Оптимизация конструкции подрельсового основания на высокоскоростных линиях ГАЖК "Узбекистон Темир Йуллари" - Транспорт дипломная работа
Главная
Транспорт
Оптимизация конструкции подрельсового основания на высокоскоростных линиях ГАЖК "Узбекистон Темир Йуллари"
Характеристики подрельсового основания на скоростных и высокоскоростных линиях. Железобетонные шпалы, изготавливаемые по Евростандарту ЕN 13230, требования нормативных документов. Анализ конструкции железобетонной шпалы BF70 и расчет ее параметров.
посмотреть текст работы
скачать работу можно здесь
полная информация о работе
весь список подобных работ
Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Оптимизация конструкции подрельсового основания на высокоскоростных линиях ГАЖК «Узбекистон Темир Йуллари»
Шпалы - традиционный и наиболее распространенный тип подрельсового основания. Основные материалы для них - дерево, железобетон и металл. В железнодорожном пути шпалы 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 (рис. 1).
Рис. 1. Элементы верхнего строения пути: 1 - рельс; 2 - шпала; 3 - промежуточное рельсовое скрепление; 4 - песчаная подушка; 5 - щебеночный балласт; 6 - земляное полотно
В целом шпалы 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. [13-18]
Первоначально шпалы были деревянными. Однако на основании многочисленных расчетов, опытно-конструкторских работ, экспериментальных и эксплуатационных исследований в настоящее время наиболее перспективным видом подрельсового основания в большинстве стран мира принята железобетонная шпала. [1-2-18]
Железобетонные шпалы имеют следующие достоинства [1]: сравнительно большой срок службы (40-50 лет), однородная упругость пути по длине, хорошая устойчивость в балласте против сдвига, возможность придания им целесообразной формы. Жесткие динамические нагрузки, ощутимые температурные перепады, увлажнение и высушивание, замораживание и оттаивание, воздействие органо-нефтяной среды и другие агрессивные факторы предъявляют исключительно высокие требования к надежности и долговечности этих изделий. 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.
В составе железнодорожного пути железобетонные шпалы предназначены для применения на всех железнодорожных линиях и путях, по которым обращается типовой подвижной состав с нагрузками и скоростями, установленными для общей сети железных дорог, без ограничения по грузонапряженности. При этом в странах СНГ, в том числе и на ГАЖК «Узбекистонтемирйуллари», типовые железобетонные шпалы предназначены для применения с рельсами типов Р75, Р65 и Р50 на прямых участках пути и в кривых радиусом не менее 350 м. Число шпал на 1 км (эпюра) зависит от величины нагрузок на рельсы, грузонапряженности, скоростей движения поездов, типа рельсов, рода балластного слоя, плана и профиля пути. В странах СНГ приняты 3 эпюры: 1600 шт./км (на второстепенных путях), 1840 и 2000 (в зависимости от плана линии и скорости движения). [7-8-9]
Современная железобетонная шпала - цельнобрусковая из предварительно напряженного железобетона, армированная высокопрочной проволокой [1-5]. Она представляет собой железобетонную балку переменного сечения. На таких балках имеются площадки для установки рельсов, а также отверстия под болты рельсошпального скрепления (при забивании в отверстия деревянных пробок используются также костыльные и шурупные соединения). Современные типы шпал имеют анкеры. Железобетонные шпалы изготавливаются с предварительным натяжением арматуры. Технология изготовления железобетонных шпал следующая: в специальную форму помещаются струны арматуры, которым сообщаются растягивающие усилия. Затем под действием вибратора форма заполняется бетоном. Когда бетон затвердевает, напряжения передаются на бетон. Такой способ изготовления шпал придаёт им трещиностойкость и предохраняет шпалу от раскола под подвижным составом.
Массовая укладка железобетонных шпал началась только в 60-х - 70-х годах прошлого столетия [1].
В Республике Узбекистан железобетонные шпалы (С-56-2, ШС-1, Ш1-1) в массовом порядке стали применяться также со второй половины прошлого века [4]. Многолетняя эксплуатация предварительно напряженных железобетонных шпал на железных дорогах мира доказала их надежность. Существуют участки железных дорог, на которых преднапряженные железобетонные шпалы прослужили более 40-50 лет и не имели каких-либо существенных повреждений. В мире в настоящее время уложено более одного миллиарда шпал.
