Железобетонные шпалы. Железобетонные шпалы: основные разновидности, характеристики и особенности применения Длина жд шпалы бетонные
За время существования железных дорог подпорки под шпалы изготавливались из различных материалов. Были каменные, но камень сложно поддается обработке, быстро трескается и приходит в негодность. Долговечны деревянные шпалы, просмоленные для защиты от негативных воздействий погодных условий. Но через время и они требовали либо замены, либо ремонта железнодорожных путей. На сегодняшний день железобетонные конструкции с полным основанием считают материалом будущего для изготовления опоры под шпалы и фундамента под здания и постройки. Применяют фундамент из железобетонных шпал для построек всевозможной сложности и этажности на любых видах почвы. Однако стоит учитывать, что весит данное изделие немало.
Определение
Железобетонные шпалы имеют вид рельсовой опоры, для изготовления которых потребуются брусья с меняющимися размерами и формами сечения. Бетонные рельсовые опоры армируются стальной проволокой, диаметр которой зависит от модификации. При работе с железобетонными шпалами предъявляют следующие требования к их технологии производства:
- приготовление бетонного раствора требует однородной консистенции;
- для нужной передачи силы напряжения материал должен обладать соответствующей прочностью;
- изготавливая изделия, придерживаются точных размеров, форм, которые важны для железобетонных шпал в местах соединения с рельсами.
Где применяются?
В наше время все хотят сэкономить - б/у шпалы дают такую возможность при строительстве собственного дома.Шпала железобетонная используется при возведении фундаментов и железнодорожных путей. Из-за различных природных условий эксплуатации и разнообразной механической нагрузки на изделия, при изготовлении железобетонной опоры придерживаются повышенных требований. Это позволит увеличить срок службы, который при благоприятных условиях использования достигнет шестидесяти лет. Опоры, изготовленные с использованием предварительно напряженного железобетона, повсюду пододвигают распространенные деревянные подпорки за счет своей прочности, долговечности и быстроты монтажа.
Преимущества и недостатки
В шпалах из железобетона присутствуют следующие преимущества:
- длительный срок службы;
- достаточная устойчивость к отрицательным воздействиям факторов окружающей среды;
- отсутствие возможности гниения в процессе эксплуатации;
- стойкость к различным механическим нагрузкам;
- невысокая ценовая категория;
- монтаж и укладка не требуют больших физических затрат;
- не требуют больших затрат на обслуживание в процессе эксплуатации;
- за счет того, что ширина и длина изделия идеально ровные, обеспечивается удобство при перевозке и выгрузке.
Шпале из железобетона присущи следующие недостатки:
- Потребность в периодическом осмотре железнодорожных путей по причине усталостного разрушения сооружения, сделанного из бетона.
- Весит шпала 0,27 тонны, а это значит, что собственноручная установка изделий невозможна. Таким образом, за счет тяжелого веса возникает потребность в специализированной технике. Конструкции из бетона, в отличие от изделий из дерева, вес которых меньше, монтируют специальными механизмами – шпалоукладчиками.
- Необходимость в использовании упругих прокладок, которые позволяют снизить жесткость изделия.
- Шпалам из железобетона присуща большая электропроводность, которая требует применение изоляции.
Типы
Шпалу из железобетона разделяют на следующие типы, которые зависят от стойкости к возможным трещинам, качества и точной ширины, длины и других размеров изделия:
- Опора первого сорта.
- Опора второго сорта. Отличается низкой степенью стойкости к трещинам, геометрические размеры не нуждаются в высоких требованиях.
По типу рельсового крепления бывают следующих видов:
- Ш-1,с раздельным типом клемно-болтовым соединением, которое фиксируется к опоре с использованием прокладки и болта.
- Ш-2 нераздельного вида крепления.
- Ш-3 имеют схожесть с опорами Ш-2, но различаются по способу крепления.
Шпалы из железобетона различны по классу, по наличию электроизоляции и типу применяемой арматуры. Железобетонные шпалы имеют отличия по параметрам электроизоляции:
- изолированные;
- неизолированные, без изолирующих вкладышей.
