07 Infrastruktura kolejové dopravy u k á š T ý f a ČUT v Praze Fakulta dopravní Anotace: Téma č. Geometrické parametry železniční koleje geometrické a konstrukční uspořádání železniční koleje převýšení koleje a jeho optimální hodnota nejmenší poloměr směrového oblouku odvození předpisů a parametrů vzestupnic a přechodnic stejnosměrné a protisměrné oblouky bez mezipřímé Geometrické parametry koleje (GPK) konstrukční uspořádání koleje (popisuje vzájemnou polohu kolejnic v koleji): rozchod koleje převýšení vzestupnice geometrické uspořádání koleje: přechodnice kružnicový oblouk mezipřímá podélný sklon (vč. zaoblení lomu nivelety) prostorová poloha koleje - -
07 Charakteristické body koleje Zajištění prostorové polohy koleje Zajišťovací značky druhy: sloupkové (železobetonový sloupek) konzolové hřebové - -
07 Konstr.. a geometr. uspořádaní koleje příčný směr svislý směr geometrické uspořádání koleje (GUK) - relativní odchylky od střednice geometrické veličiny směr koleje (S, SP, SK) podélná výška koleje (, P, K) konstrukční uspořádání koleje (KUK) - přímé míry na koleji základní veličiny rozchod koleje (K) převýšení koleje (PK) odvozené veličiny (ze základních) změna rozchodu koleje na m délky koleje (Z) zborcení koleje (ZK) S / SP směr levého/pravého kolejnicového pásu SK směr koleje v ose / P podélná výška levého/pravého kolejnicového pásu K podélná výška koleje v ose Geometrické parametry koleje (GPK) na železnici opakování jednotka s naklápěcími skříněmi (NS) vozů: osobní souprava v provozu nedělitelná, jejíž všechny vozy mají takovou konstrukci, že jejich skříň se vůči podvozkům může ve směrových obloucích příčně otáčet (naklopit) GPK se posuzují vždy podle nejvyšší povolené rychlosti jízdy vozidla bez naklápěcích skříní v daném úseku koleje pro nejvyšší povolený nedostatek převýšení traťová rychlost (pro jednotky s NS se provádí samostatné posouzení) v jednom úseku koleje může být pro různé skupiny vlaků povolena jiná nejvyšší rychlost ( více rychlostníků neproměnných návěstidel) - 3 -
07 Pravidla pro GPK v Č opakování ČSN 73 6360-. Konstrukční a geometrické uspořádání koleje železničních drah a její prostorová poloha Část : Projektování. X/008 slučuje a aplikuje na Č: dvě EN 3803 o návrhu GPK + technické specifikace pro interoperabilitu pro subsystém infrastruktura pro konvenční i vysokorychlostní systém platí pro rychlosti 0 300 km/h (zahrnuje v sobě národní ustanovení pro rychlosti 0 80 km/h) stavební a technický řád drah (vyhláška M k zákonu o dráhách) umožňuje v Č nejvýše 00 km/h ČSN 73 6360-. Konstrukční a geometrické uspořádání koleje železničních drah a její prostorová poloha Část : Stavba a přejímka, provoz a údržba. X/009 + změna Z Typy (hladiny) hodnot veličin GPK. Standardní hodnota (X n ): vymezuje (shora/zdola) interval doporučených hodnot, mají být dodrženy, zaručují komfort jízdy i optimální údržbu koleje opakování. Mezní hodnota (X lim ): nemá být překročena, překročení je možné zejm. kvůli omezení nebo vyloučení místního snížení projektované rychlosti, při překročení dochází k omezení komfortu cestujících a/nebo ke zvýšení nákladů na údržbu trati, překročení musí být odsouhlaseno vlastníkem infrastruktury 3. Maximální/minimální hodnota (X max / X min ): nesmí být překročena, použije se jen tehdy, když nelze jinak Neměly by se navrhovat kombinace hodnot překračující X lim! - 4 -
