Sporets trasé/Sporgeometri: Forskjell mellom sideversjoner

Fra Lærebøker i jernbaneteknikk
Hopp til navigering Hopp til søk
(→‎Grenseverdier: Tatt vekk noe tekst, skrevet om endel av det som har med overhøyden å gjøre (teksten er uferdig).)
Ingen redigeringsforklaring
 
(137 mellomliggende versjoner av 8 brukere er ikke vist)
Linje 18: Linje 18:
I Norge er sporvidden satt lik 1435 mm. Der denne sporvidden er anordnet betegnes sporet ''normalspor''. Bredere spor kalles ''bredspor'' og smalere spor kalles ''smalspor''.
I Norge er sporvidden satt lik 1435 mm. Der denne sporvidden er anordnet betegnes sporet ''normalspor''. Bredere spor kalles ''bredspor'' og smalere spor kalles ''smalspor''.


Når sporvidden ''s'' inngår i gemetriberegninger, brukes imidlertid en annen sporvidde, s = 1500 mm.
Når sporvidden ''s'' inngår i geometriberegninger, brukes imidlertid en annen sporvidde, s = 1500 mm.


Mer om sporvidde på [http://no.wikipedia.org/wiki/Sporvidde no.wikipedia.org/wiki/Sporvidde]
Mer om sporvidde på [http://no.wikipedia.org/wiki/Sporvidde no.wikipedia.org/wiki/Sporvidde]
Linje 33: Linje 33:
== Kurver i horisontalplanet ==
== Kurver i horisontalplanet ==


I en alminnelig trasé har vi kort fortalt tre elementer: rettlinjer, sirkelkurver og overgangskurver. Sirkelkurvene angis ved radius R som er radius for spormidt. Eldre linjer i Norge har radius helt ned til R = 180 m, som utgjør en svært krapp sirkelkurve. Med dette forstår vi at kurvatur er en av de viktigste faktorene når hastigheten skal imøtekomme dagens krav til effektiv transport. Tabell .1 viser en kurvefordeling for ulike eksisterende baner i Norge:
I en alminnelig trasé har vi tre elementer: rettlinjer, sirkelkurver og overgangskurver. Sirkelkurvene angis ved radius R som er radius for spormidt. Eldre linjer i Norge har radius helt ned til R = 180 m, som utgjør en svært krapp sirkelkurve. Med dette forstår vi at kurvatur er en av de viktigste faktorene når hastigheten skal imøtekomme dagens krav til effektiv transport. Tabeen nedenfor viser en kurvefordeling for ulike eksisterende baner i Norge:


