Overbygning Frode Teigen Jernbaneverket Overbygningens komponenter Skinner Sviller Befestigelse Ballast Sporveksler Skjøter 2
Kraftfordeling i sporet 3 Overbygningsklasser 4
Overbygningsklasser 5 Sporkonstruksjoner 6
Sporkonstruksjoner 7 Skinnehelning 8
Konisitet http://www.thenakedscientists.com/html/experiments/exp/train-tracks-how-trains-go-round-corners/ 9 Skinner Skinneprofiler Skinnekvaliteter Valg av skinnetype Skinnefeil 10
Skinneprofiler - historikk 11 Skinner Skal bære toget Skal føre toget Skal lede returstrøm 12
Skinner - Generelle krav bæreevne slitasjemotstand bruddsikkerhet utmattingsfasthet sveisbarhet jevn kjøreflate tverrprofil god elektrisk ledningsevne 13 14
Skinneprofiler Ny betegnelse Gammel betegnelse 35 kg NSB40 S41 49E1 S49 54E1 UIC54 54E2 UIC54E 54E3 S54 60E1 UIC60 S64 15 Skinneprofiler i JBV 16
700-kvalitet Skinnestålkvaliteter skinner med strekkfasthet > 690 N/mm2. 900-kvalitet skinner med strekkfasthet > 880 N/mm2. Spesialkvaliteter skinner med strekkfasthet > 1080 N/mm2. 17 Skinnekvaliteter 18
Kornstruktur ved 0,8 % C 19 Mekaniske egenskaper Strekk-fasthet Flytegrense Bruddforlengelse Hardhet Skinnekvalitet (N/mm 2 ) (N/mm 2 ) (%) (HB) 700 / R200 min 690 ca. 450 min. 14 200-240 900 / R260 min 880 ca. 550 min. 10 260-300 1100 / R320Cr Min 1080 ca. 720 min. 9 320-360 1200 Min 1180 ca. 780 min. 8 370-400 R350HT [1] Min 1180 ca. 780 min. 9 350-390 R370 LHT Min 1280 ca 830 min 9 350-410 R400 UHC Min 1280 ca 830 min 9 370-440 Bainitt (eks.) Min 1400 ca. 1000 ca. 13 ca. 450 [1] i skinnehodet 20
Skinnestål med høyere fasthet redusert lamellavstand i perlitt gir økt hardhet Mikrolegerte skinner Hodeherdede skinner 21 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
Hodeherdede skinner (350HT) 23 Valg av skinner horisontalgeometri vertikalgeometri aksellast trafikkmengde trafikksammensetning hastighet skinneprofil 24
Levetid skinner - eksempler Ski-Oslo, Norge ca 45 MGT (7 år) R 290 m, Skinnekvalitet UIC 700 Alnabru - Lillestrøm, Norge 250-350 MGT (35-45 år) R 600 -, Skinnekvalitet UIC 900B Tungtransportbaner i USA, Sør Afrika, Australia 800-1200 MGT R 1000 -, Skinnekvaliteter 350-400 HB 25 Valg av skinner Hva begrenser skinnenes levetid? slitasje reduserer skinnens bæreevne øker sporvidden begrensende faktor ved R<400-600 m utmatting Generell utmatting gir økning i antall skinnebrudd Kontaktutmatting Avskallinger og sår 26
Valg av skinner 27 Skinneslitasje 28
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 Valg av skinnestålkvalitet Høyere hardhet gir generelt mindre slitasje dårligere sikkerhet mot sprøbrudd dårligere sikkerhet mot brudd ved sprekker/skader dårligere sveisbarhet 30
Valg av skinnestål 31 Sviller og befestigelse Svilletyper og materialer Valg av svilletyper Befestigelsestyper / oppgaver 32
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 Tresviller Betongsviller Monoblokk To-blokk Svilletyper Stålsviller Komposittsviller Sviller av resirkulert plast 34
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 Tresviller - materialer Furu Levetid ca. 25 år Bøk og eik Levetid ca. 40 år Tropiske regnskogsarter Benyttes ikke pga. miljøhensyn 36
Råte Tresviller - problemer Dårlig skruefeste Nedgraving av underlagsplate 37 Betongsviller Tunge 250-300 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