07 Typy (hladiny) hodnot veličin GPK opakování ozsah hodnot veličiny (parametru) X omezovaného shora: 0 doporučené hodnoty, zaručen komfort a zároveň optimální údržba X n X lim X max standardní jen pro omezení nebo vyloučení místního snížení rychlosti, mírně omezen komfort nebo zvýšeny náklady na údržbu mezní jen v nezbytných případech (neexistuje jiné řešení), omezen komfort nebo zvýšeny náklady na údržbu, nutný souhlas vlastníka infrastruktury maximální maximální hodnota nesmí být při projektování překročena Nevyrovnané příčné zrychlení v rovině koleje, působící na jedoucí kolejové vozidlo - 5 -
07 Převýšení koleje všechny vlaky jezdí obloukem stejnou rychlostí ( n os ) navrhuje se teoretické převýšení: eq,8 [] mm [] km/h [] m opakování což nastává na tratích určených: výhradně pro osobní dopravu především pro nákladní dopravu pro smíšený provoz se stejnou rychlostí osobních i nákladních vlaků (zpravidla na tratích s nízkou traťovou rychlostí, kterou běžně dosahují i nákladní vlaky) Převýšení koleje vlaky projíždí oblouk různou rychlostí ( n < os ) navrhuje se obecné převýšení (vč. N a min ) při dodržení dalších podmínek; potom platí: os. vlaky projíždí oblouk s nedostatkem převýšení I nákl. vlaky projíždí oblouk s přebytkem převýšení E I eq os,8 os > eq,8 n eq E eq,8 n <, 8 opakování - 6 -
07 Převýšení koleje doporučené převýšení: opakování c N 0 < c <,8 minimální převýšení: min, 8 I max Přebytek převýšení nemá (na rozdíl od nedostatku převýšení) přímý vliv na bezpečnost ovlivňuje jen nároky na údržbu při časté jízdě rychlostí n. Převýšení koleje upozornění k teoretickému a doporučenému převýšení eq a N,,3 : výpočet stanovenými vzorci automaticky nezaručuje dodržení nedostatku převýšení nutno vždy prověřit podmínka pro teoretické převýšení:, 7 lim 50 eq,8,8,8 podmínka pro doporučené převýšení: I eq Nx,8 lim c Nx I,8 c c In /lim/,8 c max - 7 -
07 Převýšení koleje oblouky malého omezení v obloucích < 75 m při lim 50 mm a < 90 m při max 60 mm (zabránění vykolejení nákladních vozů): 50,5 Hodnoty převýšení a jeho přebytku mimo kolejová rozvětvení hladiny hodnot převýšení : min 0 mm lim 50 mm: pro tratě s provozním zatížením do 0 mil. t/rok lim 0 mm: pro tratě s provozním zatížením nad 0 mil. t/rok lim 60 mm: v místě nástupiště max 60 mm (zároveň 90 m) max 0 mm: v místě nástupiště hladiny hodnot přebytku převýšení E: E lim 80 mm E max 0 mm opakování - 8 -
07 Hodnoty nedostatku převýšení mimo kolejová rozvětvení ychlost [km/h] 80 80 < 30 30 < 50 50 < 300 Standardní hodnota I n [mm] 80 60 Mezní hodnota I lim [mm] a ze pouze pro vozidla s omezenými silovými účinky na trať (max. otnost na nápravu 0 t) b ze pouze pro vozidla vlaků osobní dopravy c ze pouze pro poloměr směrového oblouku 50 m. poloměrech < 50 m lze projektovat I max 30 mm pouze pro vozidla s omezenými silovými účinky na trať (max. otnost na nápravu 8 t) 00 80 Maximální hodnota I max [mm] 00 (30 c ) 30 (50 b ) 30 (50 a,b ) 30 Nejvyšší rychlost v oblouku ( + I ) lim +,8 0,9 lim + I K j j - 9 -
07 Optimální hodnota převýšení ) ze znalosti skladby vlaků, resp. jejich otnosti a rychlosti tj. otnost vozidel i nákladu Optimální hodnota převýšení ) dle max. a min. rychlosti vlaků (osobní vlaky max. /traťová/ rychlost, Pn-vlaky min. rychl.): - 0 -
07 Optimální hodnota převýšení ) dle max. a min. rychlosti vlaků (osobní vlaky max. /traťová/ rychlost, Pn-vlaky min. rychl.): M M eq, os eq, n ( ) M I,8 I n ( ) + E,8 + E M os M M Optimální hodnota převýšení - -
07 Optimální hodnota převýšení 3) použitím doporučeného převýšení dle ČSN: 7, pro 0 km/h N 6,5 pro 0 km/h < 60 km/h N 5,9 pro 60 km/h < 00 km/h N3 Nejmenší poloměr oblouku při zohlednění přebytku převýšení (rychlosti jízdy běžných nejpomalejších vlaků) dm, I,8 + I olní indexy: dm dolní mez (lim/min) horní mez (lim/max) lim/min/max dle konkr. případu dm, E dm ( ; I ) E, 8 dm, E,8 ( ) ( ),8 dm E + I E + I,8 { } dm max dm, I ; dm, E dm, E,8 dm I E - -
