Výzkum uplatnění plastových příčných podpor v železniční trati

Abstract

Tématem disertační práce je výzkum uplatnění pražců z polymerů v železniční trati. Železniční pražce se v ČR v současnosti vyrábějí ze dřeva, předpjatého betonu a oceli. Dřevěné pražce vynikají pro svou adaptabilitu a ohybovou tuhost, avšak jejich nevýhodou je nedostatek kvalitního dřeva pro výrobu a biodegradabilita. Pražce z předpjatého betonu jsou preferované pro jejich trvanlivost. Jejich nevýhodou je však vysoká ohybová tuhost a tvrdost povrchu, které vedou k malé kontaktní ploše mezi zrny, podstatnému namáhání, drcení, a tím k častějšímu provádění údržby koleje. Na základě uvedených poznatků je při vývoji pražců vhodné použít materiál, který je trvanlivý jako beton a pružný jako dřevo. Proto se jako vhodný materiál jeví syntetické polymery. Polymery představují ve vývoji pražců v zahraničí nejnovější stupeň stavu techniky. Tato disertační práce je výzkumně zaměřena na posouzení uplatnění pražců ze zahraničí v železniční trati pomocí numerických a experimentálních metod. Posouzení ohybové tuhosti pražce v konstrukci koleje bylo provedeno jako parametrická studie založená na modelu pražce na pružném podkladu podle teorie Timoshenka a Zimmermanna s výpočtem metodou konečných diferencí. Posouzení vlivu příčného odporu pražce na funkci bezstykové koleje bylo provedeno na základě určení kritického ohřátí kolejnicového pásu, při kterém nastává ztráta stability koleje. Posouzení bylo provedeno jako parametrická studie s výpočtem metodou konečných prvků. Dále bylo provedeno posouzení stability rozchodu koleje z hlediska délkové teplotní roztažnosti pražce. Geometrické a materiálové charakteristiky pražců potřebné pro výpočty byly experimentálně stanovené při namáhání pražce ohybem a při provádění vytlačovací zkoušky pražce v kamenivu kolejového lože. Nakonec bylo provedeno posouzení požární bezpečnosti pražce z hlediska rozvoje požáru. Výstupem disertační práce jsou referenční hodnoty sledovaných pražců a stanovení rozsahu jejich použití v železničních tratích v České republice s návrhem parametrů pro založení zkušebního úseku tratě.

The topic of the dissertation is the research of the application of polymer sleepers in a railway line. Railway sleepers in the Czech Republic are currently made of wood, prestressed concrete and steel. Wooden sleepers excel for their adaptability and bending stiffness, but their disadvantage is the lack of quality wood for production and biodegradability. Prestressed concrete sleepers are preferred for their durability. However, their disadvantage is the high bending stiffness and hardness of the surface, which lead to a small contact area between the grains, stress, crushing, and thus to more frequent maintenance of the track. Based on these findings, it is appropriate to use a material that is durable as concrete and flexible as wood in the sleepers development. Therefore, polymers appear to be a suitable material. Polymers represent the latest state of the art in the sleeper development abroad and their application is gradually occurring. This dissertation is focused on research to assess the application of sleepers from abroad in the railway using numerical and experimental methods. The assessment of the bending stiffness of the sleeper in the track structure was performed as a parametric study based on the beam on elastic foundation according to the theory of Timoshenko and Zimmermann with the calculation by the finite difference method. The assessment of the influence of the sleeper lateral resistance on the function of the continuously welded rail was performed on the basis of the determination of the critical heating of the rail, during which the loss of track stability occurs. The assessment was performed as a parametric study with finite element method. Furthermore, the stability of the track gauge was assessed in terms of the thermal expansion of the sleeper. The geometric and material characteristics of the sleepers required for the calculations were experimentally determined in the bending test of the sleeper and during the extrusion test of the sleeper in the aggregate. Finally, an assessment of the fire safety of the sleeper was performed in terms of fire propagation. The output of the dissertation is the reference values of the observed sleeper types and the determination of the extent of their use in railway lines in the Czech Republic with the proposal of parameters for the establishment of a test section of the line.