Составные элементы и типы верхнего строения пути, их назначение. Виды и назначение искусственных сооружений. Задачи путевого хозяйства

Занятие 8

Рельсы

Рельсы являются основным несущим элементом верхнего строения пути и к ним предъявляются следующие требования:

- рельсы должны воспринимать без поломок и повреждений нагрузку от
колес подвижного состава;

- передавать нагрузку от подвижного состава на подрельсовое основание,
распределяя ее на достаточно большую поверхность;

- направлять движение колес подвижного состава.

Форма и размеры рельсов

Профиль рельсов

Служебные свойства рельсов в основном характеризуются их массой, отнесенной к 1 м длины, профилем поперечного сечения (рис. 2) и механическими характеристиками металла, из которого они изготовлены. Чтобы увеличить сопротивление вертикальным силам, рельсу придают форму двутавровой балки, верхняя полка которой (головка рельса) приспособлена для контактирования с колесами подвижного состава, а нижняя (подошва рельса) – для закрепления на опорах. Вертикальная стенка, соединяющая головку и подошву, называется шейкой.

Рис. 2 – Основные части рельсов

Профиль рельсов обусловлен взаимодействием его с колесами подвижного состава и конструктивным оформлением элементов верхнего строения пути. Типичный профиль современных широкоподошвенных рельсов представлен на (рис. 3).

Поверхность катания головки всегда делают выпуклой, чтобы обеспечить наиболее благоприятную передачу давления от колес. Для рельсов типов Р75, Р65 и Р50 больший радиус R₁ этой поверхности принят равным 300 мм. К граням кривизна изменяется до радиуса R₂, равного 80 мм. В рельсах типа Р43 поверхность катания головки рельса очерчена одним радиусом R₁.

Рис. 3 – Современный широкоподошвенный рельс

Поверхность катания сопрягается с боковыми гранями головки по кривой радиусом r₁ (рис. 3), по величине близким к радиусу выкружки бандажа. В рельсах типов Р75, Р65 и Р50 r₁ равен 15 мм.

Боковые грани головки или вертикальны, или наклонны. У рельсов типов Р75, Р65 и Р50 этот наклон (1:k) принят равным 1:20. Боковые грани головки стремятся сопрягать с нижними наименьшими радиусами r₂, равными 1,5–4 мм. Это делается для того, чтобы опорная поверхность для накладок была наибольшей. По этим же соображениям принимают такими же и радиусы r₆ и r₇.

Опорными поверхностями для накладок служат нижние грани головки и верхние грани подошвы рельса. В настоящее время наиболее распространены такие углы α, при которых tg α = 1:n для рельсов типов Р75, Р65 и Р50 составляет 1:4.

Сопряжение нижних граней головки с шейкой должно обеспечивать достаточную опорную поверхность для накладки и наиболее плавный переход от толстой головки к сравнительно тонкой шейке в целях снижения местных напряжений и равномерности остывания рельсов при прокатке. В рельсах типов Р75, Р65 и Р50 приняты r₃ = 5÷7 мм и r₄ = 10÷17 мм.

Шейка современного рельса имеет криволинейное очертание радиусом R_ш (от 350 до 450 мм для отечественных рельсов), которое в наибольшей мере обеспечивает плавность перехода от шейки к подошве и головке.

Сопряжение шейки с подошвой выполнено радиусом r₆, величина которого диктуется теми же соображениями, что и величины радиусов r₃ и r₄. Переход к наклонной верхней поверхности подошвы у рельсов типов Р75, Р65 и Р50 сделан по радиусу r₅, равному 15–25 мм.

Длина рельсов

На дорогах мира стремятся шире применять длинные рельсы и сварные рельсовые плети. За счет этого уменьшается число стыков, что улучшает условия взаимодействия пути и подвижного состава, дает большой экономический эффект. Например, если вместо рельсов типа Р65 длиной 12,5 м уложить рельсы того же типа, но длиной 25 м, то за счет уменьшения потребности в стыковых скреплениях на каждых 1000 км будет сэкономлено 3902 тонн металла. Кроме того, уменьшение числа стыков примерно на 10% снизит сопротивление движению поездов, уменьшит износ колес подвижного состава и расходы на текущее содержание пути.