Технология производства
Вне зависимости от сферы использования, железобетонные опоры изготавливают одинаковой прочности и эксплуатационных свойств. Технология изготовления опор бывает четырех типов:
- Карусельный тип с последующим извлечением формы. Заключается в приготовлении смеси и заливке ее в формы, где происходит ее дальнейшее уплотнение. Извлекают опоры из емкости после полного застывания раствора и достижения его максимальной прочности. Для изготовления используют кассетные конструкции, в которые вмещаются шесть опор. Для достижения требуемого сцепления и обеспечения предварительного напряжения, применяют арматуру, с помощью которой напряжение передается на поверхность бетона. По окончании изготовления изделия, форму извлекают и пускают для следующего производства.
- Линейный. Этот тип изготовления опоры из железобетона подразумевает линейную технологию, для которой необходим конвейер, на котором в определенной последовательности располагаются формы. Длина установленных форм достигает ста метров. С боку емкости прикрывают специально предназначенными устройствами, которые также способны передавать напряжение на арматуру. В процессе схватывания раствора напряжение передается на поверхность бетона.
- Демонтаж форм с дальнейшим напряжением. Для этого типа изготовления опор из железобетона требуется выставление шаблонов, с помощью которых определяется месторасположение стальной арматуры. Емкости заполняют раствором из бетона и уплотняют. В процессе схватывания раствора в него погружают штыри. Спустя некоторое время форму и шаблон извлекают.
- Демонтаж форм с предварительным напряжением представляет собой такую же технологию, как и при демонтаже форм с дальнейшим напряжением, только вместо штырей используют рамы, обеспечивающие напрягающее усилие в изделии.
Монтаж, ремонт и утилизация шпал
Установка железнодорожных путей имеет следующие особенности:
- Железобетонные опоры и рельсы устанавливают на предварительно подготовленную поверхность, которая состоит из почвы, песка и щебня. Для сохранности шпал в процессе эксплуатации и прохождения по ним поездов, важно сохранить верхний слой земли путем устройства песчаных полос.
- Железобетонная опора весит немало, и поднять такой вес конструкции не под силу обычному рабочему, монтаж осуществляют с использованием механизированного оборудования. Этот подход снижает применение физической силы и уменьшает стоимость на монтаж изделий. Также механизированный комплекс сокращает время на укладку железной дороги.
- Для использования железобетонных шпал на протяжении пятидесяти лет, важно диагностировать пути, что позволит выявить деформации и поломки. Проверяют крепежные элементы, исключают поломку, так как она способна привести к нарушению фиксации подкладки, которая издает звуки в момент прохождения по путям состава.
- Несвоевременное обнаружение поломки крепежных деталей приводит к появлению трещин и частичной или полной поломки шпалы.
- Когда срок эксплуатации изделия истек или железобетонная опора стала непригодной за счет возможных разрушений, шпалу утилизируют. Утилизация происходит щековой дробилкой, с помощью которой измельчение изделия достигает размера щебня меленькой фракции или средней фракции. Переработанные изделия в дальнейшем используют для засыпки ям.
Ремонтирование железобетонных шпал подразумевает выявление и устранение дефектов и повреждений. Заделывают отколы, выбоины, раковины и трещины. Когда ремонтируется поломка, движение поездов не прекращается, рабочее место ограждают специальным сигнальным знаком. Проводится капитальный ремонт в междуремонтных сроках, где не требуется смена шпал, выполняется ремонт с помощью путевых машинных станций по подготовленным индивидуальным проектам и расчетам. Ремонт железобетонных опор подразделяется на:
- капитальный;
- средний;
- подъемочный;
- реконструкцию.
По типу верхнего монтажа: укладка на новый щебень или на старый щебень. Для усиления мощности и стойкости путей, в процессе проведения работ по ремонтированию поврежденной детали, используют подрельсовые основания различных конструкций.
Заключение
Использование железобетонных опор актуально во всем мире, спрос на такие изделия растет постоянно. Ведь опоры из железобетона, несмотря даже на их большой вес, имеют несравнимую прочность, надежность и долговечность.
А стоимость материалов и несложность изготовления изделий повышает популярность применения железобетонных шпал в мире строительства.
kladembeton.ru
Железобетонные шпалы
Железобетонные шпалы представляют собой железобетонные балки переменного сечения.
