5. Особенности расчетов бесстыкового пути на мостах

Работа и расчеты рельсовых плетей, перекрывающих мосты с ездой на балласте, на прочность и устойчивость не имеют никакой специфики и производятся обычным порядком. Следует лишь учитывать особенность определения летних расчетных температур рельсов. [1,4,6]

При укладке бесстыкового пути на мостах с безбалластным мостовым полотном в зависимости от длины пролетных строений выбирается одно из рассмотренных конструктивных решений (см. рис. 2-10). При этом в тех случаях, когда мост располагается в средней, температурно-неподвижной части плетей, которые не связаны в продольном направлении с безбалластным мостовым полотном или связаны частично (в зоне неподвижных опорных частей), должна проверяться расчетом величина раскрытия зазора в месте случайного излома плети на мосту. Эпюры температурных напряжений в рельсовых плетях, разрядившихся (заштриховано) в момент излома на мостах, приведены на рисунке 15.

5.1. Расчет и составление графика температурной работы уравнительных рельсов на мосту

Величина зазора в месте излома , равняется площади эпюр разрядившихся напряжений в масштабе 1/Е:

а) при ≤ 33 м (р_M = 0) (см. рис.15а),

=,

где, - погонное сопротивление продольному сдвигу рельсов па подходах к мосту, Н/м;

р_M - то же на мосту, Н/м;

F- площадь сечения рельса (см²);

α - коэффициент линейного расширения рельсовойcтали;

Е- модуль упругости рельсовой стали;

- температурный перепад в момент излома плети.

б) при 33 м <<55 м (однопролетные мосты, см. рис.15,б)

=+_,

в) при 33 м < 2≤66м (многопролётные мосты,), в частности, для двухпролетного моста (см. рис. 15,в)

=+

Рис. 15. Эпюры разрядившихся нормальных напряжений при изломе плетей и различных схемах их закрепления на мостах:

а) при свободнолежащих рельсовых плетях (р_M = 0) на мостах с < 33 м; б) при наличии усиленного закрепления плетей в зоне неподвижных опорных частей (R_У) на однопролетном мосту с ≤ 55м; в) при наличии усиленного закрепления (R_У) на двухпролетном мосту с 2≤ 66м

Расчетная величина , определяется в зависимости от длины участков усиленного закрепления рельсовых плетей на мосту в зоне неподвижных опорных частей:

=

Принимают 25кН/м. Значенияв зависимости отпредставлены ниже:

33 44 55

6,0 8,0 10,0

Если в результате расчета по представленным формулам окажется, что величина зазора в изломе чрезмерно велика (например.> 4.0см), то следует рассмотреть возможность закрепления плетей, перекрывающих мост, при более низких температурах - ближе к нижней границе расчетного температурного интервала закрепления. Как видно из указанных формул, величина прямо пропорциональна температурному перепаду в момент изломаи его квадрату.

При укладке рельсовых плетей на больших мостах длиной, равной температурным пролетам, нет необходимости проводить дополнительные расчеты прочности или устойчивости таких плетей, так как при изменениях температуры их напряженное состояние практически не отличается от состояния звеньевого пути.

В последнем случае (если путь надежно закреплен от угона) нет оснований также опасаться раскрытия больших зазоров в месте излома рельсовой плети на мосту.

Если же применяются сезонные уравнительные рельсы, то необходимо производить их своевременную замену два раза в год в расчетных интервалах температур. Для этого случая необходимо определить температурный интервал закрепления для уравнительных рельсов нормальной длины (12,50м) и укороченных (12,46м).

Последовательность расчетов следующая:

1. Определяются наивысшая и наинизшаятемпературы рельса для данного объекта согласно Указаниям по устройству и конструкции мостового полотна на железнодорожных мостах или по экспериментальным температурам воздуха,за многолетий период (СНиП 2.01.01-82). В последнем случае:

=+10°С;

=

2. Определяется приращение температуры, соответствующее преодолению сил трения рельсов в накладках

3. Определяются наивысшая расчетная температура рельсов и наинизшая температурапутем уменьшения экстремальных на 5 °С (с последующим округлением до 5 °С в ближайшую сторону):

=- 5°С

=+5°С.

4. При наивысшей расчетной температуре рельсов минимальный зазор в каждом стыке уравнительных рельсов принимают равным 3 мм (чтобы исключить торцевое давление).

5. Определяется раскрытие стыковых зазоров при понижении температуры на каждые 5 °С (с округлением до 0,5 мм в ближайшую сторону):

где - длина рельсовой плети с уравнительными рельсами, мм;

t - температурный перепад(t= 5 °С);

п-число зазоров[п = 4 (три пары уравнительных рельсов),п=5 (четыре пары рельсов)].