{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
|+ <caption>Kurvefordeling for ulike eksisterende baner i Norge</caption>
|+ <caption>Kurvefordeling for ulike eksisterende baner i Norge</caption>
!  
!  
! R <= 300 m
! R 300 m
! 300 m < R <= 500 m
! 300 m < R 500 m
! 500 m < R <= 1100 m
! 500 m < R 1100 m
! R > 1100 m
! R > 1100 m
! Rettstrekning
! Rettstrekning
! Minste radius
! Minste radius
|-
|-
! Østfoldbanen, vestre linje (prosentfeil)
! Østfoldbanen, vestre linje <!-- Oslo-Kornsjø -->
| 3 %
| 2 %
| 14 %
| 13 %
| 13 %
| 12 %
| 20 %
| 19 %
| 51 %
| 58 %
| 200 m
| 200 m
|-
|-
! Østfoldbanen, østre linje
! Østfoldbanen, østre linje <!-- Ski-Sarpsborg -->
| 2 %
| 3 %
| 18 %
| 17 %
| 17 %
| 17 %
| 20 %
| 16 %
| 43 %
| 46 %
| 250 m
| 239 m
|-
|-
! Dovrebanen
! Dovrebanen <!-- dvs Eidsvoll-Trondheim -->
| 7 %
| 8 %
| 11 %
| 12 %
| 17 %
| 17 %
| 25 %
| 23 %
| 39 %
| 40 %
| 238 m
| 225 m
|-
|-
! Kongsvingerbanen
! Kongsvingerbanen <!-- dvs Lillestrøm-Riksgrensen -->
| 0 %
| 0 %
| 3 %
| 3 %
| 23 %
| 20 %
| 20 %
| 20 %
| 54 %
| 56 %
| 257 m
| 257 m
|-
|-
! Rørosbanen
! Rørosbanen
| 6 %
| 7 %
| 12 %
| 13 %
| 15 %
| 16 %
| 15 %
| 14 %
| 52 %
| 50 %
| 189 m
| 189 m
|-
|-
! Nordlandsbanen
! Nordlandsbanen
| 3 %
| 3 %
| 20 %
| 17 %
| 19 %
| 19 %
| 16 %
| 41 %
| 21 %
| 210 m
| 40 %
| 225 m
|-
|-
! Gjøvikbanen
! Gjøvikbanen
| 20 %
| 20 %
| 15 %
| 16 %
| 16 %
| 16 %
| 18 %
| 23 %
| 31 %
| 25 %
| 230 m
| 200 m
|-
|-
! Bergensbanen
! Bergensbanen <!-- dvs Hønefoss-Bergen -->
| 12 %
| 12 %
| 12 %
| 12 %
| 15 %
| 15 %
| 19 %
| 18 %
| 42 %
| 43 %
| 183 m
| 160 m <!-- kun på Myrdal stasjon, ellers rundt 180-200 som er minste radius -->
|-
|-
! Sørlandsbanen
! Sørlandsbanen <!-- dvs Gulskogen-Stavanger, men burde vært fra Hokksund isteden -->
| 11 %
| 12 %
| 18 %
| 18 %
| 14 %
| 13 %
| 17 %
| 15 %
| 40 %
| 41 %
| 243 m
| 243 m <!-- minste radius opptrer kun ved Kristiansand stasjon -->
|-
|-
! Vestfoldbanen
! Vestfoldbanen <!-- dvs Drammen-Eidanger, men rart banedata ikke oppgir helt til Skien -->
| 12 %
| 9 %
| 11 %
| 11 %
| 11 %
| 14 %
| 25 %
| 21 %
| 43 %
| 42 %
| 180 m
| 180 m
|-
|-
Linje 130: Linje 130:
| 7 %
| 7 %
| 28 %
| 28 %
| 61 %
| 60 %
| 245 m
| 245 m
|-
|-
! Roa - Hønefoss
! Roa - Hønefoss
| 15 %
| 18 %
| 21 %
| 13 %
| 21 %
| 21 %
| 17 %
| 26 %
| 22 %
| 25 %
| 238 m
| 238 m
|-
|-
! Raumabanen
! Raumabanen
| 7 %
| 7 %
| 6 %
| 7 %
| 20 %
| 21 %
| 23 %
| 21 %
| 43 %
| 43 %
| 259 m
| 259 m
|-
|-
! Hell - Storlien
! Meråkerbanen <!-- dvs. Hell-Riksgrensen -->
| 9 %
| 9 %
| 16 %
| 18 %
| 15 %
| 15 %
| 18 %
| 16 %
| 42 %
| 42 %
| 275 m
| 275 m
|-
|-
! Grong - Namsos
! Namsosbanen
| 4 %
| 5 %
| 14 %
| 14 %
| 13 %
| 13 %
| 24 %
| 23 %
| 45 %
| 45 %
| 250 m
| 250 m
|-
|-
! Randsfjordbanen (prosentfeil)
! Randsfjordbanen <!-- dvs Hokksund-Hønefoss-Bergermoen (Randsfjorden) -->
| 5 %
| 5 %
| 22 %
| 21 %
| 21 %
| 23 %
| 15 %
| 18 %
| 37 %
| 35 %
| 196 m <!-- minste radius opptrer kun like ved Hønefoss stasjon -->
| 240 m
|-
|-
! Flåmsbanen
! Flåmsbana
| 52 %
| 51 %
| 5 %
| 5 %
| 9 %
| 8 %
| 1 %
| 1 %
| 33 %
| 35 %
| 130 m
| 130 m
|-
|-
! Asker - Spikkestad
! Spikkestadbanen <!-- dvs Asker-Spikkestad -->
| 9 %
| 7 %
| 11 %
| 12 %
| 12 %
| 19 %
| 14 %
| 50 %
| 22 %
| 263 m
| 45 %
| 269 m
|-
|-
! Arendalslinjen
! Arendalsbanen
| 33 %
| 32 %
| 13 %
| 13 %
| 7 %
| 7 %
| 21 %
| 18 %
| 27 %
| 30 %
| 210 m
| 210 m
|-
|-
! Ofotbanen
! Ofotbanen
| 30 %
| 24 %
| 20 %
| 21 %
| 12 %
| 14 %
| 9 %
| 8 %
| 29 %
| 33 %
| 250 m
| 250 m
|-
|-
! Øvrige strekninger
! Drammenbanen <!-- dvs Oslo S-Asker-Drammen-Gulskogen, men burde vel stoppet i Drammen -->
| 14 %
| 1 %
| 9 %
| 11 %
| 12 %
| 12 %
| 14 %
| 24 %
| 52 %
| 51 %
| -
| 246
|-
|-
! Totalt
! Totalt <sup>1)</sup>
| %
| 8 %
| %
| 15 %
| %
| 15 %
| %
| 19 %
| %
| 43 %
| 130 m
| 130 m
|}
|}
# Totalsum for banene nevnt ovenfor. Øvrige baner i Norge (eksempelvis sidespor som Numedalsbanen eller museumsbaner som Krøderbanen) er ikke inkludert.