Betongsviller Monoblokk betongsville Toblokk Betongsville 39 Betongsviller med svillematter Elastiske svillematter limes på undersiden Reduserer ballastspenninger og vibrasjoner Reduserer nødvendig ballasttykkelse med 5-10 cm 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 41 Sidestabilitet - sviller Kilde: ORE Q D117 RP8 42
Sidestabilitet - sviller Spesialsviller med friksjonsøkende mønster under sville Rammesviller 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 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 2011-71) For avgrensede områder, deriblant jernbane, tillates bruk av kreosot frem til 2018 Alternativer til kreosotimpregnerte tresviller Tresviller impregnert med mer miljøvennlige og lovlige oljer Sviller av komposittmaterialer Sviller av resirkulert plast Stålsviller Betongsviller med pålimt svillematte
«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 Komposittsviller FFU (Fiber reinforced Foamed Urethane) 90 000 FFU sviller blir montert hvert år i Japan God elastisitet og lang levetid Foreløpig mye dyrere enn tresviller
Sviller av resirkulert plast Kan produseres av plastavfall Plastposer, plastflasker, e.t.c. Foreløpig lite erfaringsgrunnlag Testes for tiden av Network Rail Sviller med svillematter Elastiske gummimatter under svillene reduserer nødvendig ballasthøyde med 5-10 cm Løsning allerede implementert fra 2012
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 Innkjøp av sviller 2011
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 Befestigelse Befestigelsens oppgaver Komponenter i befestigelsen Befestigelsessystemer 54
Befestigelse Ikke fjærende befestigelse Fjærende befestigelse 55 Komponenter betongsviller Innstøpt anker eller skruer i dybler Elastisk mellomlegg Isolatorer Klemfjær 56
Moderne elastisk befestigelse 57 Moderne elastisk befestigelse 58
Komponenter tresviller Underlagsplate av stål Svilleskruer mellomlegg Klemfjær 59 Innstøpt anker Pandrol Fastclip Pandrol PR / Pandrol e 60
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 Mellomlegg Krav til statisk stivhet: 40-60 kn/mm 62
Krav til klemfjærer Klemfjær 63 Klemfjærer Pandrol PR clip Pandrol e-clip Pandrol Fastclip 64
Fjærkarakteristikker 65 Isolatorer Brukes på betongsviller for å isolere elektrisk mellom sville og skinne 66
Befestigelse på tresviller Underlagsplate Svilleskrue 67 Befestigelsens oppgaver opprettholde tilstrekkelig motstand mot skinnevandring sikre sporvidden hindre utknekking av skinner overføre de vertikale og horisontale krefter fra skinne til sville 68
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 Skinnevandringsmotstand 70
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 Krav til sporvidde Kvalitetsklasse Hastighet (km/h) Nytt spor Avvik i sporvidde (mm) Vedlikeholds grense Tiltaksgrense Umiddelbar grense K0 145 - +4/-0 +5/-3 +15/-5 +28/-7 K1 125-140 +4/-0 +7/-3 +20/-5 +35/-8 K2 105-120 +4/-0 +7/-3 +20/-5 +35/-9 K3 75-100 +4/-3 +15/-5 +30/-8 +35/-9 K4 45-70 +4/-4 +15/-5 +30/-8 +35/-9 K5-40 +5/-5 +15/-5 +30/-8 +35/-9 72
Rulling av skinne Elastiske mellomlegg forårsaker mer rulling av skinner i kurver 73 Vridningsmotstand Faktorer som påvirker vridningsmotstanden klemkraft opplagerbetingelser til skinnen i lateral retning mot underlagsplate eller skulder materiale i mellomlegget størrelsen på oppleggsflaten 74
Vridningsmotstand 75 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
Befestigelses systemer En rekke ulike systemer finnes fra ulike leverandører Pandrol Vossloh Nabla 77 Pandrol PR 78
Pandrol e 79 Pandrol Fastclip 80
