В чем преимущества и недостатки железобетонных шпал?

В чем преимущества и недостатки железобетонных шпал?

В настоящее время железобетонные шпалы изготавливаются цельнобрусковыми из предварительно напряженного железобетона и армируются высокопрочной проволокой.

При производстве железобетонной шпале придают трапециевидную форму, такая шпала лучше работает под нагрузкой (по сравнению с прямоугольным параллелепипедом  пропитанных шпал). Наибольшие прогибы и давления на балласт регистрируются у торцов железобетонной шпалы. Для уменьшения воздействия этих явлений ширина подошвы средней части шпалы уменьшена, а у торцов – увеличена.

Трапециевидная форма шпалы (в поперечном сечении) снижает давление на балласт и его деформацию, особенно это заметно у краев балластной призмы, где сопротивление балласта выдавливанию наименьшее. Одновременно сопротивляемость пути выбросу и сдвигу в поперечном направлении значительно увеличивается, что особенно важно для бесстыкового пути.

При этом железобетонная шпала имеет переменное по длине продольное сечение. В средней части оно характеризуется относительно низкой жесткостью. В подрельсовых же сечениях увеличение высоты шпалы создается путем утолщения слоя бетона над продольной арматуры. Верхняя часть шпалы при движении поезда подвергается сжатию, а на сжатие работает хорошо даже неармированный бетон.

Такая совокупность сечений способствует достижению некоторых преимуществ:

— поскольку центр тяжести подрельсовых сечений выше центра тяжести арматуры (в средней части шпалы – эффект «наоборот»), происходит рациональное предварительное обжатие бетона. Соответственно, максимальное предварительное обжатие бетона возникает в зонах, растянутых под поездной нагрузкой: в верхних зонах в середине шпалы и в нижних зонах – в ее подрельсовых сечениях;

— чем меньше жесткость шпалы на изгиб, тем меньше изгибающий момент в средней междурельсовой части шпалы.

Чтобы сделать работу закладных болтов и нашпальных резиновых подкладок максимально эффективной, а также в целях обустройства подуклонки рельсов и передачи боковых сил на бетон, в подрельсовых зонах делают углубления с наклоном.

Выделяют два сорта железобетонных шпал – соответственно показателям качества бетонной поверхности, стойкости к образованию трещин и точности геометрических параметров.

Железобетонные шпалы брускового типа эксплуатируются уже в течение долгого времени и показали свои бесспорные преимущества перед деревянными пропитанными шпалами:

—  стабильность ширины рельсовой колеи;

— более высокая устойчивость бесстыкового пути против выброса (выше на 10-20%, чем при использовании деревянных шпал);

— железобетонные шпалы более долговечны (срок эксплуатации может достигать 30-50 лет), поэтому они реже требуют ремонта;

— по всей длине пути характеристики упругости более однородны, что обеспечивает плавность движения поездов (это особенно важно для скоростных линий);

— сохранность лесов.

Недостатки железобетонных шпал:

• Повышенная чувствительность к неоднородности балластного слоя;
• Достаточно высокие нагрузки на балластный слой при жестком нижнем строении пути;
• Более высокая жесткость пути (по сравнению с деревянными пропитанными шпалами), уменьшаемая с помощью дополнительных резиновых прокладок-амортизаторов;
• Небольшая площадь активной зоны контакта.

Чтобы уменьшить перечисленные недостатки, надо вводить новые конструктивные решения, разрабатывать их с учетом максимального снижения затрат жизненного цикла. Один из эффективных вариантов – использование железобетонных шпал с упругой подошвой. 

Целесообразно применение железобетонных шпал при следующих условиях:

• Ввиду повышенной стабильности и равноупругости такого пути, на линиях со скоростным движением пассажирских поездов (свыше 140км/ч).
• Совместно с бесстыковыми рельсовыми плетями.

Переход от железобетонных шпал к пропитанным деревянным следует осуществлять вне зон рельсовых стыков, чтобы не возникало одновременного скачка жесткости и неровности на стыке.