Масса (вес) рельсов

Основной характеристикой, дающей общее представление о типе и мощности рельса, – является его вес, выраженный в килограммах на один погонный метр.

Определение оптимального веса рельса – задача чрезвычайно трудная, так как он зависит от большого количества факторов: осевых нагрузок, скоростей движения поездов, грузонапряженности, качества рельсовой стали, профиля рельса и других.

Промежуточные рельсовые скрепления связывают рельсы с подрельсовым основанием (шпалами или брусьями).

По конструкции промежуточные рельсовые скрепления бывают:

· нераздельные;

· раздельные;

· смешанные.

При нераздельном скреплении рельс и подкладка прикрепляются к опоре одними и теми же деталями. При раздельном скреплении подкладка прикрепляется к опоре отдельно, а рельс другими деталями прикрепляется к подкладке. При смешанном скреплении часть деталей соединяет совместно рельс и подкладку с опорой, а часть отдельно прикрепляет подкладки к опоре.

Вид промежуточного скрепления и его конструкция зависят от типа подрельсовых опор (шпал).

Стыковые накладки

Стыковые накладки предназначены для соединения концов рельсов и восприятия в стыке изгибающего момента и поперечной силы, которые вне стыка воспринимаются рельсом. Накладки изготовляют из высокопрочной стали и подвергают закалке в масле, что обеспечивает им высокую прочность и долговечность.

В России применяются в основном двухголовые четырех- и шестидырные накладки, но кое-где сохранились еще и фартучные.

Стыковые болты

Накладки, перекрывающие рельсовый стык, стягиваются болтами. При фартучных накладках использовались болты с головкой формы утиного носа, которая не допускала проворачивания болта при завинчивании гаек, так как «нос» упирался в горизонтальную полку накладки.

Деревянные шпалы

Деревянные шпалы преобладают на железных дорогах мира, так как они с технической точки зрения в наибольшей степени отвечают требованиям, предъявляемым к подрельсовому основанию.

Главные достоинства деревянных шпал – хорошая упругость, простота изготовления и эксплуатации (транспортировки, подбивки, смены), большое электрическое сопротивление.

Недостатки деревянных шпал – малый срок службы при высокой грузонапряженности, большая потребность в деловой древесине, необходимой для разнообразнейших нужд народного хозяйства.

С 1 января 1966 г. на дорогах России укладывают деревянные шпалы (рис. 1) двух видов:

· обрезные (А), у которых пропилены все четыре стороны;

· необрезные (Б), у которых пропилены две противоположные стороны – постели.

Деревянные шпалы делятся на три типа:

· I – для главных путей;

· II – для станционных и подъездных (железнодорожных путей необщего пользования);

· III – для малодеятельных путей необщего пользования промышленных предприятий.

Рис. 1 – Типы деревянных шпал (поперечные сечения)

Шпалы изготовляют из сосны, ели, пихты, кедра, бука и березы. Длина шпал 2,75 м. Для особо грузонапряженных участков поставляют шпалы длиной 2,8 м, а для участков с совмещенными путями различной ширины колеи – 3,0 м.

Железобетонные шпалы

После второй мировой войны во многих странах стали усиленно внедрять железобетонные шпалы, особенно в СССР, ГДР, ФРГ, Франции, Англии, Венгрии, ЧССР и Бельгии.

Железобетонные шпалы имеют следующие преимущества: они сберегают древесину; не гниют; выдерживают большие сжимающие напряжения, чем деревянные; обладают большей сопротивляемостью перемещениям; имеют больший срок службы. Вместе с тем к недостаткам следует отнести большую жесткость по сравнению с деревянными, что требует применения упругих прокладок. Железобетонные шпалы обладают большей электропроводностью и нуждаются в использовании изолирующих элементов; повышенная хрупкость требует соблюдать осторожность при перевозках и подбивке, а большая масса создает неудобства в работе с ними.

Металлические шпалы наиболее распространены в ФРГ, ГДР и Индии. Используются шпалы корытообразной формы . Масса нестыковой шпалы 50–80 кг, а стыковой 115–145 кг. Сейчас такие шпалы не укладывают.

