Overbygning Frode Teigen Jernbaneverket

Transkript

1 Overbygning Frode Teigen Jernbaneverket

2 Overbygningens komponenter Skinner Sviller Befestigelse Ballast Sporveksler Skjøter 2

3 Kraftfordeling i sporet 3

4 Overbygningsklasser 4

5 Overbygningsklasser 5

6 Sporkonstruksjoner 6

7 Sporkonstruksjoner 7

8 Skinnehelning 8

9 Konisitet 9

10 Skinner Skinneprofiler Skinnekvaliteter Valg av skinnetype Skinnefeil 10

11 Skinneprofiler - historikk 11

12 Skinner Skal bære toget Skal føre toget Skal lede returstrøm 12

13 Skinner - Generelle krav bæreevne slitasjemotstand bruddsikkerhet utmattingsfasthet sveisbarhet jevn kjøreflate tverrprofil god elektrisk ledningsevne 13

14 14

15 Skinneprofiler Ny betegnelse 49E1 54E1 54E2 54E3 60E1 Gammel betegnelse 35 kg NSB40 S41 S49 UIC54 UIC54E S54 UIC60 S64 15

16 Skinneprofiler i JBV 16

17 200-kvalitet Skinnestålkvaliteter skinner med strekkfasthet > 690 N/mm kvalitet skinner med strekkfasthet > 880 N/mm2. Spesialkvaliteter skinner med strekkfasthet > 1080 N/mm2. 17

18 Skinnekvaliteter 18

19 Kornstruktur ved 0,8 % C 19

20 Mekaniske egenskaper Strekk-fasthet Flytegrense Bruddforlengelse Hardhet Skinnekvalitet (N/mm 2 ) (N/mm 2 ) (%) (HB) 700 / R200 min 690 ca. 450 min / R260 min 880 ca. 550 min / R320Cr Min 1080 ca. 720 min Min 1180 ca. 780 min R350HT [1] Min 1180 ca. 780 min R370 LHT Min 1280 ca 830 min R400 UHC Min 1280 ca 830 min Bainitt (eks.) Min 1400 ca ca. 13 ca. 450 [1] i skinnehodet 20

21 Skinnestål med høyere fasthet redusert lamellavstand i perlitt gir økt hardhet Mikrolegerte skinner Hodeherdede skinner 21

22 Hodeherdede skinner (350HT) 260 (900A) - skinne med styrt avkjøling Raskere avkjøling gir finere perlittisk struktur i skinnehodet Høy hardhet/slitasjemotstand i hodet Gode seighetsegenskaper i foten 22

23 Hodeherdede skinner (350HT) 23

24 Valg av skinner horisontalgeometri vertikalgeometri aksellast trafikkmengde trafikksammensetning hastighet skinneprofil 24

25 Levetid skinner - eksempler Ski-Oslo, Norge ca 45 MGT (7 år) R 290 m, Skinnekvalitet UIC 700 Alnabru - Lillestrøm, Norge MGT (35-45 år) R 600 -, Skinnekvalitet UIC 900B Tungtransportbaner i USA, Sør Afrika, Australia MGT R , Skinnekvaliteter HB 25

26 Valg av skinner Hva begrenser skinnenes levetid? slitasje reduserer skinnens bæreevne øker sporvidden begrensende faktor ved R< m utmatting Generell utmatting gir økning i antall skinnebrudd Kontaktutmatting Avskallinger og sår 26

27 Valg av skinner 27

28 Skinneslitasje 28

29 Skinneslitasje Slitasje på Ofotbanen Slitasjemotstand avhengig av hardhet/ strekkfasthet Økning av R m på 200 N/mm 2 halverer slitasjen (lab.forsøk) Praktiske erfaringer bekrefter lab.forsøkene 29

30 Valg av skinnestålkvalitet Høyere hardhet gir generelt mindre slitasje dårligere sikkerhet mot sprøbrudd dårligere sikkerhet mot brudd ved sprekker/skader dårligere sveisbarhet 30

31 Valg av skinnestål 31

32 Sviller og befestigelse Svilletyper og materialer Valg av svilletyper Befestigelsestyper / oppgaver 32

33 Svillenes oppgaver ta opp kreftene fra trafikken ved framføring av det rullende materiell fordele kreftene ned i ballasten uten at svillen tar skade sammen med befestigelsen å holde sporvidden ved like sammen med ballasten å sørge for en størst mulig stabilitet i sporet sideveis for å hindre utknekking 33