07 Nejmenší poloměr oblouku dm, krit E + I Přechodnice přechodnici tvaru klotoidy nebo kubické paraboly lze vynechat v následujících případech: ve stísněných poměrech při rychlosti do 60 km/h vč. náhlá změna nedostatku převýšení je menší než: (pro > 30 km/h se obvykle navrhují oblouky s přechodnicemi) Hladiny náhlé změny nedostatku převýšení I [mm] v traťových a hl. kolejích ychlost [km/h] 00 00 < 0 0 < 70 70 < 30 I,8 ± Standard. hodnota I n 50 40 30 Mezní hodnota I lim 85 50 40 Max. hodnota I max 00 +: protisměrné oblouky oblouk a přímá: I,8 -: stejnosměrné oblouky 85 60-3 -
07 Převýšení koleje oporučené poloměry oblouků v obloucích bez převýšení a bez přechodnic: rychlost [km/h] 00 00 < 70 70 < 30 30 < 300 nedostatek převýšení I [mm] 50 40 30 5 poloměr oblouku [m] 0,36 0,95 0,393 0,47 Při rychlosti větší než 00 km/h je vhodné využít hodnoty podle tabulky pouze pro změnu osové vzdálenosti nebo v jiných nezbytných případech, v ostatních případech je účelnější využití přechodnic. ineární vzestupnice a přechodnice přímková vzestupnice + klotoida (ev. ponechání kub. par.) dl. krajní vzestupnice v ose: d n 000 nebo d 3, 6 d dt Součinitel sklonu vzestupnice n [-], časová změna převýšení d/dt [mm/s] ychlost [km/h] 80 80 < 0 0 < 60 60 < 00 00 < 300 n n 0 Standardní (d/dt) n 7,78 3,5 7 8 0 39,68 34,7 7,78 a Současně sklon lineární vzestupnice nemá být větší než :445. b Současně sklon lineární vzestupnice nesmí být větší než :400. n lim 6 a Mezní (d/dt) lim 46,30 a n min 6 b 6 7 8 Max. / Min. (d/dt) max 46,30 b 46,30 39,68 34,7-4 -
07 ineární vzestupnice a přechodnice min. dl. lin. přechodnice: k dl. krajní přechodnice v ose: 0, 7 k ni I 000 a zároveň k 0 m nebo I k 3, 6 di dt ychlost [km/h] 60 60 < 300 Součinitel změny nedostatku převýšení n I [-], časová změna nedostatku převýšení di/dt [mm/s] Standardní hodnota n I,n 0 (di/dt) n 7,78 Mezní hodnota n I,lim 4 8 (di/dt) lim 69,44 34,7 Maximální / minimální hodnota n I,min 4 6 (di/dt) max 69,44 46,30 rozdílná délka lin. vzestupnice a přechodnice je možná jen ve stísněných poměrech a jen při 80 km/h Nelineární vzestupnice a přechodnice vzestupnice + přechodnice podle Blosse (jen krajní) dl. vzestupnice v ose: d,5 n 000 nebo d, 4 d dt Součinitel sklonu vzestupnice n [-], časová změna převýšení d/dt [mm/s] ychlost [km/h] 00 00 < 300 n n - - Standardní (d/dt) n - - 5 a 55,55 4 c 69,44 c a Současně sklon Blossovy vzestupnice nemá v maximu sklonu nalézajícím se uprostřed její délky překročit pro rychlost vyšší než 80 km/h hodnotu : 500. b Současně sklon Blossovy vzestupnice nesmí v maximu sklonu nalézajícím se uprostřed její délky překročit hodnotu : 400. c Současně sklon Blossovy vzestupnice nesmí v maximu sklonu nalézajícím se uprostřed její délky překročit pro rychlost vyšší než 0 km/h hodnotu : 600. n lim 5 Mezní (d/dt) lim 55,55 a n min 4 b Max. / Min. (d/dt) max 69,44 b - 5 -
07 Nelineární vzestupnice a přechodnice dl. přechodnice v ose:,5 ni I k 000 nebo k I, 4 di dt limitní hodnoty součinitele nedostatku převýšení n I a časové změny nedostatku převýšení di/dt uprostřed Blossovy přechodnice: n I,n 5,3 (di/dt) n 5,4 mm/s n I,lim 4,0 (di/dt) lim 69,44 mm/s n I,min 3,0 (di/dt) max 9,59 mm/s Nelineární vzestupnice a přechodnice podmínky použití Blossovy vzestupnice a přechodnice: navrhuje se, není-li možné použít lin. přechodnici a vzestupnici (nejsou standardní hodnoty součinitele sklonu Blossovy vzest.) Blossově vzestupnici musí odpovídat přechodnice jen Blossova dl. Blossovy vzestupnice dl. Blossovy přechodnice v ose vzestupnice nelineární a lineární se nesmí stýkat > 80 km/h; > 80 mm - 6 -
