СТЮ: Новости

Разработка технических условий на рельсо-струнную путевую структуру

Разработка технических условий (ТУ) на рельсо-струнную путевую структуру осуществлена в рамках выполнения Государственного контракта № 7у на разработку проекта "Генеральная транспортная стратегия применения и создания трасс струнного транспорта Юницкого (СТЮ) в Ханты-Мансийском автономном округе - Югре" от 31 мая 2007 г. Данный Государственный контракт заключён между правительством ХМАО-Югры и ООО "Струнный транспорт Юницкого".

В генеральной транспортной стратегии применения и создания трасс струнного транспорта Юницкого (СТЮ) в Ханты-Мансийском автономном округе - Югре наиболее сложными и ответственными техническими решениями, с инженерной точки зрения, станут высокоскоростные трассы СТЮ (скорость 200 км/ч и выше), в частности "Ханты-Мансийск - Сургут". А наиболее ответственным элементом, определяющим все основные технико-экономические показатели такой транспортной системы "второго уровня", станет рельс-струна. Только от него, в частности, зависит надёжность, долговечность и безопасность системы, ровность пути и комфортность движения высокоскоростных рельсовых автомобилей - юнибусов, технологичность монтажа и стоимость строительства и др.

Рельсы-струны, установленные пролётами по 30-40 м на промежуточных опорах и закреплённые в анкерных опорах, отстоящих друг от друга на расстоянии 1-5 км и более, отнесены к разновидности висячего моста, в котором растянутый элемент (струна) размещён внутри балки жёсткости (корпуса рельса) и омоноличен с ней специальным бетоном. Это позволило определить в технических условиях (ТУ) методику статических и динамических расчётов рельсо-струнных пролётов в условиях ХМАО-Югры, максимальные и минимальные расчётные температуры (соответственно +55°С и -55°С), расчётные ветровые нагрузки на рельс-струну (74,5 кгс/м²) и юнибус (41 кгс/м²), а также - другие нагрузки и воздействия на путевую структуру и промежуточные опоры и их опасные сочетания.

В качестве примера для расчёта в ТУ взята рельсо-струнная путевая структура высокоскоростной трассы "Ханты-Мансийск - Сургут" колеей 1,5 м. Для этого разработана конструкция рельса-струны, удовлетворяющая требованиям ТУ, и выполнен комплексный расчёт его напряжённо-деформированного состояния, в том числе - определены наиболее опасные нагружения и максимальные напряжения конструкции при различных расчётных температурах: максимальной (+55°С), минимальной (-55°С) и температуре сборки (0°С). Например, определено, что максимальный изгибающий момент и, соответственно, максимальные напряжения в головке и корпусе рельса будут в сечении над опорой в момент нахождения колеса юнибуса на расстоянии 2,25 м от опоры (для одиночного юнибуса), либо когда сцепка из двух юнибусов будет находиться точно над опорой.

Размах напряжений в струне при максимальном расчётном нагружении (проезд двух юнибусов в сцепке) составит величину менее 0,1% от величины напряжений в струне (предварительных и температурных). Это означает, что нагрузка на струну - статическая и поэтому циклической составляющей можно пренебречь. Поэтому по любым существующим сегодня в России и за рубежом методикам расчёта струна СТЮ обеспечит срок службы по выносливости не менее 100 лет.

Расчёты также показали, что максимальные горизонтальные тормозные усилия от потока юнибусов, передаваемые от рельсов-струн на верх промежуточных опор, невелики (около 50 кгс), поэтому опоры могут быть выполнены лёгкими, ажурными, без мощного фундамента и, соответственно, - недорогими.

Основную вертикальную жёсткость под расчётной подвижной нагрузкой рельсо-струнного пролетного строения в СТЮ определяет не рельс (корпус и головка рельса, а также бетонный заполнитель), а - струна: соответственно 5-9% и 91-95%. Это отвечает названию транспортной системы - струнная (а не рельсовая). Соответственно, требуемая ровность пути на пролёте (относительная неровность - не более 1/1500, или абсолютная - менее 20 мм на пролете 30 м) обеспечивается, в основном, также струной, а не рельсом. В свою очередь это обеспечит комфортные условия высокоскоростного движения не только для пассажиров (вертикальные ускорения в салоне юнибуса - до 0,5 м/с²), но и для колеса - максимальные вертикальные ускорения в опорной части обода колеса будут до 10 м/с², а ступицы - до 2 м/с².

