Нагрузка от веса верхнего строения пути

Нагрузка от веса верхнего строения пути (ВСП) определяется типом рельсов и шпал, материалом и размерами балластной призмы. В расчетной модели приближенно принято вес ВСП заменять равномерно распределенной (прямоугольной полосовой) нагрузкой с интенсивностью рвс и шириной Ьвс, равной ширине балластной призмы по средней линии, приложенной на уровне основной площадки. Численные значения параметров нагрузки от веса ВСП в соответствии с рекомендациями СП 32-104-98 приведены в табл. 10.13.

Таблица 10.13

Параметры нагрузки от веса верхнего строения пути

Категория

линии

Интенсивность нагрузки рвс, кПа

Ширина нагрузки Ьвс, м, при числе главных путей

Нагрузка на 1 пог. м пути Рвс, кН/м, при числе главных путей

1

2

1

2

I—III

17

4,88

8,98

83

152

IV

15

4,28

64

Нагрузка от воздействия подвижного состава

Нагрузка от воздействия подвижного состава в отличие от веса ВСП является динамической и фактически передается на основную площадку через балластный слой, поэтому величину напряжений и форму их эпюры на основной площадке, которые и принимаются в виде внешней нагрузки на земляное полотно, получить более сложно, чем от веса ВСП.

Величина напряжений на основной площадке и их распределение по площади зависит от многих факторов: характеристик подвижного состава (и в первую очередь осевых нагрузок и расстояний между ними); скорости движения поезда; типа верхнего строения пути; характеристик самого земляного полотна, времени года и т.д. Поэтому задача определения параметров нагрузки от воздействия подвижного состава сложная и зависит от того, в каких расчетах она будет применена. Рассмотрим несколько основных методов определения параметров нагрузки.

Эпюры динамических напряжений на основной площадке. Фактические закономерности распределения динамических напряжений в земляном полотне были получены в результате непосредственного измерения их приборами (мессдозами), проводившимися в течение многих лет в МИИТе и ВНИИЖТе проф. Г.Г. Коншиным.

Поездная нагрузка через рельсошпальную решетку передается на балластный слой и основную площадку земляного полотна. При этом воздействие подвижного состава носит циклический характер, связанный с перекатыванием колес экипажей через рассматриваемое сечение. В зависимости от типа подрельсового основания (деревянные или железобетонные шпалы, блочные основания) различаются и особенности передачи нагрузки. Деревянная шпала оказывает наибольшее давление на балласт в подрельсовых сечениях, а по концам и посередине — меньше. Изгиб железобетонной шпалы имеет другую форму — наибольший прогиб возникает по концам шпалы. В результате этого фактические эпюры динамических напряжений, возникающих на основной площадке, существенно отличаются от принимаемых расчетных форм этих эпюр.

В ходе экспериментов было установлено, что воздействия подвижного состава проявляются на основной площадке неравномерно как вдоль пути, так и в поперечном сечении земляного полотна. На рис. 10.2 показаны характерная осциллограмма с записью экспериментальных напряжений на основной площадке вдоль пути под разными вагонами опытного поезда и обобщенный вид эпюры реально действующих напряжений на основной площадке вдоль пути.

В поперечном сечении основной площадки максимальные напряжения, несмотря на различный характер опирания на балласт деревянной и железобетонной шпалы, как показали многочисленные измерения, возникают под рельсовыми нитями а0_р (рис. 10.3). По результатам экспериментов предложено оценивать характер распределения динамических напряжений на основной площадке в поперечном сечении земляного полотна в виде коэффициентов неравномерности у0_/., которые определяют по следующим формулам:

где ст0_к и ст0_о — напряжения соответственно под концами шпалы и по оси колеи.

