Dopasowana metoda obliczeń głębokości zakotwienia kolców szyny i nośności podkładu
Dlaczego niewystarczająca głębokość zakotwienia kolców jest główną przyczyną pękania podkładu pod napięciem?
Niewystarczająca głębokość zakotwienia kolców spowoduje, że siła zakotwienia będzie znacznie niższa niż wartość projektowa. Siła uciągu powstająca podczas jazdy pociągu będzie skupiona na otworze zakotwiczenia podkładu. Otwór zakotwienia podkładu jest obszarem koncentracji naprężeń. Gdy głębokość zakotwienia jest niewystarczająca, siła ciągnąca nie może zostać równomiernie przeniesiona do wnętrza podkładu przez kolec, ale koncentruje się w niewielkim obszarze otworu zakotwienia. Beton lub drewno w tym obszarze będą powodować pęknięcia promieniowe z powodu nadmiernych lokalnych naprężeń łożyska. Pęknięcia będą w dalszym ciągu rozszerzać się pod wpływem wibracji pociągu, co ostatecznie doprowadzi do pęknięcia otworu kotwiczącego podkładu pod napięciem i całkowitej utraty zdolności zakotwiczenia. Jednocześnie kolec również poluzuje się i przechyli z powodu niewystarczającej siły zakotwiczenia, co jeszcze bardziej pogłębia uszkodzenie podkładu.
Dlaczego istnieje znacząca różnica w głębokości zakotwienia kolców pomiędzy podkładami betonowymi a podkładami drewnianymi i jaka jest zazwyczaj różnica?
Podkłady betonowe charakteryzują się dużą twardością materiału i wytrzymałością na ściskanie, ale dużą kruchością, a głębokość zakotwienia kolców wynosi zwykle 150-180 mm; podkłady drewniane mają dobrą wytrzymałość i niską wytrzymałość na ściskanie, a głębokość zakotwienia kolców wynosi zwykle 100-120 mm. Różnica między nimi wynosi około 50 mm. Podkłady betonowe wymagają większej głębokości zakotwienia, aby rozproszyć siłę ciągnącą kolca poprzez zwiększenie powierzchni styku i uniknąć kruchego pękania betonu w otworze zakotwienia. Podkłady drewniane mają dobrą wytrzymałość. Po osadzeniu kolec będzie tworzył szczelne mechaniczne połączenie z drewnem, a stosunkowo niewielka głębokość zakotwienia może zapewnić wystarczającą siłę zakotwienia. Jeżeli głębokość zakotwienia podkładu drewnianego jest zbyt głęboka, spowoduje to przecięcie zbyt wielu włókien drzewnych, co zamiast tego zmniejszy integralność podkładu drewnianego i doprowadzi do pęknięcia podkładu drewnianego. Dlatego różnica w głębokości zakotwienia pomiędzy obydwoma rodzajami podkładów wynika z ich właściwości materiałowych.
Który wskaźnik nośności podkładu stanowi podstawową podstawę do obliczenia głębokości zakotwienia kolców i dlaczego?
Podstawą obliczenia głębokości zakotwienia kolców jest „maksymalna nośność-podkładu na wyrywanie”. Wskaźnik ten odnosi się do maksymalnego obciążenia, jakie podkład może wytrzymać-wyciągnięcie kolca bez uszkodzenia. Celem projektowym dotyczącym głębokości zakotwienia jest zmniejszenie siły zakotwienia kolca poniżej maksymalnej nośności-podkładu na wyrywanie, przy czym współczynnik bezpieczeństwa jest zarezerwowany ponad dwukrotnie. Jeżeli za podstawę przyjmuje się nośność podkładu na ściskanie, nie może ona odzwierciedlać właściwości podkładu pod obciążeniem wyrywającym, co może prowadzić do niewystarczającego obliczenia głębokości zakotwienia. Maksymalna nośność-na wyrywanie kompleksowo uwzględnia wytrzymałość materiału podkładu,-wielkość przekroju poprzecznego otworu kotwiącego oraz metodę zakotwienia i może naprawdę odzwierciedlać nośność podkładu na kolec. Dlatego obliczenie głębokości zakotwienia na podstawie tego wskaźnika może zapewnić bezpieczeństwo systemu kotwiącego.
Dlaczego podkłady betonowe na liniach-do transportu ciężkiego muszą zwiększyć głębokość zakotwienia kolców o 20 mm w porównaniu ze zwykłymi-liniami szybkiego transportu?
Pociągi na liniach-do transportu ciężkiego mają duże naciski na osie, a siła uciągu przenoszona przez kolce może osiągnąć 1,8 razy większą niż w przypadku zwykłych-linii szybkiego transportu, dlatego wymagania dotyczące siły kotwiczenia są znacznie zwiększone. Zwiększenie głębokości zakotwienia o 20 mm może zwiększyć powierzchnię styku kolca z podkładem betonowym o około 12%, a siłę zakotwienia można zwiększyć synchronicznie o 10%-15%. Głębokość zakotwiczenia wynosząca 150 mm w przypadku zwykłych-lin szybkiego ruchu może już spełniać wymagania dotyczące siły uciągu, ale w przypadku lin-do transportu ciężkiego siła zakotwiczenia na tej głębokości będzie niewystarczająca, a kolec będzie podatny na poluzowanie. Po zwiększeniu głębokości zakotwienia siła zakotwiczenia kolca może przekroczyć rzeczywistą siłę uciągu-lin do transportu ciężkiego, spełniając wymagania dotyczące współczynnika bezpieczeństwa. Jednocześnie zwiększenie głębokości zakotwienia może również rozproszyć naprężenia w otworze zakotwienia podkładu, zmniejszyć ryzyko pękania podkładu pod wpływem naprężenia i dostosować się do trudnych warunków obciążenia linii transportu ciężkiego.
Jak podczas budowy-na miejscu kontrolować głębokość zakotwienia kolców za pomocą prostych narzędzi, aby uniknąć odchyleń?
Najczęściej używanym prostym narzędziem do kontrolowania głębokości zakotwienia kolców podczas-budowy na miejscu jest „urządzenie do pozycjonowania głębokości”, które może regulować długość zgodnie z projektowaną głębokością zakotwienia i być mocowane na kolcu. Podczas instalowania kolca dolna część oprawy jest mocowana do powierzchni podkładu, a głębokość kolca osadzonego w podkładie jest głębokością projektową, która pozwala skutecznie uniknąć zbyt głębokiej lub zbyt płytkiej. W przypadku kotwienia siarkowego, na kolec można narysować skalę głębokości zakotwienia za pomocą farby, jako punkt odniesienia dla instalacji. Do zakotwienia żywicą można zastosować specjalną tuleję kotwiącą. Długość tulei jest projektowaną głębokością zakotwienia. Po włożeniu szpilki do tulei można upewnić się, że głębokość jest dokładna. Po zakończeniu budowy należy losowo wybrać kolce i zmierzyć rzeczywistą głębokość zakotwienia za pomocą taśmy stalowej. Odchylenie należy kontrolować w zakresie ±5 mm. Jeśli odchylenie przekracza, należy-ponownie zakotwiczyć.