книги из ГПНТБ / Иванов, Г. С. Эксплуатационная надежность и совершенствование технологии изготовления железобетонных шпал

2590

Рис. 9 Шпала типа F английских железных дорог

ния поездов не более 96 км/ч. Армированы эти шпалы двад­ цатью проволоками диаметром 5 мм. В 1952 г., когда стала очевидной недостаточная прочность шпал типа Е, были созданы

F23 (рис. 9). Шпала имеет длину 250 см и армирована 26 вы­ сокопрочными (156—172 кгс/см2) проволоками периодического профиля диаметром 5 мм. Для электрифицированных участков железных дорог выпускаются шпалы модификации F24, длина которых увеличена до 260 см из условий установки третьего контактного рельса.

Изготовляют железобетонные шпалы на стендах длиной ЮО—180 м (фирма Дау-Мак). Натяжение проволок производят попарно и закрепляют их в анкерных плитах при помощи цан­ говых захватов. Бетонируют шпалы в металлических одиноч­ ных штампованных формах матричного типа, торцы которых после установки арматурных пакетов закрывают диафрагмами. Уплотнение бетонной смеси производят при помощи навесных вибраторов. Для ускорения твердения бетона формы накрыва­ ют специальными колпаками, под которые подается пар. Шпа­ лы изготовляют из бетона марки 500 и применяют смеси полупластичной консистенции.

К числу недостатков рассматриваемой технологии относит­ ся низкий уровень механизации производства работ, что при­ водит к применению ручного труда при выполнении множества различных операций, начиная с заправки концов проволок в отверстия диафрагм и кончая очисткой форм.

Длительность выдерживания шпал на стендовых линиях составляет 24 ч, а иногда достигает трех и более суток в зави-

31

симости от вида и расхода цемента, температуры прогрева бе­ тона и требований срочности исполнения заказа.

Английские специалисты считают, что естественное вызре­ вание бетона является предпочтительным перед его припар­ кой, так как при этом гарантируется получение бетона со свой­ ствами, заложенными при проектировании и подборе его соста­ ва. Завод с 40—50 технологическими линиями может произво­ дить от 750 до 1000 шпал в сутки. Англия располагает шестью заводами для изготовления шпал. На заводах производится тщательный подбор требуемого состава бетона, применяется исключительно кондиционный фракционированный на 5—7 сос­ тавов щебень и на 2—3 состава песок. Применяется бетонная смесь состава 1 :1,5:3; состав бетона уточняется заводской ла­ бораторией в зависимости от характеристики имеющихся за­ полнителей и цемента.

Ожидаемый срок службы предварительно напряженных же­ лезобетонных шпал не менее 50 лет против 14—18 лет для де­ ревянных шпал.

Обращают внимание результаты проведенных в Англии сравнительных исследований конструкций шпал с дополни­ тельными металлическими литыми анкерами внутри бетона и без анкеров, когда проволоки диаметром 5 мм удерживаются только силами сцепления металла с бетоном. Отмечается, что в железобетонных шпалах применение проволок сравнительно малого диаметра позволяет более равномерно распределить на­ пряжения обжатия в поперечных сечениях шпалы и обеспечи­ вает высокое сопротивление ударным нагрузкам в случае схода с рельсов подвижного состава. Сравнение показало, что при

Рис. 10. Шпала типа RS французских железных дорог

32

ной из стальной трубы диаметром 63 мм, внутри которой про­ ходит напрягаемый с усилием 15 тс стальной стержень диамет­ ром 19 мм. Стержень снабжен анкерными гайками, от которых усилие на бетон передается через опорные шайбы.

Изготовление такой шпалы производят в несколько стадий. Вначале изготовляют поперечину, внутрь которой устанавлива­ ют напрягаемый арматурный стержень, и пространство запол­ няют цементно-песчаным раствором. В подготовленную форму устанавливают арматурные каркасы и поперечину, а затем производят бетонирование подрельсовых блоков. После немед­ ленной распалубки шпалы поступают в пропарочную камеру, где цикл тепловой обработки длится 8 ч. Когда бетон наберет достаточную прочность, производят первичное натяжение ар­ матурного стержня гидродомкратом. Через 3—4 недели натя­ жение доводят до проектной величины. Нишу в шпале, в кото­ рой расположена анкерная гайка, после натяжения стержня заделывают цементно-песчаным раствором.

С 1951 г. в Швеции уложено более 500 тыс. шпал типа 101

1—1,6 млн. шпал. К производству приняты в основном железо­ бетонные шпалы различных типов в зависимости от класснос­ ти железной дороги.