На таких балках имеются площадки для установки рельсов, а также отверстия под болты рельсошпального скрепления. Главное достоинство железобетонных шпал - практически неограниченный срок службы. Изделия отличаются высокой механической прочностью и не подвержены гниению. Их можно использовать повторно, а также на грузонапряжённых участках пути.
Недостатки:
- большая стоимость и вес
- недостаточная жёсткость
- возможность усталостного разрушения бетона.
Ш1-1 голая ГОСТ 32.152-2000 | Запросить цену | ||||||||||||||||||||||||
Ш1-1 б/у голая ГОСТ 32.152-2000 | Размер (Д/Ш/В) мм 2700/300/230 Масса 250. кг | Запросить цену | |||||||||||||||||||||||
Шпала железобетонная анкерная подтипа ШС-АРС | Размер (Д) мм 2700 Масса 259 кг | Запросить цену | |||||||||||||||||||||||
Шпала железобетонная анкерная с элементами крепления контруголков для мостов подтипа Ш-АРС-М | Размер (Д) мм 2700
В железнодорожном пути шпалы железобетонные укладываются на балластный слой верхнего строения пути и обеспечивают неизменность взаимного расположения рельсовых нитей, воспринимают давление непосредственно от рельсов или от промежуточных скреплений и передают его на подшпальное основание (обычно - балластный слой). Шпала железобетонная Ш-1-1 - Чертёж Железобетонные шпалыЖелезобетонные шпалы разделяются на несколько категорий в зависимости от возможностей их использования. Общим является принцип производства. Готовые железобетонные шпалы – это брус из армированного железобетона, предварительно прошедший процедуру напряженности (для повышения прочности). Шпалы выпускаются с учетом стойкости к образованию трещин, морозостойкие. Расчетный срок службы железобетонных шпал составляет период около 50 лет. Шпала железобетонная Ш-1-1 (1 сорт) – элемент верхнего строения железнодорожного пути. Представляет собой брус из напряжённо армированного железобетона. В производстве используется тяжёлый бетон высшей категории. В сравнении с деревянными шпалами железобетонное изделие имеет самые высокие эксплуатационные характеристики: повышенная прочность, стойкость к образованию трещин, морозостойкость, длительный срок службы (до 50 лет). Данный тип шпалы Ш-1-1 рассчитан на клеммно- болтовое рельсовое скрепление КБ с болтовым крепление подкладки к шпале. Используются для укладки железных дорог широкой колеи (1520 мм), с рельсами Р50, Р65, Р75. Шпалы железобетонные Ш-1-1 значительно тяжелее и прочнее деревянных, поэтому применяются при строительстве магистралей и других путей с высокой проходимостью. Единственный недостаток таких изделий – это высокая стоимость. |
Тип скрепления и рельса | Критический тоннаж, млн. т брутто | |
КБ; Р65 | 151,9 (15,4) | 1400 |
КБ; Р65 | 113,5 (12,6) | 1650 |
ЖБ; Р65 | 151,9 (15,4) | 750 |
ЖБ; Р65 | 113,5 (12,6) | 840 |
К2; Р65 | 151,9 (15,4) | 1200 |
К2; Р65 | 113,5 (12,6) | 1250 |
К2; Р50 | 149,9 (15,3) | 850 |
В процессе эксплуатации пути с железобетонными шпалами сильно изнашиваются рельсовые скрепления. Это побуждает заменять рельсошпальную решетку, укладывая старогодную на менее деятельные линии, а затем - на станционные и пути необщего пользования. Такая система многократной перекладки путевой решетки с железобетонными шпалами позволит обеспечить срок их службы значительно больше 50 лет.
Техническая политика предполагает дальнейшее увеличение полигона путей с железобетонными шпалами. В ближайшей перспективе намечено увеличить его до 64- 65 тыс. км.
Наиболее распространены в ФРГ, ГДР и Индии. Используются шпалы корытообразной формы (рис. 4). Масса нестыковой шпалы 50-80 кг, а стыковой 115-145 кг. Сейчас такие шпалы не укладывают.
Рис. 4 - Металлические шпалы дорог ГДР: а - нестыковая; б - стыковая
В Индии стальные шпалы служат примерно на 20 % протяжения пути, а чугунные - на 30 %. Широкое применение там металлических шпал объясняется климатом. Высокая влажность и жара способствуют ускоренному гниению древесины. Кроме того, в некоторых районах распространены термиты, быстро приводящие деревянные шпалы в негодность.
