Обоснование необходимости и места строительства. Направления по усовершенствованию железобетонных подрельсовых оснований. Конструктивные решения и оптимизация технологии изготовления шпал и переводных брусьев. Определение прочности бетона на сжатие.
С 1903 по 1927 гг. попытки применения железобетонных шпал в России неоднократно повторялись - к числу наиболее крупных опытов относится укладка 4-х тыс. шпал в 1922 г. на Южной дороге. Железобетонные шпалы (шпалы ЖБИ) имеют следующие достоинства: сравнительно большой срок службы (40-50 лет), однородная упругость пути по длине, хорошая устойчивость в балласте против сдвига, возможность придания им целесообразной формы.[1] Увеличение протяженности железных дорог требует все большего объема производства шпал. Для одиночных шпал, твердеющих в формах, технология производства выглядит следующим образом: подготавливают и натягивают арматуру к краю каждой отдельной формы; форма заполняется бетонной смесью, подвергается вибрации и направляется в пропарочную камеру; после термообработки крепления тросов ослабляются, шпалу вынимают из формы, проверяют и укладывают в штабели; форму готовят к следующей загрузке. Почти во всех странах применяется для ускорения твердения бетона тепловлажностная обработка шпал, причем, как видно из таблицы 1, длительность предварительного выдерживания шпал в формах и прочность бетона к моменту отпуска арматуры различны.1) Для производства железобетонных шпал используют цемент ПЦ 500 ДО, в соответствии с учетом требований по ГОСТ 30515-97. 2) Тонкость помола цемента должна быть такой, чтобы при просеивании пробы цемента сквозь сито с сеткой № 008 по ГОСТ 6613[10] проходило не менее 85 % массы просеиваемой пробы. Вода не должна содержать также примесей в количествах, нарушающих сроки схватывания и твердения цементного теста и бетона, снижающих прочность и морозостойкость бетона. Допускается применение технических и природных вод, загрязненных стоками, содержащими примеси в количествах, превышающих установленные в таблице, кроме примесей ионов хлора, при условии обязательного соответствия качества бетона показателям, заданным проектом. В качестве мелкого заполнителя для приготовления тяжелого бетона применяют пески, которые должны отвечать требованиям соответствующих стандартов ГОСТ 10629-88.[4] В зависимости от условий образования и получения пески подразделяют: на природные (в естественном состоянии), природные фракционированные и природные обогащенные; дробленые и дробленые фракционированные.Заключение: зерновой состав и физико-механические свойства щебня соответствуют требованиям ГОСТ 8736-93 [13]. Бетоны марки по морозостойкости F200 и выше, а также бетоны марки по морозостойкости F100 и выше для дорожных и аэродромных покрытий, гидротехнических сооружений следует изготовлять с обязательным применением воздухововлекающих или газообразующих добавок в соответствии с требованиями ГОСТ 26633-91 [5]. В качестве добавки принимаем добавку Micro Air 125. Представляет собой жидкую добавку на основе водного раствора поверхностно-активных веществ.Шпалы поступают на пластинчатый конвейер, а форма возвращается к кантователям на рольганг. Для уменьшения площади предварительной выдержки формы с изделиями целесообразно группировать в штабеля объемом на одну пропарочную камеру (в нашем примере шт., Продолжительность формования одного штабеля с двух постов формования можно посчитать по формуле: При принятой продолжительности выдержки изделий (часа) и расчетной продолжительности формования одного штабеля (мин) количество штабелей можно вычислить по формуле: Принимаем 5 штабелей. А общая площадь для всех камер составит: Расчет количества форм и площадок для их хранения, ремонта и переоснастки. Длительность цикла работы формы определяется из [18] по формуле: где - количество постов, на которых находятся формы (2 формы на постах формования, 4 формы на постах распалубки, чистки, смазки, 2 формы на постах армирования и 18 форм постоянно на посту предварительной выдержки) Всего 26 форм-постов. В течение одного часа работы технологической линии необходимо смазать 10 форм или 80 формы за смену, 16 формы за сутки.Запроектирован цех по производству железобетонных предварительно напряженных шпал производительностью 40 тыс. м3 в год. Данное производство осуществляется по агрегатно-поточной технологии, как наиболее подходящий при данной производительности цеха и габаритах изделий.
