книги из ГПНТБ / Проектирование и расчет железнодорожного пути с учетом военных требований учебник

соидой и что динамический эффект от наличия синусоидальной неровности будет меньше величины, определенной по фор­ муле (6.16).

Проф. М. Ф. Вериго указывает, что определение максималь­ ного инерционного усилия для неровностей с прямолинейными или параболическим очертанием являются приближенными, так как движение центра тяжести колеса по прямолинейной или па­ раболической неровности фактически невозможно. Основным же условием решения задачи является безотрывное движение колеса по рельсу.

В Правилах расчета принято, что динамический уклон неровно­ сти пути i равен

i =1,65» 10~9$ч1Рср,

Если принять, что изолированная неровность пути имеет сину­ соидальную форму, то уравнение максимального упругого прогиба рельса, обусловленного наличием неровности, в соответствии с формулой (6.15) будет

190

При этом длину неровности /„ следует считать по формуле для определения длины положительной волны прогибов балки на сплошном упругом основании при действии сосредоточенной силы» т. е.

или для случая неровности синусоидального профиля

где Т0 = 0,036 ^ — период вынужденных колебаний; v — скорость движения, кмл;

—L__ период собственных колебаний колеса на

«g

рельсе.

Проф. Г. М. Шахунянц указывает, что динамическую неров­ ность пути следует рассматривать как непрерывную, ввиду того, что обычно не бывает точного повторения упругости рельсового основания ни в каких рядом лежащих сечениях.

191

Формула имеет эмпирический характер и для пути на доста­ точно жестком основании дает завышенные результаты.

Ринк —аила инерции, возникающая в результате воздейст­ вия плавной изолированной неровности на колесе.

Наибольшее значение этой силы возникает в пределах неров­ ности, а не после выхода из нее (как это было принято в отноше­ нии» Рнп). Фактически изолированная неровность на колесе много­ кратно повторяется с интервалами, соответствующими длине ок­ ружности колеса.

Формула для вычисления Р™« имеет вид

от отношения

а { — глубина плавной изолированной неровности на колесе, принимаемая равной для локомотивных и тендерных осей 0,065 см и для вагонных осей — 0,2 см.

Закон распределения силы РИНк— арксинусоидальной ( посколь­ ку форма неровности принята в виде синусоиды).

ЯиРнк- = 0 ;

шах

5инк 0,25Ринк •

На основании полученных максимальных и средних значений сил, составляющих вертикальное динамическое давление колеса

192

на рельс, их средних квадратических отклонений, а также выведен­ ной ранее формулы (6.4) получим

Л и „ = Я с т + 0 , 7 5 Р р - Ь Я ИН +

где q\ — доля колес, имеющих изолированные неровности, по отношению к общему количеству однотипных колес, эксплуатируемых на участке;

(1—<71) — доля колес, имеющих плавные непрерывные неров­ ности.

В случае отсутствия фактических эксплуатационных данных «Правила расчета» рекомендуют принимать q\ — 0,05.

По данным натурных измерений, проведенных ЛИИЖТом в ко­ лесном цехе Октябрьского ВРЗ, qi = 0,26. На промышленных же­ лезнодорожных путях ГДР q\ = 0,31.

Полученные результаты исследований дают основание ставить вопрос об уточнении доли колес с изолированными неровностями.

Анализ большого числа расчетов железнодорожного пути на прочность от воздействия различных видов подвижного состава при скоростях движения до 100 км!ч показывает, что в общей

всех остальных случаях. В связи с этим, доктор технических наук О. П. Ершков предложил резко упростить расчет без практиче­

по формуле (для тепловозов, электровозов и вагонов)

Р дин — Я ст “ г 0 . 7 5 А р - г 2 , 5 6 s HI1.

При определении воздействия на путь системы грузов прини­ мается, что вероятный максимум динамического давления расчет­ ного колеса, в сечении под которым находится напряженное со­ стояние рельса и его основания, не совпадает с вероятным макси­ мумом давления от соседних колес.

Влияние соседних колес учитывается в виде средних значений этих сил

Р ср = Я СТ + 0 ,7 5 Я Р.

В результате можно написать окончательную формулу для оп­ ределения кромочных напряжений в подошве рельса от действия

вертикальных и горизонтальных сил в сечении под расчетным ко­ лесом паровоза

Ж ^(Рдин + £иРср).

Для определения динамических напряжений под подкладкой на шпале можно использовать формулу

(?ДИН

т) —ординаты линии влияния для поперечной силы.

