РОЗДІЛ 2
ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ВЕРТИКАЛЬНОЇ ПРУЖНОСТІ ПІДШПАЛЬНОЇ ОСНОВИ В ЗОНІ ПРИМИКАННЯ КОЛІЇ ДО МОСТІВ. ОЦІНКА ПРУЖНІХ ОСАДОК ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
2.1. Вихідні положення розрахунків і модель колії
Для розрахунків колії на вплив вертикальних динамічних навантажень потрібно мати досить достовірну модель колії та необхідно вміти правильно визначати розрахункові параметри вертикальної пружності верхньої будови колії.
Розрахункова модель для визначення параметрів вертикальної пружності підшпальної основи в зоні примикання колії до мостів прийнята на основі /125/. Відповідно до прийнятої розрахункової моделі колії кожна рейкова нитка по всій довжині опирається на окремі пружні опори, які складаються з підкладки з прокладками, шпали, баласту й земляного полотна.
У відповідності з розрахунковою моделлю колії (рис2.1) прийнято, що кожна рейкова нитка по всій довжині опирається на окремі пружні опори, які складаються з підкладки з прокладками, шпали, баласту й земляного полотна. Таку модель можна розглядати як "багатошаровий пиріг", який складається із конструкційних матеріалів із різними фізичними характеристиками.
Окремі пружні опори, тобто шпали, в свою чергу розглядаються як короткі балки, що лежать на суцільно пружній основі (баласт + земляне полотно), та знаходяться під впливом одиничних сил (Q), що передаються на них через підкладки.
При розрахунках колії на вплив вертикальних динамічних навантажень у якості розрахункових параметрів колії необхідно мати:
- розрахункову вертикальну жорсткість рейкової нитки (сумарну) , що враховує сумісну роботу рейок і підрейкової основи;
Рис.2.1. Розрахункова модель колії для визначення параметрів вертикальної пружності і жорсткості рейкової колії
- вертикальну жорсткість (сумарну) точкової опори ;
- вертикальний модуль пружності підрейкової основи ;
- вертикальний модуль пружності підшпальної основи ;
- коефіцієнт пружного стискання баласту під шпалою (коефіцієнт постелі шпали) СБ;
- геометричні розміри та характеристики елементів конструкції верхньої будови колії (моменти інерції і моменти опору) при роботі на вигин рейок і шпал при розрахунках оригінальної конструкції колії;
- характеристики опору матеріалу основних елементів верхньої будови колії, тобто модуль пружності рейкової сталі, модулі пружності при роботі на згин, стиск і зминання дерева або залізобетону.
Одним із найголовніших розрахункових параметрів верхньої будови колії є коефіцієнт пружного стискання баласту під шпалою (коефіцієнт постелі) СБ. Від нього залежать жорсткість рейкової нитки, модуль пружності колії і сумарна жорсткість точкових опор.
Коефіцієнт постелі залежить від роду баласту, опорної площини шпали або бруса й характеристики згину шпали або бруса під навантаженням. За результатами експериментальних досліджень встановлені середні значення коефіцієнтів постелі СБ, що наведені в табл. 2.1. /125/
Таблиця 2.1
Коефіцієнт пружного стискання баласту під шпалою СБ, МПа/м
Вид підрейкової основи
Дерев'яні шпали й брусиЗалізобетонні шпали, бруси, плитиГравійний або піщано-гравійний баластЩебеневий
баластЩебеневий баластШпали
З/б плити60-80
-80-100
-160-200
400-1000
Модуль пружності підшпальної основи визначається за формулою
, (2.1)
У більшості виконаних розрахунків за визначенням сил взаємодії, автори, як правило, користувалися середніми величинами розрахункових параметрів колії, узятими з інших джерел без достатніх обґрунтувань /16,18,23,36,44,48,63,76,84,88,92/ . Прийнято вважати, що для визначення механічних характеристик колії найбільш доцільно використовувати експериментальні методи, застосовуючи в розрахунках їх значення вірогідними в межах від min до max в довірчих межах. Проте далеко не завжди у дослідника є технічні можливості для експериментального визначення механічних параметрів колії. Але в той же час вибір початкових параметрів з наявних результатів досліджень часто виявляється скрутним і деякі параметри у ряді випадків можуть розрізнятися в два або більше разів, що пов'язано з особливостями технічного стану експериментально досліджених конструкції або особливостями використовуваних експериментальних методик. Навряд можливо, користуючись даними, що так розрізняються і навряд можливо правильно вибрати з них параметри, що відповідають конкретній конструкції.
В табл. 2.1 приведені середні значення коефіцієнтів СБ, які можуть змінюватись в досить широкому діапазоні. Але для вирішення задач, які поставлені в даному дисертаційному дослідженні з`явилась необхідність визначити цю важливу характеристику СБ точніше. Що можна зробити розрахунковим шляхом.
В роботі застосована методика визначення розрахункових пружнодинамічних параметрів колії, яка була розроблена з використанням сучасних наукових уявлень з вказаного питання і наявних теоретичних підходів до рішення окремих задач /125/:
Теоретично рішення вказаної задачі зручно виконати поетапно: перш за все, розглядаючи конструкцію колії, як балку, укладену на окремих пружних опорах, і при цьому роботу кожної опори (шпали) під впливом навантажень, що передаються від рейок, слід розглядати як роботу балки обмеженої довжини, що лежить на суцільній рівнопружній основі (рис.2.2).
Особливості рішення вказаної задачі, безумовно, залежать від даної схеми розташування рейкових ниток на пружних опорах основи. Алгоритм рішення даної задачі /125/ буде загальним для всіх схем розташування рейкових ниток і може бути прийнятий в наступному вигляді:
1) визначення пружних прогинів підрейкових опор під впливом одиничних сил, прикладених в підрейкових перетинах;
2) визначення сумарної точкової жорсткості підрейкової основи як шарової конструкції;
3) визначення вертикального модуля пружності підрей