Mekanisering - Pandrol Fastclip 81 Pandrol Fastclip FE «Dual Rail» Standard utgave 82
Vossloh W 83 Nabla 84
Pandrol VIPA 85 Pandrol Vanguard 86
Ballast Funksjon Profiler Krav til materiale 87 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
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 Sikre stabilt spor Ballastmengde har stor betydning for sidestabilitet Sikkerhet mot solslyng Krav til ballastbredde utenfor svilleender 90
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 Ballastprofil 92
Ballastprofil 93 Ballastprofil på hardt underlag 94
Krav til ballastmateriale Pukk med størrelse 25-63 mm Fri for organisk materiale Kubisk form 95 Ballast JBV Teknisk spesifikasjon - Ballastpukk https://trv.jbv.no/ts/overbygning/ballast 96
Isolerte skjøter Brukes for å dele inn sporet i elektriske sporfelt Togdeteksjon Utgjør et svakt punkt i det helsveiste sporet 97 Isolerte skjøter Skjøter med kraftoverføring gjennom limfuge S type MT Skjøter med kraftoverføring gjennom bolter Exel 98
S skjøt 99 S skjøt 100
MT skjøt 101 MT skjøt 102
MT skjøt 103 Excel skjøt 104
Sporveksler Sporvekseltyper Komponenter 105 Enkel sporveksel Kort kurve Klotoide Lang kurve 106
Kurveveksel En kurveveksel er en enkel veksel som er bøyd 107 Kurveveksel 108
Usymmetrisk dobbeltveksel TUNGESETT 2 SKINNEKRYSS 3 TUNGESETT 1 SKINNEKRYSS 1 SKINNEKRYSS 2 109 Usymmetrisk dobbeltveksel 110
Kryssveksler TUNGESETT 1 SIDEKRYSS TUNGESETT 4 ENDEKRYSS TUNGESETT 2 TUNGESETT 3 ENDEKRYSS 111 Kryssveksler 112
Sporvekseltyper Sporvekseltype Stigning/ Radius Største hastighet i avvik [km/h] Byggelengde [m] Enkel veksel kort kurve 1:9 R190 35 27,1 1:9 R300 40 33,2 Enkle veksler lang kurve 1:12 R500 65 41,5 1:14 R760 80 54,2 1:15 R760 80 54,2 Enkle veksler-klotoide 1:18,4 R1200 100 65,4 1:26,1 R2500 140 94,6 Dobbel kryssveksel 1:9 R190 40 34,9 113 Sporvekselkomponenter Tungeparti Mellomskinner Kryssparti 114
Tungeparti Tungepartiet består av to tungeanordninger som igjen består av: Tunge Stokkskinne Glideplater Befestigelse for skinner og plater evt. tungeruller Tungestøtter 115 Tungetyper Leddtunger 35 kg - veksler eldre S49 - veksler Fjærskinnetunger Nyere S49 - veksler Fjærtunger S54 - veksler UIC60 - veksler 116
Tungetyper Fjærtunge Fjærskinnetunge 117 Tungevandringskontroll S49 - veksler S54/UIC60 - veksler 118
Tungeruller 119 Glideplater Smørefrie glideplater sparer tid, penger og miljø Krom/nikkel belegg sprøytes på glideplatene Lav friksjonskoeffisient Hardt - gir god slitasjemotstand Korrosjonsbestandig 120
Spesialsviller i tungepartiet "kassesville med integrerte driv/kontrollstenger "trafosville" med transformator for sporvekselvarme 121 Kryssparti 122
Kryss med smidd krysspissblokk 123 Helstøpt mangankryss 124
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 400-500 HB 200-250 HB 200-250 HB 200-250 HB 125 Herding av 12-14% Mn skinnekryss 126
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 600 000 og 800 000 bruttotonn trafikkbelastning 127 Skader i skinnekryss 128
Skader i skinnekryss 129 Skader i skinnekryss 130
Skinnekryss med bevegelig krysspiss 131 Sporveksel med bevegelig krysspiss 132
Ledeskinnekonstruksjoner Fl 1-49 UIC33 133 Befestigelse i sporveksler 134
Befestigelse i sporveksler 135 Spor uten ballast Lavere byggehøyde Mindre vedlikehold Dyrere Få eller ingen justeringsmuligheter 136
Pandrol Vanguard 137 Edilon 138
Rheda ballastfritt spor 139 Rheda ballastfritt spor 140
Sonneville 141