Расчет верхнего строения пути на прочность

Общие положения

 

Конструкция верхнего строения пути по прочности, устойчивости, состоянию должна обеспечить безопасное и плавное движение поезда с наибольшими скоростями, установленными для данного участка. Это требование ПТЭ необходимо выполнять в условиях непрерывного действия различных динамических нагрузок и природных воздействий также с учетом накопления остаточных деформаций всех элементов пути

В основе требований, предъявляемых к конструкции верхнего строения пути, лежат условия обеспечения его прочности, устойчивости и экономич­ности. Расчетами на прочность определяется минимально необходимый тип верхнего строения пути в заданных условиях эксплуатации, а целесообраз­ный тип верхнего строения пути определяется технико-экономическими расчетами. Далее приведены расчеты пути на прочность и устойчивость.

Методика расчетов верхнего строения пути на прочность и устойчи­вость позволяет решать ряд задач:

• определение напряжений и деформаций в элементах верхнего строения пути в заданных условиях эксплуатации;

• оценка возможности повышения осевых нагрузок и скоростей движения при заданной конструкции пути;

• определение возможности работоспособности конструкции пути до очередного капитального ремонта;

• анализ причин потери прочности и устойчивости пути;

• проектирование новых конструкций.

Современная методика распространяется на конструкции верхнего стро­ения пути с рельсами длиной 12,5 м и 25,0 м, в т.ч. на рельсовые элементы стрелочного перевода (рамные рельсы, переводная кривая и др.).

 

Расчет пути на прочность

Расчеты прочности пути осно­ваны на положении, что его конструкция находится в исправном состоянии, соответствующем требованиям ПТЭ и действующим нормам. Гео­метрические параметры рельсовой колеи должны соответствовать удовлетворительному состоянию пути.

Важнейшими характеристиками упругих свойств верхнего строения пути являются модуль упругости рельсового основания и коэффициент относительной жесткости рельсового основания и рельса.

Модуль упругости рельсового основания U численно равен равно­мерно распределенной реакции основания, возникающей на единицу длины рельса при упругой осадке основания, равной единице.

Коэффициент относительной жесткости рельсового основания и рельса

где Е - модуль упругости рельсовой стали, Е = 2,1 * 10⁵ МПа;

I - момент инерции поперечного сечения рельса в вертикальном направлении, м .

Коэффициент относительной жесткости для типовых конструкций пути находится в пределах 0,9... 1,8 м , а модуль упругости основания летом 23...29,5 МПа при деревянных шпалах на щебеночном балласте и 110…167 МПа при железобетонных шпалах. Зимой модуль упругости увеличивается в 1,5...2,0 раза.

Расчетные характеристики подвижного состава. Динамически силы воздействуют на путь через колеса подвижного состава и рельс. В расчетах учитывают воздействия на путь одной тележки вагона или локомотива. Конструкция экипажной части различных типов подвижного состава должна находиться в исправном состоянии, соответствующем требованиям ПТЭ и техническим нормам.

Исходные данные: Расчетные локомотивы ЧС200 и ВЛ10, 4-осный грузовой вагон с тележками

ЦНИИ-ХЗ-0.Максимальная скорость движения пассажирских поездов в кривой составляет 112км/ч, в прямой-128 км/ч [п.1.3].Максимальная скорость движения грузовых поездов составляет 75 км/ч.

Характеристики пути: прямой участок и кривая радиусом R=600м

Конструкция пути: рельсы Р65, шпалы железобетонные, эпюра шпал в прямой 1840 шт/км и в кривой 2000 шт/км, скрепление КБ, балласт щебень, прокладки повышенной упругости.

В расчетах учтен приведенный износ рельсов 3 мм.

 

Расчетные характеристики пути:

Конструкция пути	Р65(6)(ЖБ)Щ
Время года	зима	лето
План	кривая	прямая	кривая	прямая
U, МПа
K, м^-1	1,573	1,536	1,421	1,338
F·10^-4,м^2	78,24	78,24	78,24	78,24
JГ·10^-8,м^4
JB·10^-8,м^4
W0	10^-6,м^3
W6
α0	0,403	0,403	0,433	0,433
ω·10^-4,м^2
Ωα,м^2	0,2975	0,2975	0,2975	0,2975
b	0,27	0,27	0,27	0,27
α*l	0,7	0,7	0,7	0,7
h, м	0,55	0,55	0,55	0,55

 

Расчетные характеристики подвижного состава:

Подвижная единица	P ст, кН	q к, кН	Ж р, МН/м	f ст	d,м	li	е0 ·10^-2, м	f	Vконстр м/с
в прямой	в кривой
ЧС200	97,5	16,25	0,91	0,197	1,25	3,20	0,047	1,16	1,26	55,5
ВЛ10		31,6	1,16	0,135	1,25	3, 0	0,047	1,25	1,33	27,7
ЦНИИ Х3		9,95	2,0	0,048	0,95	1,85	0,068	1,18	1,33	33,3