Для расчета динамических напряжений в балластном слое под шпалой применяется формула

194

Напряжения на основной площадке земляного полотна могут определяться специальным расчетом или находиться по табли­ це 6.3.

От вычисленных значений аб можно перейти к расчету напря­ жения в балластном слое и на основной площадке земляного по­ лотна с учетом отношения толщины балласта к ширине постели шпалы.

Допускаемые напряжения в кромке подошвы рельсов от сов­ местного действия вертикальных и горизонтальных сил, вызываю­ щих изгиб рельсов в вертикальной и горизонтальной плоскостях и его кручение, находятся из условия

где зо2 — условный предел текучести рельсовой стали, опреде­ ляемый при растяжении стандартных образцов как напряжение, при котором остаточное удлинение дости­ гает 0,2%. Все рельсы старых типов, т. е. рельсы типов I-а, Н-а, Ш-а, IV-a и другие более легкие рельсы, отнесены к категории, для которой og2==

= 3000 кг\смг, а для рельсов новых типов Р65, Р50

и Р43 — ао,2 — 3500 кг!см2\

—напряжения в рельсах, возникающие в результате их растяжения или сжатия под действием изменяющейся температуры, определенные расчетным путем по существующей методике, приняты одинаковыми для

зывают напряжения, превышающие допускаемые не более чем на 30%, с разре­ шения МПС установленные условия обращения подвижного состава могут быть временно, до усиления верхнего строения, сохранены.

Допускаемые напряжения на смятие шпал под подкладками ус­ тановлены следующие:

* Допускается превышение до 30% при усиленном уходе за балластом.

Допускаемые напряжения на балласт установлены различными «для локомотивной и вагонной нагрузок из условия интенсивности накопления остаточных деформаций, которая больше при много­ кратном приложении нагрузки.

Допускаемое напряжение на основную площадку земляного по­ лотна определяется в зависимости от рода грунта, степени его уплотненности и увлажненности. Для здорового земляного полот­ на из наиболее распространенного суглинистого грунта, слежавше­

196

гося или надлежаще уплотненного и имеющего необходимые водо­ отводные устройства, допускаемые напряжения установлены

0,8 кг!см2.

Напряжения на основной площадке земляного полотна опреде­ ляются от совокупного воздействия всех проходящих -по расчет­ ному сечению пути колес. В тех случаях, когда расчетные напря­ жения превышают вышеприведенные нормы, они должны быть согласованы с Главным управлением пути и сооружений МПС.

Методика расчета верхнего строения пути временных и восстановленных железных дорог

Конструкция верхнего строения временного железнодорожного пути так же, как и капитального, должна соответствовать опреде­ ленным требованиям в отношении ее прочности, жесткости и ус­ тойчивости. Решения на выбор типа верхнего строения пути для укладки на обходах и в других случаях должны приниматься обо­ снованно, с учетом местных условий восстановления, особенностей оперативной обстановки и типов верхнего строения пути на при­ мыкающих невосстанавливаемых участках, которые можно раз­ бирать.

Расчет прочности должен производиться и в тех случаях, когда в ходе восстановления используются неразрушенные второстепен­ ные участки со слабыми конструкциями пути.

Расчеты прочности верхнего строения, в зависимости от установ­ ленных скоростей движения и осевых нагрузок подвижного состава для основных возможных на практике случаев, должны быть вы­ полнены в мирное время.

В ходе расчетов решаются следующие вопросы:

—установление наименьшей мощности верхнего строения пути по условиям прочности, жесткости и устойчивости для пропуска заданной нагрузки;

—выбор наиболее экономичного (рационального) типа верх­ него строения, в зависимости от условий его работы;

—установление максимально допустимых скоростей движения заданного подвижного состава по верхнему строению пути уста­ новленного типа.

Верхнее строение пути временных железных дорог может иметь целый ряд особенностей. К числу их следует отнести:

—повышенную неравноупругость рельсо-шпального основания, обусловливающую образование в пути значительных геометриче­ ских и силовых (динамических) неровностей;

—наличие свежеотсыпанного и в некоторых случаях недоста­ точно уплотненного земляного полотна;

—малую толщину балластного слоя и низкое качество его уп­ лотнения;

—недостаточное число шпал на 1 км пути;

197

— применение рельсов легких типов и нестандартной длины ■'{рубок) и др.