34 Svilletyper Tresviller Betongsviller Monoblokk To-blokk Stålsviller Komposittsviller Sviller av resirkulert plast 34

35 Tresviller Lette å håndtere (50-80 kg) God elastisitet liten følsomhet overfor impulslaster mindre krav til ballastkvalitet Utsatt for råte Gir mindre sideforskyvningsmotstand enn betongsviller 35

36 Tresviller - materialer Furu Levetid ca. 25 år Bøk og eik Levetid ca. 40 år Tropiske regnskogsarter Benyttes ikke pga. miljøhensyn 36

37 Tresviller - problemer Råte Dårlig skruefeste Nedgraving av underlagsplate 37

38 Betongsviller Tunge kg Ingen elastisitet Knuses ved for høye ballastspenninger Påføres stor skade ved avsporinger Gir god sideforskyvningsmotstand Gir (normalt) liten variasjon i sporvidde Er ikke utsatt for råte 38

39 Betongsviller Monoblokk betongsville Toblokk Betongsville 39

40 Feil ved betongsviller Sprekker Slitasje av mellomlegg Skinnen graver seg ned i svillen Store sporutvidelser Avsporing Knusing under svillene Pumpesviller Slitasje på isolatorer Dårlig sporisolasjon Signalfeil Nedsatt sidestabilitet 40

41 Sidestabilitet - sviller Kilde: ORE Q D117 RP8 41

42 Sidestabilitet - sviller Spesialsviller med friksjonsøkende mønster under sville Rammesviller 42

43 Valg av svilletype - kriterier Enhetspriser Trafikktype Ballastkvalitet Tresviller tåler manglende/dårlig ballast Sikkerhet mot solslyng Sidemotstanden er ca 25% lavere med tresviller i forhold til betong Levetid Vedlikeholdsbehov Miljø 43

44 Kreosotimpregnerte tresviller Jernbaneverket kjøper i dag kreosotimpregnerte tresviller fra Tyskland Kreosot er klassifisert som kreftfremkallende Kreosot inneholder PAH-forbindelser og andre tungt nedbrytbare giftige forbindelser Industriell anvendelse av kresot blir forbudt i Europa fra 2013 (EU direktiv ) For avgrensede områder, deriblant jernbane, tillates bruk av kreosot frem til 2018

45 Alternativer til kreosotimpregnerte tresviller Tresviller impregnert med mer miljøvennlige og lovlige oljer Sviller av komposittmaterialer Sviller av resirkulert plast Stålsviller Betongsviller med pålimt svillematte

46 «Sleeper Protect» Sleeper Protect er basert på naturlige oljer i kombinasjon med kobber og ACQ (ammonium og hydrogen). Innhold er tillatt etter EU-regler og vil bli godkjent etter Biozidal Products Directive All impregnering blir gjort i samme utstyr som blir brukt i dag som Rüping-metoden

47 Komposittsviller FFU (Fiber reinforced Foamed Urethane) FFU sviller blir montert hvert år i Japan God elastisitet og lang levetid Foreløpig mye dyrere enn tresviller

48 Sviller av resirkulert plast Kan produseres av plastavfall Plastposer, plastflasker, e.t.c. Foreløpig lite erfaringsgrunnlag Testes for tiden av Network Rail

49 Sviller med svillematter Elastiske gummimatter under svillene reduserer nødvendig ballasthøyde med 5-10 cm Løsning allerede implementert fra 2012

50 Stålsviller Mye lavere byggehøyde enn betong- og tresviller gir plass til mer ballast under svillene Forholdsvis rimelig Dårligere sidestabilitet Utsatt for korrosjon i aggressive miljø

51 Kjøp av sviller (museumsbaner er utelatt)

52

53 Steder hvor elastiske sviller bør benyttes Tunneler med begrenset høyde Under bruer med begrenset høyde på hard undergrunn På traubruer I overgangen mellom stålbruer uten ballast til vanlig spor Her bør det brukes tresviller pga. at det ofte er et hardt parti over landkarene 53

54 Befestigelse Befestigelsens oppgaver Komponenter i befestigelsen Befestigelsessystemer 54

55 Befestigelse Ikke fjærende befestigelse Fjærende befestigelse 55

56 Komponenter betongsviller Innstøpt anker eller skruer i dybler Elastisk mellomlegg Isolatorer Klemfjær 56

57 Moderne elastisk befestigelse 57

58 Moderne elastisk befestigelse 58

59 Komponenter tresviller Underlagsplate av stål Svilleskruer mellomlegg Klemfjær 59

60 Innstøpt anker Pandrol Fastclip FC Pandrol PR / Pandrol e 60

61 Mellomlegg Skal redusere spissbelastninger Mykere mellomlegg gir større demping Mykere mellomlegg gir større bevegelse Må begrenses for å hindre utmatting av fjær Mykere mellomlegg gir mer rulling av skinne 61