План
Содержание глины в комках -Содержание сухого вещества 40 %
Введение
Шпалы - традиционный и наиболее распространенный тип подрельсового основания. Основные материалы для них - дерево, железобетон и металл. Первоначально они все были деревянными.
Первые железобетонные железнодорожные шпалы в России были изготовлены в 1903 г. и испытаны в лаборатории Петербургского института инженеров путей сообщения, а затем уложены на одной из станций Финляндской железной дороги. С 1903 по 1927 гг. попытки применения железобетонных шпал в России неоднократно повторялись - к числу наиболее крупных опытов относится укладка 4-х тыс. шпал в 1922 г. на Южной дороге. И только в конце 70-х началась массовая укладка железобетонных шпал.
Железобетонные шпалы (шпалы ЖБИ) имеют следующие достоинства: сравнительно большой срок службы (40-50 лет), однородная упругость пути по длине, хорошая устойчивость в балласте против сдвига, возможность придания им целесообразной формы.[1]
1. Обоснование необходимости и места строительства
Шпалы - одна из наиболее ответственных частей железнодорожного пути. От их прочности и устойчивости зависит надежность железнодорожного полотна. Однако разнообразие климатических условий на территории нашей страны определяет необходимость изучения и выявления технологий увеличивающих морозостойкость, водонепроницаемость железобетонных шпал.
Увеличение протяженности железных дорог требует все большего объема производства шпал. Поэтому возникает необходимость развития производства шпал по всей территирии России.
Целесообразно поместить цех производства железобетонных шпал в городе Сибай, возле комбината. Так как здесь будут учитываться все технологические требования и более низкая цена по сравнению с конкурирующими предприятиями других городов. Так же положительная сторона выбранного места строительства состоит в том, что оно расположено рядом с железнодорожными путями и автомобильными дорогами.
Основным потребителем шпал будет сам город, так как в нем очень много железнодорожных путей, которые требуют замены шпал. Так же в окрестностях города открывают новые залежи медных руд, которые требуют проложения новых железных дорог для уменьшения расходов при транспортировки их в места переработки.
Снижение стоимости продукции без ухудшения ее качеств можно за счет уменьшения затрат на ее производство. Это возможно за счет снижения расхода цемента (использование химических добавок), энергетических и топливных ресурсов, а так же при уменьшении выхода бракованной продукции за счет соблюдения технологии производства.
2. Аналитический обзор
Основные направления по усовершенствованию железобетонных подрельсовых оснований состоят в поиске новых конструктивных решений и оптимизации технологии изготовления шпал и переводных брусьев.
По конструктивным особенностям подрельсовые основания подразделяются на: обычные традиционные шпалы, рамные шпалы (Австрия), лежневые конструкции (Япония), широкие шпалы (Германия), шпалы повышенной массы для увеличения стабильности пути. Кроме того, имеются различные конструкции безбалластного пути для высокоскоростного движения и особых условий эксплуатации.
Применительно к предварительно напряженным железобетонным шпалам можно составить более подробную классификацию технологий производства, применяемых в разных странах мира. Методы производства предварительно напряженных шпал можно условно разделить на три основные группы: - система одиночной формы
- система «Короткая линия»
- система «Длинная линия»
В системах одиночных форм бетон должен иметь жесткую консистенцию. Для одиночных шпал, твердеющих в формах, технология производства выглядит следующим образом: подготавливают и натягивают арматуру к краю каждой отдельной формы; форма заполняется бетонной смесью, подвергается вибрации и направляется в пропарочную камеру; после термообработки крепления тросов ослабляются, шпалу вынимают из формы, проверяют и укладывают в штабели; форму готовят к следующей загрузке.
Эта система применяется в таких странах как: Германия, Италия, Польша.
Системы «Короткая линия» обычно основаны на том, что от 2 до 6 форм длину и от 1 до 4 в ширину встроены в жесткие рамы предварительного натяжения. В системах применяется стандартная стальная арматура (обычно одиночная проволока) и бетон жесткой консистенции. Шпалы производятся по стендовой и поточно-агрегатной технологической схеме.
Достоинством этой системы является ее гибкость в отношении разных конструкций шпал. Предварительное напряжение передается «полным сцеплением».