В качестве элемента струны рекомендована высокопрочная оцинкованная стальная проволока диаметром 3 мм производства Волгоградского завода "ВолгоМетиз" с пределом текучести 19.690 кгс/см². Высокая прочность проволок позволяет увеличить допустимые напряжения в струне до 15.750 кгс/см². При этом, благодаря иной схеме работы струны в СТЮ в сравнении с напрягаемой арматурой в мостах, несмотря на увеличенные допустимые напряжения, запас прочности (примерно в 1.000 раз) струны по воздействию на неё подвижной нагрузки, будет беспрецедентно более высоким, нежели у несущей арматуры в любой другой известной строительной конструкции самого высокого уровня ответственности.

Струна может быть разрушена расчётной подвижной нагрузкой лишь при условной температуре -211°С (эта температура значительно ниже температуры жидкого азота), поэтому СТЮ может быть рекомендован к строительству в самых суровых природно-климатических условиях, в том числе на Крайнем Севере.

Отказ от железнодорожных стандартов - колёсных пар, реборд на колесе, конуса на опорной части колеса и цилиндрической опорной поверхности головки рельса - снизил контактные напряжения в СТЮ в паре "цилиндрическое колесо - плоская головка рельса" по сравнению с железной дорогой в 10-15 раз. Это повысит в несколько раз долговечность рельса, уменьшит его износы, снизит шумы при качении колеса, улучшит его сцепление с рельсом, а также существенно снизит затраты энергии и мощность привода на преодоление сопротивления качению колес высокоскоростного подвижного состава.

В результате расчётов была уточнена конструкция рельса-струны: струна набрана из 220 высокопрочных проволок диаметром 3 мм, суммарное усилие предварительного натяжения которых 221,8 тс (при температуре 0 С). С учётом же преднапряжения головки и корпуса рельса суммарное усилие натяжения рельса-струны составит 259,0 тс. При этом поперечные размеры рельса-струны составят: ширина 100 мм, высота 223 мм, а его погонная масса будет равна 71,8 кг/м, из них: корпус рельса (с головкой) - 28,6 кг/м, струна - 12,2 кг/м, бетонный заполнитель корпуса - 30,8 кг/м, крепление струны к корпусу рельса - 0,2 кг/м, причём на сталь придётся чуть больше половины массы - 41 кг/м.

Металлоёмкость рельса-струны высокоскоростного СТЮ столь низка, что, например, из материала одного железнодорожного рельса Р-75 протяжённостью 1 км можно построить однопутную рельсо-струнную путевую структуру такой же протяжённости. При этом оставшихся 18 кг/м металла (около 25 кг/м стали на железной дороге дополнительно уходит на крепление одного рельса к шпалам - на подкладки, болты, пружины и т.д.) будет достаточно, чтобы поставить на этом же километре 33 стальные опоры СТЮ высотой 3-5 м. Поэтому при одинаковой исходной цене одних и тех же марок сталей, в серийном производстве и при том же уровне механизации, который достигнут сегодня в железнодорожном строительстве, строительство высокоскоростного СТЮ обойдётся, в одних и тех же природно-климатических условиях, по меньшей мере в два раза дешевле, чем обычной (а не высокоскоростной, которая в 20-30 раз дороже) железной дороги (ведь железной дороге ещё необходимы шпалы, щебёночная и песчаная подушки, земляная насыпь, мосты, путепроводы, водопропускные трубы и т.п., в том числе - в 50-100 раз больший землеотвод).

Выполненная работа принята заказчиком и получила высокую оценку.

Юницкий А.Э. Разработка технических условий (ТУ) на рельсо-струнную путевую структуру / Государственный контракт № 7у на разработку проекта "Генеральная транспортная стратегия применения и создания трасс струнного транспорта Юницкого (СТЮ) в Ханты-Мансийском автономном округе - Югре" от 31 мая 2007 г. - Москва, 1 августа 2007 г. - 143 с.