Однако, в настоящее время шпалы С-56-2, ШС-1, Ш1-1 с жестким клеммно-болтовым рельсовым скреплением типа КБ морально устарели и на смену им приходят новые типы шпал с упругими (эластичными) типами рельсовых скреплений.
В связи с отмеченным настоящая диссертация посвящена исследованию и оптимизации работы современного типа шпал с упругими типами скреплений на ГАЖК «Узбекистон темир йуллари». Это положение определяет актуальность выполненного исследования.
1 . Обзор литературы , постановка вопроса, задачи и цели исследований
Первые железобетонные железнодорожные шпалы были изготовлены в России в 1903 г. и испытаны в лаборатории Петербургского института инженеров путей сообщения, а затем уложены на одной из станций Финляндской железной дороги. С 1903 по 1927 гг. попытки применения железобетонных шпал в России неоднократно повторялись - к числу наиболее крупных опытов относится укладка 4-х тыс. шпал в 1922 г. на Южной дороге.
На первом этапе отработки конструкции шпалы железобетонной были проведены широкие эксплуатационные испытания двухшарнирных трёхблочных шпал, двухблочных с металлической соединительной поперечиной (таврового или трубчатого сечения) и цельнобрусковых шпал из предварительно напряжённого железобетона. Конструкционные особенности этих типов шпал:
- цельнобрусковые, представляющиеиз себя один монолитный брус для опирания двух рельсовых нитей (рис 2а);
- двухшарнирные, представляющие свободную шарнирную конструкцию из трех блоков, соединенных друг с другом, напряженной арматурой (рис 2б);
- двухблочные, состоящие из двух подрельсовых блоков из напряженного железобетона, жестко соединенных металлическим элементом (рис 2в);
- полушпалы, представляющие собой несвязанные друг с другом подрельсовые блоки, укладываемые отдельно под каждую рельсовую нить.
При этом наибольший вклад в разработку вопросов конструкции и рациональной системы эксплуатации железобетонных шпал внесли следующие ученые: Г.М. Шахунянц, И.Ф. Вериго, В.Я. Шульга, М.А. Фришман, С.П. Першин, Золотарский А.Ф., Андреев Г.Е., Ю.Д. Волошко, В.И. Ангелейко, Евдокимов Б.А., Исаев Н.М., Крысанов Л.Г., Серебренников В.В., Федулов В.Ф., Клинов С.И. Среди ученых Республики Узбекистан можно назвать имена, таких ученых как Тарсин В.П., Иргашев Ш.А., Виноградов В.А., Овчинников А.Н. и др.
Многолетний опыт применения железобетонных шпал на различных железных дорогах с различными эксплуатационными параметрами определил цельнобрусковые железобетонные шпалы как наиболее оптимальную конструкцию. Это положение принимается в настоящее время большинством стран мира.
При этом в большинстве стран мира подавляющее предпочтение также отдается моноблочным железобетонным шпалам [1,4,5] с предварительно напрягаемой арматуро, хотя в ряде стран применяются и другие конструкции шпал.
Рис. 2. Моноблочные железобетонные шпалы зарубежных стран
Рис. 3. Двухблочная шпала типа RS (Франция)
Массовое применение железобетонных шпал на железных дорогах мира объясняется рядом присущих им ценных качеств, к которым относятся:
- высокая долговечность шпал при небольшой одиночной смене в процессе эксплуатации (расчетный срок их службы составляет не менее 50 лет по сравнению с 15 - 20 годами для пропитанных деревянных шпал);
- обеспечение повышенной устойчивости рельсовой колеи от боковых сдвигов и выброса вверх, т.е. увеличение стабильности пути, что способствует применению бесстыкового пути и расширению сферы его укладки;
- однородность физического состояния шпал на протяжении всего срока службы, положительно влияющая на обеспечение одинаковых характеристик упругости рельсового основания;
- возможность придания шпалам целесообразных геометрических форм с учетом действующих на шпалу сил.