Стрелочные переводы устанавливают на пропитанных деревянных шпалах. Такие шпалы имеют некоторые преимущества перед железобетонными шпалами:

— более дешевое и простое производство;

— лучшая и более простая электроизоляция рельсов;

— умеренная жесткость пути.

Источник: http://promtransagent.ru/stati/280-zhelezobetonnye-shpaly

Шпалы

Шпалы (рельсовые опоры) 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.

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.

Число шпал на 1 км (эпюра) зависит от величины нагрузок на рельсы, грузонапряженности, скоростей движения поездов, типа рельсов, типа балластного слоя, плана и профиля пути. В РФ приняты 3 эпюры: 1600 шт/км (на второстепенных путях), 1840 и 2000 (в зависимости от плана линии и скорости движения).

Схема расположения шпал на рельсовом звене называется эпюрой укладки шпал.

Шпалы (в зависимости от материала) бывают деревянные, железобетонные и металлические.

Деревянные шпалы

Деревянные шпалы преобладают на железных дорогах мира, так как они с технической точки зрения в наибольшей степени отвечают требованиям, предъявляемым к подрельсовому основанию.

Главные достоинства деревянных шпал – хорошая упругость, простота изготовления и эксплуатации (транспортировки, подбивки, смены), большое электрическое сопротивление.

Недостатки деревянных шпал – малый срок службы при высокой грузонапряженности, большая потребность в деловой древесине, необходимой для разнообразнейших нужд народного хозяйства.

С 1 января 1966 г. на дорогах России укладывают деревянные шпалы (рис. 1) двух видов:

• обрезные (А), у которых пропилены все четыре стороны;
• необрезные (Б), у которых пропилены две противоположные стороны – постели.

Деревянные шпалы делятся на три типа:

• I – для главных путей;
• II – для станционных и подъездных (железнодорожных путей необщего пользования);
• III – для малодеятельных путей необщего пользования промышленных предприятий.

Рис. 1 – Типы деревянных шпал (поперечные сечения)

Шпалы изготовляют из сосны, ели, пихты, кедра, бука и березы. Длина шпал 2,75 м. Для особо грузонапряженных участков поставляют шпалы длиной 2,8 м, а для участков с совмещенными путями различной ширины колеи – 3,0 м.

Деревянные шпалы заменяют из-за гниения и механического износа. Эти процессы протекают одновременно и влияют друг на друга. В РФ принята система выборочной смены шпал, кроме капитального ремонта, при котором шпалы заменяют сплошь. Профессор М. А. Чернышев предложил определять средний фактический срок службы деревянных шпал из выражения

где А – общее количество шпал, лежащих в пути;

m1, m2 – количество негодных шпал в пути по данным натурного осмотра соответственно к началу и к концу периода (года, пятилетки);

n – количество шпал, уложенных в путь за период tн;

tн – длительность наблюдения.

Величины A, m1, m2 и n берут из технического паспорта пути и технических отчетов.

Рис. 2 – Изменение срока службы деревянных шпал в зависимости от прошедшего тоннажа: 1 – костыльное скрепление; 2 – раздельное жесткое; 3 – раздельное с пружинной клеммой

По данным МИИТа и ВНИИЖТа, срок службы деревянных шпал при различных скреплениях зависит от прошедшего тоннажа (рис. 2). Продление срока службы шпал имеет большое народнохозяйственное значение. Чтобы увеличить их долговечность, необходим целый комплекс мероприятий и следует выполнять множество требований:

• заготовлять здоровую древесину, как правило, зимой;
• до пропитки хранить и просушивать шпалы без доступа прямых лучей солнца; костыльные и шурупные отверстия сверлить перед пропиткой;
• стягивать шпалы винтами для предупреждения их растрескивания;
• перед пропиткой накалывать постели и боковые грани шпал для увеличения глубины пропитки и предупреждения растрескивания;
• высококачественно пропитывать шпалы на заводах маслянистыми антисептиками (каменноугольным креозотовым или антраценовым маслом);
• правильно (по инструкции) хранить шпалы после пропитки на заводах и на дорогах до укладки в путь;
• бережно грузить, перевозить и выгружать шпалы, правильно укладывать их в путь и подбивать;
• широко применять специальные нашпальные прокладки, чтобы предохранить поверхность от механического износа;
• использовать высококачественный балласт;
• предупреждать угон пути;
• укладывать на 1 км пути столько шпал, сколько требуется при данных грузонапряженности, нагрузке от подвижного состава и скорости движения поездов;
• высококачественно осуществлять текущее содержание пути в целом и шпал в частности.

Источник: https://betonzavod-info.com/v-chem-preimuschestva-i-nedostatki-zhelezobetonnyh-shpal/

Шпалы

Шпалы (рельсовые опоры) 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.

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.

Число шпал на 1 км (эпюра) зависит от величины нагрузок на рельсы, грузонапряженности, скоростей движения поездов, типа рельсов, типа балластного слоя, плана и профиля пути. В РФ приняты 3 эпюры: 1600 шт/км (на второстепенных путях), 1840 и 2000 (в зависимости от плана линии и скорости движения).

Схема расположения шпал на рельсовом звене называется эпюрой укладки шпал.

Шпалы (в зависимости от материала) бывают деревянные, железобетонные и металлические.

Железобетонные шпалы

После второй мировой войны во многих странах стали усиленно внедрять железобетонные шпалы, особенно в СССР, ГДР, ФРГ, Франции, Англии, Венгрии, ЧССР и Бельгии.

Железобетонные шпалы имеют следующие преимущества: они сберегают древесину; не гниют; выдерживают большие сжимающие напряжения, чем деревянные; обладают большей сопротивляемостью перемещениям; имеют больший срок службы. Вместе с тем к недостаткам следует отнести большую жесткость по сравнению с деревянными, что требует применения упругих прокладок. Железобетонные шпалы обладают большей электропроводностью и нуждаются в использовании изолирующих элементов; повышенная хрупкость требует соблюдать осторожность при перевозках и подбивке, а большая масса создает неудобства в работе с ними.

В РФ отдается предпочтение предварительно напряженным струнобетонным брусковым (фигурным) шпалам. Массовая укладка типовых железобетонных шпал у нас началась в 1959 г. По укладке железобетонных шпал Россия занимает первое место в мире.

Конструкция современной железобетонной шпалы изображена на (рис. 3). Шпалы армированы проволокой периодического профиля диаметром 3 мм (44 шт.); сила натяжения одной проволоки 8,1 кН. Для изготовления шпал применяют бетон марки не ниже 500. Масса шпалы около 265 кг.

Рис. 3 – Железобетонные шпалы: а – типа ШС-1; б – типа ШС-ly; в, г – расположение арматуры

Железобетонные шпалы типов ШС-1 и ШС-lу (сотрите рис. 3) используют при скреплении КБ, а шпалы ШС-2 и ШС-2у – при бесподкладочных скреплениях БП и ЖБР. У шпал ШС-2 и ШС-2у форма и все размеры, кроме расстояний между отверстиями для закладных болтов, такие же, как и у ШС-1 и ШС-ly. Конструкция шпалы позволяет использовать ее при рельсах Р50, Р65 и Р75. Глубина подрельсовых выемок у этих шпал 25 мм.

Железобетонные шпалы делают путь более стабильным, что сокращает расходы на его текущее содержание. По данным В. Я. Шульги, оно более чем на 25 % дешевле по сравнению с содержанием пути с деревянными шпалами при средней длине плетей 600 м.

