Бетонная шпала ( британский вариант английского языка ) или бетонная шпала ( американский вариант английского языка ) — тип железобетонной шпалы или шпалы, изготовленной из железобетона .
В 1877 году французский садовод Жозеф Монье предположил, что бетон, армированный сталью, может быть использован для изготовления шпал для железнодорожных путей. Монье спроектировал шпалу и получил на нее патент, но он не имел успеха. [ необходима цитата ]
Бетонные шпалы впервые были использованы на трамвае Alford and Sutton в 1884 году. Их первое использование на главной железнодорожной линии было компанией Reading Company в Америке в 1896 году, как зафиксировано в AREA Proceedings того времени. Конструкции были доработаны, и железные дороги Австрии и Италии использовали первые бетонные шпалы на рубеже 20-го века. За ними вскоре последовали и другие европейские железные дороги. [ необходима цитата ]
Значительный прогресс был достигнут только во время Второй мировой войны , когда древесина, используемая для шпал, была дефицитной из-за конкуренции со стороны других отраслей, таких как шахты. [1] После исследований, проведенных на французских и других европейских железных дорогах, была разработана современная предварительно напряженная бетонная шпала. Также устанавливались более тяжелые секции рельсов и длинные сварные рельсы, требующие шпал более высокого качества. Эти условия стимулировали разработку бетонных шпал во Франции, Германии и Великобритании, где эта технология была усовершенствована. [ необходима цитата ]
1 фут 11+1 ⁄ 2 дюйма(597 мм) колеиLynton and Barnstaple Railway(1898-1935) в Северном Девоне экспериментировали с бетонными шпалами в ряде мест вдоль линии. Поскольку шпалы отливались по колее, они были малопригодны 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.[2]Некоторые из этих бетонных шпал теперь можно увидеть на выставке на станции Woody Bay.[3]
Интерес к бетонным железнодорожным шпалам возрос после Второй мировой войны в связи с достижениями в проектировании, качестве и производстве предварительно напряженного бетона.
Бетонные шпалы с кресельной головкой появились по крайней мере в 1940-х годах; на Great Western использовалась двухотверстийная кресельная опора, что позволяло экономить как дефицитную военную древесину, так и стальные крепежные болты. [4] Эта конструкция использовалась на государственных железных дорогах 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, станция Грейвсенд-Уэст-Стрит была переложена в 1944 году, чтобы обеспечить обработку огромного увеличения грузопотока. [ требуется цитата ]
В 2021 году в Бельгии использовались шпалы из серобетона , производство которого требует низких энергозатрат и не требует использования воды. [5]
Бетонные шпалы могут быть цельными, однородными или переменными по размеру. Они также могут состоять из двух отдельных блоков, соединенных стальной стяжкой. Опять же, Great Western Railway во время Второй мировой войны производила шпалы типа «горшок» с креслами — два бетонных контейнера, соединенных стальными стержнями — для использования на подъездных путях и некоторых петлях, но эти моноблочные горшковые шпалы не несли колею-шпалу в каждой позиции, обычно они устанавливались через каждые 3 или 4 горшка или последовательно на стыках рельсов. Такой пример был зафиксирован на подъездном пути в Talyllyn East Junction и в Rock Siding, Talybont-on Usk, на бывшей железной дороге Brecon & Merthyr в сентябре 1963 года. До недавнего времени примеры можно было увидеть на Dovey Junction на Кембрийском побережье, а другие, возможно, все еще существуют в других местах. [6]
В исключительных случаях бетон может быть залит в виде двух отдельных продольных плит, как это было использовано в Намибии . Плитный путь состоит из непрерывного бетонного дорожного полотна без разделения на отдельные шпалы, и они чаще всего используются в туннелях. British Rail экспериментировала с плитами в конце 1960-х годов и проложила несколько миль вдоль основных линий к северу от Дерби. [ необходима цитата ]
Бетонные шпалы не обладают эластичностью деревянных шпал, поэтому балластные пути с бетонными шпалами обычно имеют гораздо более быструю деградацию балласта при нагрузке. Это особенно актуально на поворотах, стрелочных переводах и стрелках. Чтобы уменьшить износ балласта, а в некоторых случаях и обеспечить виброизоляцию, на основание шпалы устанавливаются прокладки. Прокладки обычно изготавливаются из полиуретановой пены с жесткостью, подходящей для удовлетворения требований к эластичности пути. [ необходима цитата ]
Чтобы уменьшить деградацию балласта, можно использовать очень жесткую полупластичную полиуретановую пену, которая имитирует пластичное поведение деревянных шпал; балластные камни вдавливаются в поверхность шпалы, увеличивая площадь контакта. Обычно эти прокладки имеют толщину от 7 мм (0,28 дюйма) до 10 мм (0,39 дюйма). Чтобы также добиться виброизоляции, эластичный слой должен быть мягче, а во многих случаях и толще. Можно достичь виброизоляции 5-12 дБ, но результаты будут зависеть от многих факторов, таких как нагрузка на ось, скорость, жесткость подпочвы , толщина балласта, качество балласта и т. д. Поэтому очень сложно точно предсказать результаты. [ необходима цитата ]
Несмотря на то, что бетонные шпалы менее эластичны, чем деревянные, было установлено, что они не вызывают более высокого уровня шума при проезде по ним 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 диапазонах нижних басов (16–60 Гц) и средних частот (500–2000 Гц). Хотя деревянные шпалы вызывают больше шума почти повсеместно во всем диапазоне слышимых частот на кривых участках пути, более резкий акустический отклик бетонных шпал на прямом пути может вызвать субъективное восприятие того, что бетонные шпалы более шумные. [7]
Преимущества включают в себя: они не гниют, как деревянные шпалы, огнестойки, их дополнительный вес делает путь более стабильным (особенно при перепадах температур), они могут лучше противостоять пожароопасности, чем деревянные шпалы, они придают пути большую устойчивость, они имеют более длительный срок службы, чем деревянные шпалы, и требуют меньшего обслуживания, что приводит к снижению текущих расходов и меньшему количеству закрытий пути. Кроме того, бетонные шпалы не пропитываются креозотом, как большинство деревянных шпал (используемых в основном в Европе), поэтому они более экологичны.