Недостатком железобетонных шпал является большая масса, наличие электропроводности, высокая жесткость и сложность крепления рельсов к ним. Для повышения упругости под рельсы укладывают амортизирующие прокладки. Во избежание утечки электрического тока применяют рельсовые скрепления специальной конструкции с электроизоляционными деталями. [1-2-17-18]
Основные конструкционные особенности железобетонных шпал, основные характеристики материалов, применяемых при изготовлении железобетонных шпал и основные технологические характеристики их производства в различных странах мира приведеныв табл. 1-3.
Первые типовые цельнобрусковые шпалы С-55-1 и С-55-2 изготавливались в 1955-1956 гг. и были уложены на протяжении нескольких десятков километров. Основными недостатками этих шпал были: недостаточная толщина защитного слоя бетона, излишнее количество ненапряженной арматуры, большое ослабление подрельсовых частей шпалы деревянными дюбелями, расположенными попарно в одном поперечном сечении. Кроме того, в этих шпалах часто применялась гладкая арматура вместо арматуры периодического профиля 3 мм. Шпала рассчитана на применение раздельного скрепления типа К2 с клинчатыми подкладками, поскольку подрельсовые площадки шпалы подуклонки не имеют.
В 1956 г. с учетом всего накопленного опыта применения струнобетонных шпал была разработана струнобетонная шпала С-56, которая была затем утверждена как основной тип железобетонных шпал на перспективу (ГОСТ 10629 - 88).
На ГАЖК «Узбекистон темир йуллари» в настоящее время применяется два типа железобетонных шпал: Ш1-1-1 со скреплением КБ и шпалы типа BF70 со скреплением «Pandrol Fastclip» (рис. 5).
Рис. 4. Путь со скреплениями Pandrol Fastclip (слева) и КБ-65 (справа)
Таблица 1. Основные конструкционные особенности железобетонных шпал
Общее кол-во уложенных шпал, тыс. штук
Таблица 2. Основные характеристики материалов для изготовления шпал
средний расход цемента, кг/м 3 бетона
Марка бетона по прочности на сжатие, МПа
Таблица 3. Основные технологические характеристики производства шпал
Продолжительность оборачиваемости форм, час.
Сила предварительного натяжения, кН
1.2 Железобетонные шпалы Ш - 1 - 1 , изготавливаемые по ГОСТ 10629 - 88 /4/
Конструкция железобетонных шпал, эксплуатируемых в большинстве стран бывшего Советского Союза со второй половины ХХ века, постоянно совершенствовалась. В настоящее время она установлена в соответствии с ГОСТ 10629-88 (взамен ГОСТ 10629-78), вступившем в действие с 01.01.1990 г. (рис. 6).
Железобетонные шпалы по ГОСТ 10629 - 88в зависимости от типа рельсового скрепления подразделяются на:
Ш1 - для скрепления КБ (Ш1-1 - с первым вариантом исполнения подрельсовой площадки; Ш1-2 - со вторым вариантом исполнения подрельсовой площадки);
Ш2 - для нераздельного клеммно - болтового скрепления типа БПУ (этот тип скрепления на ГАЖК «Узбекистон темир йуллари» не эксплуатируется).
Шпалы армированы проволокой периодического профиля диаметром 3 мм (44 шт.); сила натяжения одной проволоки 8,1 кН. Глубина подрельсовых выемок у этих шпал 25 мм. Для изготовления шпал применяют бетон марки не ниже 500. Масса шпалы около 265 кг.
Конструкция шпалы позволяет использовать ее при рельсах Р50, Р65 и Р75.
Особенность шпалы С-56-2 состоит в том, что ширина ее увеличивается к торцам. Это создает большую опорную площадь там, где давление на балласт у железобетонных шпал наибольшее. Кроме того, с уширением подошвы увеличивается площадь торца шпалы, что увеличивает устойчивость пути в поперечном направлении. Опорные подрельсовые площадки запроектированы с подуклонкой, что позволяет применять скрепления с плоской металлической подкладкой или совсем без подкладок. [3-5]
Рис. 5. Железобетонная шпала Ш1 - 1.
Следует отметить, что в процессе эксплуатации пути с железобетонными шпалами Ш1 - 1 достаточно интенсивно изнашиваются рельсовые скрепления. Это побуждает заменять рельсошпальную решетку, укладывая старогодную на менее деятельные линии, а затем - на станционные и подъездные пути. Такая система многократной перекладки путевой решетки с железобетонными шпалами позволит обеспечить срок их службы больше 50 лет.