07 Nelineární vzestupnice a přechodnice výhody Blossovy vzestupnice a přechodnice: pozvolná změna křivosti a převýšení proti klotoidě a lin. vzest. není nutné zřizovat podružné zaoblení lomu sklonu na začátku a konci lin. vzestupnice (zaoblení zasahuje před a za vzestupnici) při stejné délce jako u klotoidy a poloměru oblouku se zmenší pořadnice v bodě KP (Y k ) až o 0 % (AE při limitních hodnotách sklonu vzestupnic je Blossova vzest. delší až o 5 %, a tak se pořadnice v KP zvětší až o 39 %) při stejném odsazení kružnicového oblouku (m) jako u klotoidy, poloměru oblouku a nedostatku převýšení se zvýší rychlost (AE dl. přechodnice se zvětší o 9 %) při stejné délce jako u klotoidy a poloměru oblouku se zmenší odsazení kružnicového oblouku (m) o 40 % (AE při limitních hodnotách sklonu vzestupnic je Blossova vzest. delší až o 5 %, a tak se odsazení zmenší třeba jen o 6 %) Porovnání přechodnic a vzestupnic - 7 -
07 Porovnání průběhu křivosti přechodnic křivost [m - ] změna křivosti [m - ],8E-04,6E-04,4E-04,E-04,0E-04 8,0E-05 6,0E-05 4,0E-05,0E-05 0,0E+00 0 50 00 50 00 vzdálenost x [m] Porovnání průběhu změny křivosti přechodnic,8e-06,6e-06,4e-06,e-06,0e-06 8,0E-07 6,0E-07 4,0E-07,0E-07 0,0E+00 0 50 00 50 00 50 vzdálenost x [m] kub.parabola klotoida Bloss Klein kub.parabola klotoida Bloss Klein Porovnání přechodnic a vzestupnic Min. délka prvku konstantní křivosti prvek konst. křivosti: kružnicováčást oblouku, mezipřímá mezi vzestupnicemi: mezi přechodnicemi: neměla by být kratší než platí pro oblouky bez vzestupnic a přechodnic pokud je kratší, posoudí se podle náhlé změny nedostatku/přebytku převýšení oddělující místa s náhlou změnou křivosti: dle rychlosti a druhu koleje (hl. ost.) podle tab. v normě pro nízké rychlosti: dle poloměrů oblouků (nezaklesnutí nárazníků) podle tab. v přílohách normy - 8 -
07 Protisměrné oblouky bez mezipřímé navrhují se v případě nedostatečné mezipřímé lepší řešení než krátká mezipřímá (i když vyhovuje podle požadavků normy) pouze lineární vzestupnice + přechodnice klotoida (nelze Blosse) dvě přechodnice se stýkají v bodě obratu (BO) inflexní bod (inflex) v obou kolejnicových pásech je vzestupnice v bodě obratu jsou oba kolejnicové pásy ve stejné výšce h KPZP nad fiktivním nepřevýšeným kolejnicovým pásem Protisměrné oblouky bez mezipřímé n stejné podmínky jako u krajní vzestupnice - 9 -
07 Protisměrné oblouky bez mezipřímé z podobnosti : n + l k() k () n + p k () k () n n p l n l h KP ZP n k () p h KP ZP k () n p k () k () nl k () k () k () k () n ( ) d, bo k () + k () n + n n + h KP ZP n k () l k () k () + k() k () k () + k () + Protisměrné oblouky bez mezipřímé Současné splnění podmínek: ) pro vzestupnici (resp. pro vzestupnice): ( ) d, bo k () + k () n + ) pro přechodnice (konst. vzd. vrcholů oblouků a jejich úhly): ; i i T + T ( + m ) f T i i t + X αi tg + X + T αi ( ; ) tg + f ( ; ) k( i) i S, S, i S + X k( i) S, i - 0 -
07 Složené oblouky stejnosměrné oblouky rozdílných poloměrů nebo převýšení bez mezipřímé navrhují se v případě nedostatečné mezipřímé lepší řešení než krátká mezipřímá (i když vyhovuje podle požadavků normy) mezilehlá vzestupnice a přechodnice pouze lineární vzestupnice + přechodnice klotoida (nelze Blosse) d, m n ( ) 000 k, m ni I 000,8,8 kde I Složené oblouky náhradní poloměr x poloměr odpovídající rozdílu křivostí dvou kružnicových oblouků stejného smyslu vzájemně napojených mezilehlou přechodnicí pomocná délka přechodnice, délka přechodnice, která by vznikla prodloužením mezilehlé přechodnice až do místa její nulové křivosti a jež odpovídá oblouku o poloměru, úhel tečen obloukůω úhel, jež svírají tečny oblouků poloměrů a v místě vzájemného odsazení od tečny v poč. pomocných přechodnic - -
07 x A k,m x A. A. X tg ω Y S S X Y S S Složené oblouky - -