5. Воздействия на путь природно-климатических факторов

Природно-климатические факторы могут существенно влиять на характер взаимодействия пути и подвижного со­става.

Основными факторами являются температура и атмосферные осадки. Их совместное влияние вызывает:

а) увлажнение поверхности катания головок рельсов, что снижает сцепление колес с рельсами и может вызывать буксование колес локомотивов, что, в свою очередь, приводит к образованию изолированных неровностей на пути и на колесах (ползуны);

б) увлажнение древесины шпал, что снижает их сопротивление смятию под подкладками (при росте влажности древесины на I % происходит снижение сопротивления на 3 %);

в) увлажнение балласта, особенно загрязненного, которое увеличивает интенсивность остаточных деформаций пути;

г) увлажнение загрязненного щебня, что резко снижает сопротивляемость пути сдвигу, но такое состояние не является расчетным, так как выбросы опасны при наиболее высоких температурах; засоренный, но сухой щебень обеспечивает большую (в 1,5—2,0 раза) устойчивость пути против выброса под действием температурных сил;

д) искажение профиля пути вследствие попеременного увлажнения и набухания глинистых грунтов в сезоны дождей, высыхания и усадки их в сухие сезоны;

е) увеличение жесткости пути зимой в 2—3 раза из-за замерзания земляного полотна, балластного слоя и древесины шпал, а также снижения упругости резиновых прокладок; при этом динамическое воздействие на путь резко возрастает (из-за наличия неровностей на пути и колесах);

ж) искажение профиля пути вследствие пучения недренирующего влажного грунта и балласта при промерзании;

з) замерзание балласта приводит также к тому, что смещения шпал в горизонтальной плоскости становятся невозможными и определяющим является сопротивление сдвигу рельсов по опорам. Это влияет на сопротивляемость пути сдвигу.

Воздействие температуры на рельсы является главным и в принципе сводится к следующему: рельсы при нагревании (ле­том, днем) стремятся удлиниться, а при охлаждении (зимой, ночью) — укоро­титься. Если бы этому не препятствова­ли сопротивления (в стыках, в узлах промежуточных скреплений и баллас­те), то указанные деформации были бы свободными. Фактически деформаци­ям рельсов препятствуют:

прежде всего — сопротивления в стыках (силы трения в накладках 200— 400 кН). До тех пор, пока температур­ная сила не превысит стыковые сопро­тивления, рельсы остаются неподвиж­ными по всей длине; затем (после преодоления стыковых сопротивлений) в работу вступают шпалы, каждая из которых имеет огра­ниченное сопротивление сдвигу (по­рядка 7—10 кН).

Температурные де­формации распространяются в направ­лении 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 (летом) и растяжения (зимой). В мо­мент прохода поезда нормальные на­пряжения в рельсах, вызываемые по­ездной нагрузкой и изменением темпе­ратуры, суммируются.