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;
большая металлоемкость.
Шпалы железобетонные - это специальные балочные конструкции, которые применяются при строительстве железнодорожной колеи в качестве опор для рельсов, по которым перемещается типовой подвижной состав с нагрузками и скоростями, установленными для общей сети железных дорог, без ограничения по грузонапряженности. Шпалы обеспечивают неизменность взаимного расположения рельсовых нитей, воспринимают давление, которое исходит от рельсов и проезжающего по ним транспорта, от промежуточных креплений, и передают его на подшпальное основание (в железнодорожном строительстве это, как правило, балластный слой, в метрополитене - бетонное основание).
Первые упоминания о колейных дорогах из рельсов и шпал относятся к середине XVI века. Рельсы представляли собой деревянные брусья и применялись в рудниках и угольных шахтах, по которым перемещались вагонетки. Деревянные брусья быстро изнашивались, что приводило к тому, что повозки, проходящие по рельсам, сходили с пути. Для того чтобы уменьшить износ, деревянные рельсы стали укреплять полосами, которые укладывались поперек колеи. Срок службы деревянных рельсов и шпал, в зависимости от типа древесины, внешних условий и интенсивности эксплуатации, составлял от семи до сорока лет. Несмотря на такие достоинства, как упругость, хорошее сцепление с щебеночным балластом, легкость обработки, существовал главный недостаток - дерево в местах крепления рельсов и шпал просто гнило из-за накапливающейся влаги. Первая железнодорожная колея, выполненная полностью из чугуна, появилась в XVIII веке, в Петрозаводске.
Тем не менее, учитывая развитие железнодорожного транспорта (появление быстроходных составов, увеличивающаяся скорость передвижения), инженеры столкнулись с быстрым износом чугунной колеи. С открытием новых сплавов на основе металла было установлено, что рельсы из стали меньше и равномернее подвергаются износу по сравнению с другими металлами. С тех пор и по настоящее время во всех мире применяются только стальные рельсы. В годы Великой Отечественной войны (1941-1945 гг.) развитие железных дорог было приостановлено. Однако после нее, в ходе выполнения работ по восстановлению железнодорожного транспорта, были предложены нововведения, призванные усилить железнодорожные пути - бесстыковой путь колеи, снижающий удельное сопротивление движению поездов, расходы электроэнергии и топлива, и железобетонные шпалы, срок службы которых достигает порядка 60 - 70 лет. Сегодня, в строительстве железных дорог применяются исключительно железобетонные шпалы.
Какие же есть преимущества у железобетона в качестве материала для изготовления шпал? Во-первых, долговечность железобетона, позволяющая подвергать шпалы длительной эксплуатации. Во-вторых, высокая степень механической прочности, благодаря которой железобетонные шпалы имеют повышенную несущую способность и могут сопротивляться многочисленным и длительным нагрузкам без потерь первоначальных физических свойств. Помимо этого, железобетонные шпалы устойчивы к агрессивным факторам окружающей среды, в том числе - к влаге, гниению. Простота конструкций высокотехнологична - их можно использовать повторно. По сравнению с другими материалами (дерево, металл) шпалы легко справляются с высокой степенью грузонапряженности. Это основные и очевидные причины высокой актуальности железобетона в сфере строительства.
Железнодорожные железобетонные шпалы представляют собой цельнобрусковые балки специального профиля, имеющие переменное сечение. В конструкции шпал предусмотрены специальные площадки, которые позволяют производить монтаж рельсов, а также отверстия для установки крепежных болтов для рельсошпального крепления, что позволяет также использовать промежуточные скрепления железобетонных шпал. В последнее время для скрепления рельсов и шпал все чаще используется анкерное соединение.
Шпалы в зависимости от типа рельсового скрепления подразделяют на:
- тип I - для раздельного клеммно-болтового рельсового скрепления с резьбовым прикреплением рельса и подкладки к шпале;
- тип II - для нераздельного анкерного рельсового скрепления с безрезьбовым прикреплением рельса к шпале;
- тип III - для нераздельного клеммно-болтового рельсового скрепления с резьбовым прикреплением рельса к шпале.
