Passende Berechnungsmethode für die Verankerungstiefe von Schienenspitzen und die Tragfähigkeit der Schwelle
Warum ist eine unzureichende Verankerungstiefe der Spikes eine Hauptursache dafür, dass Schwellen unter Spannung reißen?
Eine unzureichende Verankerungstiefe der Spikes führt dazu, dass die Verankerungskraft deutlich unter dem Auslegungswert liegt. Die im Zugbetrieb entstehende Zugkraft wird auf die Verankerungsöffnung der Schwelle konzentriert. Die Verankerungsöffnung der Schwelle ist ein Spannungskonzentrationsbereich. Bei unzureichender Verankerungstiefe kann die Zugkraft nicht gleichmäßig über den Dorn auf das Innere der Schwelle übertragen werden, sondern konzentriert sich auf einen kleinen Bereich der Verankerungsöffnung. Das Beton- oder Holzmaterial in diesem Bereich wird aufgrund übermäßiger örtlicher Belastung radiale Risse erzeugen. Durch die Vibrationen des Zuges werden sich die Risse weiter ausdehnen, was schließlich dazu führt, dass die Schwellenverankerungsöffnung unter Spannung reißt und die Verankerungskapazität vollständig verloren geht. Gleichzeitig lockert und kippt der Dorn aufgrund der unzureichenden Verankerungskraft, was den Schaden an der Schwelle weiter verschlimmert.
Warum gibt es einen signifikanten Unterschied in der Verankerungstiefe von Spikes zwischen Betonschwellen und Holzschwellen und was ist der übliche Unterschied?
Betonschwellen weisen eine hohe Materialhärte und Druckfestigkeit, aber auch eine hohe Sprödigkeit auf, und die Verankerungstiefe der Spikes beträgt üblicherweise 150–180 mm; Holzschwellen haben eine gute Zähigkeit und eine geringe Druckfestigkeit, und die Verankerungstiefe der Spikes beträgt normalerweise 100–120 mm. Der Unterschied zwischen den beiden beträgt etwa 50 mm. Betonschwellen erfordern eine größere Verankerungstiefe, um die Zugkraft des Dorns durch Vergrößerung der Kontaktfläche zu verteilen und einen Sprödbruch des Betons an der Verankerungsöffnung zu vermeiden. Holzschwellen haben eine gute Zähigkeit. Nachdem der Dorn eingebettet ist, bildet er eine feste mechanische Verbindung mit dem Holz, und eine relativ geringe Verankerungstiefe kann eine ausreichende Verankerungskraft erzielen. Wenn die Verankerungstiefe der Holzschwelle zu tief ist, werden zu viele Holzfasern geschnitten, was stattdessen die Integrität der Holzschwelle verringert und zum Bruch der Holzschwelle führt. Daher wird der Unterschied in der Verankerungstiefe zwischen den beiden Schwellentypen durch ihre Materialeigenschaften bestimmt.
Welcher Tragfähigkeitsindex der Schwelle ist die zentrale Grundlage für die Berechnung der Verankerungstiefe von Spikes und warum?
Bei der Berechnung der Verankerungstiefe von Spikes ist grundsätzlich die „ultimative Auszugstragfähigkeit“ der Schwelle zugrunde zu legen. Dieser Index bezieht sich auf die maximale Belastung, der die Schwelle dem Herausziehen der Spikes standhalten kann, ohne Schaden zu nehmen. Das Konstruktionsziel der Verankerungstiefe besteht darin, die Verankerungskraft des Dorns kleiner zu machen als die maximale Auszugstragfähigkeit der Schwelle, wobei ein Sicherheitsfaktor von mehr als dem Zweifachen vorgesehen ist. Legt man die Drucktragfähigkeit der Schwelle zugrunde, kann diese nicht das Verhalten der Schwelle unter Auszugslast widerspiegeln, was zu einer unzureichenden Auslegung der Verankerungstiefe führen kann. Die endgültige Auszugstragfähigkeit berücksichtigt umfassend die Materialstärke der Schwelle, die Querschnittsgröße der Verankerungsöffnung und die Verankerungsmethode und kann die Beschränkungsfähigkeit der Schwelle auf dem Erdspieß wirklich widerspiegeln. Daher kann die Berechnung der Verankerungstiefe anhand dieses Index die Sicherheit des Verankerungssystems gewährleisten.
Warum muss bei Betonschwellen auf Schwerlaststrecken die Spike-Verankerungstiefe im Vergleich zu normalen Hochgeschwindigkeitsstrecken um 20 mm erhöht werden?
Züge auf Schwerlaststrecken haben große Achslasten und die von den Spikes ausgeübte Zugkraft kann das 1,8-fache der Zugkraft auf Strecken mit normaler -Geschwindigkeit erreichen, sodass die Anforderungen an die Ankerkraft erheblich höher sind. Durch eine Erhöhung der Verankerungstiefe um 20 mm kann die Kontaktfläche zwischen Spike und Betonschwelle um ca. 12 % vergrößert und gleichzeitig die Verankerungskraft um 10 -15 % gesteigert werden. Die Verankerungstiefe von 150 mm kann bei normalen -Hochgeschwindigkeitsleinen bereits die Anforderungen an die Zugkraft erfüllen, aber bei schweren -Zugleinen reicht die Verankerungskraft in dieser Tiefe nicht aus und der Dorn neigt dazu, sich zu lösen. Nach Erhöhung der Verankerungstiefe kann die Verankerungskraft des Spikes die tatsächliche Zugkraft von Schwertransportleinen übersteigen und so die Anforderungen an den Sicherheitsfaktor erfüllen. Gleichzeitig kann eine Erhöhung der Verankerungstiefe auch die Spannung an der Schwellenverankerungsöffnung verteilen, das Risiko von Spannungsrissen in der Schwelle verringern und eine Anpassung an die rauen Belastungsbedingungen von Schwerlastleitungen ermöglichen.
Wie lässt sich beim-Aufbau vor Ort die Verankerungstiefe von Spikes mit einfachen Werkzeugen steuern, um Abweichungen zu vermeiden?
Das am häufigsten verwendete einfache Werkzeug zur Steuerung der Verankerungstiefe von Spikes während des -Baus vor Ort ist eine „Tiefenpositionierungsvorrichtung“, die die Länge entsprechend der geplanten Verankerungstiefe anpassen und am Spike befestigt werden kann. Bei der Installation des Spikes wird die Unterseite der Vorrichtung an der Schwellenoberfläche befestigt, und die Tiefe des in die Schwelle eingebetteten Spikes entspricht der Entwurfstiefe, wodurch effektiv vermieden werden kann, dass er zu tief oder zu flach ist. Bei der Schwefelverankerung kann als Referenz für die Montage mit Farbe eine Maßstabslinie der Verankerungstiefe auf den Erdspieß gezeichnet werden. Zur Kunstharzverankerung kann eine spezielle Ankerhülse verwendet werden. Die Länge der Hülse entspricht der vorgesehenen Verankerungstiefe. Nachdem der Dorn in die Hülse eingeführt wurde, kann sichergestellt werden, dass die Tiefe genau ist. Nach dem Bau ist es notwendig, die Spikes nach dem Zufallsprinzip auszuwählen und die tatsächliche Verankerungstiefe mit einem Stahlband zu messen. Die Abweichung muss innerhalb von ±5 mm kontrolliert werden. Wird die Abweichung überschritten, muss die Verankerung erneut durchgeführt werden.