Недостатки включают в себя: когда поезда сходят с рельсов и колеса ударяют по шпалам, деревянные шпалы, как правило, поглощают удар и остаются целыми, в то время как бетонные шпалы, как правило, разрушаются и подлежат замене. Первоначальные затраты выше, и они не подходят для смены колеи, если это заранее не учтено. Бетонные шпалы на 300 фунтов (136,1 кг) тяжелее своих деревянных аналогов. В результате требуется более крупный балласт, чтобы поддерживать и удерживать шпалы на дорожном полотне. Кроме того, они не поглощают столько вибрации от проходящих поездов, как деревянные шпалы. Это может привести к ухудшению состояния самих шпал от небольших трещин до полного выхода 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 сплошной линии, избегали их на стрелочных переводах и блокировках; однако современные конструкции позволяют использовать бетонные опоры для стрелочных переводов, и они стали стандартом для обновления стрелочных переводов на многих железных дорогах. Другой потенциальной ошибкой является боковая жесткость, которая может вызвать кумулятивную усталость металла, особенно на обратных кривых, где напряжения усиливаются резким изменением боковых сил. Это, в свою очередь, может быть причиной растрескивания углов колеи как самих рельсов, так и стальной арматуры шпал.
Немецкие железные дороги столкнулись с растрескиванием шпал на высокоскоростных линиях и были вынуждены заменить многие тысячи из них после короткого срока службы; однако было установлено, что это было связано с использованием неподходящего заполнителя в бетонной смеси. [8] Поврежденные бетонные шпалы не подлежат ремонту. Старые бетонные шпалы можно использовать для таких вещей, как подпорные стенки, в противном случае их можно раздавить для переработки гравия и стальной арматуры. [9]
Специальные шпалы могут быть необходимы на очень крутых поворотах, таких как новый треугольник в Ньюмаркете, Новая Зеландия, на колее 1067 мм ( 3 фута 6 дюймов ) радиусом 95 м (312 футов). Здесь шпалы очень тяжелые, около 250 кг, и могут включать расширение колеи с переходным расширением колеи. [10]
Бетонные шпалы для стрелочных переводов должны быть индивидуально спроектированы для конкретного места. Они намного длиннее обычных шпал, имеют зазоры для двигателей стрелок и, как правило, производятся небольшим количеством специализированных производителей. Если стрелочный перевод нужен срочно, его можно сделать из деревянных шпал, которые можно просто просверлить под нужные размеры.
Международный союз железных дорог (МСЖД) выпустил стандарт (№ 710) для бетонных шпал.
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 (Железнодорожное применение – Бетонные шпалы и опоры для путевого пути, Часть 4: Предварительно напряженные опоры для стрелок и переездов). Листовка UIC 713R также используется в качестве дополнительной ссылки из-за Части 6 EN 13230, все еще находится в стадии проекта, т. е. pr EN 13230-6:2016. 122333
.jpg/1280px-Total_reconstruction_of_Neunkirchen_station_(254).jpg)
Бетонные шпалы изготавливаются в перевернутом виде в формах длиной в несколько шпал. В формы вставляются основания клипс Pandrol или другие фитинги. В эти формы устанавливаются предварительно напряженные стальные арматурные стержни, а затем заливается бетон. Для застывания бетона требуется несколько дней, после чего шпалы извлекаются из форм и разрезаются на отдельные шпалы. На дне формы ставится логотип производителя и дата.
Иногда шпалы изготавливаются с каналами для проводки рельсовой цепи или дополнительными креплениями для ограждений. Шпалы могут быть изготовлены с использованием метода Long Line или Short Line; каждый метод имеет свои преимущества и недостатки. [11]
Множество компаний производят шпалы по всему миру. Их перевозят на строительную площадку небольшими штабелями, при этом слои шпал разделяются брусками. Затем их укладывают вручную или с помощью различных шпалоукладочных машин.
В 2011 году Федеральное управление железных дорог США (FRA) ввело в действие новые правила для бетонных шпал, уведомления 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 Amtrak около Хоум-Вэлли, штат Вашингтон, 3 апреля 2005 года, который, по данным Национального совета по безопасности на транспорте США , был частично вызван чрезмерным (более 0,5 дюйма (13 миллиметров)) истиранием бетона.
Медиа, связанные с бетонной шпалой на Wikimedia Commons