Результаты экспериментов показали, что отсутствует четкая зависимость коэффициентов неравномерности у0_к и у0_о от типа подвижного состава (локомотивы, вагоны), величины осевых нагрузок (до Рст= 300 кН/ось) и скорости движения (от 3 до 180 км/ч), а также от состояния пути (ровные рельсы, изолированные неровности на рельсах или зона стыков). Для всех вариантов испытаний и при со-

Напряжения на основной площадке вдоль пути, полученные экспериментально

Рис. 10.2. Напряжения на основной площадке вдоль пути, полученные экспериментально:

а — пример осциллограммы напряжений (масштаб записи в сечениях одинаковый); б — эпюра напряжений при различной загрузке вагонов: 1 — наполовину; 2 — полностью; 3 — 2/3 от полного

Экспериментальные эпюры напряжений на основной площадке

Рис. 10.3. Экспериментальные эпюры напряжений на основной площадке

в поперечном сечении:

а — путь с деревянными шпалами, тепловоз ТЭ7, Рст = 205,8 кН/ось, средняя часть звена; б — тот же путь, зона изолированной неровности на рельсах; в — путь с железобетонными шпалами, полувагон, Рст = 205 кН/ось, зона изолированной неровности на рельсах; г — тот же путь, зона рельсовых стыков, скорость движения 70 км/ч, полувагоны с осевыми нагрузками 230 кН (7), 250 кН (2), 300 кН (J) держании пути в соответствии с существующими нормативами, были определены средние значения коэффициентов неравномерности, которые составили у0_к = 0,61 (при коэффициенте вариации 0,17 и числе наблюдений 2600) и у0_о = 0,33 (при коэффициенте вариации 0,18 и числе наблюдений 4470). Следовательно, напряжения на основной площадке земляного полотна приблизительно составляют 1/3 часть по оси колеи и 2/3 части под концами шпалы от соответствующих напряжений в подрельсовых сечениях.

Метод определения наибольших напряжений на основной площадке. Наибольшие напряжения на основной площадке согласно этому методу определяются по квазистатической схеме принятой в «Методике оценки воздействия подвижного состава на путь по условиям обеспечения надежности» ЦПТ-52-14, 2000 г. Динамика воздействия от движущегося подвижного состава учитывается введением в вертикальную статическую нагрузку, приходящуюся на одно колесо, динамических добавок от взаимодействия колеса и рельса.

Нормальные вертикальные напряжения в подрельсовом сечении на основной площадке, расположенной на глубине h от подошвы шпал, определяются как сумма напряжений от трех соседних шпал, по подошве которых действуют средние напряжения, возникающие от воздействия расчетной единицы подвижной нагрузки, движущейся с заданной скоростью (рис. 10.4 — продольный разрез по оси рельса).

Напряжения на основной площадке в точке 0 под расчетным колесом находятся отдельно от давления каждой шпалы из известного решения плоской задачи теории упругости, когда на поверхности полуплоскости приложена нагрузка постоянной интенсивности ь на ширине шпалы Ь.

Интенсивность нагрузки от воздействия подвижного состава принимается равной напряжениям рп = стЛ. Величины рп, вычисленные при среднем типе ВСП (рельсы Р65) по данному методу при толщине балласта под шпалой 0,4 м при разных осевых нагрузках для грузовых 4- и 8-осных вагонов, приведены на рис. 10.5. Для 8-осных

Схема определения напряжений на основной площадке

Рис. 10.4. Схема определения напряжений на основной площадке:

Ррасч расчетная вертикальная динамическая сила от расчетного колеса на рельс; Р — средняя вертикальная динамическая сила от соседнего колеса на рельс; (?расч, Q'c и Q"c — давления на три шпалы от колесной нагрузки; ст'бс, стбр и абс средние напряжения по подошве шпал от колесной нагрузки; h — глубина до точки 0 от подошвы шпал; /] — расстояние между осями в тележке; /ш — расстояние между осями шпал; b — ширина подошвы шпал

Зависимость величины р (кПа) от скорости движения (v) и осевой нагрузки (Р)

Рис. 10.5. Зависимость величины рп (кПа) от скорости движения (v) и осевой нагрузки (Р): а — для 4-осных вагонов; б — для 8-осных вагонов вагонов при одинаковой осевой нагрузке напряжения на основной площадке больше. С увеличением толщины балласта под шпалой напряжения на основной площадке от подвижного состава уменьшаются.

