přednáška 11

Konstrukce železničního svršku
Bezstyková kolej (Continuous Welded Rail)
Otto Plášek, doc. Ing. Ph.D.
Ústav železničních konstrukcí a staveb
Tato prezentace byla vytvořen pro studijní účely studentů 4. ročníku bakalářského studia oboru
„Konstrukce a dopravní stavby“ na Fakultě stavební VUT v Brně a nesmí být použita k žádným
jiným účelům.
Některé pasáže mohou být bez komentáře podané na přednášce málo srozumitelné.
Výpočet osových sil – element prutu
x
-z dx
rx
Nx+dNxNx
qx
( )Ntxxx TTdxduqrdxdN −⋅−=−= αε;
Element koleje jako prutu
Rovnice rovnováhy má po úpravě tvar
Bezstyková kolej
( ) EANTTdxdu xNt =−⋅−α
xx qrdx
udEA −=
2
2
0=xr
( )TTsignrr Nx −⋅= 0
pro u = 0
pro u ≠ 0
Základní diferenciální rovnice
Funkce podélného odporu
Nejmenší hodnoty podélných odporů v provozované koleji 7 kN na kolejnici v uzlu upevnění
a 10 kN.m-1 proti posunutí kolejového roštu v kolejovém loži.
Průběh osových sil a napětí
v dýchajícím konci
Střední část bezstykové koleje, u = 0 ( )TTEAN Ntx −= α ( )TTE Ntx −= ασ
Střední část bezstykové koleje, u ≠ 0 ( ) ( )TTsignRRTTEAdxrR NS
l
Ntx
k
−⋅=−=+ ∫ ;
0
α
Délka dýchajícího konce ( )
x
Nt
k r
RTTEAl −−= α
Řešení diferenciální rovnice 2122 cxcxEAru x ++=
Okrajové podmínky ( ) ( )
Nt TTEA
R
dx
du −+= α0 ( )u l
k = 0
Bezstyková kolej
u
x
R
2
EAα (T -T)
Průběh
Nx
Nx
r0.lk
Průběh u
lk
2EA
Nt
Výsledné vztahy
( )22 kx lxEAru −=
RxrNA Rxr xxxx +⋅=+⋅= ;σ
Závěry z výpočtu osových sil
square6 napětí a osová síla ve střední části bezstykové koleje je přímo
úměrná teplotnímu přírůstku a nezávisí na délce bezstykové koleje.
square6 délka dýchajícího konce je přímo úměrná teplotnímu rozdílu a
nepřímo úměrná podélnému odporu koleje.
square6 posun dýchajícího konce bezstykové koleje je nepřímo úměrný
podélnému odporu koleje a roste se čtvercem teplotního rozdílu.
Bezstyková kolej
Vady bezstykové koleje
square6 Lom kolejnice
square6 Vybočení koleje
Bezstyková kolej
Lom kolejnice
square6 Vzniklá spára po lomu kolejnice je zpravidla malá, asi 75 mm.
square6 Vliv na velikost spáry po lomu má podélný odpor koleje, tj. držebnost
upevňovadel, kvalitní kolejové lože.
square6 Lom kolejnice zpravidla nezpůsobí vykolejení kolejového vozidla a
nemá tak katastrofické následky jako vybočení. Lom kolejnice může
být snadno indikován zabezpečovacím zařízením s kolejovými
Bezstyková kolej
obvody.
square6 Teorie osových sil v bezstykové koleji po lomu je totožná s teorií
osových sil v dýchajícím konci, přitom síla R na nově vzniklém konci
bezstykové koleje v průřezu se uvažuje rovna nule.
Tvary vybočení bezstykové koleje
square6 boční výchylky jsou značné,
zhruba 0,5 – 0,75 m;
square6 vlnová délka poruchy se pohybuje
v rozmezí 8 – 20 m;
x, u
y, v
pražec
kolejnice
Torzní odpor
Příčný odpor
Podélný odpor
Teplotní zatížení
y, v
Zóna vybočení
Dýchající zónaSymetrický tvar,
jedna půlvlna
Vlastní hmotnost
Teplotní zatížení
Ve svislé rovině
Ve vodorovné rovině
Bezstyková kolej
x, u
y, v
x, u
y, v
x, u
L
2
1
L
2
Zóna vybočení Dýchající zóna
Anti - symetrický tvar
Symetrický tvar,
tři půlvlny
L
2
L
2
Průběh boční výchylky při vybočení bezstykové koleje
square6 Podstatný vliv na vybočení
koleje mají počáteční příčné
odchylky v0, na délce L0
s amplitudou δ0 od ideální
geometrické polohy koleje;
L
počáteční příčná výchylka v0
boční výchylka v
P P
P ř
í r u
s t e
k t
e p
l o t
y
B
Stav před vybočením
Stav po vybočení
Nárůst boční výchylky v průběhu vybočení
L0
v Cv B
Bezstyková kolej
Boční výchylka v
C
v0 vB vC
Teoretická křivka pro explozivní vybočení
ř í r
ů st
e k
B CT
B,MAX
Bezstyková kolej
T e
p l o
t n í
p ř
í r ů
Boční výchylka v
A
SB,MIN
T
Průběh osových sil v koleji po vybočení
Dýchající zóna Dýchající zónaNmax Nmax
Před vybočením
Po vybočení
Zóna vybočení
Bezstyková kolej
L
No
L0
Stabilita - element prutu
x
-y
dx
Mz
Qy
qy
Mz+dMz
Qy+dQy
ry
( ) ( ) ( ) ( )
0
121 vvNMMMM
xzzzz +⋅±=+=Pro podélný