== Rettlinjer ==
== Rettlinjer ==
Linje 227: Linje 228:


Rettlinjen som traseringselement er relativt uproblematisk. Geometrisk sett er det ingen hastighetsbegrensninger på rettlinjen (men mange andre faktorer kan være begrensende, se for eksempel Hastighetsberegninger). Det eneste kravet sporgeometrien setter til rettlinjen er at den ikke må være for kort:
Rettlinjen som traseringselement er relativt uproblematisk. Geometrisk sett er det ingen hastighetsbegrensninger på rettlinjen (men mange andre faktorer kan være begrensende, se for eksempel Hastighetsberegninger). Det eneste kravet sporgeometrien setter til rettlinjen er at den ikke må være for kort:
* Mellom motsattrettede sirkelkurver med små radier er det fare for ombufring dersom ikke rettlinjen derimellom er over en viss lengde
* Mellom motsattrettede sirkelkurver med små radier er det fare for ombufring (se avsnittet [[Sporets trasé/Sporgeometri#Bufferoverdekning i kontrakurve|bufferoverdekning i kontrakurve]]) dersom ikke rettlinjen derimellom er over en viss lengde
* Mellom kurver uten overgangskurver bør det være en rettlinje av en viss lengde for å hindre at passasjerene opplever flere brå bevegelser i vognen rett etter hverandre.
* Mellom kurver uten overgangskurver bør det være en rettlinje av en viss lengde for å hindre at passasjerene opplever flere brå bevegelser i vognen rett etter hverandre.
* Generelt er det en fordel for passasjerenes komfort at vognen befinner seg minst 1-2 sekunder i hver rettlinje.
* Generelt er det en fordel for passasjerenes komfort at vognen befinner seg minst 1-2 sekunder i hver rettlinje.




{{eksempel|'''Eksempel:''' I Norge per 2014 skal rettlinjer ikke være kortere enn følgende:
{{eksempel|'''Eksempel 1:''' I Norge per 2014 skal rettlinjer ikke være kortere enn følgende:


{{(!}} class{{=}}"wikitable"
{{(!}} class{{=}}"wikitable"
Linje 298: Linje 299:
| <math>v_\text{maks} = \sqrt{R \left(\frac{gh}{s}+j_\text{u,maks}\right)}</math> [m/s], || (5)
| <math>v_\text{maks} = \sqrt{R \left(\frac{gh}{s}+j_\text{u,maks}\right)}</math> [m/s], || (5)
|}
|}
der grenseverdien ''j<sub>u,maks</sub>'' har ulik verdi avhengig av togtype, kurveradius, banestandard eller andre parametre fastsatt av den enkelte forvaltning. Verdien av ''j<sub>u,maks</sub>'' ligger vanligvis i intervallet 0,5 - 1,5 m/s<sup>3</sup>.
der grenseverdien ''j<sub>u,maks</sub>'' har ulik verdi avhengig av togtype, kurveradius, banestandard eller andre parametre fastsatt av den enkelte forvaltning. Verdien av ''j<sub>u,maks</sub>'' ligger vanligvis i intervallet 0,5 - 1,5 m/s<sup>2</sup>.


For spor uten overhøyde reduseres (5) til
For spor uten overhøyde reduseres (5) til
Linje 306: Linje 307:
der ''j<sub>u</sub>'' er lik ''j'' fordi gravitasjonen ikke kompenserer noe av sideakselerasjonen.
der ''j<sub>u</sub>'' er lik ''j'' fordi gravitasjonen ikke kompenserer noe av sideakselerasjonen.


{{eksempel|'''Eksempel:''' En sirkelkurve har radius ''R'' {{=}} 350 meter og overhøyde ''h'' {{=}} 140 mm. Dersom ''j<sub>u,maks</sub>'' {{=}} 0.98 m/s<sup>3</sup>, blir maksimal hastighet i kurven
{{eksempel|'''Eksempel 2:''' En sirkelkurve har radius ''R'' {{=}} 350 meter og overhøyde ''h'' {{=}} 140 mm. Dersom ''j<sub>u,maks</sub>'' {{=}} 0.98 m/s<sup>2</sup>, blir maksimal hastighet i kurven


<math>v_\text{maks} = \sqrt{350 \left(\frac{9,81 \cdot 140}{s}+0,98\right)} \approx 25,8 \;\text{m/s}</math>
<math>v_\text{maks} = \sqrt{350 \left(\frac{9,81 \cdot 140}{s}+0,98\right)} \approx 25,8 \;\text{m/s}</math>
Linje 322: Linje 323:
som tilsvarer ca 67 km/h.
som tilsvarer ca 67 km/h.
}}
}}


=== Likevektshastighet og teoretisk overhøyde ===
=== Likevektshastighet og teoretisk overhøyde ===
Linje 348: Linje 348:
| <math>h_\text{teor} = \frac{s\cdot v^2}{g\cdot R}</math> || (8)
| <math>h_\text{teor} = \frac{s\cdot v^2}{g\cdot R}</math> || (8)
|}
|}
{{eksempel|'''Eksempel 3:''' Ved radius ''R'' {{=}} 600 meter og overhøyde ''h'' {{=}} 100 mm er likevektshastigheten
<math>v_\text{likevekt} = \sqrt{600\cdot 9,81 \cdot\frac{100}{1500}} \approx 19,8 \text{ m/s} \approx 71 \text{ km/h}</math>.
Dersom man ønsker å øke likevektshastigheten til 80 km/h (tilsv. 22,22 m/s), kan man regne ut hvor stor overhøyden da må være:
<math>h_\text{teor} = \frac{1500\cdot (22,22)^2}{9,81\cdot 600} \approx 125,8 \text{ mm}</math>
}}




Linje 375: Linje 385:
Innsatt med verdier for ''s'' og ''g'' får vi at I ≈ 153 <math>\cdot</math> j<sub>u</sub>. Manglende overhøyde er altså et begrep som gir akkurat samme informasjon som den ukompenserte sideakselerasjonen, men i jernbanesammenheng er det mer vanlig å bruke manglende overhøyde.
Innsatt med verdier for ''s'' og ''g'' får vi at I ≈ 153 <math>\cdot</math> j<sub>u</sub>. Manglende overhøyde er altså et begrep som gir akkurat samme informasjon som den ukompenserte sideakselerasjonen, men i jernbanesammenheng er det mer vanlig å bruke manglende overhøyde.