В системах «Длинная линия» обычно применяется длинный ряд форм: более 30 в длину и до 8 в ширину. На большинстве заводов количество рядов определяется необходимой дневной выработкой, поскольку формы используют только 1-1,5 раза за 24-часовую смену. В системах применяется стандартная арматура и бетон пластической консистенции.
Самыми известными заводами, работающими по этой технологии являются заводы английской компании «Dowmac».
Технология производства на заводах компании различна и зависит от объема выпуска.
Почти во всех странах применяется для ускорения твердения бетона тепловлажностная обработка шпал, причем, как видно из таблицы 1, длительность предварительного выдерживания шпал в формах и прочность бетона к моменту отпуска арматуры различны. Режимы тепловой обработки бетона не регламентированы почти ни одним существующим зарубежным техническим условием на изготовление шпал. Это в какой-то степени может характеризовать различный подход к решению данного вопроса, а в некоторых случая и недооценку влияния режима тепловой обработки на качество и, в первую очередь, на морозостойкость бетона.
Таблица 1. Основные технологические характеристики производства железобетонных шпал в различных странах [2]
Страны Технологическая схема Длительность ТВО, час Режим ТВО/tmax, 0С Продолжительность оборачиваемости форм, час. Сила предварительного натяжения арматуры, КН
Россия поточно-агрегатная 11 2 3 4 2/80 12 364
Венгрия поточно-конвейерная 11 /80 7.5-12 115
Польша стендовая, поточно-конвейерная 14 3 2 4 5/85 12-16,5 360
Германия поточно-агрегатная 8 /70 8-12 270
Англия стендовая без ТВО без ТВО - 24 320
США стендовая, конвейерная, поточно-агрегатная 12 /66 24 355
Франция поточно-агрегатная без ТВО без ТВО 24 -
Швеция стендовая без ТВО без ТВО 16-24 150
В мировой практике существуют три основные технологические схемы производства железобетонных конструкций: стендовая, поточно-агрегатная и поточно-конвейерная. Выбор той или иной схемы обусловливается наличием площадей, требуемой производительностью и некоторыми другими факторами.
Наилучшим вариантом является использование мощной конвейерной линии с максимальным уровнем автоматизации производства. Но использование данного варианта возможно только при условии массового спроса, более 500000 шт/год. При меньших объемах производства по существующим типовым схемам во всем мире используется поточно-агрегатный способ производства. Существующие типовые схемы поточно-агрегатного способа производства с одной формовочной линией позволяют производить 250000шт/год (до 500000шт/год) шпал железобетонных, в свою очередь глубокая автоматизация производственных операций позволяет сократить производственную себестоимость и довести ее до уровня конвейерных линий.
Поточно-агрегатный способ производства применяется для мелкосерийного производства большой номенклатуры изделий длиной до 12 м, шириной до 3 м и высотой до 1 м, размеры не являются предельными.
Экономичность и быстромонтируемость способа обуславливают его начальный выбор при постоянном развитии производства, при отсутствии достаточного количества металла и оборудования для строительства конвейерной линии. Способ может превосходить другие, в Японии, например, конвейеры уступают гибким поточно-агрегатным схемам. К данному способу относятся также схемы, включающие формование на центрифугах, с вибровкладышами, в термоформах и т.п.
Недостатками способа являются наличие большого объема крановых операций, не высокая мощность линии. Первый может быть устранен установкой стационарных крановых-укосин, манипуляторов, подъемников, формоукладчиков, кран-балок, лебедок на раздаточном и укладывающем оборудовании, а мощность линии не является самоцелью при большой номенклатуре изделий, что особенно важно при рыночных поставках малых партий продукции. Поточно-агрегатная линия с операционным рольгангом является переходным к конвейерной линии типом и сочетает элементы конвейера: рольганг с элементами агрегатной технологии, формовочной установкой, ямной камерой. [3]
3. Технологическая часть
3.1 Номенклатура продукции
Железобетонные, предварительно напряженные шпалы для железнодорожных путей с рельсовой колеей шириной 1520 мм и рельсами типов Р75, Р65 и Р50, по которым обращается типовой подвижной состав общей сети железных дорог изготавливаются в соответствии с требованиями ГОСТ 10629-88[4]. По технологической документации, утвержденной в установленном порядке.
