Строение трамвайного пути с остановочной платформой Российский патент 2025 года по МПК E01B2/00 

Изобретение относится к рельсовому транспорту и может быть использовано при строительстве, реконструкции и эксплуатации трамвайных путей, в частности на обособленном полотне с остановочной платформой с верхним покрытием из крупноразмерных железобетонных плит, а также может быть использовано для путей с остановочными платформами на железных дорогах, в метрополитене.

При прохождении подвижного состава по рельсовому пути, уложенному на шпалах, рельс подвергается воздействию системы сил (имеющих как статическую, так и динамическую природу), которые вызывают сложные колебания железнодорожного рельса, имеющие как минимум изгибные, поперечные, продольные составляющие, а также деформации кручения. Колебания рельса передаются на все элементы трамвайного пути и приводят к интенсивному расстройству геометрических характеристик пути, износу и (частично) усталостному разрушению рельсов, промежуточных скреплений, шпал и щебеночного балласта, что снижает продолжительность и увеличивает стоимость жизненного цикла верхнего строения пути в целом. Кроме этого, колебания рельса вызывают интенсивную эмиссию звуковых волн протяженными поверхностями рельса. Основным источником шума рельсового пути являются соударения колес и рельсов вследствие отклонений как колес, так и рельсов от идеальной геометрической формы. Проходящий по рельсам состав является линейным источником шума, потому уровень шума снижается медленно по мере роста расстояния до рельсовой магистрали, что создает значительные неудобства для населения, проживающего даже на существенном удалении от действующих трамвайных путей. Поглощение определенного спектра частот колебаний верхнего строения пути (особенно близких к резонансным), демпфирование ударных нагрузок являются чрезвычайно актуальными задачами, которые способны одновременно решить вопросы о продлении срока службы рельсового пути, его надежности и вопросы улучшения экологической обстановки с точки зрения уменьшения вредного воздействия шумов на человека.

Известен рельсовый путь, включающий рельсы, соединенные со шпалами скреплениями в виде клемм и прижимных гаек, и имеющий специальные элементы, позволяющие снижать уровень излучаемого рельсами шума (DE 3824577 [1]). Для подавления возникающих при прохождении составов шумов на шейке рельса в продольном направлении формируются шумогасящие элементы, выполненные в виде утолщенного слоя упругой полиуретановой пены. Шумогасящие элементы могут быть также изготовлены в виде удлиненного резинового профиля с продольными внутренними полостями, который упирается в нижнюю часть головки рельса и в верхнюю часть основания рельса, закрывая шейку рельса. В частных случаях реализации резиновый профиль прикрепляется и к шейке рельса. При этом между шейкой рельса (один из источников шумоизлучения рельса) и наружной поверхностью накладки на рельс имеются полости (продольные или пузырьковые), что способствует уменьшению распространения шума в окружающую среду.

Недостатком данного устройства пути является то, что излучение звуковых волн от шейки рельса в окружающее пространство заметно снижается, однако вибрации, возникающие в рельсе при прохождении железнодорожных составов, гасятся незначительно или остаются практически неизменными, что не позволяет уменьшить интенсивность появления дефектов элементов верхнего строения железнодорожного пути.

Известен железнодорожный путь, включающий рельсы, соединенные со шпалами скреплениями в виде клемм и прижимных гаек, имеющий специальный вибродемпфер для рельсов, уложенных на периодически расположенных шпалах (ЕР 1197598). К железнодорожному рельсу в промежутке между двумя соседними шпалами прикрепляется так называемый антивибратор в виде массивной балки из вязкоупругого или комбинированного материала, которая имеет специальную форму и консольно прикрепляется к рельсу с одной или двух сторон. Вертикальные колебания железнодорожного рельса вызывают изгибные колебания прикрепленной к нему балки, однако колебания балки отличаются по фазе от колебаний рельса. Масса колеблющейся вместе с рельсом балки, ее упругость и место прикрепления рассчитываются таким образом, чтобы погасить резонансные колебания рельса на основной резонансной частоте и на ее первой гармонике. По утверждению авторов, известная конструкция обеспечивает не только гашение вибраций, но и некоторое снижение шумов.