Наибольшее применение получили железобетонные шпалы типа 3V. Эти шпалы армированы 32 попарно свитыми проволо­ ками диаметром 2,6 мм. Выпускаются также предварительно напряженные шпалы, армированные четырьмя стержнями диа­ метром по 12 мм.

2000

Рис. 12. Шпала японских железных дорог для эксплуатации в суровых климатических условиях

.34

2286

\

с1 К Д - - -

. 196,8

___ 1121

Рис. 13. Шпала типа Е железных дорог США

Для укладки в путь на острове Хоккайдо, расположенном в Северной части Японии, разработана новая конструкция желе­

обычного железобетона были уложены в штате Пенсильвания еще в 1893 г. С этого времени в США было запатентовано бо­ лее 150 различных типов железобетонных шпал. В последнее десятилетие интерес к железобетонным шпалам возрастает. Ви­ димо, этому способствует широкое применение железобетон* ных шпал в Европе и Азии, а также необходимость приведения: путевого хозяйства железных дорог США в соответствие с но­ выми правилами их технической эксплуатации (FRA). В настоя­ щее время на железных дорогах США уложено около 900 млн. деревянных шпал, средний срок службы которых равен 35 годам. Ежегодная потребность в шпалах на ближайший период составит примерно 25 млн шт., а ,к 1980 г. может возрасти до 30 млн. шт.

Известно несколько типов железобетонных предварительно напряженных шпал, с которыми начиная с 1957 г. проводят опыты в исследовательском отделении Ассоциации американс­ ких железных дорог. Первые три типа шпал А, В, С обладают характеристиками, одинаковыми с дубовыми. На основании результатов испытаний в лабораторных условиях статической и пульсационной нагрузками были запроектированы шпалы двух новых типов Д и Е и позднее их модификации.

Шпала типа Е (рис. 13) армирована четырьмя семипрово­ лочными напряженными прядями диаметром около 11 мм каж­ дая. Подрельсовые блоки шпал имеют вогнутую поверхность подошвы для лучшего удержания балласта. В средней части

опорная поверхность подошвы уменьшена и выполнена клино­ образной за счет среза нижних углов. В течение 1960—1967 гг.

ных участков пути. В течение 1967—1968 гг. проведены обсле­ дования и закончены лабораторные испытания этих шпал.

В результате выявлены следующие основные недостатки конструкций опытных шпал:

выдергивание головок болтов рельсовых скреплений из бе­ тона из-за малой глубины заделки;

изгибные трещины в средней части из-за ее олабления срез­ кой углов. Высказывается мнение, что шпалы с плоской подош­ вой лучше сопротивляются при работе в пути изгибу и круче­ нию;

трещины в бетоне от кручения в средней части шпалы; воз­ никновению крутящих моментов способствует вогнутая поверх­ ность подошвы подрельсовых частей шпалы;

изгибные трещины в бетоне в нижних частях шпалы под рельсом.

Американские специалисты считают, что наиболее серьез­ ным недостатком этих конструкций шпал является последний. Он вызван большой длиной анкеровки семипроволочных пря­ дей в бетоне. Зона анкеровки (табл. 8 ) прядей различных диа­ метров от торца шпалы заходит за ось рельса, и при приложе­ нии нагрузки от подвижного состава они продергиваются в бе­ тоне.

Специалисты США на основании полученных ими результа­ тов пришли к выводу о недопусимости армирования шпал семи­ проволочными прядями увеличенного диаметра. Ими предлага­ ется перейти на армирование шпал прядями меньшего диамет­ ра или, что лучше, применять проволочную арматуру периоди­ ческого профиля. В связи с этим положительно оцениваются

36

английские шпалы, армированные 26 проволоками периодичес­ кого профиля.

ВСША подготовлен и опубликован в 1971 г. проект техни­ ческих условий на железобетонные шпалы. Эти технические ус­ ловия включают требования к материалам, размерам и проч­ ностным характеристикам предварительно напряженных брус­ ковых шпал, а также двухблочных шпал из обычного или пред­ варительно напряженного железобетона.

Всвязи с подготовкой указанных технических условий уло­ жены для сравнительных испытаний три типа модифицирован­ ных предварительно напряженных шпал:

MR-2 с четырьмя семипроволочными прядями; RT-7 с шестью семипроволочными прядями;

«Дау-Мак» с 22 проволоками периодического профиля по образцу английской шпалы.

