Залавский Н.И. Расчеты откоса насыпи и стрелочного перевода. 2014

УДК 625.12(07) + 06

Рецензент – доктор технических наук, профессор В.И. Новакович

Залавский, Н.И.

Расчеты откоса насыпи и стрелочного перевода: учебно-методическое пособие / Н.И. Залавский, Е.В. Корниенко; ФГБОУ ВО РГУПС. – Ростов н/Д, 2014. – 35 с.: ил. – Библиогр.: с. 29.

Изложены рекомендации по проектированию и расчетам земляного полотна: определению необходимой устойчивости насыпи, расчет параметров обыкновенного стрелочного перевода. Представлены примеры решений.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов очной формы обучения специальности «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей», выполняющих курсовое проектирование.

Одобрено к изданию кафедрой «Путь и путевое хозяйство».

©Залавский Н.И., Корниенко Е.В., 2014

©ФГБОУ ВО РГУПС, 2014

Введение

Земляное полотно железной дороги является сложным грунтовым инженерным сооружением, которое служит основанием для верхнего строения пути, и от стабильности насыпей и выемок зависит надежность и безопасность движения поездов. Следовательно, при изучении железнодорожного пути целесообразно выполнить расчет откоса насыпи на устойчивость.

Соединения и пересечения рельсовых путей – это особые устройства верхнего строения пути, которые служат для перемещения по ним поезда или отдельных экипажей с одного рельсового пути на другие, поэтому студентам нужно научиться производить расчет обыкновенного стрелочного перевода.

Для каждого раздела проекта изложены принципы проектирования и расчетов, приведены расчетные схемы, даны примеры расчетов. Исходные данные по вариантам приведены в приложениях Г, Д.

4

1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО ПРОФИЛЯ НАСЫПИ

Расчет устойчивости насыпи

Определить устойчивость насыпи, проектируемой из глинистых грунтов. Исходные данные: размерные параметры насыпи: Hн, Воп, mi.

Характеристики грунта насыпи: γsн, γн, Wн, eн, сн, φн; нагрузка pп, bп, pвс, bвс. Расчетная схема: масштабный поперечный профиль насыпи (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Расчетная схема для определения Кус (по кривой смещения АВ)

Нагрузка на ОП заменяется эквивалентным (фиктивным) столбиком грунта высотой hэ, шириной на однопутном участке bп, на двухпутном (bп+Bм).

Графическое построение. Соединяются прямой точка А (в основании откоса) и характерная на ОП насыпи точка В (ось пути, удаленный конец шпалы и др.) через которую возможно смещение, оползание откоса.

В середине прямой (хорды) АВ восстанавливается нормаль – линия центров (МО).

Проводится вспомогательная линия из точки Е (угловой вершины фиктивного столбика со стороны линии центров или др.) под углом 30-360 горизонтальной верхней грани фиктивного столбика грунта до пересечения с линией центров в точке О. из полученного центра О радиусом Rв=ОА=ОВ вычерчива-

5

ется возможная (круглоцилиндрицеская) поверхность смещения массива грунта. Из центра О опускается вертикаль ОАʹ.

Массив смещения грунта разбивается на отсеки (шириной 3–6 м) через характерные точки переломов ПП, на границах грунтов насыпи и основания, отсеков сдвигающих сил Тiсд и удерживающих Тiуд (слева от ОА) на границах фиктивного столбика грунта.

Решение. Устойчивость насыпи при проектировании оценивается коэффициентом устойчивости от смещения Kус, который определяется графоаналитическим способом.

Порядок расчета. Вычисляем hэ – на однопутном участке (на ширине bп)

где рп ‒ интенсивность поездной нагрузки, кПа; рвс ‒ интенсивность верхнего строения пути, кПа; bп – ширина полосовой поездной нагрузки, м;

bвс – ширина верхнего строения пути, м; Вм – ширина междупутья, м; γн – удельный вес грунта насыпи, кН/м3.

Интенсивность поездной нагрузки следует принимать максимально допустимой рп = 80 кПа (для четных вариантов) и рп = 70 кПа (для нечетных вариантов) на ширине bп, равной длине шпалы (2,75 м).

Интенсивность полосовой нагрузки от верхнего строения пути рвс, среднюю ширину балластной призмы bвс принимают в зависимости от типа верхнего строения пути (приложение Б).

Необходимая (нормативная) плотность грунта dн , которая обеспечивает прочность насыпи, и удельный вес грунта насыпи определяются по формулам:

Wн – влажность грунта, %;

g – ускорение силы тяжести, м/с2.

Вычерчиваем фиктивный столбик грунта. Выполняются графические построения с делением массива на отсеки по характерным точкам; измеряются (в принятом масштабе) R, xi – горизонтальные расстояния от вертикали до середины каждого отсека (абсциссы центров тяжести). Определяются sin i xi / R ; угол

между вертикальным вектором веса отсека Qi и направлением радиуса R

6

по основаниям отсеков); графически (согласно масштабу) измеряются высоты hi-1, hi, ширина bi и вычисляются площади каждого отсека i 0,5(hi-1 hi ) bi .