Незначительное количество металлических шпал имеется также на дорогах и других стран, в частности Франции.

Достоинства металлических шпал:

· больший срок службы, чем деревянных;

· меньшая масса, чем железобетонных;

· возможность укладки в горячих цехах промышленных предприятий.

Недостатки металлических шпал:

· высокая жесткость пути, по сравнению с деревянными шпалами;

· значительный шум при движении поездов;

· высокая электропроводность;

· подверженность коррозии;

Балластный слой – это слой сыпучих материалов (щебня, отходов асбестового производства, гравия, крупно- и среднезернистого песка, ракушки) в виде трапеции на основной площадке земляного полотна. На балластный слой укладывают рельсовые опоры (шпалы, брусья, иногда – железобетонные рамы) и балласт под ними уплотняют подбивочными машинами или электрическими шпалоподбойками.

Назначение балластного слоя:

· оказывать необходимое сопротивление вертикальным, боковым и продольным смещениям рельсошпальной решетки;

· равномерно распределять воспринимаемое от рельсовых опор давление на большую поверхность земляного полотна, амортизируя при этом ударные и вибрационные воздействия проходящего подвижного состава;

· отводить от пути поверхностную воду и не допускать увлажнения подшпального основания капиллярной влагой из грунтов земляного полотна;

· допускать выправку положения рельсошпальной решетки в плане и профиле.

Материал балластного слоя и требования к нему

Соответственно назначению материалы для балластного слоя должны быть высокопрочными, хорошо противостоять механическому разрушению и износу; обладать большим внутренним трением и сцеплением частиц, чтобы обеспечивать высокую стабильность пути; хорошо пропускать воду, обладать амортизационными свойствами, быть морозостойкими; в возможно меньшей мере подвергаться дроблению при подбивочных работах, не выветриваться, не размываться дождями и не быть слишком крупными, чтобы рельсовые опоры равномерно опирались на балластную призму.

Этим требованиям в разной степени удовлетворяют щебень, отходы асбестовой промышленности (асбестовый балласт), гравий, песок, ракушка и шлаки.

Щебень изготовляют из твердых каменных пород: гранита, кварцита, порфира, диорита, базальта, известняка и других. Частицы путевого щебня должны иметь размеры 25–50 и 25–60 мм. Допускается в составе этого балласта и некоторое количество частиц крупнее и мельче.

Так как щебень получают дроблением, то он отличается от других балластных материалов, например гравия и песка, острыми гранями, что придает ему высокое сопротивление сдвигу и обеспечивает прочное механическое сцепление с деревянными шпалами. Особенно высокими эксплуатационными свойствами обладает щебень, приготовленный из высокопрочных скальных горных пород (гранита, базальта, диорита).

Щебень – наилучший балласт. Он в наибольшей степени (особенно по упругости и обеспечению устойчивости рельсошпальной решетки) удовлетворяет предъявляемым к балластному слою требованиям.

Асбестовый балласт применяется в нашей стране с 1938 г. на дорогах Урала и Сибири. Это песчано-гравийная масса разработанных горных пород, содержащая до 5 % асбеста в виде мелких волокон. Опыт Свердловской и Западно-Сибирской дорог показывает, что асбестовый балласт не пучится и лучше других препятствует проникновению внутрь слоя засорителей. Ремонт пути на нем дешевле, чем на щебеночном. Однако асбестовый балласт несколько хуже щебеночного выдерживает большие нагрузки (особенно в стыках) и малоустойчив против ливневых дождей.

Гравий – продукт разрушения твердых невыветривающихся пород. Его зерна округлые, поэтому менее устойчивы, чем частицы щебня. Гравий – достаточно хороший материал для балласта.

Песок (песчаные балласты) для балласта применяют крупнозернистый или среднезернистый. Оба они – наихудшие из балластов, так как меньше, чем другие материалы, удовлетворяют требованиям, предъявляемым к балластному слою. Особенно плохо, что при замерзании резко уменьшается его упругость.

Ракушечный материал, применяемый на дорогах Юга, получается в результате разработки ракушечных морских отложений. Свежий ракушечный балласт вначале работает лучше песчаного, но со временем частицы измельчаются, образуют пыль, которая цементирует балластный слой, и тогда он теряет водопроницаемость и упругость.

