Экономичное армирование железобетонной шпалы

Статья посвящена оптимизации арматурного струнопакета железобетонной шпалы. Стандартные шпалы типа Ш1 и ШС с небольшой высотой в среднем сечении характеризуются неравномерным распределением давления подошвы на балласт. Целью исследования являлось совершенствование железобетонных шпал и определение их параметров для обеспечения лучшего распределения напряжений в шпале при ее работе под поездами, в частности увеличение «эффективной» площади подошвы шпалы.

В программных комплексах для расчета методами конечных элементов были смоделированы несколько вариантов железобетонных шпал. Определены расчетные случаи, наиболее неблагоприятные для изгиба шпалы, – опора подошвы шпалы на слабо уплотненный щебеночный балласт и проверка шпалы на трещиностойкость на испытательном заводском стенде.

Анализ результатов расчетов с изменением силы натяжения проволок показал, что трещиностойкость обеспечивается при общем натяжении 38 струн силой от 300 до 310 кН для модифицированной шпалы, армированной 38 струнами диаметром 3 мм. Результаты испытаний железобетонных шпал из опытной пар тии с высотой струнопакета 90 мм и числом струн, равным 38 шт., показали, что бетон разрушается, а ар матура не рвется. Следовательно, данная модификация позволяет более эффективно использовать арма турную проволоку. Кроме того, она обеспечивает лучшее распределение давления шпалы на балласт.

Для производства железобетонных шпал было также предложено увеличить высоту струнопакета до 105 мм с уменьшением числа струн высокопрочной проволоки до 40 шт. Это приведет к снижению максимального давления шпалы на балласт до 8 % и уменьшит темп накопления остаточных деформаций бал ласта под модифицированной шпалой на 25 % в сравнении с типовой шпалой Ш1 со струнопакетом из 44 струн высотой 75 мм.

Результаты экспериментальной проверки прочности и трещиностойкости железобетонных шпал с 38 40 арматурными струнами на шпалозаводах показалb, что при увеличении высоты струнопакета до 90 105 мм требуемая трещиностойкость железобетонных шпал обеспечивается.

1. Косенко С. А., Юдин О. Г. Промежуточные рельсовые скрепления с регулировкой шаблона и уровня // Политранспортные системы : материалы X Международной научно-технической конференции (Новосибирск, 15–16 ноября 2018 г.). Новосибирск : Издательство Сибирского государственного университета путей сообщения, 2019. С. 100–104.

2. Севостьянов А. А., Величко Д. В., Рошка В. В. Оценка эксплуатационных показателей работы железно дорожного пути в зависимости от конструкции промежуточных рельсовых скреплений // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2019. № 3 (50). С. 23–30.

3. Анализ перспективных промежуточных рельсовых скреплений : отчет по НИР / С. А. Косенко [и др.]. Новосибирск : Издательство Сибирского государственного университета путей сообщения, 2020. 71 с.

4. Скрепления КН-65 и ГС-65 / Н. И. Карпущенко, И. Я. Пименов, В. А. Отмахов [и др.] // Путь и путевое хозяйство. 2003. № 9. С. 30–33.

5. Блажко, Л. С., Васильев С. Г., Романов А. В. Оценка риска в системе технического регулирования ин фраструктуры // Транспорт Российской Федерации. 2019. № 1 (80). С. 4–7.

6. Колос А. Ф., Козлов И. С. Современные конструкции верхнего строения пути для строительства скоростных и высокоскоростных железнодорожных линий // Бюллетень результатов научных исследований. 2013. № 3 (28). С. 176–181.

7. Kosenko S., Akimov S., Surovin P. Technology of rail replacement at end stresses // MATEC : Web of Confer ences. 2018. № 216. P. 1–8.

8. Карпущенко Н. И. Надежность связей рельсов с основанием. М. : Транспорт, 1986. 150 с.

9. Кoceнкo C. A., Зoлoтухин В. И. Coвepшeнcтвoвaниe кoнcтpукции жeлeзoбeтoннoй шпaлы // Вecтник Инжeнepнoй aкaдeмии Pecпублики Кaзaхcтaн. 2007. № 1 (30). C. 76–78.

10. Железнодорожный путь. Расчеты и проектирование : учебно-методическое пособие : учебное электронное издание / С. А. Косенко, И. А. Котова, И. В. Никитин, И. К. Соколовский. Новосибирск : Издательство Сибирского государственного университета путей сообщения, 2021. 115 с. http://doi.org/10.12731/ofernio.2021.24935.2.

11. Косенко С. А., Акимов С. С. Устройство и ремонт железнодорожного пути : учебно-методическое по собие : учебное электронное издание. Новосибирск : Издательство Сибирского государственного университета путей сообщения, 2021. 128 с. http://doi.org/10.12731/ofernio.2021.24882.2

12. Косенко С. А., Исаенко Э. П. Моделирование и расчеты напряженно-деформированного состояния конструкций железнодорожного пути методом конечных элементов : монография. Новосибирск : Издательство Сибирского государственного университета путей сообщения, 2017. 144 с.

13. Разбивка соединений и пересечений железнодорожных путей : учебное пособие / В. Б. Захаров, В. И. Полетаев, А. В. Романов, Е. В. Черняев. СПб. : Издательство Петербургского государственного университета путей сообщения, 2013. 46 с.

14. Блажко Л. С., Дмоховский М. Э., Захаров В. Б. Способ продления срока службы стрелочных переводов // Вестник Института проблем естественных монополий. Техника железных дорог. 2017. № 2 (38). С. 54–58.

15. Исследование напряженного состояния в контакте «колесо-рельс» при наличии выщербины / И. В. Федоров, А. А. Воробьев, И. К. Самаркина [и др.] // Известия Петербургского государственного университета путей сообщения. 2019. № 4. С. 78–86.

16. Определение параметров контакта колеса с рельсом для различных условий эксплуатации полувагона / А. М. Орлова, А. А. Воробьев, А. В. Саидова, Д. Е. Керенцев // Известия Петербургского государственного университета путей сообщения. 2015. № 2. С. 74–84.

17. Воробьев А. А. Математическое моделирование параметров контакта колеса с рельсом для различных условий эксплуатации вагонов // Вестник Института проблем естественных монополий: Техника железных до рог. 2016. № 1 (33). С. 34–41.

18. Причины нарушения плавности хода поездов / А. В. Романов, А. Ф. Колос, А. А. Киселев, С. В. Романов // Путь и путевое хозяйство. 2020. № 7. С. 29–31.

19. Воробьев В. С., Брызгалова Р. М., Репина И. Б. Человеческий фактор в системе отказов технических средств железнодорожного транспорта // Наука и транспорт. 2012. № 3. С. 42–46.

20. Севостьянов А. А., Величко Д. В. Основные причины отказов рельсов в процессе эксплуатации // Транс порт Урала. 2017. № 2 (53). С. 51–54.

21. Правила назначения ремонтов железнодорожного пути : утв. распоряжением ОАО «РЖД» № 2888 р от 17.12.2021. М. : ОАО «РЖД», 2021. 273 с.

22. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации : утв. приказом Министерства транспорта РФ от 21.12.2010 (в ред. приказа Министерства транспорта РФ № 54 от 25.12.2018). М., 2018. 475 с.

23. Виноградов В. В., Никонов А. М., Яковлева Т. Г. Расчеты и проектирование железнодорожного пути : учебное пособие. М. : Маршрут, 2003. 485 с. ISBN 5-89035-112-5.

24. Железнодорожный путь : учебник / Е. С. Ашпиз, А. И. Гасанов, Б. Э. Глюзберг и [др.] ; под ред. Е. С. Ашпиза. М. : Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2013. 544 с. ISBN 978-5-89035-689-5.

25. Лысюк В. С., Каменский В. Б., Башкатова Л. В. Надежность железнодорожного пути. М. : Транспорт, 2001. 286 с.

26. Анализ способов повышения несущей способности грунтов основной площадки земляного полотна / Л. С. Блажко, С. Н. Чуян, В. Б. Захаров, Е. В. Черняев // Известия Петербургского государственного университета путей сообщения. 2016. Т. 13, № 3 (48). С. 328–336.

27. Ланис А. Л., Овчинников С. А. Усиление грунтов земляного полотна армирующими конструкциями // Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути : труды IX Международной конференции. М. : Издательство Московского государственного университета путей сообщения, 2014. С. 153–156.

28. Акимов С. С., Косенко С. А. Ресайклинг как альтернативный способ повышения прочности подбалластного основания железнодорожного пути // Наука, образование, кадры : материалы национальной конференции в рамках IX Международного Сибирского транспортного форума (Новосибирск, 22–25 мая 2019 г.). Новосибирск : Издательство Сибирского государственного университета путей сообщения, 2019. С. 204–212.

29. Косенко С. А., Котова И. А., Акимов С. С. Технико-экономическое обоснование устройства защитных подбалластных слоев из грунтобетона при тяжеловесном движении поездов // Вестник Томского архитектурно строительного университета. 2021. Т. 23, № 1. С. 161–174.

30. Квашнин М. Я., Косенко С. А., Бондарь И. С. Вибродиагностика подходной насыпи железнодорожного моста // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2017. № 2 (41). С. 34–39.

31. Ланис А. Л., Разуваев Д. А. Усиление грунтов земляного полотна на подходах к мостам и путепроводам // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2016. № 3 (63). С. 97–104.

32. Уразбеков А. К., Косенко С. А. Техническая диагностика и неразрушающий контроль железнодорожных рельсов : учебное пособие. Алматы : Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М. Т. Тынышпаева, 2008. 193 с. ISBN 9965-421-85-4.

33. Оценка стоимости жизненного цикла верхнего строения пути при продлении межремонтного периода / С. А. Косенко, С. С. Акимов, С. В. Богданович, И. К. Соколовский // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2021. № 1 (56). С. 71–78.

34. Покровская О. Д. Коровяковский Е. К. Терминалистика – организация и управление в транспортных узлах // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2016. Т. 13, № 4 (49). С. 509–520.

35. Покровская, О. Д. Определение параметров терминальной сети региона (на примере Кемеровской области) // Транспорт Урала. 2012. № 1 (32). С. 93–97.

36. Покровская О. Д., Самуйлов В. М. Международная логистика Транссибирской магистрали : использование транзитного потенциала России // Инновационный транспорт. 2016. № 3 (21). С. 3–7.

37. Титова Т. С., Покровская О. Д. Междисциплинарное положение теории терминалистики // Известия Петербургского государственного университета путей сообщения. 2018. Т. 15, № 2. С. 248–260.

38. Псеровская Е. Д., Ким А. С., Кузьмина О. А. Повышение эффективности услуги по ускоренной доставке грузов в направлении Дальнего Востока // Транспорт Урала. 2019. № 2 (61). С. 32–37.

39. Туранов Х. Т., Псеровская Е. Д. Расчет продольного сдвига груза цилиндрической формы и усилия в эле ментах крепления при вариации количества крепежных элементов // Транспорт Урала. 2013. № 3 (38). С. 16–23.

40. ГОСТ 33330–2015. Шпалы железобетонные для железных дорог колеи 1520 мм. Общие технические условия. М. : Стандартинформ, 2016. 31 с.