Temperaturkräfte in geschweißten Langschienen
Der Verbindungswiderstand an beiden Enden der geschweißten Langschiene ist eine konzentrierte Kraft, während der Widerstand des Schotters entlang der Strecke eine verteilte Kraft ist. Die Temperaturänderung der Schiene erzeugt eine Temperaturkraft, die proportional zur Änderung der Schienentemperatur ist, und das Gleichgewicht zwischen der Temperaturkraft und dem Widerstand bestimmt den Spannungszustand der Schiene. Der maximale Schwankungsbereich der Schienentemperatur wird durch das örtliche Klima begrenzt und die Konstruktion muss sicherstellen, dass die resultierende Kraft innerhalb sicherer Grenzen bleibt.
Die Expansionszone und die feste Zone
Im Bereich nahe der Schienenenden kann ein Teil der freien Dehnung und Kontraktion aufgrund der Begrenzung des Gelenkwiderstands und des Schotterwiderstands nicht erreicht werden, so dass es zu unterschiedlich starken Dehnungs- und Kontraktionsbeschränkungen kommt. Dieser Bereich wird als Erweiterungszone bezeichnet. Der mittlere Teil außerhalb der Expansionszone an beiden Enden ist in der freien Expansion und Kontraktion vollständig eingeschränkt und befindet sich daher in einem vollständig fixierten Zustand. Dieser Bereich wird als feste Zone bezeichnet. Die maximale Temperaturkraft auf die nahtlose Linie tritt in der festen Zone auf, die nur mit der maximalen Schienentemperaturänderungsamplitude der Schiene zusammenhängt.
Die Pufferzone
Theoretisch kann die Länge der geschweißten Langschiene keinerlei Einschränkungen unterliegen, bei der eigentlichen Verlegung sollten jedoch andere Faktoren berücksichtigt werden. An der Grenze zwischen zwei automatischen Blockbereichen sollten die langen Schienen getrennt werden, um Isolierverbindungen herzustellen; und beim Anfahren der Weichengruppen an beiden Enden des Bahnhofs sollten auch die langen Schienen unterbrochen werden, um die Wartung und Reparatur der Weichen zu erleichtern. An der Unterbrechung der geschweißten Langschienen sollte eine Pufferzone eingerichtet werden. Die Pufferzone besteht aus 2 bis 4 oder mehr Regelschienen. Der Zweck besteht darin, die Anpassung des Schienenstoßes zu erleichtern, Spannungen abzubauen und Isolierstöße und Weichen zu reparieren und zu ersetzen.
Festigkeitsanforderungen
Um einen Schienenbruch zu verhindern, sollte die nahtlose Leitung über eine ausreichende Festigkeit verfügen. Die Anforderungen für die Festigkeitsberechnung der nahtlosen Strecke lauten: Unter Einwirkung der Zugkraft darf die Summe aus Biegespannung, Temperaturspannung und Bremskraft der geschweißten Langschienen die zulässige Spannung des Schienenstahlmaterials nicht überschreiten. Die Festigkeitsberechnung bestätigt, dass die kombinierten Spannungen bei der schlechtesten Kombination aus Belastung und Temperatur unter der Materialgrenze bleiben.
Stabilität und Knickung
Neben den Festigkeitsanforderungen müssen nahtlose Gleise auch Stabilitätsanforderungen erfüllen. Praxis und Theorie zeigen, dass die Möglichkeit einer Knickung nahtloser Gleise in einer vertikalen Ebene sehr gering ist und die Gleisausdehnung immer in einer horizontalen Ebene erfolgt, beginnend an der ursprünglichen Biegung des Gleises. Wenn die Gleistemperatur nicht hoch und der Temperaturdruck nicht groß ist, ist die Knickverformung des Gleises minimal; Wenn die Gleistemperatur und der Temperaturdruck weiter ansteigen, nimmt die Gleisverformung allmählich zu, verursacht jedoch keinen plötzlichen Schaden. Steigt der Temperaturdruck auf einen bestimmten kritischen Wert, steigt der Druck leicht an oder wird durch äußere Kräfte gestört, nimmt die Verformung der Spur plötzlich stark zu und führt schließlich zu einem vollständigen Stabilitätsverlust. Das allmähliche Stadium der Gleisknickung wird als Gleisexpansion bezeichnet, die Phase der plötzlichen Veränderung wird als Gleisknickung bezeichnet.
Auswirkungen auf Design und Wartung
Durch den Entwurf nahtloser Gleise werden die neutrale Temperatur und die Verlegetemperatur so eingestellt, dass die Temperaturkraft innerhalb des sicheren Fensters bleibt, und das Wartungsregime hält den Schotterwiderstand und die Gleisausrichtung innerhalb der Entwurfswerte. Die Dehnungs- und Pufferzonen bleiben erhalten, damit die Spannung bei Bedarf abgebaut werden kann, und die Befestigungssysteme werden fest gehalten, um den Längskräften standzuhalten.
FAQ
F: Was ist die Erweiterungszone?
A: Der Bereich in der Nähe der Schiene endet dort, wo die Ausdehnung teilweise durch den Widerstand der Fugen und des Schotters eingeschränkt wird.
F: Wo tritt die maximale Temperaturkraft auf?
A: Im festen Bereich, nur bezogen auf die maximale Amplitude der Schienentemperaturänderung.
F: Was ist die Pufferzone?
A: Ein Abschnitt aus 2 bis 4 Standardschienen, die an Unterbrechungen angebracht sind, um Verbindungen anzupassen und Spannungen abzubauen.
F: Was bestätigt die Festigkeitsberechnung?
A: Dass Biegespannung, Temperaturbelastung und Bremskraft die zulässige Belastung nicht überschreiten.
F: Wie kommt es zu Gleisknicken?
A: Der Temperaturdruck steigt auf einen kritischen Wert, dann führt ein kleiner Anstieg oder eine Störung zu einem plötzlichen Stabilitätsverlust.
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