Шлаки для балласта употребляют доменные, из мартеновских печей и из печей для плавки цветных металлов. Металлургические шлаки – хороший материал для балластного слоя. Они должны быть кислыми.

На дорогах Европы и США в качестве балластного материала применяют преимущественно щебень, а в некоторых странах – шлаки.

Бесстыковой путь

На протяжении всего периода существования железных дорог велись поиски конструкций стыков, которые обеспечили бы такую же прочность и устойчивость пути в местах соединения рельсов, как и вне стыков. Однако устранить полностью вредное влияние стыков до сих пор не удалось. Рельсовые стыки остаются основными возбудителями динамических, а нередко и ударных воздействий подвижного состава на путь; они же – очаги постоянных расстройств пути. Затраты труда на содержание стыков достигают 40% всех затрат на текущее содержание пути.

Чтобы сократить число рельсовых стыков в пути, в течение ряда десятилетий стремились увеличить стандартную длину рельсов. Однако коренное решение проблемы рельсового стыка воплотилось в так называемом бесстыковом пути, в котором число рельсовых стыков сокращается в десятки, а при непрерывной сварке рельсов не только на перегонах, но и в пределах станций, в том числе и на стрелочных переводах в тысячи раз.

Бесстыковой путь является наиболее прогрессивным и совершенным типом железнодорожного пути. По способу эксплуатации он может быть:

· температурно-напряженным без периодической (сезонной) разрядки температурных напряжений;

· температурно-напряженным с периодической разрядкой температурных напряжений.

Принципиальной разницы в работе пути этих двух видов нет. Отличие лишь в том, что путь первой разновидности работает при фактической годовой температурной амплитуде данной местности, поэтому ему отдается предпочтение.

Бесстыковой путь, требующий сезонных (весной и осенью) разрядок напряжений, используют в тех случаях, когда по местным условиям (большая амплитуда колебаний температуры, тяжелый обращающийся подвижной состав, недостаточная мощность конструкции пути и тому подобное) напряжения в рельсовых плетях могут превышать допускаемые или когда не обеспечивается устойчивость пути.

Искусственные сооружения – это собирательное название сооружений, возводимых в местах пересечения железной дорогой рек, ручьев, потоков дождевой и талой воды, других железнодорожных линий, трамвайных путей и автомобильных дорог, горных хребтов, глубоких ущелий и городских территорий. Также искусственные сооружения обеспечивают:

· безопасный переход людей над или под железнодорожными путями;

· устойчивость крутых и деформирующихся откосов;

· регулирование водных потоков с целью предохранения железнодорожных путей от переувлажнения и размывов.

К искусственным сооружениям относят мосты, трубы, тоннели, виадуки, эстакады, пешеходные мосты, подпорные стенки, регуляционные сооружения, дюкеры, галереи, селеспуски, лотки, быстротоки, фильтрующие насыпи, причалы паромных переправ. Более 90% всех искусственных сооружений составляют мосты и трубы.

Конструкции искусственных сооружений очень сложные и дорогие; замена их представляет большие трудности и поэтому их рассчитывают на длительный срок службы. Неудивительно, что эксплуатируемые искусственные сооружения, возводившиеся в различное время по различным проектам и техническим требованиям, отличаются большим разнообразием не только назначений, но и систем, типов конструкций, рода материалов и несущей способности. Все это значительно осложняет их эксплуатацию, ремонт и повседневное текущее содержание. Рассмотрим, основные виды искусственных сооружений и их назначение.

Рис. 1 – Железнодорожный мост через реку

Мост (рис. 1) – это сооружение, по которому проложена дорога через какое-либо препятствие. Чаще всего это река, русло потока дождевой и талой воды, ручей, железнодорожные и трамвайные пути, автомобильная дорога, глубокое ущелье, городская территория. Различают собственно мосты через реки и другие водостоки, а также сооружения мостового типа:

· путепровод – применяются в местах пересечения железных и автомобильных дорог (рис. 2). В тех случаях, когда железная дорога проходит поверху, путепровод называется железнодорожным, а если поверху проходит шоссе – автодорожным;