=== Grenseverdier ===


Ved fastsettelse av grenseverdien(e) j<sub>u,maks</sub> (I<sub>maks</sub>), er det særlig fire hensyn som skal ivaretas:
{{eksempel|'''Eksempel 4:''' Ved å snu på ligning 9 kan hastigheten finnes uttrykt ved manglende overhøyde også:


* passasjerenes komfort
<math>v_\text{maks} = \sqrt{\frac{gR}{s} \cdot (h+I_\text{maks})}</math> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; (11)
* sikkerhet mot sideforskyvning av sporet
* sikkerhet mot avsporing
* sikkerhet mot velting


Setter inn kjente størrelser og multipliserer med 3,6 for å få hastighet i km/h:


En tommelfingerregel er at så lenge passasjerkomforten er ivaretatt, er de tre sikkerhetshensynene også godt innenfor kravet. En cirka tallfesting av sikkerhetskravene kan gis utfra verdier for manglende overhøyde:
<math>V_\text{maks} = 0,291\cdot \sqrt{R (h+I_\text{maks})}</math> &nbsp;&nbsp; (12)


* sideforskyvning: I > 200 mm
Kan da regne ut eksempel 2 på nytt med den forenklede formelen (<math>j_\text{u,maks} = 0,98 \text{ m/s}</math> tilsvarer <math>I_\text{maks} = 150 \text{ mm}</math>) og se at svaret blir det samme:
* avsporing: I > 300 mm
* velting: I > 400 mm


De fleste forvaltninger har grenseverdier for I på mellom 100 mm og 200 mm, avhengig av faktorer som materielltype, sporstandard, kurveradius med mer (se eksempel nedenfor). Når sideforskyvning, avsporing og velting likevel skjer, skyldes dettes om regel at I/j<sub>u</sub> har vært altfor høy i et kort tidsintervall: I virkeligheten danner ingen kurver perfekte sirkelsegmenter og sporfeil og feil på materiellet gir dynamiske virkninger som kommer i tillegg til de beregnede kreftene. I denne sammenheng har faste punkter i sporet (f.eks sporveksler, broer uten ballast, planoverganger) samme virkning som sporfeil.
<math>V_\text{maks} = 0,291\cdot \sqrt{350\cdot (140+150)} = 93 \text{ km/h}</math>
}}


{{eksempel|'''Eksempel på grenseverdier:'''
=== Rullvinkel ===


{{(!}} class{{=}}"wikitable"
[[Bilde:Sporgeo_rullvinkel.png|right|300px|thumb|Figur 2 - Vogna krenger utover med rullvinkelen ρ. Vinkelen β skyldes overhøyden.]]
{{!}}-
! Banedanmark for aksellast ≤ 22,5 tonn og 60-kilos skinner:
{{!}}-
{{!}}
* for alle tog hvor V ≤ 140 km/h:  I {{=}} 130 mm<br />
* for alle tog hvor 140 km/h < V ≤ 250 km/h: I {{=}} 150 mm<br />
* for særlige togsett: I {{=}} 160 mm
{{!}}-
! Trafikverket, Sverige, for hastigheter ≤ 250 km/h:
{{!}}-
{{!}}
* togkategori A: I {{=}} 100 mm<br />
* togkategori B: I {{=}} 150 mm<br />
* togkategori S: I {{=}} 245 mm<br />
(togkategoriene er satt utfra hvilken manglende overhøyde togene er godkjent for og kategori S skal i tillegg ha krengemekanisme)
{{!}}-
! Jernbaneverket, Norge:
{{!}}-
{{!}}
* konvensjonelt materiell: I {{=}} 100-150 mm avhengig av radius<br />
* plussmateriell: I {{=}} 130-160 mm avhengig av radius<br />
* krengetogsmateriell: I {{=}} 160-245 mm avhengig av radius<br />
(konvensjonelt materiell er hovedsaklig godstog og plussmateriell hovedsaklig persontog)
{{!)}}
}}