Кроме того, при восстановлении железнодорожного пути и со­ оружении обходов барьерных мест допускается устройство кривых рмалых радиусов (до 200 м и менее) и крутых уклонов (до 30% о и более), что оказывает существенное влияние на величину воз­ никающих в пути усилий.

Следует учитывать также особенности воздействия на путь большой осевой нагрузки от тяжелых транспортов, габаритных консольных кранов, особенно с подвешенными пролетными строе­ ниями, и других специальных видов подвижного состава.

Исходные данные для расчета прочности и жесткости времен­ ного пути в основном те же, что и при расчете капитального пути. К ним относятся: характеристика верхнего строения пути (типы рельсов и шпал, число шпал на 1 км пути, вид балласта и его толщина под шпалой) и подвижного состава (тип локомотива и вагонов, величины суммарной и неподрессоренной нагрузок, диа­ метр колеса, расстояние между осями, жесткость рессор, скорость движения).

Основой расчета прочности верхнего строения пути является статический расчет, дающий структуру формул для определения напряжений в элементах верхнего строения и от движущейся ди­ намической нагрузки.

При скоростях движения до 15 км!ч статический расчет имеет самостоятельное значение. До настоящего времени нет общепри­ нятой системы статического расчета временного пути. Разработано несколько теорий расчета. При этом в основу исходных предпосы­ лок положено соображение о наличии в пути рельсовых рубок, слабо соединенных в стыках. Это предположение, учитывающее реальную конструкцию временного пути, не позволяло при корот­ ких рельсовых рубках производить расчет рельса как балки бес­ конечной длины.

Например, кандидат технических наук В. Н. Купцов считал рельс балкой конечной длины, нагруженной одной или двумя со­ средоточенными силами. Им установлено, что при увеличении дли­ ны рубок статические напряжения изгиба в них уменьшаются и достигают наименьшей величины в рубках длиной 5,8 м и более, которые в отношении величины статических напряжений (для па­ ровозов серии Эм) ничем не отличаются от рельсов нормальной длины. Автором сделан вывод, что весьма желательно применение рельсовых рубок длиной не менее 4,5 м.

Кандидаты технических наук А. П. Черник и П. К. Кулешов в своих диссертациях рассматривали рельс как плеть, состоящую из пяти или семи шарнирно связанных между собой рельсовых рубок длиной 2,0 м. При этом А. П. Черник считал рельсовые сты­ ки идеальными шарнирами, а П. К- Кулешов — упругими шарни­ рами, передающими 85% изгибающего момента (по сравнению с целым рельсом).

198

Оба автора использовали для расчета метод начальных пара­ метров, разработанный проф. Н. К- Снитко и позволяющий учиты­ вать наличие скачков в величинах изгибающего момента, попереч­ ной силы и угла поворота.

В результате произведенных расчетов ими установлено, что статические напряжения в рубках длиной 3 м превышают стати­ ческие напряжения в рельсах нормальной длины (12,5 или 25 м) всего на 3%, в рубках длиной 2,5 м — на 5% и в рубках длиной

2 м — на 24%.

Из проделанной работы можно сделать вывод о том, что ста­ тические напряжения в рельсах короткой длины можно без суще­ ственных погрешностей определять методом расчета балки беско­ нечной длины, лежащей на сплошном упругом основании.

Из курса строительной механики известно, что балку на

Учитывая все вышеизложенное, а также тот факт, что при вре­ менном восстановлении в путь не должны укладываться рельсы короче 4,5 м, можно сделать окончательный вывод о том, что ста­ тический расчет верхнего строения временного пути следует вы­ полнять по тем же правилам и формулам, что и капитального пути.

Напряжения на основной площадке земляного полотна времен­ ного пути можно определять, пользуясь эмпирическими зависи­ мостями изменения напряжений по глубине балластного слоя та­ ким же порядком, как это рекомендуется для капитального пути.

Расчеты показывают, что для нормальной работы основной пло­ щадки земляного полотна толщина балластного слоя под шпалами при воздействии динамической нагрузки должна быть не меньше

25 см.

При толщине балластного слоя под шпалой менее 25 см в пути возможны большие остаточные деформации, поэтому потребуется затрата значительных сил и средств для содержания пути в со­ ответствии е установленными нормами. Однако, в связи с ограни­ ченным сроком безремонтной эксплуатации восстановленных уча­ стков и вновь построенных обходов, толщина балластного слоя может быть уменьшена до 15 см.

199