62 Mellomlegg Krav til statisk stivhet: kn/mm 62

63 Klemfjær Krav til klemfjærer 63

64 Klemfjærer Pandrol PR clip Pandrol e-clip Pandrol Fastclip 64

65 Fjærkarakteristikker 65

66 Isolatorer Brukes på betongsviller for å isolere elektrisk mellom sville og skinne 66

67 Befestigelse på tresviller Underlagsplate Svilleskrue 67

68 Befestigelsens oppgaver opprettholde tilstrekkelig motstand mot skinnevandring sikre sporvidden hindre utknekking av skinner overføre de vertikale og horisontale krefter fra skinne til sville 68

69 Skinnevandringsmotstand klemkraft til befestigelsen friksjon mellom skinne og mellomlegg friksjon mellom mellomlegg og sville eller underlagsplate friksjon mellom skinnefotens overside og fjæren i befestigelsen 69

70 Skinnevandringsmotstand 70

71 Sporvidde Befestigelsen skal ta opp laterale og vertikale krefter uten at sporvidden påvirkes. For stor sporvidde forårsakes av skinneslitasje slitasje av isolatorer at skinnen ruller i forhold til svillen at underlagsplate graver seg ned i tresville 71

72 Krav til sporvidde Kvalitetsklasse Hastighet (km/h) Nytt spor Avvik i sporvidde (mm) Vedlikeholds grense Tiltaksgrense Umiddelbar grense K /-0 +5/-3 +15/-5 +28/-7 K /-0 +7/-3 +20/-5 +35/-8 K /-0 +7/-3 +20/-5 +35/-9 K /-3 +15/-5 +30/-8 +35/-9 K /-4 +15/-5 +30/-8 +35/-9 K /-5 +15/-5 +30/-8 +35/-9 72

73 Rulling av skinne Elastiske mellomlegg forårsaker mer rulling av skinner i kurver 73

74 Vridningsmotstand Faktorer som påvirker vridningsmotstanden klemkraft opplagerbetingelser til skinnen i lateral retning mot underlagsplate eller skulder materiale i mellomlegget størrelsen på oppleggsflaten 74

75 Vridningsmotstand 75

76 Vertikale krefter Befestigelsen skal overføre både statiske og dynamiske vertikale krefter Mellomleggsplaten skal dempe dynamiske krefter Stive betongsviller krever mykere mellomlegg enn tresviller 10 mm mellomlegg av gummi vanlig i dag Tidligere 5 mm mellomlegg av EVA plast 76

77 Befestigelses systemer En rekke ulike systemer finnes fra ulike leverandører Pandrol Vossloh Nabla 77

78 Pandrol PR 78

79 Pandrol e 79

80 Pandrol Fastclip 80

81 Mekanisering - Pandrol Fastclip 81

82 Pandrol Fastclip FE «Dual Rail» Standard utgave 82

83 Vossloh W 83

84 Nabla 84

85 Pandrol VIPA 85

86 Pandrol Vanguard 86

87 Ballast Funksjon Profiler Krav til materiale 87

88 Ballastens funksjon Overføre vertikale krefter fra svillene og videre nedover i underbygningen Redusere vibrasjonene fra togtrafikken Sikre stabilt underlag for svillene og motstå forskyvning (på langs og tvers) av skinnestigen Sikre drenering og hurtig avrenning fra sporet Gi gode forhold for justering av sporgeometri og sporfeil 88

89 Overføre vertikale krefter Ballastlaget må ha tilstrekkelig tykkelse for å unngå for store spenninger Skal ikke overstige 0,3 Mpa Krever 30 cm ballasttykkelse under sville underkant Ballasttykkelse økes med 5 cm for hastighet over 200km/h 89

90 Sikre stabilt spor Ballastmengde har stor betydning for sidestabilitet Sikkerhet mot solslyng Krav til ballastbredde utenfor svilleender 90

91 Ballastprofiler Profil 1 Tresviller: Betongsviller: R > 500 m R > 400 m Profil 2 Tresviller: Betongsviller: 400 m < R < 499 m 300 m < R < 399 m Profil 3 Tresviller: Betongsviller: 300 m < R < 399 m 250 m < R < 299 m 91