1.3 Железобетонные шпалы, изготавливаемые по Евростандарту Е N 13230 - 1,2 /2,5/
Начиная с 2004 года на магистральных линиях ГАЖК «Узбекистон темир йуллари» в массовом порядке стали укладываться и эксплуатироваться железобетонные шпалы современного типа BF70 (рис. 77) с упругим (эластичным) промежуточным рельсовым скреплением типа «Pandrol Fastclip» (Англия). Шпалы изготавливаются местным производителем в соответствии с Евростандартом EN 13230 - 1,2, гармонизированном на территории Республики Узбекистан (O'zDStEN 13230 - 1,2).
В шпалах BF70 используется высокопрочная проволока Вр класса 1400 диаметром 5 мм, что позволило уменьшить количество проволок в шпале в 3 раза по сравнению со шпалами типа ШС1. Шпалы BF 70 имеют прочностные параметры шпал в среднем на 25-30% выше, чем у шпалы типа Ш-1. Это позволяет укладывать и эксплуатировать их на магистральных линиях любых классов, включая скоростные и высокоскоростные линии, а также участки с повышенных осевых нагрузках. При сборке, укладке и эксплуатации шпал BF70 применяется меньшая эпюра: [5]
1720 шпал/км - в прямых участках пути;
1840 шпал/км - в кривых радиуса менее 2000 м.
Только за счет этого экономится значительные средства (около 14 000 $/км). Основные характеристики шпалы типа BF 70 приведены в табл. 4
Рис. 6. Железобетонная шпала BF70 со скреплением «PandrolFastclip»
Кроме того, существенно сокращаются затраты труда на сборку путевой решетки с эластичными типами скреплений на путевых производственных базах, т.к. шпалы выходят с завода по их производству в комплекте со скреплениями (рис8б). На путевых производственных базах шпалы раскладываются по эпюре и после установки рельсов клеммы переводятся в рабочее положение (рис. 8в), после чего рельсошпальная решетка транспортируется к месту укладки. [15]
Таблица 4 - Основные характеристики шпалы типа BF 70
Количество шпал на 1 км на прямых участках
Тип рельса (с шириной подошвы 150 мм)
Площадь опирания (площадь нижней постели шпалы)
Скорости движения пассажирских поездов
Максимальная осевая нагрузка от колес подвижного состава
Вид промежуточного рельсового скрепления скрепления
PandrolFastclip, Vossloh W14, КБ65 ***
* Ширина колеи 1520 мм является универсальной для стран СНГ. Технология изготовления шпал BF 70 предусматривает возможность изменения этого параметра в любую сторон.
** По желанию заказчика скорости движения и осевые нагрузки могут быть увеличены (за счет увеличения величины предварительного напряжения проволок)
*** Технология изготовления позволяет в кратчайшие сроки модифицировать производственную линию для выпуска шпал с любым типом скреплений.
а) нерабочее положение б) положение «парковки» в) рабочее положение
Рис. 7. Схема монтажа скрепления «Pandrol Fastclip»
Следует также отметить, что при эксплуатации указанной конструкции железнодорожного пути расходы на его текущее содержание являются существенно более низкими, чем при применении традиционных скреплений типа КБ. Это связано с тем, что расходы на содержание скреплений «Pandrol Fastclip» в процессе эксплуатации практически отсутствуют, так как в конструкциях скреплений использован принцип «установить и забыть».