Недостатками данного устройства являются низкая эффективность работы на частотах, существенно отличающихся от резонансных, низкая эффективность при возникновении колебаний, развивающихся в направлениях, отличающихся от вертикального.

Известна конструкция железнодорожного пути, содержащая земляное полотно, кюветы, балластную призму и расположенный ниже рельсошпальной решетки теплоизоляционный слой (RU №14436, опубл. 27.07.2000).

Недостатком данной конструкции железнодорожного пути является низкая надежность железнодорожного пути из-за слабой армирующей способности теплоизоляционного слоя.

Наиболее близким к заявляемому по достигаемому результату является железнодорожный путь, известный из описания к патенту РФ № 92867, согласно которому рельсовый путь, содержащий земляное полотно, балластную призму, рельсошпальную решетку, отличается тем, что между земляным полотном и балластной призмой расположена пластиковая сетка из ориентированных полосок, образующих треугольные ячейки с местом соединения в каждом углу.

Данная конструкция не учитывает сопряжения рельсового пути с конструктивными элементами остановочной платформы. Недостатками данной конструкции рельсового пути является сложность конструкции пластиковой сетки из ориентированных полосок, образующих треугольные ячейки с местом соединения в каждом углу, а главное – низкая надежность рельсового пути за счет слабой демпфирующей способности пути в целом, низкая надежность из-за разрушающего воздействия системы сил (имеющих как статическую, так и динамическую природу), которые вызывают сложные колебания рельса, имеющие изгибные, поперечные, продольные составляющие, а также деформации кручения. Колебания рельса передаются на все элементы трамвайного пути и приводят к интенсивному расстройству геометрических характеристик пути, износу и (частично) усталостному разрушению рельсов, промежуточных скреплений, шпал и щебеночного балласта, что снижает продолжительность и увеличивает стоимость жизненного цикла верхнего строения пути с остановочной платформой в целом.

Заявляемая в качестве изобретения конструкция трамвайного пути с остановочной платформой направлена на повышение демпфирующих свойств рельсового пути, снижение щумо- и вибронагрузок как условие повышения надежности пути в целом.

Указанный результат достигается тем, что конструкция строения трамвайного пути с остановочной платформой содержит котлован шириной 6,0–8,5 м, высотой 0,6–0,7 м, слой из строительного песка толщиной не менее 0,15 м, уложенный на дно котлована, поверх которого уложен щебеночный балластный слой толщиной от 0,18 м, на который уложены предварительно напряженные железобетонные шпалы, соединенные с рельсами упругими скреплениями, при этом железобетонные шпалы выполнены в виде продольного железобетонного бруса переменного сечения, содержащего не менее 12 армирующих стальных холоднодеформированных проволок, расположенных в четыре вертикальных ряда. Прирельсовые фиксаторы, выполненные в виде резинового бруса, установлены в пазухе рельсов. На шпалы устанавливаются прокладки нашпальные междупутные, боковые, колейные, между рельсами укладываются железобетонные плиты толщиной от 0,17 м, а в зоне примыкания трамвайного пути к остановочной платформе к рельсу с наружной части рельсового пути устанавливается изолирующий профиль прирельсовый, по бокам от которого укладывается верхнее покрытие из асфальтобетона и щебня высотой от 0,08 м. Верхнее покрытие из асфальтобетона состоит из двух слоев: нижний укладывается на слой щебня и выполнен из асфальтобетона крупнозернистого, поверх которого укладывается слой щебеночно-мастичного асфальтобетона высотой от 0,05 м.

Заявленный технический результат достигается также тем, что армирующие стальные проволоки железнодорожной шпалы выполнены диаметром 5±1 мм и расположены симметрично по два ряда относительно вертикальной оси поперечного трапецеидального сечения шпалы.