Рис. 2 – Путепровод

· мост-эстакада – служат основанием для пути в больших городах. Эстакады – это своеобразные мосты с равномерной и нечастой расстановкой опор для возможно меньшего стеснения улиц и более удобного прохода и проезда под ними. Эстакады нередко строят и на подходах к большим мостам (рис. 3);

Рис. 3 – Эстакада на подходах к большому мосту

· виадук – это высокие мосты (до 100 метров и более), используемые при пересечении горных ущелий, глубоких долин и оврагов (рис. 4);

· акведук (рис. 5) – мост или эстакада с водоводом (трубой, лотком, каналом), который сооружают в местах пересечения водовода с оврагом, ущельем, рекой, дорогой и другими препятствиями;

Рис. 4 – Виадук

Рис. 5 – Акведук

· пешеходный мост (рис. 6) – устраивают для безопасного перехода людей через станционные территории на больших станциях и пригородных платформах. Для этой цели более целесообразен тоннельный переход под путями, при котором преодолеваемые пешеходом высоты подъема и спуска значительно меньше.

Рис. 6 – Пешеходный мост

Существуют и другие виды мостов особого назначения, например мосты-каналы для судоходства.

Мосты и другие сооружения мостового типа должны быть вполне надежными для движения поездов, а их конструкции и размеры – обеспечивать свободный и безопасный пропуск воды, а также речного или наземного транспорта. Все мосты классифицируются по грузоподъемности на основании расчетных норм. В зависимости от ширины пересекаемого препятствия, возвышения над землей и конструктивных особенностей они могут быть одно-, двух-, трех- и многопролетными. Мосты бывают однопутные или двухпутные. На двухпутных опоры сооружают общие под два пути, а пролетные строения чаще делают раздельными, однопутными. Длина мостов через крупные реки может достигать нескольких километров, высота виадуков – 100 м и более.

Большое распространение на железных дорогах получили водопропускные трубы (рис. 7). Их сооружают, как и малые мосты (рис. 8), на не больших водотоках. Над трубами отсыпают обычные насыпи высотой не менее 1 м. Трубы, как правило, предпочтительнее малых мостов: стоимость сооружения их ниже, а эксплуатация – проще. Поэтому малые мосты прежних лет постройки при переустройстве часто заменяют водопропускными трубами, если они обеспечат пропуск расчетного потока воды и высота насыпи допускает это. Если насыпь низкая (до 2 м) и устроить водопропускную трубу невозможно, сооружают железобетонные лотки. Но и при достаточной высоте насыпи трубы нельзя сооружать на водотоках, где возможен самостоятельный ледоход или несущие селевые потоки.

Рис. 7 – Труба

Рис. 8 – Малый мост

В редких случаях, когда нет ярко выраженного лога и подступающая к земляному полотну вода, не скапливаясь, может просачиваться через насыпь в пониженную часть местности, устраивают специальные фильтрующие насыпи из камня. Для пропуска под путем малых водотоков, например оросительных каналов, в неглубоких выемках устраивают так называемые дюкера. Дюкер (рис. 9) представляет собой водопропускную трубу с колодцами по обоим концам. Водоток по нему следует по принципу сообщающихся сосудов от входного колодца с более высоким уровнем воды к выходному с низким уровнем.

Рис. 9 – Дюкер

В горных районах, чтобы избежать многочисленных обходов и разработки глубоких выемок, нередко прокладывают пути в подземных тоннелях (рис. 10). По заданным трассе и профилю удаляют горную породу, а образовавшуюся выработку закрепляют камнем, бетоном, железобетоном или металлическими тюбингами. Существуют два основных способа тоннельных работ:

· горный – требующий в нескальных грунтах закрепления выработки временной крепью;

· щитовой – с применением проходческого щита.

По назначению тоннели бывают железнодорожные, автодорожные, метрополитены, гидротехнические, коммунальные, горнопромышленные и другие. Иногда сооружают тоннели под руслом реки.

Продольный профиль пути в тоннеле должен иметь уклон в одну или обе стороны, как правило, не менее 3‰. Горизонтальные площадки длиной не более 300–400 м допускаются лишь как разделительные между двумя уклонами, направленными в разные стороны. Если необходимо расположить тоннель в кривой, радиус ее допускается не менее 600 м. Тоннели защищают от проникновения поверхностных и подземных вод водоотводами. Входы в тоннель укрепляют и оформляют в виде порталов. В тоннелях длиной более 1000 м при паровой и тепловозной тяге обязательно устройство искусственной вентиляции.

Рис. 10 – Тоннель

Рис. 11 – Галерея

Тоннели имеют обделку из железобетона или бетона, а в тяжелых гидрогеологических условиях – из металла. В крепких, но выветривающихся трещиноватых скальных породах вместо несущей обделки разрешается применять облицовочную обделку, а в крепких невыветривающихся скальных породах, представляющих сплошной массив без трещин и прослоек, мягких или выветривающихся пород, допускается сооружение тоннелей без обделки и облицовки.

Особый вид горных сооружений галереи (рис. 11), напоминающие тоннель, но открытый сбоку и сверху, и селеспуски (рис. 12). Галереи защищают дорогу от обвалов горных пород на косогорах, а селеспуски предназначены для пропуска над нею грязекаменных потоков с гор, называемых селями. На крутых косогорах у берегов рек и морей при необходимости устраивают подпорные стены (рис. 13). Они удерживают от обрушения откос или защищают от подмыва в местах соприкасания с водой основание пути.

Рис. 12 – Селеспуск

Рис. 13 – Подпорная стена

Проектируя мосты и трубы для магистральных линий, в расчет принимают расход и соответствующие ему уровни воды, вероятность превышения которых – один раз в 100 лет, и проверяют возможность пропуска наибольшего потока воды, вероятность которого – не чаще одного раза в 300 лет. Минимальная высота насыпи у сооружений должна обеспечить толщину засыпки над сводами мостов не менее 0,7 м, а над трубами – не менее 1 м, считая от поверхности свода или трубы до подошвы рельса.

Пересечения станционных путей с другими железными дорогами, трамвайными путями, троллейбусными линиями, магистральными улицами общегородского значения и скоростными городскими дорогами, как правило, необходимо устраивать в разных уровнях. В местах интенсивного пешеходного движения через пути с частым движением поездов или с большой маневровой работой сооружают пешеходные тоннели или мосты. Минимальная ширина этих тоннелей 3 м, а мостов – 2,25 м. Для пропуска поверхностных вод под станционными путями сооружают лотки или трубы.

Искусственные сооружения по протяжению составляют менее 1,5% общей длины пути, но доля их в общей стоимости железной дороги равна почти 10%; стоимость одного погонного метра моста и тоннеля в десятки раз выше, чем обычного пути. Поэтому их строят капитальными, рассчитанными на длительный срок эксплуатации.

При наименьших затратах на постройку искусственное сооружение должно полностью отвечать своему назначению, быть простым и дешевым в эксплуатации. Главное требование к искусственным сооружениям – обеспечение безопасного и бесперебойного движения поездов с установленными максимальными скоростями при минимальных затратах на их ремонт и содержание. Перечень особо крупных и ответственных искусственных сооружений и порядок надзора и ухода за ними устанавливаются начальником железной дороги.

Мост (рис. 1) состоит из пролетных строений (4), перекрывающих требуемое пространство и являющихся основанием для пути, и опор, поддерживающих пролетные строения в нужном положении. В зависимости от числа пролетов мосты бывают однопролетными, двухпролетными, трехпролетными и так далее, а в зависимости от числа путей на общих опорах – однопутными и двухпутными; на двухпутных мостах пролетные строения часто бывают раздельными. Участки земляного полотна, примыкающие с обеих сторон к мосту, называют подходами. Концевые части подходов оформляют в виде конусов (1).

Рис. 1 – Схема моста

Концевые опоры моста (2) называют устоями. Они одной своей стороной поддерживают конец пролетного строения, а другой – примыкающую к мосту насыпь, выполняя роль подпорной стены. В пределах длины устоев располагаются обычно конусы подходов. Промежуточные опоры – быки (3) – поддерживают концы двух смежных пролетных строений. Пролетные строения опираются на опоры через опорные части, которые передают давление на опору, позволяют пролетному строению несколько поворачиваться, удлиняться или укорачиваться при изгибе под нагрузкой, а также изменять свою длину при изменении температуры.

По длине мосты подразделяют на:

· малые (полная длина до 25 м);

· средние (от 25 до 100 м);

· большие (от 100 до 500 м);

· внеклассные (более 500 м).

Путь на мосту может быть расположен (рис. 3) на верху пролетного строения (езда поверху), внизу (езда понизу), а иногда и посередине пролетного строения, имеющего форму арки.

Рис. 3 – Мосты: а – с ездой по верху; б – понизу; в – посередине

По роду материала различают деревянные, каменные, металлические и железобетонные мосты. Определяет эту классификацию материал пролетного строения. У металлических мостов, например, опоры могут быть каменные, бетонные и железобетонные.

Деревянные мосты широко применялись в первый период строительства железных дорог, а также во время гражданской и Великой Отечественной войн при временном восстановлении разрушенных сооружений. Простота конструкций и возможность использования местных материалов позволяют сооружать деревянные мосты быстро и дешево. Но они недолговечны, опасны в пожарном отношении, трудоемки в содержании. В настоящее время применение деревянных мостов в виде исключения может быть допущено лишь на малодеятельных ветвях и подъездных путях (путях необщего пользования) III и IV категорий.

Важное преимущество каменных мостов – их долговечность, измеряемая иногда столетиями. Так как камень очень хорошо сопротивляется сжимающим усилиям и плохо работает на растяжение и изгиб, то каменным мостам придавалась сводчатая форма, при которой в конструкции возникают только сжимающие усилия. Из-за большого собственного веса каменные мосты мало чувствительны к увеличению веса поездов и за многие десятилетия существования не исчерпали своей несущей способности. Однако большая трудоемкость строительства и ограниченность допускаемой длины пролетов (не более 60 м) послужили причиной тому, что в настоящее время каменные мосты не строятся.

Металлические мосты составляют около 70% суммарной длины всех мостов на железных дорогах. Они обладают малым весом, высокой прочностью, допускают широкое применение однотипных деталей и элементов. Срок службы металлических мостов 50–60 лет, а при усилении в процессе эксплуатации – 70–80 лет. Металлические мосты особенно экономичны при расчетных пролетах более 33 м.

В последние годы все более широкое распространение получают железобетонные мосты. Железобетон, особенно с предварительным (до бетонирования) напряжением арматуры, обладает хорошим сопротивлением не только сжатию, но и растяжению. Железобетонные мосты являются основным типом малых мостов. Типовые железобетонные пролетные строения имеют расчетные пролеты от 2,55 до 15,8 м. При большой длине нагрузка от собственного веса пролетного строения оказывается значительной, что осложняет строительно-монтажные работы и устройство фундаментов опор.

Для защиты моста и подходов от размыва паводком и повреждения ледоходом в необходимых случаях устраивают регуляционные сооружения (рис. 4), состоящие из водонаправляющих шпоровидных (1) и грушевидных (2) дамб и траверс (3), и укрепления каменной отмосткой или бетонными плитами. Мост, подходы, регуляционные сооружения и укрепления вместе с подмостовым руслом реки называют мостовым переходом.

Рис. 4 – Регуляционные сооружения

Трубы бывают:

• каменные;
• металлические;
• бетонные;
• железобетонные.

Каменные трубы строили из бутовой кладки или прочного кирпича, в ряде случаев с гранитной облицовкой. Многие старые трубы эксплуатируются 100 лет и более. Менее продолжительное время (50–70 лет) служат стальные трубы. В настоящее время сооружают преимущественно сборные железобетонные трубы, как наиболее дешевые, требующие минимальных затрат труда на их содержание.

Трубы проектируют одноочковыми, двухочковыми и в отдельных случаях трехочковыми. Железобетонные трубы бывают круглые и прямоугольные. Первые предпочтительнее при малых расходах воды (до 4 м³/с) и малых высотах насыпи (до 3 м).

Прямоугольные трубы применяют в условиях стесненной высоты насыпи, а также при замене временных мостов, когда в небольшой пролет временного моста надо уложить трубу с максимальной водопропускной способностью.

