Воздействие температуры на рельсы.

Воздействие температуры на рельсы является главным и сводится к следующему:

Рельсы при нагревании стремятся удлиниться, а при охлаждении — укоротиться. Если бы этому не препятствовали сопротивления (в стыках, в узлах промежуточных скреплений и балласте), то указанные деформации были бы свободными.

Фактически деформации рельсов препятствует:

1. Сначала сопротивление в стыках. До тех пор, пока температурная сила не превысит стыковые сопротивления, рельсы остаются неподвижными по всей длине.

2. Затем в работу ступают шпалы, каждая из которых имеет ограниченное сопротивление сдвигу. Температурные деформации распространяются в направлениях от стыков рельса к его середине. Одновременно в рельсах возникают температурные силы, численно равные суммарным силам сопротивлений в стыках и на опорах. Величина этих сил может достигать 1200-1500 кН сжатия и растяжения. В момент прохода поезда нормальные напряжения в рельсах, вызываемые поездной и температурной нагрузкой суммируются.

Кривые типичного хода температур рельса и воздуха в летний период.

Зависимости температуры рельса.

Летом.

На открытых участках при умеренных температурах воздуха (при t_в=+20 +30 гр).

Расчётные значения разницы температур рельса и воздуха

Участок пути	Лето макс	Зима мин
Открытый	+20	0
Тоннель длинной До 1,5 км Более 1,5 км	0 -5	0 0

Собственные воздействия.

Среди собственных (внутренних) воздействий в пути наибольший интерес представляют собственные напряжения в рельсах. Они могут возникать по причинам технологического и эксплуатационного порядка.

Технологические напряжения в рельсах.

После проката рельсов их подошва остывает быстрее, чем головка, вследствие чего возникает искривление рельса вогнутостью на головку.

Для исправления этого искривления рельсы подвергают холодной правке на роликоправильных машинах. В настоящее время после проката рельсов тяжёлых типов их принудительно искривляют для того, чтобы они выпрямились после остывания. Предпринимаются попытки добиться прямолинейности рельсов с помощью их сильного осевого растяжения после проката (рельсы повышенной прямолинейности применяются для скоростного движения).

При холодной правке в рельсах возникают собственные напряжения, которые называются остаточными.

Остаточные напряжения в рельсах.

Впереди колеса в головке рельса возникают местные растягивающие напряжения.

Остаточные напряжения достигают 60-80 МПа и являются растягивающими в головке и сжимающими в кромках подошвы рельсов.

Они суммируются с местными, что может привести к опасности появления трещин в металле головки и последующих усталостных разрушений рельсов. Поэтому остаточные напряжения в головке нужно снижать.

Эксплуатационные напряжения в рельсах.

(Изгибные в горизонтальной плоскости)

При укладке рельсов в кривых в них появляются в горизонтальной плоскости изгибающий момент М_г и напряжения от изгиба

Где — радиус кривизны в горизонтальной плоскости.

— момент сопротивления рельса относительно его вертикальной оси симметрии.

— момент инерции сечения рельса относительно той же оси.

—модуль упругости стали.

Где z — расстояние по горизонтали от вертикальной нейтральной оси до наиболее удалённого волокна, т.е. кромки подошвы Z=b/2.

R, м	1000	500	250
, МПа	15,8	31,5	63,0

Если при промерзании балласта и грунтов земляного полотна происходит их неравномерное пучение, то рельсы искривляются в вертикальной плоскости и в них появляются изгибные напряжения

Они находятся аналогично напряжениям при искривлении в горизонтальной плоскости.

Где — расстояние по вертикали от горизонтальной нейтральной оси до кромок подошвы рельса.

— наименьший радиус кривизны рельса в вертикальной плоскости, который определяется размерами пучины.