Заявленный технический результат достигается также тем, что между слоем песка и щебня размещен демпфирующий слой, выполненный в форме многослойной пластины, содержащей защитные и демпфирующие слои, при этом один слой многослойной пластины выполнен в виде элемента из защитного материала, а демпфирующая часть пластины выполнена в виде элемента из эластомера плотностью не менее 100 кг/м³ при толщине от 10 до 100 мм.

Заявленный технический результат достигается также тем, что на шпалы устанавливаются прокладки нашпальные колейные внутри колеи, междупутные – по бокам колеи.

Заявленный технический результат достигается также тем, что фиксаторы дополнительно присоединены к рельсу клеем.

Заявленный технический результат достигается также тем, что в качестве клея для присоединения фиксаторов к рельсу использован фенолформальдегидный клей.

Заявленный технический результат достигается также тем, что стыки между фиксаторами соединены пластичным монолитным составом для бескордового соединения каучуков.

Заявленный технический результат достигается также тем, что торцевые грани плиты выполнены в форме выступов и впадин и защищены резиновыми элементами.

Заявленный технический результат достигается также тем, что железобетонные плиты выполнены длиной 3,0±0,01 м и установлены на фиксаторы и прокладки нашпальные.

Заявленный технический результат достигается также тем, что конструкция содержит системы локального анализа нагрузок и геометрии твердых элементов конструкции.

Заявленный технический результат достигается также тем, что морозостойкость демпфирующего слоя по эластическому восстановлению после сжатия при температуре минус 60 °С, составляет не более 30%, остаточная деформация при сжатии – не более 10%, а изменение статического модуля деформации – не более 10%.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом.

На фиг. 1 изображено поперечное сечение строения трамвайного пути на обособленном полотне с остановочной платформой согласно заявленному изобретению, где условно обозначены следующие позиции:

1 – земля (котлован),

2 – песок,

3 – демпфирующий слой,

4 – щебень,

5 – шпалы,

6 – прокладки демпфирующие нашпальные,

7 – упругие скрепления,

8 – рельс,

9 – фиксаторы,

10 – плиты,

11 – профили прирельсовые,

12 – асфальтобетон ЩМА-20,

13 – асфальтобетон крупнозернистый,

14 – щебень мелкой фракции,

15 – остановочная платформа.

Трамвайный путь находится на одном уровне с проезжей частью с верхним покрытием из крупноразмерных плит (10).

Для реализации конструкции сначала подготавливается котлован шириной 6,0–8,5 м, высотой 0,6–0,7 м.

Дно котлована по возможности выравнивается и уплотняется. Уплотнение основания котлована (1) производится виброплитой или дорожным катком. На земляное дно котлована укладывается слой из строительного песка (2) крупной и средней фракции толщиной не менее 0,15 м, который также выравнивается и уплотняется. Наличие данного слоя (2) обеспечивает выравнивание грунта котлована и защиту от загрязнения укладываемого на песок щебеночного балластного слоя (4) толщиной от 0,18 м, выполненного из щебня гранитного фракции 20–40 мм (ГОСТ 7392-2014).

Попадание загрязнений от земли (1) со дна котлована снижает демпфирующие свойства щебеночного балластного слоя (4), что приводит к его уплотнению и разрушению конструкции рельсошпальной решетки, включающей предварительно напряженные железобетонные шпалы (5), соединенные с рельсами (8) упругими скреплениями. Разрушение шпал (5) повышает нагрузку на рельсы (8), снижая демпфирующие свойства и надежность рельсового пути в целом, что в конечном итоге оказывает негативное воздействие на подвижной состав.