Шпалы в зависимости от типа рельсового скрепления подразделяют на: Ш1 - для раздельного клеммно-болтового рельсового скрепления (типа КБ) с болтовым креплением подкладки к шпале;
Ш2 - для нераздельного клеммно-болтового рельсового скрепления (типа БПУ) с болтовым прикреплением подкладки или рельса к шпале.
Форма и размеры шпал должны соответствовать указанным в таблице 2 и на рисунках 1-4.
Таблица 2. Номенклатура продукции (железобетонная шпала)
Марка шпалы Расстояние между упорными кромками разных концов шпалы а, мм Расстояние между упорными кромками одного конца шпалы а1, мм Расстояние между осями отверстий для болтов а2, ММ Расстояние между осью отверстия и упорной кромкой а3, мм Угол наклона упорных кромок Направление большей стороны отверстия для болта относительно продольной оси шпалы
Ш1-1 2012 404 310 47 55° Поперечное
Ш1-2 2000 392 310 41 72 Поперечное
Ш2-1 2012 404 236 84 55 Продольное
Примечания: 1. На кромках, примыкающих к подошве и торцам шпалы, допускаются фаски шириной не более 15 мм.
2. По согласованию изготовителя с потребителем допускается изготовлять шпалы, у которых размеры и расположение углублений на подошве отличаются от указанных на рис.1, а форма и размеры вертикальных каналов для закладных болтов отличаются от указанных на рис. 2-4.
Наименование Размеры базовых изделий, мм Объем бетона, м3 Класс бетона Отпускная прочность,% Плотность бетона, кг/м3 Арматура, кг Закладные детали, кг Масса, т
Ш1-1 2700*300*230 0,108 В 40 90 2494,1 67,2 11,8 0,25
1 - закладная шайба; 2 - проволочная арматура
Рисунок 1. Шпалы железобетонные
Сечение 3-3 приведено на рис. 3
Рисунок 2. Подрельсовая часть шпалы Ш1-1
Рисунок 3. Подрельсовая часть шпалы Ш1-2
Сечения 4-4, 5-5 и 6-6 приведены на черт. 2
Рисунок 4. Подрельсовая часть шпалы Ш2-1
Рисунок 5. Размещение арматуры а - на торце шпалы; б - в среднем сечении шпалы
Шпалы следует изготовлять из тяжелого бетона по ГОСТ 26633 [5] класса по прочности на сжатие В40. Фактическая прочность бетона (в проектном возрасте, передаточная и отпускная) должна соответствовать требованиям ГОСТ 13015.0 [6]. Нормируемую передаточную прочность бетона следует принимать равной 32 МПА (326 кгс/см2), отпускную прочность бетона принимают равной передаточной прочности бетона. Жесткость бетонной смеси Ж1 (-10 сек.). Марка бетона по морозостойкости должна быть не ниже F200, для эксплуатации в климатической зоне Сибирь и Дальнего Востока не ниже F300. Марка по водонепроницаемости не ниже W8. В качестве арматуры шпал следует применять стальную проволоку периодического профиля класса Вр диаметром 3 мм, по ГОСТ 7348 [7] и ТУ 14-4-1471-87 [8], номинальное число арматурных проволок в шпале 44, общая сила начального натяжения всех арматурных проволок в пакете должна быть не менее 358 КН (36,4 тс). Расположение проволок, контролируемое на торцах шпалы, в соответствии с рисунком 5.
В качестве базового изделия принимается шпала Ш1-1. производительность завода по данному виду изделия составляет 40 тыс. м3 в год. Показатели материалоемкости шпал: - объем бетона на одну шпалу 0,108м3
- расход стали на 1 м3 бетона: - напрягаемой проволоки диаметром 3 мм 67,2 кг
- закладных шайб 11,8 кг
Показатели материалоемкости шпал, изготовленных по типовой поточно-агрегатной технологии в десятигнездных формах (без учета технологических и производственных потерь за пределами формы)
Таблица 4. Состав бетонной смеси
Вид смеси Класс бетона по прочности Марка по удобоукла-дываемос-ти Расход материалов на 1м3, кг Добавка, л Плотность бетонной смеси, кг/м3 цемент вода щебень песок
БСГТ В40 Ж1 405 164 1374 545,2 3,24 2491,4
Вывод
Запроектирован цех по производству железобетонных предварительно напряженных шпал производительностью 40 тыс. м3 в год.