Ниже приведены основные преимущества использования шпал BF 70 относительно шпал Ш1 - 1 :
v спроектированы и производятся по Евростандарту EN 13230 - 1,2 с использованием системы менеджмента качества согласно международному стандарту ISO 9001, что обеспечивает высочайшее качество шпал и их соответствие аналогичной продукции ведущих мировых производителей;
v по параметрам прочности и трещиностойкости шпалы BF70 на 25-30% превосходят шпалы Ш1-1, что позволяет использовать их на магистральных линиях любых классов, включая скоростные и высокоскоростные участки (200-250 км/ч) и линии с повышенными осевыми нагрузками (30 т/ось);
v укладываются и эксплуатируются в пути с меньшим количеством шпал на километр, за счет чего экономия составляет до $17 000 на каждом километре;
v монтаж всех элементов эластичных скреплений выполняется на заводе, что в 8-10 раз сокращает затраты труда при сборке путевой решетки, а также исключает возможность утери элементов скреплений или их некомплектной поставки;
v применение скрепления «Fastclip» позволяет выполнять быстрый монтаж / демонтаж подрельсового узла при помощи специального инструмента (входит в комплект поставки), обеспечивая защищенность от несанкционированного демонтажа; при этом отсутствие в шпале и в скреплениях болтовых и шурупных соединений делает шпалу BF70 незаменимой, особенно в условиях пустынь, засоленных почв, а также на участках с повышенным снегозаносом и низкими температурами;
v минимизация расходов на текущее содержание пути, так как при эксплуатации практически отсутствуют затраты на обслуживание шпал BF70 и скреплений;
v технологические преимущества изготовления шпал BF70: высокоточное дозирование компонентов бетона; индивидуальное и контролируемое натяжение каждой из проволок; использование специальных добавок, обеспечивающих марку бетона не ниже В45; высокая передаточная прочность (40 МПа); плавная передача преднапряжения на бетон и др.
1.4 Требования нормативных документов к железобетонным шпалам на скоростных и высокоскоростных участках ГАЖК «УТЙ»
1. ВСН 450 - Н «Ведомственными техническими указаниями по проектированию и строительству. Железные дороги колеи 1520 мм» [7 ]
В настоящее время в соответствии с действующими на ГАЖК «Узбекистонтемирйуллари» ВСН 450-Нимеются приведенные ниже нормативы по укладке железобетонных шпал:
Пункт 5.10 : Род и число шпал на главных путях в пределах станций, разъездов и обгонных пунктов должны соответствовать нормам, установленным для перегонов (табл. 5), на приемоотправочных путях, сортировочных горках и в сортировочных парках - по нормам не ниже IV категории. На горках с перерабатывающей способностью более 1500 вагонов в сутки род и число шпал следует принимать по нормам II категории. На прочих станционных путях следует укладывать деревянные шпалы II типа или старогодние железобетонные с числом не менее 1600 шт./км. В пределах закрестовинных кривых число шпал должно назначаться из расчета не менее 1840 шт./км, а на главных путях - 2000 шт./км.
Таблица 5. Нормы по эпюре железобетонных шпал
на железнодорожных линиях категорий
ДеревянныеI типа или железобетонные
на прямых и кривых радиусом 1200 и более
При этом в действующих нормах (табл. 5) для скоростных и высокоскоростных участков не учтено, что шпалы BF70 имеют значительные преимущества перед стандартными шпалами Ш1-1, что, возможно, позволяет их применять с меньшей эпюрой шпал. Это надо подтвердить, как теоретическими расчетами, так и экспериментальными и эксплуатационными исследованиями. [7]
2. ВСН 448 - Н «Инфраструктура высокоскоростной железнодорожной линии Ташкент - Самарканд. Общие технические требования» /8/ .
Пункт 6.4.4 :В пути должны быть уложены железобетонные шпалы с эпюрой 1840 штук на 1 km . [8]
Пункт 6.4.5: Железобетонные шпалы должны укладываться на слой щебня фракции от 25 до 60 mm марки не ниже И20 и У75 по ГОСТ 7392.
3. Ведомственные технические указания по проектированию
Железные дороги колеи 1520 мм [9]
Пункт 6.1: Мощность верхнего строения главных путей при проектировании новых железнодорожных линий и дополнительных главных путей надлежит устанавливать по нормам (таблица 6).
Таблица 6. Конструкция верхнего строения пути
Мощность верхнего строения пути на железнодорожных линиях категорий
Деревянные I типа или железобетонные
на прямых и кривых радиусом 1200 м и более
4. N ЦРБ - 3 93. Инструкция по техническому обслуживанию и эксплуатации сооружений, устройств, подвижного состава и организации движения на участках обращения скоростных пассажирских поездов [10] .
На участках пути, где осуществляется скоростное движение пассажирских поездов, должны применяться железобетонные шпалы. Эпюра шпал 1840 штук на 1 км в прямых и кривых с радиусом более 1200 м и 2000 штук на 1 км в кривых меньших радиусов. Допускается до усиления пути сохранение эпюры шпал 1840 штук на 1 км во всех случаях.