Для повышения демпфирующих свойств пути в целом железобетонные шпалы (5) выполнены в виде продольного железобетонного бруса переменного сечения, содержащего не менее 12 армирующих стальных холоднодеформированных проволок, расположенных в четыре вертикальных ряда, прирельсовые фиксаторы (9), выполненные в виде резинового бруса, установлены в пазухе рельсов, на шпалы устанавливаются прокладки нашпальные междупутные, боковые, колейные. Промежутки между шпалами (5) засыпаются щебнем и уплотнятся. Между рельсами (8) укладываются железобетонные плиты (10) толщиной от 0,17±0,1 м, а в зоне примыкания трамвайного пути к остановочной платформе (15) устанавливается изолирующий профиль прирельсовый резиновый (11), имеющий форму профиля рельса (8) соответствующего типа, сбоку от которого укладывается верхнее покрытие из асфальтобетона и щебня мелкозернистой фракции (14) высотой от 0,08 м. Примыкающее при этом верхнее покрытие из асфальтобетона выполнено из двух слоев, нижний (13) из асфальтобетона крупнозернистого высотой 0,07 м, укладывается на слой щебня мелкозернистой фракции (14) высотой 0,08 м, поверх слоя из асфальтобетона крупнозернистого (13) укладывается слой щебеночно-мастичного асфальтобетона (12) высотой от 0,05 м.

Выполнение бокового покрытия многослойным, включающим сочетание разных типов асфальтобетона, наиболее вязкий из которых (12) размещен в верхней части покрытия, прилегающего к жестким элементам конструкции остановочной платформы (15), в значительной степени поглощает ударные воздействия от проходящего состава на конструкцию остановки и улучшает демпфирующие свойства пути в целом.

Для повышения демпфирующих свойств конструкции в целом на слой песка (2) может быть уложен демпфирующий слой (3), выполненный в форме многослойной пластины, содержащей защитные и собственно демпфирующий слои, при этом один слой многослойной пластины выполнен в виде элемента из защитного материала, а демпфирующая часть пластины (3) выполнена в виде элемента из эластомера плотностью не менее 100 кг/м³ при толщине от 10 до 100 мм. Демпфирующий слой (3) может быть выполнен из гранулированного полимерно-композитного материала на основе каучуков СЕБС с полиуретановым связующим, а защитный слой – из синтетического материала, укрепленного методом поверхностного обжига.

Применение демпфирующего слоя (3) существенно снижает ударные нагрузки на конструкцию и подвижной состав, а также препятствует загрязнению щебеночного слоя и повышает надежность рельсового пути, при этом снижая шумо- и виброзагрязнение.

Особенностью конструкции заявленного трамвайного пути является выполнение железобетонной шпалы (5) в виде продольного железобетонного бруса переменного сечения, содержащего не менее 12 армирующих стальных холоднодеформированных проволок, расположенных в четыре вертикальных ряда, что обеспечивает восприятие ударных нагрузок, сохраняя демпфирующие свойства находящихся под ней демпфирующего слоя (3), что способствует повышению рабочих характеристик, демпфирующих свойств и надежности конструкции трамвайного пути в целом.

Выполнение железобетонных шпал (5) с армированными стальными проволоками диаметром 5±1 мм, расположенными симметрично по два ряда относительно вертикальной оси поперечного трапецеидального сечения шпалы, в совокупности с их размещением непосредственно влияет на прочностные и упругие характеристики шпал, повышает их демпфирующие свойства, что ведет в совокупности в повышению качества пути в целом.

На железобетонные шпалы (5) устанавливаются прокладки демпфирующие нашпальные (6). Прокладки могут быть выполнены в форме пластины прямоугольной формы, толщина которой увеличивается к центру пластины, с трапецеидальной выемкой в нижней части пластины, расположенной вдоль длинной стороны пластины, и выемкой сложной формы в верхней части пластины, выполненной в виде вытянутого вдоль пластины шестигранника, соединенного с боковыми сторонами канавками: тремя равноудаленными друг от друга канавками – с длинными сторонами пластины, одной канавкой – с короткими сторонами пластины, при этом длина верхней части длинной стороны пластины превышает длину нижней части длинной стороны пластины. Применение прокладок нашпальных (6) позволяет демпфировать ударные нагрузки от проезжающего транспорта, препятствует разрушению шпал и усиливает демпфирующие свойства трамвайного пути в целом.

Совокупность установленных на шпалы (5) прокладок нашпальных колейных (6) внутри колеи, междупутных – по бокам шпалы ведет к улучшению шумопоглощающих и демпфирующих свойств пути.