Долговечность железобетонных шпал для сети дорог пока еще не определена. Опыт эксплуатации на Октябрьской дороге (с 1954 г.) и анализ их выхода, проведенный ЛИИЖТом, показали, что при здоровом земляном полотне и балластном слое, соответствующих техническим условиям, срок службы зависит от конструкции шпалы, типа рельсов и скреплений, грузонапряженности, скорости движения и нагрузок от колесных пар на рельсы. На основании этого установлен критический тоннаж (смотрите таблицу ниже), после пропуска которого струнобетонные шпалы оказываются пораженными дефектами, а объем ежегодной одиночной смены достигает 30–40 шт/км.

Тип скрепления и рельса	Средняя нагрузка колесной пары, кН (тс)	Критический тоннаж, млн. т брутто
КБ; Р65	151,9 (15,4)	1400
КБ; Р65	113,5 (12,6)	1650
ЖБ; Р65	151,9 (15,4)	750
ЖБ; Р65	113,5 (12,6)	840
К2; Р65	151,9 (15,4)	1200
К2; Р65	113,5 (12,6)	1250
К2; Р50	149,9 (15,3)	850

В процессе эксплуатации пути с железобетонными шпалами сильно изнашиваются рельсовые скрепления. Это побуждает заменять рельсошпальную решетку, укладывая старогодную на менее деятельные линии, а затем – на станционные и пути необщего пользования. Такая система многократной перекладки путевой решетки с железобетонными шпалами позволит обеспечить срок их службы значительно больше 50 лет.

Техническая политика предполагает дальнейшее увеличение полигона путей с железобетонными шпалами. В ближайшей перспективе намечено увеличить его до 64– 65 тыс. км.

Металлические шпалы

Металлические шпалы наиболее распространены в ФРГ, ГДР и Индии. Используются шпалы корытообразной формы (рис. 4). Масса нестыковой шпалы 50–80 кг, а стыковой 115–145 кг. Сейчас такие шпалы не укладывают.

Рис. 4 – Металлические шпалы дорог ГДР: а – нестыковая; б — стыковая

В Индии стальные шпалы служат примерно на 20 % протяжения пути, а чугунные – на 30 %. Широкое применение там металлических шпал объясняется климатом. Высокая влажность и жара способствуют ускоренному гниению древесины. Кроме того, в некоторых районах распространены термиты, быстро приводящие деревянные шпалы в негодность.

Незначительное количество металлических шпал имеется также на дорогах и других стран, в частности Франции.

Достоинства металлических шпал:

• больший срок службы, чем деревянных;
• меньшая масса, чем железобетонных;
• возможность укладки в горячих цехах промышленных предприятий.

Недостатки металлических шпал:

• высокая жесткость пути, по сравнению с деревянными шпалами;
• значительный шум при движении поездов;
• высокая электропроводность;
• подверженность коррозии;

большая металлоемкость.

Источник: http://vse-lekcii.ru/zheleznodorozhnyj-transport/zheleznodorozhnyj-put-i-putevoe-hozyajstvo/shpaly

Шпалы из железобетона

За время существования железных дорог подпорки под шпалы изготавливались из различных материалов. Были каменные, но камень сложно поддается обработке, быстро трескается и приходит в негодность. Долговечны деревянные шпалы, просмоленные для защиты от негативных воздействий погодных условий.

Но через время и они требовали либо замены, либо ремонта железнодорожных путей. На сегодняшний день железобетонные конструкции с полным основанием считают материалом будущего для изготовления опоры под шпалы и фундамента под здания и постройки. Применяют фундамент из железобетонных шпал для построек всевозможной сложности и этажности на любых видах почвы.

Однако стоит учитывать, что весит данное изделие немало.

Определение

Железобетонные шпалы имеют вид рельсовой опоры, для изготовления которых потребуются брусья с меняющимися размерами и формами сечения. Бетонные рельсовые опоры армируются стальной проволокой, диаметр которой зависит от модификации. При работе с железобетонными шпалами предъявляют следующие требования к их технологии производства:

• приготовление бетонного раствора требует однородной консистенции;
• для нужной передачи силы напряжения материал должен обладать соответствующей прочностью;
• изготавливая изделия, придерживаются точных размеров, форм, которые важны для железобетонных шпал в местах соединения с рельсами.