Шпалы железобетонные подразделяются на классы по наличию или отсутствию электроизолирующих характеристик и виду используемой арматуры напрягаемого типа. По электроизолирующим параметрам шпалы железобетонные выпускаются следующих типов:
- изолированными. Предполагается установка специальных вкладышей изолирующего типа, которые называются пустообразователями;
- неизолированными. Наличие вкладышей не предусмотрено.
По применимости в кривых участках железнодорожного пути разного радиуса шпалы всех типов относят к двум видам:
- для прямых и кривых участков железнодорожного пути радиусом 350 м и более;
- для кривых малого радиуса (менее 350 м) и переходных кривых.
Также основными признаками, по которым выполняется классификация изделий, являются степень трещиностойкости, качество, а также точность геометрических параметров данного типа железобетонных изделий. Принято выделять шпалы 1го и 2го сорта. Шпалы из железобетона второго сорта имеют более низкую степень трещиностойкости, меньшие требования к геометрическим параметрам изделия, пониженное качество изготовления, что обуславливает возможность использования только при обустройстве подъездных и внутризаводских железнодорожных путей пятого класса, которые отличаются невысокой степенью нагрузки и интенсивности эксплуатации.
Железобетонные шпалы изготавливаются в соответствии с номами и требованиями, установленными ГОСТ 10629-88 и ГОСТ Р 54747-2011, из тяжелого бетона класса прочности на сжатие не ниже В40 (по ГОСТ 26633). Фактическая прочность бетона (в проектном возрасте, передаточная и отпускная) должна соответствовать требованиям ГОСТ 13015.0. Нормируемую передаточную прочность бетона следует принимать равной 32 МПа (326 кгс/см2). Отпускную прочность бетона принимают равной передаточной прочности бетона. Марка бетона по морозостойкости должна быть не ниже F200. Для бетона шпал следует применять щебень из природного камня или щебень из гравия фракции 5 - 20 мм по ГОСТ 10268. Допускается по согласованию изготовителя с потребителем применять: щебень фракции 20 - 40 мм в количестве не более 10 % от массы щебня фракции 5 - 20 мм по ГОСТ 10268; щебень из природного камня фракции 5 - 25 мм по ГОСТ 7392 при соответствии его всем другим требованиям ГОСТ 10268.
Железобетонные шпалы армируются предварительно напряженной арматурой, для придания дополнительной прочности, необходимой для железнодорожных путей с большими динамическими нагрузками.
Согласно ГОСТ 10629-88 в качестве арматуры шпал применяется стальная проволока периодического профиля класса Вр диаметром 3 мм по ГОСТ 7348 и ТУ 14-4-1471-87. Номинальное число арматурных проволок в шпале - 44. Расположение проволок, контролируемое на торцах шпалы, должно соответствовать проекту. Расстояние по вертикали в свету между парами или отдельными проволоками, в случае их отклонения от проектного положения, не должно быть менее 8 мм. Допускается разворот пар проволок на 90° при сохранении указанного выше расстояния. Для обеспечения проектного расположения проволок могут применяться разделительные проставки, остающиеся в теле бетона шпалы. Допускается по согласованию изготовителя с потребителем применять проставки, отличающиеся от проектных.
Согласно ГОСТ Р 54747-2011 для армирования шпал следует применять: стальную холоднодеформированную проволоку гладкую и периодического профиля диаметром от 3 до 8 мм, не ниже класса прочности В1200; холоднодеформированную арматуру гладкую и периодического профиля диаметром от 8 до 10 мм, не ниже класса прочности 1400К; горячекатаную и термомеханически упрочненную гладкую арматуру и периодического профиля диаметром от 8 до 10 мм, не ниже класса прочности А1200К; арматурные канаты диаметром от 6 до 14 мм, не ниже класса прочности К1500К. Гладкая арматура может применяться только с концевыми анкерами. Диаметр и класс прочности арматуры, число и расположение арматурных элементов, отклонения от номинального числа арматурных элементов и величина начального натяжения всей арматуры должны быть указаны в технической документации на изделие. Допускается по согласованию с заказчиком применять другие виды арматуры.
Шпалы обозначают марками в соответствии с требованиями ГОСТ 23009. Марка шпалы состоит из двух буквенно-цифровых групп, разделенных тире. Первая группа содержит обозначение типа шпалы. Во второй группе указывают вариант исполнения подрельсовой площадки.