Для сохранения устойчивого положения фиксаторов (9) в шейке рельса (8) может быть применен клей. Присоединение фиксаторов (9) к рельсу (8) клеем обеспечивает надежность и работоспособность покрытия трамвайного пути, что в конечном итоге улучшает его демпфирующие свойства.

Исследования показали, что для присоединения фиксаторов (9) к рельсу целесообразно использовать фенолформальдегидный клей, а для соединения стыков фиксаторов (9) необходимо применять раствор стирол-бутадиен-стирольного каучука в органических растворителях с добавлением наполнителей и целевых компонентов.

Присоединение фиксатора (9) дополнительно к рельсу (8) клеем ведет к улучшению шумопоглощающих и демпфирующих свойств пути. В качестве клея для присоединения фиксаторов к рельсу может быть использован фенолформальдегидный клей, дающий хорошие результаты.

Для повышения целостности конструкции, обеспечивающей снижение демпфирующих нагрузок, стыки между фиксаторами (9) могут быть дополнительно соединены пластичным монолитным составом для бескордового соединения каучуков, а торцевые грани плит могут быть выполнены в форме выступов и впадин и защищены резиновыми элементами.

Устройство покрытия пути выполнено из крупноразмерных железобетонных плит (10) длиной 3,0 м, толщиной от 0,17 м. Плиты (10) могут включать пространственный армированный каркас, при этом боковые края плит (10) могут иметь трапециевидную форму, при этом боковые края плиты могут быть симметричны, торцевые края плиты могут иметь по оси торцов с одной стороны выступ радиальной формы, а с другой стороны – впадину радиальной формы, верхнюю криволинейную опорную поверхность плиты, нижнюю распределительную опорную поверхность плиты, а на поверхности плиты по ее оси могут быть сформированы два сквозных отверстия, каркас усилен в плоскости верхней и нижней армируемых сеток V-образными диагональными усиливающими элементами, боковые края железобетонной плиты выполнены в виде ступенчатых скосов в количестве пяти и горизонтального участка, сходящихся к донной части плиты. Уложенные между рельсами (8) железобетонные плиты (10) опираются на фиксаторы (9), размещенные в пазухах рельсов. Для обеспечения монолитности системы (что ведет к улучшению демпфирующих свойств) торцевые грани уложенных между рельсами (8) плит (10) могут быть выполнены в форме выступов и впадин, защищённых резиновыми элементами. Резиновые элементы обеспечивают соединение плит (10) и снижают ударные и колебательные нагрузки, повышая демпфирующие свойства и надежность покрытия рельсового пути, снижая шумо- и вибронагрузки.

Для поддержания требуемых рабочих характеристик пути он может содержать встроенные в конструкцию системы устройства локального анализа нагрузок и геометрии твердых элементов конструкции.

Условием для сохранения демпфирующих свойств является морозостойкость демпфирующего слоя (3) по эластическому восстановлению после сжатия при температуре минус 60°С, не превышающая 30%, остаточная деформация при сжатии не должна быть более 10%, а изменение статического модуля деформации не должно превышать 10%.

Предложенная конструкция трамвайного пути может быть выполнена с использованием рельсов Р65 или РТ-62.

Заявленная конструкция была апробирована в реальных условиях и показала улучшение демпфирующих свойств рельсового пути, снижение шумо- и вибронагрузок, что ведет к повышению надежности пути в целом.