Где применяются?

В наше время все хотят сэкономить — б/у шпалы дают такую возможность при строительстве собственного дома.

Шпала железобетонная используется при возведении фундаментов и железнодорожных путей.

 Из-за различных природных условий эксплуатации и разнообразной механической нагрузки на изделия, при изготовлении железобетонной опоры придерживаются повышенных требований. Это позволит увеличить срок службы, который при благоприятных условиях использования достигнет шестидесяти лет.

 Опоры, изготовленные с использованием предварительно напряженного железобетона, повсюду пододвигают распространенные деревянные подпорки за счет своей прочности, долговечности и быстроты монтажа.

Преимущества и недостатки

В шпалах из железобетона присутствуют следующие преимущества:

• длительный срок службы;
• достаточная устойчивость к отрицательным воздействиям факторов окружающей среды;
• отсутствие возможности гниения в процессе эксплуатации;
• стойкость к различным механическим нагрузкам;
• невысокая ценовая категория;
• монтаж и укладка не требуют больших физических затрат;
• не требуют больших затрат на обслуживание в процессе эксплуатации;
• за счет того, что ширина и длина изделия идеально ровные, обеспечивается удобство при перевозке и выгрузке.

Шпале из железобетона присущи следующие недостатки:

• Потребность в периодическом осмотре железнодорожных путей по причине усталостного разрушения сооружения, сделанного из бетона.
• Весит шпала 0,27 тонны, а это значит, что собственноручная установка изделий невозможна. Таким образом, за счет тяжелого веса возникает потребность в специализированной технике. Конструкции из бетона, в отличие от изделий из дерева, вес которых меньше, монтируют специальными механизмами – шпалоукладчиками.
• Необходимость в использовании упругих прокладок, которые позволяют снизить жесткость изделия.
• Шпалам из железобетона присуща большая электропроводность, которая требует применение изоляции.

Типы

Шпалу из железобетона разделяют на следующие типы, которые зависят от стойкости к возможным трещинам, качества и точной ширины, длины и других размеров изделия:

• Опора первого сорта.
• Опора второго сорта. Отличается низкой степенью стойкости к трещинам, геометрические размеры не нуждаются в высоких требованиях.

По типу рельсового крепления бывают следующих видов:

• Ш-1,с раздельным типом клемно-болтовым соединением, которое фиксируется к опоре с использованием прокладки и болта.
• Ш-2 нераздельного вида крепления.
• Ш-3 имеют схожесть с опорами Ш-2, но различаются по способу крепления.

Шпалы из железобетона различны по классу, по наличию электроизоляции и типу применяемой арматуры. Железобетонные шпалы имеют отличия по параметрам электроизоляции:

• изолированные;
• неизолированные, без изолирующих вкладышей.

Технология производства

Вне зависимости от сферы использования, железобетонные опоры изготавливают одинаковой прочности и эксплуатационных свойств. Технология изготовления опор бывает четырех типов:

• Карусельный тип с последующим извлечением формы. Заключается в приготовлении смеси и заливке ее в формы, где происходит ее дальнейшее уплотнение. Извлекают опоры из емкости после полного застывания раствора и достижения его максимальной прочности. Для изготовления используют кассетные конструкции, в которые вмещаются шесть опор. Для достижения требуемого сцепления и обеспечения предварительного напряжения, применяют арматуру, с помощью которой напряжение передается на поверхность бетона. По окончании изготовления изделия, форму извлекают и пускают для следующего производства.
• Линейный. Этот тип изготовления опоры из железобетона подразумевает линейную технологию, для которой необходим конвейер, на котором в определенной последовательности располагаются формы. Длина установленных форм достигает ста метров. С боку емкости прикрывают специально предназначенными устройствами, которые также способны передавать напряжение на арматуру. В процессе схватывания раствора напряжение передается на поверхность бетона.
• Демонтаж форм с дальнейшим напряжением. Для этого типа изготовления опор из железобетона требуется выставление шаблонов, с помощью которых определяется месторасположение стальной арматуры. Емкости заполняют раствором из бетона и уплотняют. В процессе схватывания раствора в него погружают штыри. Спустя некоторое время форму и шаблон извлекают.
• Демонтаж форм с предварительным напряжением представляет собой такую же технологию, как и при демонтаже форм с дальнейшим напряжением, только вместо штырей используют рамы, обеспечивающие напрягающее усилие в изделии.