Коэффициент устойчивости определяется по формуле

где сн, сос – удельное сцепление грунта насыпи, основания, кПа; βi – угол наклона плоскости смещения (отсека, блока), град; lнi, lосi, – длина основания отсека (дуги смещения), м;

fн, fос – коэффициент трения насыпи, основания;

fн tg н , fос tg ос ,

φн, φос – угол внутреннего трения грунта насыпи, основания, град. Значения слагаемых в формуле определяется в табличной форме. Вычис-

ляются несколько (минимум 3) Кусi для возможных кривых обрушения, проходящих через точку А (подошву откоса) и точки ОП и возможно за ее пределами. Определяют центр Оʹi и Rʹi для критической кривой смещения при Кусmin (по графику расчетные значения Кусi). По линии центров, проходящей через Оʹ, дополнительно принимают несколько (минимум 2 центра Оʹʹj); очерчивают радиу-

(при Кз≥1,2).

Следует оценивать также устойчивость насыпи и при других положениях

где Обр – отметка бровки, м; Оз – отметка земли, м.

Ширина основной площадки земляного полотна (насыпи) Воп принимается в соответствии с категорией железной дороги Приложение В.

Пример. Определить коэффициент устойчивости насыпи при кривой смещения, проходящей через подошву основания и середину основной площадки.

Дано: насыпь двухпутная, Нн=15 м; Воп=10,1 м; m1=1,5; m2=1,75; Kз=1,2; характеристики грунта насыпи: γн=19,2 кН/м3; φн=180; сн=32 кПа; нагрузки

рп=56 кПа; bп=2,7 м; рвс=16 кПа; bвс=8,7 м.

Расчетная схема на рис. 1.1.

Решение. Вычисляем bэ 2,7 4,1 6,8 м;

Выполняем графическое построение фиктивного столбика. Из центра О на пересечении нормали к хорде АВ и вспомогательной линии ВО вычерчиваем

7

кривую возможного смещения АВ; опускаем вертикаль ОАʹ; измеряем Rв=39,5 м, центральный угол αв=520, определяем длину кривой смещения

lАВ 39,5 52 35,83 м. 1800

Массив смещения разбиваем на отсеки, в том числе через точки перелома ПП P,F. Измеряем горизонтальные расстояния xi от ОА до середины каждого

2 РАСЧЕТ ОДИНОЧНЫХ ОБЫКНОВЕННЫХ СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДОВ

2.1 Определение расчетных характеристик стрелки

2.1.1 Начальный угол остряка

Начальный угол остряка по боковому направлению, при котором ударное воздействие колеса на остряк в момент их встречи не будет больше допустимого, определяется из выражения:

где Vmax – максимальная заданная скорость движения поезда на боковой путь;

W – характеристика ударного воздействия колеса по рельсу;

8

δmax – максимальное вероятное значение зазора между гребнем колеса и рельсом;

j0 – внезапно появляющееся ускорение.

Значение допустимого угла удара гребня колеса в остряк при противошерстном движении поезда можно определить из формулы:

2.1.2 Радиус остряка в зоне возможных ударов

Радиус остряка в начальной его части в зоне возможных ударов

В современных стрелочных переводах применяют остряки секущего типа двойной кривизны. Границу перехода очертания остряка с радиуса Rʹ0 к радиусу Rʹʹ0 рекомендуется располагать в конце боковой сторожки кривого остряка, где сечение максимальное (рис. 2.1).

2.1.3 Радиус переводной кривой

Радиус переводной кривой, который одновременно является радиусом корневой части остряка, подбирается таким образом, чтобы при въезде экипажа на переводную кривую независимо от направления движения (пошерстное или противошерстное) величина горизонтального поперечного ускорения не была больше допустимой.

На основании вышесказанного, радиус переводной кривой:

где γ0 – допустимое значение постоянно действующего непоглощённого ускорения.

Значения W, δmax, j0, γ0 приведены в табл. 2.1.

По конструктивным соображениям величина начального угла, определяемая из формулы (2.1), не должна быть менее 0018ʹ. Если это условие не выполняется, нужно принимать βн=0018ʹ и уточнять значения Rʹ0 по формуле

здесь Vmax измеряется в м/с.

9

Если остряки проектируются одной кривизны, тогда принимаются: j0= γ0; Rʹ0 = Rʹʹ0. Полученные значения Rʹ0 и Rʹʹ0 округляются до 1м.

2.1.4 Центральный угол

Согласно рис. 2.1 центральный угол ξ, стягивающий дугу АБГ, определяется из формулы

Рис. 2.1. Схема для определения марки перевода

10