Данное производство осуществляется по агрегатно-поточной технологии, как наиболее подходящий при данной производительности цеха и габаритах изделий.
Принятый способ производства характеризуется наименьшими капиталовложениями в производство единицы продукции. Производство железобетонных шпал размещено в двух пролетах по 18 м, длиной 144 м. Производительная площадь цеха 5184 м2.
Для снижения энергетических затрат используют герметичные ямные камеры с эффективным и равномерным теплообменом.
Для дальнейшего развития проектируемого предприятия необходимо изменить расширить территорию и начать производить более разнообразную номенклатуру изделий.
Список литературы
железобетонный подрельсовый технология
1. Официальный сайт ОАО «БЭТ». URL: http://www.beteltrans.ru/.
2. H. Bachmann, O. Unbehaun. International Railway Journal, 2003, № 5, p. 45, 47.
3. Судаков В.И. Практический курс по технологии бетонных и железобетонных изделий: Учебное пособие. Хабаровск: Хабар. политехн. ин-т, 1991. 128 с.
4. ГОСТ 10629-88 Шпалы железобетонные предварительно напряженные для железных дорог колеи 1520 мм - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 142 с.
5. ГОСТ 26633-91 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия - М.: Изд-во стандартов, 1991. - 18 с.
6. ГОСТ 13015-03 Изделия железобетонные и бетонные для строительства. Общие технические требования, правила приемки, маркировки, транспортирования и хранения - М.: Изд-во стандартов, 2003. - 46 с.
7. ГОСТ 7348 - 81 Проволока из углеродистой стали для армирования предварительно напряженных железобетонных конструкций. Технические условия - М.: Изд-во стандартов, 1981. - 7-12 с.
8. ТУ 14-4-1471-87 Проволока стальная периодического профиля для армирования предварительно напряженных железобетонных шпал - М.: Изд-во стандартов, 1987. - 8 с.
9. ГОСТ 30515-97 Цементы. Общие технические условия - М.: Изд-во стандартов, 1997. - 65 с.
10. ГОСТ 6613 Сетки проволочные тканые с квадратными ячейками. Технические условия - М.: Изд-во стандартов, 1998. - 19 с.
11. СНИП 82-02-95. Федеральные (типовые) элементарные нормы расхода цемента при изготовление бетонных и железобетонных изделий и конструкций - М.: Изд-во стандартов, 1996. - 23 с.
12. ГОСТ 23732-79 Вода для бетонов и растворов. Технические условия - М.: Изд-во стандартов, 1979. - 6 с.
13. ГОСТ 8736-93 Песок для строительных работ. Технические условия - М.: Изд-во стандартов, 1993. - 12 с.
14. ГОСТ 7392-02 Щебень из плотных горных пород для балластного слоя железнодорожного пути. Технические условия - М.: Изд-во стандартов, 2002. - 16 с.
15. Общесоюзные нормы технологического проектирования предприятий сборного железобетона (ОНТП-07-85). М.: Министерство материалов СССР, 1986. - 52 с.
16. Цителаури Г.И. Проектирование предприятий сборного железобетона: Учеб. для ВУЗОВ, - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. - 169 с.
17. Официальный сайт поставщиков сухих строительных смесей «ЭМАКО».
19. Якубов В.И., Воронин К.М. Проектирование предприятий по производству строительных материалов и изделий: Метод. Указания к практическим работам. - Магнитогорск: МГТУ, 2003. - 33 с.
20. СНИП 3.09.01-85 Производство сборных железобетонных конструкций и изделий. Госстрой СССР. - М.: ЦИТП, 1988. - 45 с.
21. Комисаренко Б.С. Проектирование предприятий строительной индустрии. Предприятия сборного железобетона: Уч. пособие./Под ред. Б.С. Комисаренко. - САМГАСА. Самара, 1999. - 814 с.
22. Баженов Ю.М., Алимов Л.А., Воронин В.В., Трескова Н.В. Проектирование предприятий по производству строительных материалов и изделий. Учебник. - М.: Издательство АСВ, 2005. - 472 с.
23. Производство бетонных и железобетонных конструкций. Справочник. - М.: Новый век, 1998. - 384 с.
24. Золотницкий Н.Д., Пчелинцев В.А. Охрана труда в строительстве. - М: Высшая школа, 1978. - 401 с. Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