Пусть, например, = 100 м,t=5 °С,п=4. Тогда

=1,5мм

6. Определяются зазоры в стыках уравнительного пролета на мосту с парой укороченных (12,46 м) уравнительных рельсов при другой температуре

где т - количество интервалов по 5 °С каждый(т = 1,2, 3,...).

В качестве иллюстрации на рисунке 16 и в таблице 8 приведены результаты расчета для рельсов типа Р65 и длины моста = 100 м.

где =3мм (при)

Наибольший зазор не должен превышать расчетного

где - наибольший конструктивный зазор (= 23 мм для Р65)

- укладочный допуск (= 2 мм), очевидно, что= 23 - 2 = 21 мм.

Рис. 16. Температурная работа уравнительных рельсов на мосту (=100 м)

Из рисунка 16 ясно, что каждая пара сезонных уравнительных рельсов (12,46 и 12,50 м) может безопасно работать не круглый год, а только в определенных температурных интервалах:

• укороченный (длиной 12.46 м) на графике АF - от = +40°С до = - 15 ÷ -10°С, а при более низких температурах возникает опасность разрыва стыков (точке F1 соответствует= 21мм);

• нормальный (длиной 12,50 м) на графике ДС от = = -35 °С до= 0÷+5°С, а при более высоких температурах начнется торцевое давление и появится опасность выброса. (точка Ссоответствует).

Прямые АF и ДС параллельны друг другу и на определенном интервале температур рельса (от до ) графически перекрывают друг друга, когда допускается эксплуатация любых сезонных уравнительных рельсов.

Для безопасной работы конструкции важно производить своевременную замену нормальных рельсов (12,50 м) на укороченные (12,46 м) весной (ЕF) и обратную зимой (ВС) — осенью.

7. Определяются зазоры при укладке пары нормальных (12,50 м) сезонных уравнительных рельсов. Для этого из суммы стыковых зазоров с парой укороченных рельсов (см. в гр. 3.1 табл. 8) вычитают 40 мм, полученную сумму записывают в гр.5(), а затем делят ее на число зазоров (n= 4) и получают данные гр. 4 ()

8. Определяются зазоры и их суммыдля рельсов 12,50 м с добавлением значенийс нарастающим итогом при понижении температуры рельсов (СД на рис. 16) до тех пор, пока температура рельсов не достигнет(точка Д).

Если стыковой зазор при этом окажется больше допустимого (= 21 мм), то необходимо укладывать четыре пары уравнительных рельсов (n= 5) вместо трех пар(п=4). Более четырех пар уравнительных рельсов укладывать не рекомендуется.

9. Температурный интервал, в котором может производиться замена сезонных уравнительных рельсов (заштрихован на рис. 16), определяется по таблице 8 и рисунку 16 из условия возможности применения как нормальных (12,50 м), так и укороченных (12,46 м) уравнительных рельсов.

В рассматриваемом примере при весенней температуре =-15 ÷ +10°С (типично для марта - апреля) пара нормальных уравнительных рельсов (12,50 м) должна быть заменена (из точки Е переход в точку F ) парой укороченных (12,46 м). а осенью при температурах закрепления=0 ÷ +5°С (типично для октября) должна быть сделана обратная замена пары укороченных рельсов на нормальные (переход из точки В в точку С).

Точка С₁соответствует замыканию всех зазоров, а точка- их полному раскрытию. Ни то, ни другое состояние не должно допускаться. Это условие обеспечивается заменой сезонных уравнительных рельсов в расчетном температурном интервале и в соответствующие календарные сроки, определяемые по климатическому справочнику и долгосрочному прогнозу температур.

С разрешения МПС укладка сезонных уравнительных рельсов может производиться при любой длине температурных пролетов (более 110 м).

Таблица8

Расчетные стыковые зазоры в уравнительном пролете на мосту

Температура Рельсов, °С	Значения стыковых зазоров и их суммы, мм, при сезонных уравнительных рельсах, м
	12,46		12,50
1	2	3	4	5
tmax = +40	3,0	12,0	-	-
+40 ÷ +35	4,5	18,0	-	-
+35 ÷ +30	6,0	24,0	-	-
+30 ÷ +25	7,5	30,0	-	-
+25 ÷ +20	9,0	36,0	-	-
+20 ÷ +15	10,5	42,0	-	-
+15 ÷ +10	12,0	48,0	2,0	8,0
+10 ÷ +5	13,5	54,0	3,5	14,0
= 0 ÷ +5	15,0	60,0	5,0	20,0
0 ÷ -5	16,5	66,0	6,5	26,0
-5 ÷ -10	18,0	72,0	8,0	32,0
= -10 ÷ -15	19,5	78,0	9,5	38,0
-15 ÷ -20	21,0	84,0	11,0	44,0
-20 ÷ -25	-	-	12,5	50,0
-25 ÷ -30	-	-	14,0	56,0
tmin = -35	-	-	15,5	62,0