Промежуточные рельсовые скрепления должны быть с упругими клеммами. Допускается до организации их серийного производства применение скреплений типа КБ с жесткими клеммами.
5. Специальные технические условия на проектирование железнодорожной линии Ташкент - Самарканд
Таблица 7. Параметры проектирования для скоростей 160 км/час и 250 км/час
Расчетная рузонапряженность нетто в грузовом направлении
Максимальные скорости пассажирских поездов
Таким образом, в действующих в Республике Узбекистан нормативных документах нет единого подхода к выбору конструкции и типа подрельсового основания на ГАЖК «Узбекистонтемирйуллари». Также не учитываются особенности и значительные преимущества шпал BF70, изготавливаемых по Евростандарту, относительно традиционных шпал Ш1-1 (ГОСТ 10629-88), эксплуатируемых с жесткими скреплениями типа КБ.
В связи с отмеченным, приведенные в диссертационной работе разработки направлены на анализ, испытания и оптимизацию конструкции и системы использования железобетонных шпал типа BF70 с упругим (эластичным) промежуточным рельсовым скреплением типа «Pandrol Fastclip». [8]
Приведенные в диссертационной работе исследования включают в себя следующие цели:
1. Анализ конструкции железобетонных шпал BF70 и возможность их надежной и долгосрочной эксплуатации на скоростных и высокоскоростных линиях.
2. Оценка напряженного и деформированного состояния верхнего строения пути со шпалами типа BF70 и скреплениями «Pandrol Fastclip» на скоростных и высокоскоростных линиях ГАЖК «Узбекистон темир йуллари» при воздействии электропоездов с электровозом «Узбекистан» и электропоезда «Афрасиаб».
3. Выбор оптимальных параметров укладки и эксплуатации шпал BF70 со скреплениями «Pandrol Fastclip» на скоростных и высокоскоростных линиях ГАЖК «Узбекистон темир йуллари».
Приведенные в диссерта ционной работе исследования включают в себя следующие задачи:
1. Расчет прочностных параметров шпал BF70 (прочность, выносливость, трещиностойкость).
2. Экспериментальные испытания железобетонных шпал по прочностным показателям и параметрам трещиностойкости.
3. Сравнительный анализ шпал Ш1-1 и BF70.
4. Расчеты пути на прочность и устойчивость (с электровозом «Узбекистан» выполнены самостоятельно, а данные расчетов с электропоездом «Афрасиаб» взяты из статьи магистранта Аликперова С.).
Основное содержание диссертации изложено в следующих трудах:
1 . Та шИИТ Научные труды республиканской научно-технической конференции с участием зарубежных ученых .
2.ТАДИ C борник научных трудов конференции молодых ученых.
2 . Анализ конструкции железобетонной шпалы BF70 и расчет ее прочностных параметров
Как видно из рис. 6 и 7 шпала BF70 при практически одинаковой длине и ширине имеет значительно большую высоту, чем шпала Ш1-1 и, соответственно, лучшую сопротивляемость вертикальным нагрузкам от подвижного состава. Для сравнительного анализа прочностных параметров этих шпал ниже выполнен расчет основных параметров железобетонных шпал BF70 и Ш1-1 [4,5], характеризующих их прочность, выносливость и трещиностойкость. Расчет включает в себя определение:
1. Предельных изгибающих моментов по условию:
- выносливости бетона в сжатых зонах шпалы;
- выносливости наиболее растянутой арматуры;
- трещиностойкости бетона в растянутых зонах шпалы;
2. Предельных поперечных сил по условию трещиностойкости на нейтральной оси приведенного сечения шпалы BF70.
Расчет выполнен по методике [1] и рабочим чертежам шпалы BF70 [2].
2.1 Геометрические характеристики сечений шпалы
При расчетах определены следующие основные характеристики поперечных сечений железобетонной шпалы типа BF70 (рис. 9,10), предназначенной для эксплуатации на ГАЖК «Узбекистонтемирйуллари»:
Площадь поперечного сечения напряженной арматуры, мм 2 ,
где У n i - общее число стержней (под термином стержень здесь и ниже понимается также проволока, канат или другой любой одиночной элемент арматуры);
f a - площадь поперечного сечения одного стержня (ВрII диаметром 5 мм), мм 2 .