Монтаж, ремонт и утилизация шпал

Установка железнодорожных путей имеет следующие особенности:

• Железобетонные опоры и рельсы устанавливают на предварительно подготовленную поверхность, которая состоит из почвы, песка и щебня. Для сохранности шпал в процессе эксплуатации и прохождения по ним поездов, важно сохранить верхний слой земли путем устройства песчаных полос.
• Железобетонная опора весит немало, и поднять такой вес конструкции не под силу обычному рабочему, монтаж осуществляют с использованием механизированного оборудования. Этот подход снижает применение физической силы и уменьшает стоимость на монтаж изделий. Также механизированный комплекс сокращает время на укладку железной дороги.
• Для использования железобетонных шпал на протяжении пятидесяти лет, важно диагностировать пути, что позволит выявить деформации и поломки. Проверяют крепежные элементы, исключают поломку, так как она способна привести к нарушению фиксации подкладки, которая издает звуки в момент прохождения по путям состава.
• Несвоевременное обнаружение поломки крепежных деталей приводит к появлению трещин и частичной или полной поломки шпалы.
• Когда срок эксплуатации изделия истек или железобетонная опора стала непригодной за счет возможных разрушений, шпалу утилизируют. Утилизация происходит щековой дробилкой, с помощью которой измельчение изделия достигает размера щебня меленькой фракции или средней фракции. Переработанные изделия в дальнейшем используют для засыпки ям.

Ремонтирование железобетонных шпал подразумевает выявление и устранение дефектов и повреждений. Заделывают отколы, выбоины, раковины и трещины. Когда ремонтируется поломка, движение поездов не прекращается, рабочее место ограждают специальным сигнальным знаком. Проводится капитальный ремонт в междуремонтных сроках, где не требуется смена шпал, выполняется ремонт с помощью путевых машинных станций по подготовленным индивидуальным проектам и расчетам. Ремонт железобетонных опор подразделяется на:

• капитальный;
• средний;
• подъемочный;
• реконструкцию.

По типу верхнего монтажа: укладка на новый щебень или на старый щебень. Для усиления мощности и стойкости путей, в процессе проведения работ по ремонтированию поврежденной детали, используют подрельсовые основания различных конструкций.

Заключение

Использование железобетонных опор актуально во всем мире, спрос на такие изделия растет постоянно. Ведь опоры из железобетона, несмотря даже на их большой вес, имеют несравнимую прочность, надежность и долговечность.

А стоимость материалов и несложность изготовления изделий повышает популярность применения железобетонных шпал в мире строительства.

Источник: https://kladembeton.ru/izdeliya/obshie/shpaly-iz-zhelezobetona.html

В чем преимущества и недостатки железобетонных шпал — юг-жбк

За время существования железных дорог подпорки под шпалы изготавливались из различных материалов. Были каменные, но камень сложно поддается обработке, быстро трескается и приходит в негодность. Долговечны деревянные шпалы, просмоленные для защиты от негативных воздействий погодных условий.

Но через время и они требовали либо замены, либо ремонта железнодорожных путей. На сегодняшний день железобетонные конструкции с полным основанием считают материалом будущего для изготовления опоры под шпалы и фундамента под здания и постройки. Применяют фундамент из железобетонных шпал для построек всевозможной сложности и этажности на любых видах почвы.

Однако стоит учитывать, что весит данное изделие немало.