При проектировании земляного полотна в расчет должны приниматься напряжения, возникающие на основной площадке от подвижного состава с учетом перспективных значений осевых нагрузок и скоростей движения. В соответствии с нормами СТН Ц-01-95 в расчетах земляного полотна следует принимать нагрузку на ось 4-осного грузового вагона 294 кН (30 тс). Но в нормах при этом не указывается, при какой скорости движения должна учитываться эта нагрузка. В соответствии с рекомендациями СП 32-104-98 величина интенсивности нагрузки от 4-осного вагона может быть принята ри 90 кПа, что соответствует скорости движения 80 км/ч.

В ряде случаев при расчетах величина рп принимается как предельно допустимая по критерию прочности основной площадки из глинистых грунтов от воздействия вагонов:

Эпюра нагрузки от подвижного состава в поперечном сечении в данном методе принимается трапецеидальной формы под каждый путь либо допускается для упрощения расчетов принимать ее прямоугольной формы (равномерно распределенной), действующей на длине шпалы Ьп /ш. Величины ширины трапецеидальной нагрузки в зависимости от типа ВСП приведены в табл. 10.14.

Таблица 10.14

Параметры трапецеидальной эпюры рп

Тип ВСП

Род шпал

Ширина нагрузки поверху, м

Ширина нагрузки понизу, м

Тяжелый (Р75)

Деревянные

1,94

3,56

Железобетонные

1,83

3,57

Средний (Р65)

Деревянные

2,00

3,50

Железобетонные

1,89

3,51

Легкий (Р50)

Деревянные

2,05

3,44

Железобетонные

1,95

3,45

Метод определения нагрузки от подвижного состава при расчетах устойчивости. Расчеты устойчивости откосов насыпей принято проводить с применением графоаналитического метода, в котором вес грунта определяется через произведение объема смещающегося грунта на его удельный вес, поэтому и внешние нагрузки заменяются фиктивными слоями грунта с аналогичным удельным весом.

Вначале по данному методу (СП 32-104-98), исходя из напряжений на основной площадке рп, определенных по «Методике оценки воздействия подвижного состава на путь по условиям обеспечения надежности» для расчетной единицы подвижного состава, находится величина нагрузки подвижного состава, приходящаяся на 1 м длины насыпи РП по формуле

где 0,85 — коэффициент перехода от максимальных напряжений в подрельсовом сечении с учетом неравномерности распределения напряжений в продольном и поперечном направлении;

/ш — длина шпалы, м;

/?б — толщина балласта под шпалой, м.

При расчете устойчивости величина данной нагрузки от подвижного состава Рвс и нагрузки от веса ВСП Рп заменяются введением фиктивного слоя грунта с удельным весом у и высотой h, определяемой по формуле

Для учета вибродинамического состояния насыпи, возникающего при проходе поезда, что проявляется в действии инерционных и диссипативных сил колеблющихся масс грунта и снижении сил сопротивления за счет вибрационного воздействия, в МИИТе проф. Т.Г. Яковлевой предложено в формуле (10.3) вместо интенсивности внешней нагрузки рп использовать приведенную нагрузку рпр, получаемую по формуле

где / — интегральный параметр, комплексно учитывающий вибродинамичес- кий процесс.

Величины I были получены в МИИТе на основе результатов многочисленных экспериментов на машине центробежного моделирования и для насыпей на прочном основании в зависимости от высоты насыпи #н, рода грунта и его характеристик (показателя текучести JL и коэффициента уплотнения Ку) принимаются по графикам (рис. 10.6). Для насыпей из пылеватых песков на торфяных основаниях при высоте насыпи от 2 до 4 значение /* 2,0.

Величина / для насыпей на прочном основании

Рис. 10.6. Величина / для насыпей на прочном основании: 1—6 — кривые, соответствующие высоте насыпей при моделировании интегрального параметра

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >