Бетонная шпала

Бетонные шпалы

Бетонная шпала на железной дороге BNSF в Ла-Кроссе, штат Висконсин.

( Бетонная шпала британский английский ) или бетонная шпала ( американский английский ) — это разновидность железнодорожной шпалы или шпалы, изготовленной из железобетона .

История

В 1877 году французский садовник Жозеф Монье предположил, что бетон, армированный сталью, можно использовать для изготовления шпал для железнодорожных путей. Монье спроектировал шпалу и получил на нее патент, но это не увенчалось успехом.

Бетонные шпалы были впервые использованы на трамвае Алфорд и Саттон в 1884 году. Их первое использование на магистральной железной дороге было осуществлено компанией Reading Company в Америке в 1896 году, как зафиксировано в то время в AREA Proceedings. Конструкции получили дальнейшее развитие, и на рубеже 20-го века железные дороги Австрии и Италии использовали первые бетонные шпалы. За этим внимательно последовали другие европейские железные дороги.

Серьезного прогресса не было достигнуто до Второй мировой войны , когда древесины, используемой для шпал, не хватало из-за конкуренции со стороны других целей, таких как шахты. В результате исследований, проведенных на французских и других европейских железных дорогах, была разработана современная шпала из предварительно напряженного бетона. Также устанавливались более тяжелые секции рельсов и длинные сварные рельсы, что требовало шпал более высокого качества. Эти условия стимулировали разработку бетонных шпал во Франции, Германии и Великобритании, где технология была усовершенствована.

The Колея 1 фут 11 + 1 ⁄ 2 дюйма ( 597 мм ) Железная дорога Линтон и Барнстейпл (1898–1935) в Северном Девоне экспериментировала с бетонными шпалами в ряде мест вдоль линии. Поскольку шпалы были отлиты по размеру, от них было мало пользы за пределами станций на этой очень извилистой линии, где обычно требовалось ослабление колеи. Они также были шумными и не обладали эластичностью деревянных шпал, что делало дорогу очень жесткой. Некоторые из этих бетонных шпал теперь можно увидеть на выставке на станции Вуди Бэй.

Интерес к бетонным железнодорожным шпалам возрос после Второй мировой войны после достижений в области проектирования, качества и производства предварительно напряженного бетона.

Бетонные шпалы с опорной головкой существуют по крайней мере с 1940-х годов; Great Western использовал стул с двумя отверстиями, что позволило сэкономить как дефицитную древесину военного времени, так и стальные крепежные болты. Эта конструкция использовалась государственными железными дорогами во время Второй мировой войны и, в частности, непосредственно перед днем ​​«Д», когда древесины было мало и срочно требовалось расширение или замена путей. Таким образом, в 1944 году станция Грейвсенд-Вест-стрит была реконструирована, чтобы обеспечить возможность обработки огромного количества грузов.

шпалы из серобетона , при производстве которого требуется мало энергии и нет воды. В 2021 году в Бельгии использовались

Типы

Библочные шпалы на линии H метро Буэнос -Айреса .

Бетонные шпалы могут представлять собой цельную деталь одинаковых или переменных размеров. Они также могут состоять из двух отдельных блоков, соединенных стальной тягой. Опять же, Великая Западная железная дорога во время Второй мировой войны производила шпалы типа «горшок» с креслами - две бетонные гондолы, соединенные стальными стержнями - для использования на подъездных путях и некоторых петлях, но эти моноблочные шпалы не имели калибровочных стяжек в каждом положении, например обычно размещают через каждые 3 или 4 горшка или последовательно на стыках рельсов. Подобный пример был зафиксирован на разъездах Талиллин-Ист-Джанкшен и Рок-Сайдинг, Талибонт-он-Аск, на бывшей железной дороге Брекон и Мертир в сентябре 1963 года. До недавнего времени такие примеры можно было увидеть на перекрестке Дови-Джанкшен на кембрийском побережье и в другие могут все еще существовать где-то еще.

В исключительных случаях бетон можно заливать в виде двух отдельных продольных плит, как это было использовано в Намибии . Плитный путь представляет собой сплошное бетонное полотно без разделения на отдельные шпалы и чаще всего применяется в тоннелях. British Rail экспериментировала с плитами в конце 1960-х годов и проложила плиты в нескольких милях вдоль основных железнодорожных линий к северу от Дерби.

Износ и шум

Бетонным шпалам не хватает эластичности деревянных шпал, и поэтому балластные пути с бетонными шпалами обычно имеют гораздо более быструю деградацию балласта при нагрузке. Особенно это актуально на поворотах, стрелках и стрелках. Чтобы уменьшить износ балласта, а в некоторых случаях обеспечить виброизоляцию, к основанию шпалы прикрепляют прокладки. Колодки обычно изготавливаются из пенополиуретана, жесткость которого соответствует требованиям эластичности гусеницы.

Чтобы уменьшить деградацию балласта, можно использовать очень жесткий полупластичный пенополиуретан, имитирующий пластическое поведение деревянных шпал; балластные камни вдавливаются в поверхность шпалы, увеличивая площадь контакта. Обычно эти колодки имеют толщину от 7 мм (0,28 дюйма) до 10 мм (0,39 дюйма). Чтобы добиться виброизоляции, эластичный слой должен быть мягче, а во многих случаях и толще. Виброизоляция на уровне 5–12 дБ может быть достигнута, но результаты будут зависеть от многих факторов, таких как нагрузка на ось, скорость, жесткость грунта, толщина балласта, качество балласта и многое другое. Поэтому очень сложно точно предсказать результат.

Несмотря на то, что бетонные шпалы менее эластичны, чем деревянные, установлено, что они не вызывают повышенного уровня шума при наезде на них поездов. Исследование, проведенное в рамках Euronoise 2018, показало, что бетонные шпалы в среднем на 2 дБ(А) тише деревянных шпал, но на прямых участках пути вызывают больше шума в низкочастотном (16–60 Гц) и среднем диапазоне (500 Гц). –2000 Гц) диапазоны частот. Хотя деревянные шпалы почти повсеместно вызывают больше шума во всем диапазоне слышимых частот на изогнутых участках пути, более резкая акустическая реакция бетонных шпал на прямых путях может вызвать субъективное ощущение, что бетонные шпалы более шумные.

Преимущества и недостатки

Преимущества

BNSF Линия к северу от Якимы, Вашингтон

Преимущества включают в себя: они не гниют, как деревянные шпалы, пожаробезопасны, их дополнительный вес делает путь более устойчивым (особенно при изменении температуры), они лучше противостоят пожару, чем деревянные шпалы, придают пути большую устойчивость, имеют более длительный срок службы, чем деревянные шпалы, и требуют меньшего обслуживания, что приводит к снижению текущих затрат и меньшему количеству закрытий путей. Кроме того, бетонные шпалы не пропитываются креозотом , как большинство деревянных шпал (используемых в основном в Европе), поэтому они более экологичны.

Недостатки

Бетонная шпала рядом с деревянной шпалой

К недостаткам относятся: когда поезда сходят с рельсов и колеса ударяются о шпалы, деревянные шпалы имеют тенденцию поглощать удар и оставаться неповрежденными, в то время как бетонные шпалы имеют тенденцию разрушаться и их приходится заменять. Первоначальные затраты выше, и они непригодны для смены колеи, если это уже не учтено. Бетонные шпалы на 300 фунтов (136,1 кг) тяжелее своих деревянных аналогов. В результате требуется балласт большего размера для поддержки и удержания шпал на дорожном полотне. Кроме того, они не поглощают столько вибрации от проезжающих поездов, как деревянные шпалы. Это может привести к деградации самих шпал, начиная от небольших трещин и заканчивая полным выходом из строя с течением времени. Эта проблема наиболее распространена, когда шпалы расположены рядом со стыками рельсов. По этой причине железные дороги, которые использовали бетонные шпалы для прямых линий, избегали их на стрелочных переводах и перекрестках; однако современные конструкции позволяют использовать бетонные опоры для стрелочных переводов, и они стали стандартом для замены стрелочных переводов на многих железных дорогах. Еще одним потенциальным недостатком является поперечная жесткость, которая может вызвать кумулятивную усталость металла, особенно на обратных поворотах, где напряжения усиливаются из-за резкого изменения боковых сил. Это, в свою очередь, может быть причиной растрескивания углов колеи самих рельсов, а также арматуры стальных шпал.

