В чем преимущества и недостатки железобетонных шпал

Шпалы из железобетона

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.

Источник

Источник: http://remontidekor.ru/shpaly-iz-zhelezobetona.html

Железобетонные шпалы

В настоящее время железобетонные шпалы изготавливаются цельнобрусковыми из предварительно напряженного железобетона и армируются высокопрочной проволокой.

При производстве железобетонной шпале придают трапециевидную форму, такая шпала лучше работает под нагрузкой (по сравнению с прямоугольным параллелепипедом  пропитанных шпал). Наибольшие прогибы и давления на балласт регистрируются у торцов железобетонной шпалы. Для уменьшения воздействия этих явлений ширина подошвы средней части шпалы уменьшена, а у торцов – увеличена.

Трапециевидная форма шпалы (в поперечном сечении) снижает давление на балласт и его деформацию, особенно это заметно у краев балластной призмы, где сопротивление балласта выдавливанию наименьшее. Одновременно сопротивляемость пути выбросу и сдвигу в поперечном направлении значительно увеличивается, что особенно важно для бесстыкового пути.

Такая совокупность сечений способствует достижению некоторых преимуществ:

— поскольку центр тяжести подрельсовых сечений выше центра тяжести арматуры (в средней части шпалы – эффект «наоборот»), происходит рациональное предварительное обжатие бетона. Соответственно, максимальное предварительное обжатие бетона возникает в зонах, растянутых под поездной нагрузкой: в верхних зонах в середине шпалы и в нижних зонах – в ее подрельсовых сечениях;

— чем меньше жесткость шпалы на изгиб, тем меньше изгибающий момент в средней междурельсовой части шпалы.

Чтобы сделать работу закладных болтов и нашпальных резиновых подкладок максимально эффективной, а также в целях обустройства подуклонки рельсов и передачи боковых сил на бетон, в подрельсовых зонах делают углубления с наклоном.

Выделяют два сорта железобетонных шпал – соответственно показателям качества бетонной поверхности, стойкости к образованию трещин и точности геометрических параметров.

Шпалы второго сорта (так же как и шпалы пропитанные второго типа) укладываются только с согласия заказчика на станционных, подъездных путя и путях с малой нагрузкой.

Железобетонные шпалы брускового типа эксплуатируются уже в течение долгого времени и показали свои бесспорные преимущества перед деревянными пропитанными шпалами:

—  стабильность ширины рельсовой колеи;

— более высокая устойчивость бесстыкового пути против выброса (выше на 10-20%, чем при использовании деревянных шпал);

— железобетонные шпалы более долговечны (срок эксплуатации может достигать 30-50 лет), поэтому они реже требуют ремонта;

— по всей длине пути характеристики упругости более однородны, что обеспечивает плавность движения поездов (это особенно важно для скоростных линий);

— сохранность лесов.

Недостатки железобетонных шпал:

• Повышенная чувствительность к неоднородности балластного слоя;
• Достаточно высокие нагрузки на балластный слой при жестком нижнем строении пути;
• Более высокая жесткость пути (по сравнению с деревянными пропитанными шпалами), уменьшаемая с помощью дополнительных резиновых прокладок-амортизаторов;
• Небольшая площадь активной зоны контакта.

Чтобы уменьшить перечисленные недостатки, надо вводить новые конструктивные решения, разрабатывать их с учетом максимального снижения затрат жизненного цикла. Один из эффективных вариантов – использование железобетонных шпал с упругой подошвой. 

Целесообразно применение железобетонных шпал при следующих условиях:

• Ввиду повышенной стабильности и равноупругости такого пути, на линиях со скоростным движением пассажирских поездов (свыше 140км/ч).
• Совместно с бесстыковыми рельсовыми плетями.

Переход от железобетонных шпал к пропитанным деревянным следует осуществлять вне зон рельсовых стыков, чтобы не возникало одновременного скачка жесткости и неровности на стыке.

Стрелочные переводы устанавливают на пропитанных деревянных шпалах. Такие шпалы имеют некоторые преимущества перед железобетонными шпалами:

— более дешевое и простое производство;

— лучшая и более простая электроизоляция рельсов;

— умеренная жесткость пути.

Источник: http://promtransagent.ru/stati/280-zhelezobetonnye-shpaly

Деревянные и железобетонные шпалы

Шпалы для железнодорожного полотна являются важнейшей деталью устройства пути. От их качественных характеристик зависит устойчивость магистрали. В нашей стране используют опоры из дерева и железобетона.

Но изначально под рельсы укладывали брус из камня. Позднее каменные заместили деталями из дерева, оно имеет хорошие показатели амортизации, и проще с точки зрения механического обрабатывания.