92 Ballastprofil 92

93 Ballastprofil 93

94 Ballastprofil på hardt underlag 94

95 Krav til ballastmateriale Pukk med størrelse mm Fri for organisk materiale Kubisk form 95

96 Ballast JBV Teknisk spesifikasjon - Ballastpukk 96

97 Isolerte skjøter Brukes for å dele inn sporet i elektriske sporfelt Togdeteksjon Utgjør et svakt punkt i det helsveiste sporet 97

98 Isolerte skjøter Skjøter med kraftoverføring gjennom limfuge S type MT Skjøter med kraftoverføring gjennom bolter Exel 98

99 S skjøt 99

100 S skjøt 100

101 MT skjøt 101

102 MT skjøt 102

103 MT skjøt 103

104 Excel skjøt 104

105 Sporveksler Sporvekseltyper Komponenter 105

106 Enkel sporveksel Kort kurve Klotoide Lang kurve 106

107 Kurveveksel En kurveveksel er en enkel veksel som er bøyd 107

108 Kurveveksel 108

109 Usymmetrisk dobbeltveksel TUNGESETT 2 SKINNEKRYSS 3 TUNGESETT 1 SKINNEKRYSS 1 SKINNEKRYSS 2 109

110 Usymmetrisk dobbeltveksel 110

111 Kryssveksler TUNGESETT 1 SIDEKRYSS TUNGESETT 4 ENDEKRYSS TUNGESETT 2 TUNGESETT 3 ENDEKRYSS 111

112 Kryssveksler 112

113 Sporvekseltyper Sporvekseltype Stigning/ Radius Største hastighet i avvik [km/h] Byggelengde [m] Enkel veksel kort kurve 1:9 R ,1 1:9 R ,2 Enkle veksler lang kurve 1:12 R ,5 1:14 R ,2 1:15 R ,2 Enkle veksler-klotoide 1:18,4 R ,4 1:26,1 R ,6 Dobbel kryssveksel 1:9 R ,9 113

114 Sporvekselkomponenter Tungeparti Mellomskinner Kryssparti 114

115 Tungeparti Tungepartiet består av to tungeanordninger som igjen består av: Tunge Stokkskinne Glideplater Befestigelse for skinner og plater evt. tungeruller Tungestøtter 115

116 Tungetyper Leddtunger 35 kg - veksler eldre S49 - veksler Fjærskinnetunger Nyere S49 - veksler Fjærtunger S54 - veksler UIC60 - veksler 116

117 Tungetyper Fjærtunge Fjærskinnetunge 117

118 Tungevandringskontroll S49 - veksler S54/UIC60 - veksler 118

119 Tungeruller 119

120 Glideplater Smørefrie glideplater sparer tid, penger og miljø Krom/nikkel belegg sprøytes på glideplatene Lav friksjonskoeffisient Hardt - gir god slitasjemotstand Korrosjonsbestandig 120

121 Spesialsviller i tungepartiet "kassesville med integrerte driv/kontrollstenger "trafosville" med transformator for sporvekselvarme 121

122 Kryssparti 122

123 Kryss med smidd krysspissblokk 123

124 Helstøpt mangankryss 124

125 Manganstål (Mn12-14) Austenittisk ståltype med stor kalddeformasjonsevne Seigt basismateriale som tåler slag godt Hardt topplag med god slitasjemotstand God sveisbarhet - kan ikke herde Etter deformasjon Før deformasjon HB HB HB HB 125

126 Herding av 12-14% Mn skinnekryss 126

127 Sliping av mangankryss Manganstål trenger noe deformasjon for at overflatelaget skal bli hardt Nye mangankryss vil derfor få noe utvalsinger som må slipes vekk Sliping skal iverksettes når krysset har blitt utsatt for trafikkbelastning mellom og bruttotonn trafikkbelastning 127

128 Skader i skinnekryss 128

129 Skader i skinnekryss 129

130 Skader i skinnekryss 130

131 Skinnekryss med bevegelig krysspiss 131

132 Sporveksel med bevegelig krysspiss 132

133 Ledeskinnekonstruksjoner Fl 1-49 UIC33 133

134 Befestigelse i sporveksler 134

135 Befestigelse i sporveksler 135

136 Spor uten ballast Lavere byggehøyde Mindre vedlikehold Dyrere Få eller ingen justeringsmuligheter 136

137 Pandrol Vanguard 137

138 Edilon 138

139 Rheda ballastfritt spor 139

140 Rheda ballastfritt spor 140

141 Sonneville 141