Немецкие железные дороги столкнулись с растрескиванием шпал на высокоскоростных линиях, и за короткий срок службы им пришлось заменить многие тысячи из них; однако выяснилось, что это произошло из-за использования неподходящего заполнителя в бетонной смеси. Поврежденные бетонные шпалы ремонту не подлежат. Старые бетонные шпалы можно использовать для строительства подпорных стен, в противном случае их можно раздробить для переработки гравия и стальной арматуры.

На чрезвычайно крутых поворотах могут потребоваться специальные шпалы, такие как новый треугольник в Ньюмаркете, Новая Зеландия, с шириной колеи 1067 мм ( 3 фута 6 дюймов ) и радиусом 95 м (312 футов). Здесь шпалы особо тяжелые, около 250 кг, и могут иметь расширение колеи с переходным расширением колеи.

Бетонные шпалы для стрелочных переводов должны быть спроектированы индивидуально для данного места. Они намного длиннее обычных шпал, имеют зазоры для двигателей переключателей и обычно производятся небольшим количеством специализированных производителей. Если стрелочный перевод необходим в спешке, его можно сделать из деревянных шпал, которые можно просто просверлить подходящим образом.

Стандарты

МСЖД, Международный союз железных дорог, выпустил стандарт (№ 710) на бетонные шпалы.

В других странах, таких как Малайзия и Сингапур, используются различные стандарты, такие как австралийские стандарты, AS 1085.14:2012 (Материал железнодорожного пути – предварительно напряженные бетонные шпалы) или EN 13230-4:2016 (Применение на железных дорогах – Бетонные шпалы и опоры пути). , Часть 4: Предварительно напряженные опоры стрелочных переводов и переездов). Буклет UIC 713R также используется в качестве дополнительного справочного материала, поскольку часть 6 стандарта EN 13230 все еще находится на стадии проекта, т. е. соответствует стандарту EN 13230-6:2016. 122333

Изготовление, транспортировка и монтаж

Unimog продвигает «Узел прецизионного ключа шпинделя», используемый для автоматического и синхронного затягивания и ослабления систем рельсового скрепления.

Бетонные шпалы изготавливают в перевернутых формах длиной в несколько шпал. Pandrol В формы вставляются основания зажимов или другие приспособления. В эти формы устанавливаются предварительно напряженные стальные арматурные стержни, а затем заливается бетон. Застывание бетона занимает несколько дней, после чего шпалы вынимают из форм и разрезают на отдельные шпалы. На дне формы нанесен логотип производителя и штамп даты.

Иногда шпалы изготавливают с кабелепроводами для рельсовой проводки или дополнительными креплениями для ограждений. Шпалы могут быть изготовлены методом длинной или короткой лески; каждый метод имеет свои преимущества и недостатки.

Множество компаний производят шпалы по всему миру. К месту работ их доставляют небольшими штабелями, причем слои шпал разделяют куски пиломатериалов. Затем их укладывают вручную или с помощью различных машин для укладки шпал.

Регулирование

Соединенные Штаты

США В 2011 году Федеральное управление железных дорог (FRA) ввело в действие новые правила в отношении бетонных шпал, уведомления которых были опубликованы FRA в Федеральном реестре США с 1 апреля по 9 сентября 2011 года . В уведомлениях FRA говорилось, что необходимость в новых правилах была продемонстрирована сходом с рельсов поезда компании Amtrak возле Хоум-Вэлли, штат Вашингтон, 3 апреля 2005 года, что, по мнению Национального совета по безопасности на транспорте США , было частично вызвано чрезмерным (более чем Истирание бетона на 0,5 дюйма (13 миллиметров)).

См. также

• Спальное место
• Лестничный путь – продольные шпалы
• Трубчатая модульная направляющая
• Гусеничный балласт

Внешние ссылки

• СМИ, связанные с бетонными шпалами, на Викискладе?
• Ассоциация производителей бетонных шпал
• Испытание эффективности замораживания-оттаивания цельнобетонных железнодорожных шпал, отчет по этапу 1 Федеральное управление железных дорог
• Галерея