинения концов свариваемых плетей для их сварки, необходимость повторного их перезакрепления в значительной степени определяет трудоемкость и величину требуемого «окна».

Наличие сварочной головки К-922, обеспечивающей возможность растяжения свариваемых плетей в процессе сварки, существенно уменьшает трудоемкость работ со значительным уменьшением требуемого перерыва в движении поездов (рис. 6.7).

После приварки к рельсовой плети рубки длиной L производится сварка стыка В и восстановление в зоне сварки и на прилегающих участках расчетных продольных сил. Величина необходимого деформационного эквивалента продольных сил площадью W (рис. 6.8), численно равная удлинению lу концов свариваемых плетей в стыке В определяется зависимостью:

— удлинение раскрепленного концевого участка плети.

Рис. 6.8. Напряженное состояние в зоне сварки и на прилегающих участках

Удлинения дышащего конца плети, рельсовой вставки и раскрепленного концевого участка плети определяются по формулам (6.15) – (6.17). Длина «дышащего» конца плети lд определяется по известной зависимости:

Технические параметры сварочной головки К-922, позволяют осуществлять натяжение плети без сварки до определенной величины δн. Учитывая, что оплавление металла и осадка стыка при сварке составляет δ мм, максимальное растяжение свариваемых плетей может достигать

lу ≤ δн + δ.

При этом, если величина необходимого удлинения lу раскрепленного участка меньше величина оплавления металла и осадки стыка δ, то в стыке В необходим забег ввариваемой рельсовой вставки относительно привариваемой плети, численно равный

Сварку стыка В необходимо осуществлять с применением предварительного изгиба раскрепленного участка. При оплавлении металла и осадки стыка до величины l произойдет

выпрямление изогнутой части плети. При дальнейшем оплавлении металла и осадки стыка до величины δ будет происходить натяжение свариваемых концов плетей на величину lу.

Если величина необходимого удлинения lу раскрепленного участка больше величина оплавления металла и осадки стыка δ, то в стыке В необходимо создание зазора между ввариваемой рельсовой вставкой и привариваемой плетью, численно равный

В этом случае сварка производится без предварительного изгиба, а с натяжением свариваемых плетей. Сварочной головкой К-922 производится растяжение свариваемых плетей до смыкания их торцов и последующая сварка с оплавлением металла и осадки стыка на величину δ. При этом величина создаваемого зазора не должна превышать δн.

Таким образом, величина необходимого зазора (или забега) при сварке стыка определяется по формуле:

l = lу – δ,

где lу — величина необходимого удлинения свариваемых плетей; δ — величина оплавления металла и осадки стыка.

Отрицательные значения l будут определять величину необходимого забега, а положительные — величину зазора.

В соответствии с Техническими указаниями по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути необходимость в создании при сварке плетей расчетных растягивающих продольных сил возникает при разнице между температурой закрепления плетей и температурой рельсов ( t) более 5 °С. Оптимальная температура закрепления рельсовых плетей для железных дорог различная, величина оплавления металла и осадки стыка для разных ПРСМ также отличается. Поэтому расчет величины необходимого зазора (или забега) при сварке стыков машинами ПРСМ со сварочной головкой К-922 необходимо производить для конкретных условий и машин.

Рассмотрим определение величины необходимого зазора (или забега) при сварке заключительного стыка В (рис. 6.7) для Западно-Сибирской железной дороги и сварочной головки К-922, имеющей величину оплавления металла и осадки стыка δ = 29 мм.

Оптимальная температура закрепления для Западно-Сибир-ской железной дороге составляет 30±5 °С. Учитывая, что сварка рельсовых плетей при температуре ниже –5 °С запрещается, диапазон изменения t составляет 6–40 °С.

