Ověřování ocelových pražců Y v konstrukci železničního svršku na celostátních a regionálních tratích v České republice

Abstract

Disertační práce pojednává o teoretickém modelování a praktickém zkoušení nové konstrukce - ocelových pražců tvaru Y v železničním svršku s bezstykovou kolejí na regionálních tratích v České republice. Běžný kolejový rošt je tvořen kolejnicemi, kolejnicovými podporami a upevňovadly. Kolejnicové podpory - pražce jsou kladeny ve štěrkovém loži rovnoměrně příčně k ose koleje a s bezstykovou kolejí (průběžně svařenými kolejnicemi) tvoří dnes základní typ klasického železničního svršku. Ocelové pražce typu Y jsou charakteristické tvarem připomínajícím písmeno Y. Z tohoto tvaru vyplývá spojení pražce a kolejnice ve třech uzlech upevnění. Praktický vznik Y pražce lze datovat do roku 1984. Ocelový pražec Y tvoří spolu s kolejnicemi kolejový rošt, blížící se svými vlastnostmi ve vodorovné rovině "příhradové konstrukci", která dosahuje vyšší stability než "rámová konstrukce", tvořená kolejovým roštem s klasickými příčnými pražci. Práce spočívala ve dvou polohách a dvou principech, které byly od sebe neoddělitelně svázány. Teoretické poznatky a argumenty musely být prověřeny praxí, praxe znovu dala podněty k teoretickému pokračování práce. Každému praktickému kroku na železničním svršku s nestandardní konstrukcí Y pražce předcházela jeho teoretická podpora pomocí výpočtu s předložením relevantních argumentů. Disertační práce vychází z klasické teorie o bezstykové koleji. S ní však nebylo možné vystačit a na základě měření vlastností svršku na zkušebních úsecích s pražci Y bylo pomocí metody konečných prvků teoreticky podpořeno praktické založení zkušebních úseků s minimálními poloměry směrových oblouků. V letech 2003 až 2010 probíhalo prověření ocelových Y pražců v konstrukci železničního svršku na regionálních tratích a vybraných celostátních tratích v České republice spolu se zřízením bezstykové koleje s kolejnicemi tvaru 49 E 1, výjimečně 60 E 1. S použitím pražců Y souvisela specifikace technologických podmínek montáže kolejového roštu, prověření způsobu podbíjení a stanovení udržovacích podmínek. Výchozími technickými podklady byly doporučení výrobce a zkušenosti zahraničních železničních zpráv, zejména německých DB. Zvolenou metodikou práce bylo měření, vyhodnocování výsledků a jejich porovnání s očekávanou skutečností. Měření zkušebních úseků potvrdilo vhodnost pražců Y pro železniční svršek a chování pražce v mezích technických standardů správce tratě. Na základě měření na zkušebních úsecích v mezistaničním úseku Popelín - Počátky, Žirovnice a na základě měření v laboratoři byly doplněny parametry modelu kolejového roštu s Y pražci pro první výpočet této konstrukce v ČR metodou konečných prvků. Tímto byl vytvořen teoretický základ použitelnosti bezstykové koleje s Y pražci na malém poloměru. Zkušební úsek byl zřízen v Liberci na trati Liberec - Tanvald se směrovým poloměrem 150,5 m. V letech 2008 až 2011 bylo sledováno jeho chování při provozním ověřování. Provozní ověřování zkušebního úseku ještě probíhá. Vzhledem k tomu, že zde doposud nedošlo k žádné nestandardní odchylce geometrických parametrů koleje, lze předpokládat, že bude standardně potvrzena použitelnost Y pražců v malých směrových poloměrech. Takto dojde k prokázání požadované stability a bezpečnosti konstrukce. Konečným cílem disertační práce bylo rozpracování teorie a potvrzení použitelnosti Y pražců na regionálních tratích v malých směrových poloměrech až do minimálního poloměru 150 m se zřízenou bezstykovou kolejí. Nová konstrukce ocelového pražce tvaru Y tak posouvá možnosti využití bezstykové koleje dále k nižším směrovým poloměrům. Významným důsledkem je snížení investičních a udržovacích nákladů správce dráhy. V České republice je celkem 127 regionálních tratí dosahující celkové délky 3 202 km. Z nich je 232 km úseků tratí se směrovými oblouky o poloměru menším než 200 m. Zde všude bude možné zřídit pomocí ocelových pražců Y bezstykovou kolej.

The thesis deals with theoretical modeling and practical testing of new construction - steel Y-shaped sleepers in the continuous welded rail superstructure on regional railways in the Czech Republic. A common rail grid is made up of rails, boom supports and fasteners. Rail sleepers are laid in gravel bed evenly crosswise to the axis with continuous welded rails form now the basic type of the classical superstructure. Steel Y-shaped sleepers are characterised by their form resembling the letter Y. This shape of the sleepers implies that the rail must be fixed in the three nodes of the sleeper. Practical birth of Y-shaped sleepers can be dated back to 1984. The steel Y-shaped sleepers together with the track rails form a grate, approaching its properties in the horizontal plane "truss structure" that achieves greater stability than the "frame structure" formed by the conventional cross sleepers. The work consisted of two positions and two principles that were inextricably bound to each other. Theoretical knowledge and arguments had to be tested in practice and practice again gave impetus to the continuation of the theoretical work. Every practical step on the railway superstructure with the Y-shaped sleepers was preceded by the theoretical support given by the calculation and presentation of relevant arguments. The starting point for this thesis was the classical theory of a continuous welded rail. This theory was not sufficient and the measurement of properties of the superstructure on the testing line tracks equipped by the Y shaped sleepers using the finite element method theoretically supported the establishment of practical test sections with a minimum curve radius. From 2003 to 2010 the verification of steel Y-shaped sleepers in the construction of superstructure on regional lines and selected national routes in the Czech Republic was carried out together with the establishment of continuous welded rail with rails of shape 49 E 1, exceptionally 60 E 1. The specification of technological conditions was based on the foreign experiences, in particular the German DB. The chosen methodology of the study was measuring, evaluating the results and comparison of the results with the expected reality. Measurements of the test sections confirmed the suitability of Y-shaped sleepers for rail superstructure and the behavior of sleepers in the limits of the technical standards of the track manager. Based on the measurements made both on the testing line track in the section Popelín - Počátky, Žirovnice and in the laboratory, the parameters of the model of the railroad track equipped by the Y-shaped sleepers were supplemented to allow the computation of this construction by finite element method. This has created a theoretical basis for the applicability of continuous welded rail with Y-shaped sleepers on a small radius. The test section was created in Liberec on the track Liberec - Tanvald with directional radius of 150.5 m. During the service validation of this section there was no deviation in the geometry of the superstructure from 2008 to 2011. The ultimate aim of this thesis was the development of the theory and the confirmation of the applicability of Y-shaped sleepers with the continuous welded rail on regional railways having small direction radii up to a minimum radius of 150 m. New construction of steel Y-shaped sleepers gives the possibility of using continuous welded rail on the lower direction radii. An important consequence is the reduction of investment and maintenance costs of the track manager. There are 127 regional lines for a total length of 3202 km in the Czech Republic. Of these, there are 232 km of track sections having direction radius less than 200 meters. There will everywhere be possible to set up continuous welded rail using steel Y-shaped sleepers.