сведения по технологии изготовления шпал. Так, например, по качеству бетона указано, что его цилиндрическая прочность в 28-дневном возрасте должна быть не менее 490 кгс/см2 при обязательном учете требований стандартов ASTMC 31 и С89. Бетонную смесь готовят на портландцементе (в том числе с ис­ пользованием воздухововлекающих добавок) и заполнителях, удовлетворяющих требованиям существующих стандартов. Применение добавок, содержащих хлориды, запрещено.

В качестве арматуры для железобетонных шпал разрешено

Концы напрягаемой и обычной арматуры по торцам шпалы должны быть защищены от коррозии цементным раствором или составом на основе эпоксидной смолы общей толщиной не менее 19 мм, но не менее диаметра арматуры.

Первые партии шпал в США изготовлены по стендовой тех­ нологической схеме. Бетонную смесь уплотняли глубинными и поверхностными вибраторами. Для ускорения твердения бето­ на применяли пропаривание шпал. Затем для изготовления

37

шпал типа Е в штате Флорида была создана опытная промыш­ ленная установка, которая позволяет автоматически выполнять все операции по армированию и формированию шпал. Конст­ рукция этой автоматической установки представляет зна­ чительный интерес и рассмотрена нами более подробно в

главе 3.

В установке применены силовые поддоны, воспринимающие усилие от натянутой арматуры. Отформованные из мелкозер­ нистой бетонной смеси методом виброштамповаиия шпалы па поддонах помещают на железнодорожную платформу и зака­ тывают в пропарочную камеру, где выдерживают изделия в те­ чение 12 ч. Ритм работы установки 26—30 сек на одну форму­ емую шпалу. Обращает внимание компактность всей установ­ ки, непосредственно над которой расположено бетоносмеси­ тельное отделение с программным устройством для дозирова­ ния материалов.

Широкого распространения этот опыт не получил, видимо, в силу того, что до сих пор не закончены работы по выбору ра­ ционального типа шпал для железных дорог США.

Ежегодное производство железобетонных шпал в США в 1970—1971 гг. не превышало 100—200 тыс. шт., а общее число изготовленных шпал составляет около 1,5 млн. шт.

В И н д и и производство и укладка железобетонных шпал начались в 1963 г. Для колеи 1676 мм применяют железобетон­ ные шпалы, армированные восемнадцатью высокопрочными проволоками диаметром 5 мм. Изготовляют такие шпалы по стендовой технологии. Прочность бетона при сжатии установ­

шпалы 235 кг. Такие шпалы изготовляют в одиночных формах по технологии, аналогичной применяемой в ФРГ. Начало про­ изводства этих шпал относится к 1951 г. Изучение зарубежно­ го опыта показывает, что за последние 15 лет железобетонные шпалы из заменителей деревянных превратились в основной конструктивный элемент верхнего строения пути и начинают применяться в большинстве стран мира.

В подавляющем большинстве стран основная ориентация принята на применение цельнобрусковых предварительно на­ пряженных железобетонных шпал с дисперсным армированием высокопрочными проволоками диаметром 2,5—5 мм. Исключе­ нием являются французские и шведские двухблочные шпалы с гибкой поперечиной, а также шпалы ГДР и ФРГ со стержне-

38

вой арматурой. Однако опыт эксплуатации двухблочных шпал показывает, что они не отвечают жестким требованиям по под­ держанию ширины колеи, несмотря на большой расход арма­ туры по сравнению с брусковыми шпалами.

Четырех-, шести-и восьмистержневые шпалы ГДР и ФРГ имеют иные характеристики, чем двухстержневые.

Заслуживает внимания применение в восьмистержневых шпалах специальной высокопрочной арматуры периодического профиля с овальным поперечным сечением. Такая арматура хо­ рошо заанкеривается в бетоне, поэтому не требует применения дополнительных металлических анкеров. Однако указывается, что овальное сечение неблагоприятно с точки зрения образова­ ния трещин в бетоне. Опасность образования трещин в направ­ лении большой оси овала в шесть раз больше, чем в направле­ нии малой оси. Поэтому круглая напрягаемая арматура пред­ почтительнее.

Шпалы с семипроволочными прядями, как об этом свиде­ тельствует опыт США, а также результаты экспериментальных

Мнения большинства специалистов сходятся при оценке пре­ имуществ железобетонных целыюбрусковых шпал с проволоч­ ной арматурой, хотя технология их изготовления более трудо­

условиями на изготовление шпал. Это в какой-то степени может характеризовать различный подход к решению данного вопроса,

39