Продольное погонное сопротивление перемещению плети для зимних условий и летних с уплотнением балласта динамическим стабилизатором достигает r = 25 кН/м, стабилизированного балласта пропуском поездов r = 12,5 кН/м; для летних условий и рыхлом балласте r = 7–8 кН/м. Бытовое значение продольного погонного сопротивления, вследствие недостаточной затяжки гаек клеммных болтов, также может составлять 7–8 кН/м. Примем значение r = 8 кН/м.

Соответствующие значения длины «дышащего» конца плети (lд) и изменение его длины ( lд ) при погонном сопротивлении r = = 8 кН/м, в зависимости от разницы между температурой рельсов при производстве работ и температурой закрепления плетей t, приведены в табл. 6.1.

Длина рельсовой вставки, врезаемой в рельсовую плеть при производстве работ и временном восстановлении, может иметь длину от 6,25 до 12,50 м. Для уменьшения трудозатрат целесообразно уменьшить участок раскрепления lсв до минимально необходимой для сварки плетей с предварительным изгибом (45 м). Следовательно, общую длину раскрепления (включая ввариваемую рельсовую вставку) целесообразно ограничить величиной 57,5 м.

Как указывалось выше, максимальное растяжение свариваемых плетей ограничено условием: lу ≤ δн + δ.

Принимая минимальную величину оплавления и осадки металла равной δ = 25 мм, величину натяжения плети без сварки δн = 30 мм, получим максимально допустимую величину растяжения свариваемых концов плети, равную lу ≤ 55 мм. В соответствии с полученным условием в табл. 6.2 необходимо исключить выделенные поля. При этом для удобства использования данной таблицы на практике значения lу для длин участка раскрепления от 6,25 до 12,5 м можно объединить.

Исключение из рассмотрения значений lу, соответствующих t = 40 °С, для температурных условий Западно-Сибирской железной дороги означает, что сварку рельсовых плетей необходимо производить при температуре рельсов tр ≥ 0 °С. С учетом указанного, табл. 6.2 примет следующий вид.

Таблица 6.3

Необходимое удлинение концов плетей lу, мм

В табл. 6.3 добавлены значения lу при t = 31–34 °С.

При l = lу – δ ≥ 0 ( lу ≥ δ) величина l является величиной зазора, который необходимо создать перед сваркой заключительного стыка В. Сварка осуществляется натяжением свариваемых плетей, поэтому длину участка раскрепления можно принять минимальной, вплоть до раскрепления только удаляемой рубки и вырезаемых концов плетей.

При l = lу – δ ≤ 0 ( lу ≤ δ) величина l является величиной забега, который необходимо создать перед сваркой заключительного стыка В. Сварка в этом случае осуществляется с применением предварительного изгиба. Минимальная длина раскрепленного участка составляет 57,5 м (включая ввариваемую рельсовую вставку).

Таким образом, соотношение необходимой величины растяжения раскрепленного участка lу и величины оплавления металла и осадки стыка δ определяют технологию сварки стыка В. Так, при δ = 30 мм, в табл. 6.3 выделена область, для которой сварку стыка В необходимо производить с натяжением раскрепленного участка. При этом можно существенно уменьшить длину участка раскрепления. Так, при t = 30…35 °С сварку стыка можно производить без раскрепления концевого участка плети.

Однако, учитывая отсутствие данных о влиянии длины растягиваемого раскрепленного участка на режимы сварки, а также то, что технологически целесообразно назначать одинаковую длину участка раскрепления, примем при t = 6–33 °С единую длину раскрепления, равную 57,5 м. При t = 34 и 35 °С общую длину участка раскрепления целесообразно уменьшить до 25 м и сварку осуществлять с подтягиванием привариваемой плети.

Окончательно таблица для определения величины необходимого удлинения концов плетей принимает следующий вид.

Таблица 6.4

Величина необходимого удлинения концов плетей lу (мм) в зависимости от длины участка раскрепления и изменения температуры рельса при производстве работ относительно температуры закрепления ( t), °С

Для практических целей величину необходимого удлинения lу целесообразно определять непосредственно в зависимости от температуры закрепления плетей и температуры рельсов при производстве работ, т.е. в виде табл. 6.5.