Типовые круглые трубы диаметром от 1 до 2 м имеют водопропускную способность от 1,4 до 8,0 м³/с и требуют минимальной высоты насыпи от 1,55 до 2,55 м. Типовые прямоугольные трубы отверстием от 1 до 4 м имеют водопропускную способность от 4,6 до 25,2 м³/с и требуют минимальной высоты насыпи от 2,5 до 3,3 м.

Для уменьшения сопротивления потоку воды на входах и выходах труб устраивают оголовки, расширяющиеся в направлении от трубы.

Конструктивные элементы труб показаны на (рис. 5).

Рис. 5 – Конструктивные части трубы: 1 – оголовок; 2 – гидроизоляция; 3 – выходной оголовок; 4 – мощение; 5 – рисберма; 6 – фундамент; 7 – деформационный шов; 8 – звенья трубы

Рекомендуемым типом лотков являются сборные железобетонные лотки замкнутого или П-образного сечения, укладываемые на блочных бетонных фундаментах. Звенья, несущие временную вертикальную нагрузку, имеют замкнутое прямоугольное очертание. Звенья, не несущие временной вертикальной нагрузки (в оголовках, широких междупутьях), устраивают открытыми сверху.

При увеличении пропускной способности линий нередко возникает необходимость усиления искусственных сооружений, устранения их конструктивных дефектов и негабаритности, а также увеличения водопропускных отверстий.

Мосты с конструкцией пути на балласте и водопропускные трубы разрешается располагать на любых сочетаниях профиля и плана линий.

Мосты с конструкцией пути на поперечинах размещаются на прямых участках пути и по возможности на площадках. В конструкциях мостов обеспечивается отвод воды и проветривание.

Чтобы не стеснять водопропускных отверстий, низ пролетных строений, подферменные площадки, внутренние поверхности труб должны возвышаться над расчетным уровнем воды и наивысшим уровнем ледохода от 0,25 до 0,75 м.

Занятие 8

Составные элементы и типы верхнего строения пути, их назначение. Виды и назначение искусственных сооружений. Задачи путевого хозяйства

Верхнее строение пути — это верхняя, периодически заменяемая часть пути. Верхнее строение пути предназначено: для направления движения подвижного состава, восприятия нагрузки от колес движущегося поездов и передачи ее ниж­нему строению пути (земляному полотну и искусственным сооружениям).

Верхнее строение пути предназначено для направления движения подвижного состава, восприятия нагрузки от колес движущихся поездов и передачи ее нижнему строению пути (земляному полотну и искусственным сооружениям), рассредоточенной на достаточно большую поверхность.

Верхнее строение пути (рис. 1) представляет собой комплексную конструкцию, элементы которой в зависимости от выполняемых ими функций и необходимой несущей способности выполнены из разнородных материалов. К этим элементам верхнего строения пути относятся:

· стальные высокопрочные рельсы (2) и стрелочные переводы, непосредственно воспринимающие нагрузку от колес подвижного состава и определяющие траекторию его движения;

· деревянные или железобетонные поперечины – шпалы (3), а на мостах и стрелочных переводах – мостовые и переводные брусья, предназначенные для удержания рельсов на определенном расстоянии друг от друга и передачи давлений на ниже расположенную часть пути;

· металлические рельсовые скрепления (4) для соединения рельсов друг с другом и прикрепления их к шпалам или брусьям;

· балластный слой (5) из щебня, гравия, отходов асбестового производства или крупно- и среднезернистого песка. Под балластным слоем из щебня расположена песчаная подушка (1).

Рельсы, соединенные со шпалами, образуют рельсошпальную (путевую) решетку.

Рис. 1 – Элементы верхнего строения пути

Верхнее строение пути должно удовлетворять следующим основным требованиям:

· иметь достаточно высокие для заданных условий эксплуатации прочность и надежность, гарантирующие бесперебойность и безопасность движения поездов;

· обладать возможно большими стойкостью в эксплуатации, неизменяемостью во времени своих форм и взаимного расположения элементов;

· иметь возможно более продолжительные сроки службы всех элементов и минимальную потребность в исправлениях, ремонте и эксплуатационных затратах на содержание в исправности всех составляющих элементов;

· допускать массовое изготовление всех элементов, а также применение при сборке, замене и ремонте высокопрои