Изобретение относится к рельсовому транспорту и может быть использовано при строительстве, реконструкции и эксплуатации трамвайных путей, на железных дорогах и в метрополитене. Конструкция строения трамвайного пути с остановочной платформой содержит котлован шириной 6,0-8,5 м, высотой 0,6-0,7 м, слой из строительного песка толщиной не менее 0,15 м, уложенный на дно котлована, поверх которого уложен щебеночный балластный слой толщиной от 0,18 м, на который уложены предварительно напряженные железобетонные шпалы, соединенные с рельсами упругими скреплениями. Железобетонные шпалы выполнены в виде продольного железобетонного бруса переменного сечения, содержащего не менее 12 армирующих стальных холоднодеформированных проволок, расположенных в четыре вертикальных ряда. Прирельсовые фиксаторы установлены в пазухе рельсов и выполнены в виде резинового бруса. На шпалы устанавливаются прокладки нашпальные, междупутные, боковые, колейные. Между рельсами укладываются железобетонные плиты толщиной от 0,17±0,1 м. В зоне примыкания трамвайного пути к остановочной платформе устанавливается изолирующий профиль прирельсовый, по бокам от которого укладывается верхнее покрытие из асфальтобетона и щебня высотой от 0,08 м. Верхнее покрытие из асфальтобетона выполнено из двух слоев, нижний укладывается на слой щебня и выполнен из асфальтобетона крупнозернистого, поверх него укладывается слой щебеночно-мастичного асфальтобетона высотой от 0,05 м. Изобретение повышает демпфирующие свойства рельсового пути, снижает щумо- и вибронагрузки, повышает надежность пути в целом. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Конструкция строения трамвайного пути с остановочной платформой, содержащая котлован шириной 6,0-8,5 м, высотой 0,6-0,7 м, слой из строительного песка толщиной не менее 0,15 м, уложенный на дно котлована, поверх которого уложен щебеночный балластный слой толщиной от 0,18 м, на который уложены предварительно напряженные железобетонные шпалы, соединенные с рельсами упругими скреплениями, при этом железобетонные шпалы выполнены в виде продольного железобетонного бруса переменного сечения, содержащего не менее 12 армирующих стальных холоднодеформированных проволок, расположенных в четыре вертикальных ряда, прирельсовые фиксаторы установлены в пазухе рельсов, прирельсовые фиксаторы выполнены в виде резинового бруса, на шпалы устанавливаются прокладки нашпальные, междупутные, боковые, колейные, между рельсами укладываются железобетонные плиты толщиной от 0,17±0,1 м, а в зоне примыкания трамвайного пути к остановочной платформе устанавливается изолирующий профиль прирельсовый, по бокам от которого укладывается верхнее покрытие из асфальтобетона и щебня высотой от 0,07 м, при этом верхнее покрытие из асфальтобетона выполнено из двух слоев, нижний укладывается на слой щебня и выполнен из асфальтобетона крупнозернистого, поверх него укладывается слой щебеночно-мастичного асфальтобетона высотой от 0,05 м.

2. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что армирующие стальные проволоки железнодорожной шпалы выполнены диаметром 5±1 мм и расположены симметрично по два ряда относительно вертикальной оси поперечного трапецеидального сечения шпалы.

3. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что между слоями песка и щебня размещен демпфирующий слой, выполненный в форме многослойной пластины, содержащей защитные и демпфирующие слои, при этом один слой многослойной пластины выполнен в виде элемента из защитного материала, а демпфирующая часть пластины выполнена в виде элемента из эластомера плотностью не менее 100 кг/м³ при толщине от 10 до 100 мм.

4. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что на шпалы устанавливаются прокладки нашпальные колейные внутри колеи, междупутные - по бокам колеи.

5. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что фиксаторы дополнительно присоединены к рельсу клеем.

6. Конструкция по п. 5, отличающаяся тем, что в качестве клея для присоединения фиксаторов к рельсу использован фенолформальдегидный клей.

7. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что стыки между фиксаторами соединены пластичным монолитным составом для бескордового соединения каучуков.

8. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что торцевые грани плиты выполнены в форме выступов и впадин и защищены резиновыми элементами.

9. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что железобетонные плиты выполнены длиной 3,0±0,01 м и установлены на фиксаторы и прокладки нашпальные.

10. Конструкция по п. 3, отличающаяся тем, что морозостойкость демпфирующего слоя по эластическому восстановлению после сжатия при температуре минус 60°С составляет не более 30%, остаточная деформация при сжатии – не более 10%, а изменение статического модуля деформации - не более 10%.