Общая площадь F н и вес Р н высокопрочных проволокВр класса 1400 диаметром 5 мм в шпале BF70 составляют:
Для подрельсового сечения и сечения посередине шпалы:
Расстояние от низа поперечного сечения шпалы до центра тяжести преднапрягаемых проволок:
где n i - число стержней в данном горизонтальном ряду арматуры;
y i - расстояние данного горизонтального ряда арматуры от низа сечения, мм.
Для подрельсового сечения и сечения посередине шпалы:
Площадь поперечного сечения бетона шпалы F, мм 2 , определяется по наружным размерам шпалы за вычетом внутренних пустот, каналов и вкладышей из материалов с резко отличными от бетона свойствами из материалов с резко отличными от бетона свойствами (например, деревянные или пластмассовые дюбели, попадающие в сечение.
Подрельсовое сечение: F = 520 х 10 2 мм 2 ;
Середина шпалы: F = 382 х 10 2 мм 2 ;
Площадь приведенного поперечного сечения шпалы, мм 2 ,
Подрельсовое сечение: F п = 520 х 10 2 + 6,15 х 314,2 = 53 932 мм 2 ;
При n / = 10 получено F п = 520 х 10 2 + 10 х 314,2 = 55 142 мм 2 ;
Середина шпалы: F п = 382 х 10 2 + 6,15 х 314,2 = 40 132 мм 2 ;
При n / = 10 получено 382 х 10 2 + 10 х 314,2 = 41 342 мм 2 ;
где . Величины Е а и Е б определяют в соответствии с модулями упругости соответственно арматуры и бетона.
При расчете на выносливость вместо n принята величина n / в зависимости от проектной марки бетона (n / = 10).
Статический момент приведенной площади поперечного сечения шпалы относительно низа сечения определяют по формуле
где S - статический момент площади поперечного сечения бетона шпалы относительно низа сечения, мм 3 ; S = (2 а + b) х h 2 /6;
Рис. 8. Расположение арматуры в среднем сечении шпалы типа BF70
Рис. 9. Расположение арматуры в подрельсовом сечении шпалы типа BF70
Подрельсовое сечение: S = (2 х 185 + 277) х 225 2 /6 = 5459 х 10 3 мм 3 ;
S п = 5459 х 10 3 + 6,15х 314,2х90 = 5633 х 10 3 мм 3 ;
При n / = 10 получено: S п = 5459 х 10 3 + 10 х 314,2х90 = 5742 х 10 3 мм 3 ;
S= (2 х 178 + 235) х 185 2 /6 = 3371 х 10 3 мм 3 ;
S п = 3371 х 10 3 + 314,2 х 6,15 х 90 = 3545 х 10 3 мм 3 ;
При n / = 10 получено: S п = 3371 х 10 3 + 314,2 х 10 х 90 = 3654 х 10 3 мм 3 ;
Расстояние от низа поперечного сечения шпалы до центра тяжести площади приведенного поперечного сечения шпалы, мм, определяют по формуле
Подрельсовое сечение: у п = 5633 х 10 3 / 53 932 = 104 мм;
при n / = 10 получено: у п = 5742 х 10 3 /55 142 = 104 мм,
Среднее сечение шпалы: у п = (3545 х 10 3 ) / (40 132) = 88 мм;
при n / = 10 получено: у п = 3654 х 10 3 /41 342 = 88 мм.
Эксцентриситет усилия предварительного обжатия относительно центра тяжести приведенного поперечного сечения шпалы, мм,
Подрельсовое сечение: е он = 90 - 88= 2 мм;
при n / = 10 получено: е он = 90 - 88= 2 мм;
Среднее сечение: е он = 104 - 90 = 14 мм;
при n / = 10 получено: е он =104 - 90 = 14 мм.
Момент инерции приведенного поперечного сечения шпалы относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести приведенного сечения, мм 4 ,
I п = I + n У n i f a (y п - y i ) 2 ,
где I - момент инерции площади поперечного сечения бетона шпалы относительно центра тяжести поперечного сечения. Разница в положении центра тяжести поперечного сечения бетона шпалы и центра тяжести приведенного поперечного сечения шпалы не учитывается.