Однако, обстановка поменялась кардинальным образом, когда начали производить железобетонные шпалы.

Многообразие видов

Это рельсовые опоры, при производстве которых требуются брусья с изменяющимися размерами и формой сечения. Бетонные шпалы армированы при помощи проволоки из стали, диаметр ее обусловлен модификацией. К производственной технологии таких изделий предъявляют следующие требования:

• приготовленный бетонный раствор должен быть однороден по консистенции;
• для необходимой передачи силы напряжения необходимо, чтобы материал обладал соответственной прочностью;
• при производстве опор, соблюдают точные размеры, формы, это важно в точках соединения с рельсами.

По причине различных природных условий и разной механической нагрузки на детали, при производстве железобетонных опор соблюдают повышенные требования. Это позволяет увеличивать период эксплуатации, при благоприятных условиях применения достигает 60 лет. Изделия с использованием предварительно напряженного бетона, вытесняют шпалы из дерева благодаря своей прочности и долговечности.

Шпалы железобетонные классифицируют на определенные виды, зависящие от устойчивости к образованию всевозможных трещин, качества и точных размеров и иных параметров:

• опоры первого сорта.
• Опоры второго сорта. Различаются низкой степенью устойчивости к трещинам, к геометрическим размерам не предъявляются высокие требования.

По видам рельсовых креплений различают:

• Ш-1 созданы для раздельного скрепления с применением болтов путем закрепления подкладки на опоре.
• Ш-2 — для нераздельного скрепления с применением болтов путем закрепления к шпале и подкладки, и рельса.
• Ш-3, предназначенные для нераздельного соединения с применением болтов при помощи прямого закрепления к опоре рельса.

Также такие шпалы имеют различия по электрической изоляции и типу применяемой арматуры. По параметрам электрической изоляции выделяют:

• изолированные;
• неизолированные, отсутствуют изолирующие вкладыши.

К достоинствам данных опор можно отнести:

• морозоустойчивость;
• длительный период службы (от 40 до 50 лет);
• обеспечивают однородность железнодорожного пути.

Недостатки:

• высокая электрическая проводимость;
• чувствительны к ударам (особенно в местах стыка);
• жесткость пути, это способствует быстрому изнашиванию рельс в точках стыка;
• высокий вес (примерно 270 кг);
• сложность монтажа;
• высокая цена.

Время от времени возникает вопрос, шпалы из какого материала стоит выбрать: из железобетона либо дерева. Во-первых, необходимо обратить внимание на цену. Стоимость деревянных опор существенно ниже. Во-вторых, период службы: в этом преимущество у железобетонных шпал.

Время самоокупаемости шпал из железобетона более продолжительное, в связи с этим их обычно применяют на магистралях, на которых они смогут максимально быстро окупаться.

На линиях железной дороги с относительно небольшой нагрузкой в большинстве случаев более выгодно использование шпал из пропитанного дерева.

Деревянные шпалы

Имеют классификацию:

• обрезные – обрезку проводят с четырех сторон;
• полуобрезные – обрезку проводят с трех сторон;
• не обрезные – обрезаются с двух сторон.

• материал 1 типа, с пропиткой. Такой используют для основного пути;
• материал 2 типа, с пропиткой. Применяется при укладывании подъездного и станционного пути;
• материал 3 типа. Используют на предприятиях промышленности с малой нагрузкой.

Обычно шпалы обработаны несколькими видами антисептических веществ – водорастворимыми и на основе масел. Первый вид – твердое соединение, его необходимо довести до необходимой консистенции, разводя жидкостью. Антисептики на основе масла — продукт сухой перегонки лесоматериалов и каменного угля. Они употребляются в естественном виде, или могут разбавляться иными маслянистыми жидкостями.

К положительным сторонам шпал из дерева относят:

• быструю самоокупаемость, они существенно ниже по стоимости шпал из железобетона;
• вес (около 80 кг);
• возможность увеличивать либо уменьшать колею железнодорожного пути;
• устойчивы к перепадам температур;
• диэлектрические свойства древесины;
• устойчивое сцепление с подложкой;
• упругость.

Из недостатков — период службы от 3 до 40 лет. При неверном обрабатывании антисептическими составами (или вовсе без обработки) шпалы подвержены гниению.

У железобетонных и деревянных шпал имеются свои плюсы и минусы. Применение тех либо иных обусловлено лишь конкретными условиями. В отдельных ситуациях стоит употреблять исключительно деревянные опоры. И тогда даже не стоит вопрос, какие лучше. В каких-то ситуациях целесообразно использование железобетонных. При выборе деревянных шпал, важнейший критерий — качество обработки древесины.

Источник: https://www.metalltm.ru/spravochnik/derevyannye-i-zhelezobetonnye-shpaly