Таблица 6.5

Значения lу = 0 соответствуют температурным условиям производства работ, при которых

tзакр – tр ≤ 5 °С,

где tр — температура рельса; tзакр — температура закрепления плетей.

После определения для температурных условий производства значение lу, перед сваркой заключительного стыка В по формуле

l = lу – δ,

где lу — величина необходимого удлинения из табл. 6.5; δ — величина оплавления и осадки металла в сварном стыке для конкретной сварочной головке К-922 определяется величина необходимого забега или зазора l в стыке. При этом окончательно определяется технология производства работ по сварке (натяжение или предварительный изгиб).

При δ = 29 мм таблица, определяющая необходимую величина забега или зазора в стыке в зависимости от температурных условий производства работ, принимает следующий вид (см. табл. 6.6).

Для положительных значений l сварка осуществляется с созданием зазора полученной величины, а для отрицательных значений l сварка осуществляется с предварительным изгибом раскрепленного участка, за исключением значений l при tз = 34, 35 °С и tр = 0 °С, а также при tз = 35 °С и tр = 1 °С. Для данных значений l сварка осуществляется с натяжением раскрепленного участка общей длиной 25 м.

При этом область с lу = 0, соответствующая температурным условиям производства работ, при которых

tзакр – tр ≤ 5 °С,

определяет сварку рельсовых плетей с предварительным изгибом раскрепленного участка и созданием l = δ = 29 мм необходимого для выпрямления изогнутой части раскрепленного участка.

После сварки заключительного стыка В для выравнивания продольных сил в зоне производства работ и на прилегающих «дышащих» участках необходимо произвести раскрепление прилегающих к участку lp + lсв «дышащих участков» с последующим вывешиванием всей зоны раскрепления на роликовые опоры или антифрикционные прокладки с использованием ударных приборов или простукиванием деревянными молотками. Значения длин «дышащих участков» приведены в табл. 6.7.

Таблица 6.6

Таблица 6.7

Длина «дышащих» участков Lд в зависимости от разности температуры закрепления и рельса при производстве работ ti

Учитывая, что оптимальная температура закрепления для Западно-Сибирской железной дороге составляет 30±5 °С и принято сварку рельсовых плетей производить при температуре рельсов tр ≥ 0 °С, табл. 6.7 целесообразно представить в следующем виде (см. табл. 6.8).

Таблица 6.8

Длина «дышащих» участков Lд, м

Раздел 7. ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА, РАСЧЕТА И СОДЕРЖАНИЯ БЕССТЫКОВОГО ПУТИ В СЛОЖНЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

7.1. Бесстыковой путь на мостах, в тоннелях и метрополитенах

Бесстыковой путь на мостах

Целесообразность укладки бесстыкового пути на мостах очевидна, так как ликвидации стыков уменьшает динамические воздействие подвижного состава на путь и пролетные строения, что приводит к уменьшению затрат на содержание как пути на мостах, так и собственно мостов.

Однако при укладке сварных рельсовых плетей на мостах необходимо учитывать подвижность подрельсового основания, вызванную продольными деформациями пролетного строения при изменении температуры и воздействием подвижного состава. Так, продольные перемещения пролетного строения при интенсивном торможении достигают 30 % его температурных перемещений. Соответственно на пролетные строения и на опорные части передаются дополнительные продольные усилия.

На железных дорогах России на мостах и подходах к ним железных дорог обычно укладывается тот же тип рельсов, что и на перегонах — преимущественно, термоупрочненные рельсы типа Р65.