Рис. 10. Эксцентриситет усилия и эпюра напряжений предварительного обжатия в средней части шпалы типа BF70
Рис. 11. Эксцентриситет усилия и эпюра напряжений предварительного обжатия в подрельсовом сечении шпалы типа BF70
I = h 3 х (а 2 + 4 х a х b + b 2 ) / 36 х (a + b);
I = 225 3 х (185 2 + 4х185х277 + 277 2 ) / 36х (185 + 277) = 21638 х 10 4 мм 4 ;
При n / = 10 получено: I п = 22308 х 10 4 мм 4 ;
I = 185 3 х (178 2 + 4х178х235 + 235 2 ) / 36х (178 + 235) = 10826 х 10 4 мм 4 ;
При n / = 10 получено: I п / = 11436 х 10 4 мм 4 .
2.2 Напряжения в бетоне и арматуре
В расчете принято, что предварительно напряженные шпалы в эксплуатации работают только в стадии упругих деформаций. Поэтому напряжения в шпале рассчитывают по известным правилам расчета упругих материалов.
При первоначальном натяжении арматуры на упоры в ней создается предварительное напряжение у о , МПа. При механическом способе натяжения арматуры оно должно быть в пределах:
для проволочной арматуры 0,76 R aII ? у о ? 0,21 R aII ;
для стержневой арматуры 0,95 R aII ? у о ? 0,32 R aII .
Принято для принятой проволочной арматуры типа ВрIIу о = 1170 Мпа,
т.е. 1170/1670 = 0,70 0,76 (условие выполняется)
Общее начальное усилие предварительного натяжения арматуры, Н:
N o = F н у о = 314,2 х 1170 = 367614 Н = 367, 6 кН.
Начальное предварительное напряжение фактически существует только в самый первый момент после натяжения арматуры, так как сразу же возникают потери этого напряжения в МПа от ряда факторов.
Потери от релаксации напряжений арматуры, которые при механическом способе ее натяжения определяют по формулам:
n 1 = (0,27 х 1170/1670 - 0,1) х 1170 = 104 Мпа,
- для стержневой арматуры: у п1 = 0,1 у п о - 20.
Потери от температурного перепада (от разности температур Дt натянутой арматуры и упоров, воспринимающих усилие натяжения) при пропаривании или прогреве бетона у п2 = 1,2 Дt. Потери от температурного перепада следует учитывать при стендовом способе производства железобетонных шпал. В этом случае арматура, находящаяся в свежеуложенном бетоне, при его пропаривании тоже нагревается и удлиняется, напряжения в ней падают, а положение упоров стенда, не подвергающихся нагреву, остается неизменным. В результ
Оптимизация конструкции подрельсового основания на высокоскоростных линиях ГАЖК "Узбекистон Темир Йуллари" дипломная работа. Транспорт.
Курсовая работа по теме Политический портрет Уинстона Черчилля
Курсовая работа по теме Games activity at the foreign language lesson as one of the basic ways of learning English at primary school
Реферат по теме Які галузі державного сектору економіки в Україні за останні 10 років є найбільш привабливими для приватного інвестування?
Рассмотрите Картину Хабарова Портрет Милы Сочинение
Реферат: Готфрид Лейбниц - немецкий историк, математик, физик, юрист
Реферат: Hurrican Report Essay Research Paper Eric RepasLit
Дипломная работа по теме Особенности налоговых проверок нефтегазодобывающего комплекса
Фармацевтическая Ответственность Курсовая Работа
Контрольная Работа На Тему Механизация Процесса Приготовления И Раздачи Кормов На Ферме
Учредительные Документы Отчет По Практике
Топик: Топики для сдачи экзамена по английскому языку в 11-ом классе (Шпаргалка)
Курсовая работа по теме Петрофизические свойства намывных отложений г. Гомеля
Реферат: Афрасиаб городище
Дипломная работа по теме Совершенствование управленческих решений на основе проведения маркетинговых исследований деятельности предприятии
Значимое Событие В Истории России Сочинение
Форум Диссертации
Дипломная работа по теме Государственная поддержка материнства
Математика Шестой Класс Никольский Контрольные Работы
Менің Түсінігімдегі Философия Эссе
Маленькое Сочинение Про Язык
Токсичные химические вещества нейротоксического действия - Медицина презентация
Рішення в менеджменті - Менеджмент и трудовые отношения лекция
Государство в международном частном праве - Государство и право презентация