Возможность и условия укладки бесстыкового пути на мостах устанавливаются проектом, который разрабатывается на основании ТУ–2001, Указаний по устройству и конструкции мостового полотна на железнодорожных мостах, Инструкции по содержанию искусственных сооружений. В проекте необходимо учитывать конструкцию и длины пролетных строений, конструкцию мостового полотна, поездную нагрузку, максимальные и минимальные температуры рельсов в районе моста и подходов. Наибольшие температуры рельсов для летних условий при расчетах и проектировании бесстыкового пути на мостах принимаются на 10 °С, а на мостах через суходолы и на путепроводах на 15 °С больше, чем воздуха. До укладки бесстыкового пути мост должен быть обследован.

На железобетонных мостах с пролетными строениями до 33 м и ездой на балласте бесстыковой путь укладывается такой же конструкции, как и на земляном полотне. Рекомендуется применять плети такой длины, чтобы они полностью перекрывали весь мост. Концы плетей следует располагать не ближе 50–100 м от шкафных стенок устоев моста.

В качестве балласта на мостах и подходах к ним применяется щебень из твердых пород. Ширина плеча балластной призмы на мостах и подходах к ним устраивается не менее 35 см, независимо от класса линии. Толщина балластного слоя под шпалой устраивается не менее 25 см. На отдельных мостах из-за габаритов толщина балластного

слоя может быть ограничена до 15 и даже 10 см. В этом случае для уменьшения динамического воздействия подвижного состава на путь, обязательна укладка на мосту бесстыкового пути и периодическая шлифовка рельсов.

Безбалластное мостовое полотно может быть также на деревянных и металлических поперечинах или на железобетонных плитах.

Одна из основных особенностей работы пути на мостах заключается в подвижности подрельсового основания. При укладке на мостах бесстыкового пути рельсовые плети, перекрывающие мост, не имеют возможности перемещаться вместе с основанием. Вследствие связи рельсовых плетей с пролетными строениями на рельсовые плети воздействуют дополнительные продольные силы. На рис. 7.1 приведены возникающие продольные силы в рельсовой плети, перекрывающей мост, имеющего неподвижную опорную часть А и подвижную В (рис. 7.1, а). При понижении температуры от t0 до t1 эпюра продольных температурных сил имеет вид, представленный на рис. 7.1, б. При данном понижении температуры пролетного строения будет происходить его укорочение относительно неподвижной опорной части А. Укорочение пролетного строения относительно неподвижной опорной части А приведет к сжатию плети в зоне опорной части А и растяжению в зоне опорной части В. Возникающая эпюра продольных сил в рельсовой плети приведена на рис. 7.1, в. Дополнительные продольные силы в рельсовой плети от продольных подвижек пролетного строения достигают максимального значения в сечениях по концам пролетного строения (А, В на рис. 7.1, в):

N = ±0,5rмlм ,

где rм — погонное сопротивление по длине мостового полотна; lм — длина пролетного строения.

Рис. 7.1. Продольные силы в рельсовой плети, перекрывающей металлический мост:

а — схема моста; б, в — эпюры продольных сил при понижении температуры от t0 до t1 соответственно рельсовой плети и пролетного строения;

г — суммарная эпюра; rм, rп — погонное сопротивление перемещению плети соответственно на мосту и на подходах

При сплошном закреплении плетей скреплениями КД, КБ на мостах с пролетными строениями длиной 45–55 м в рельсовых плетях могут возникнуть дополнительные продольные напряжения до 80 МПа, которые в сумме с изгибными и температурными напряжениями могут превышать допускаемые значения. Эти дополнительные напряжения способствуют быстрому расстройству мостового полотна, опорных частей пути в зоне подходов, а в отдельных случаях и выбросу пути в зоне подходов. Поэтому типовое закрепление рельсовых плетей неприемлемо для безбалластных мостов.

Для безбалластных мостов целесообразно применение скреплений, не препятствующих продольному перемещению относительно плетей. Закрепление рельсовых плетей без защемления подошвы рельсов осуществляется на безбалластных мостах длиной до 33 м. Закрепление плетей осуществляется при помощи костыльных или раздельных скреплений