I [[Spor/Overbygning/Sporgeometri#Rullvinkel|avsnittet om rullvinkel]] forklares det hvordan fjæringen av materiellet i en sving reduserer effekten av overhøyden. Grenseverdien for komfort må derfor også ta hensyn til ulike typer materiell i tillegg til spor og sporstandard. Komfortbegrepet blir forøvrig nøye gjennomgått i kapitlet ''Krengetogstilpasning utfra komfort'', men det kan nevnes at grenseverdiene som er diskutert her må variere med hvorvidt en passasjer sitter, står eller går i vogna.
Den ukompenserte sideakselerasjonen (j<sub>u</sub>) gjør at vognkassens fjæranordning blir usymmetrisk belastet, og vogngulvet får en vinkel med sporplanet, som vist på figur 2. Denne vinkelen kalles ''rullvinkel'' eller ''rullingsvinkel''. Rulling av vognkassen vil delvis oppheve effekten av overhøyden når vognen kjøres med større fart enn likevektshastigheten.




Det må også fastsettes noen grenseverdier for overhøyden, h:
Som følge av rullingen blir den ukompenserte sideakselerasjonen som passasjerene merker større enn j<sub>u</sub>. På samme måte som i [[Spor/Overbygning/Sporgeometri#Sentripetalakselerasjon_og_sideakselerasjon|sentripetalakselerasjon og sideakselerasjon]] kan vi finne sideakselerasjonens komponent langs vogngulvet (''J'') og gravitasjonens komponent vinkelrett på vogngulvet (''g''''). Akselerasjonen ''J'' kalles ''effektiv sideakselerasjon'' eller ''merkbar ukompensert sideakselerasjon''. Den er et bedre mål for kjørekomfort enn j<sub>u</sub>, men den er avhengig av type materiell. Rullvinkelen er vanligvis proporsjonal med j<sub>u</sub>:
* en absolutt maksverdi, h<sub>maks</sub>. I Norge er h<sub>maks</sub> = 150 mm, men noen forvaltninger tillater opp til 180 mm. Høyere verdi tillater større hastighet for de raskeste tog, men er uheldig for saktegående godstog og for steder hvor toget kan komme til å stoppe.
* en maksverdi som er avhengig av kurveradius på grunn av avsporingsfaren ved lav hastighet i krappe kurver. For eksempel anbefaler standarden EN 13803 å begrense overhøyden til h<sub>avsp</sub> = <math>\tfrac{R-50}{1,5}</math> [mm] (der radius er gitt i m) for kurver med radius mindre enn 320 m.
* en maksverdi som er avhengig av overgangskurvens lengde og hastighet, utfra hvilken rampestigningshastighet som tillates, se avsnittet om overgangskurver.


{|style="width:300px;"
|-
| <math>J = (1+r)\cdot j_u</math>, || (13)
|}
der ''r'' er ''rullvinkelkoeffisienten''. Den kan beregnes eller fastlegges ved forsøk.
[[Bilde:Sporgeo_følte_akselerasjoner.png|right|500px|thumb|Figur 3 - Følte akselerasjoner i en vogn: a) uten overhøyde og rulling, b) kun med overhøyde, c) med både overhøyde og rulling, d) sammenlikning av a) til c).]]
For vanlige normalsporede gods- og personvogner ligger rullvinkelkoeffisienten i størrelsesorden 0,1-0,6. For NSBs B7-vogner er r = 0,2. For krengetog blir situasjonen motsatt, i og med at vogna lener seg innover i stedet for utover i kurven. Rullvinkelkoeffisient blir altså negativ. For NSBs krengetog (''Signatur'') ligger rullvinkelkoeffisienten på ca. r = -0,55 og for SJs X2000 er r = -0,7.
Ved å betrakte figur 4, kan vi utlede sammenhengen mellom rullvinkelkoeffisienten ''r ''og rullvinkelen ''ρ'' fra ligning 13:




Med gitt hastighet kan vi finne en minsteverdi for overhøyden. Setter vi overhøyden høyere enn ''h<sub>min''</sub>, vil den ukompenserte sideakselerasjonen også bli mindre enn ''j<sub>u,maks''</sub> . I tillegg til det absolutte taket for overhøyder på 150 mm, skal overhøyden aldri overstige den teoretiske overhøyden (ukompensert sideakselerasjon lik null) for det raskeste toget på sporet. Gitt lengden på overgangskurven, må heller ikke overhøyden være så stor at rampestigningshastigheten blir for høy. I siste omgang innebærer lav hastighet i krappe kurver en fare for avsporing når overhøyden blir stor. Oppsummert med formler har vi følgende grenseverdier for overhøyden:
[[Bilde:Sporgeo_akselerasjoner_vogn.png|right|200px|thumb|Figur 4 - Akselerasjoner med retninger for en vogn påvirket av både overhøyde og rulling.]]
 


{|style="width:500px;"
{|style="width:500px;"
|-
|-
| 1) || <math>h \geq \frac{s}{g}\left(\frac{v^2}{R} - j_{u\text{,maks}}\right) = \frac{sv^2}{gR} - I_\text{maks}</math> ||
| <math>\frac{v^2}{R}\cdot\cos (\beta-\rho) - g\cdot\sin (\beta-\rho) = j_u (1+r) = J</math> || (14)
|-
| 2) || <math>h \leq h_\text{likevekt} = \frac{sv^2}{gR}</math> ||
|-
| 3) || <math>h \leq h_\text{maks} = 150\text{mm}</math> || (12)
|-
| 4)<sup>*</sup> || a) <math>h_\text{avsp} \leq \frac{\left(R-100\right)}{2}</math> b) <math>h_\text{avsp} \leq 1,05\cdot\left(R-100\right)</math> ||  
|-
| 5) || <math>h \leq k\cdot\frac{L}{V},\text{der}k = 3,6\cdot\frac{\text{d}h}{\text{d}t}</math> ||
|}
|}


<nowiki>*</nowiki>) Formlene 4 a) og b) gjelder for hhv. nye baner og eksisterende baner.


 
Jamfør tidligere tilnærminger, kan vi sette cosβ ≈ cosρ ≈ 1. Med sinβ = h/s kan vi med litt regning komme fram til følgende uttrykk for rullvinkelkoeffisienten:
Ligning 1) i 12 er skrevet med tanke på de raskeste togene, hvor vi kjører med manglende overhøyde. Ligningen er den samme for godstog, bortsett fra at vi legger til overskuddsoverhøyden i stedet for å trekke fra den manglende overhøyden. For V<sub>G</sub> = 80 km/h får vi:




{|style="width:400px;"
{|style="width:400px;"
|-
|-
| <math>h = \frac{75500}{R}+\{50,70,90\}\text{ved}R\leq 600 m</math> ||
| <math>r = \frac{\sin\rho}{j_u}\left(j_u \cdot\frac{h}{s}+g\cdot\frac{h^2}{s^2}+g\right)</math> || (15)
|-
| || (13)<sup>*</sup>
|-
| <math>h = \frac{75500}{R}+\{70, 100,110\}\text{ved}R> 600 m</math> ||
|}
|}


<nowiki>*</nowiki>)De tre verdiene for overskuddsoverhøyden (i klammeparentes) gjelder for hhv. normale og minstekrav for nye baner og krav for eksisterende baner.


Uttrykket kan imidlertid forenkles gjennom tilnærming. På grunn av at rullvinkelen er liten, kan vi tilnærme sinρ med ρ . Dessuten er de to første leddene i parentesen i formel 15 så små at vi kan utelate dem for deretter å oppveie dem ved å sette tyngdeakselerasjonen ''g'' = 10. Dermed får vi et svært enkelt uttrykk for rullvinkelkoeffisienten:


Konstanten k i ligning 5) i 12 får etter gjeldende grenseverdier for traséparametre verdier som angitt i tabell 3.


 
{|style="width:300px;"
''Tabell 2.3Beregningsgrunnlag for overhøyden pga. rampestignings-hastighet''
 
{| class="wikitable"
|+ Tabell 2 - Beregningsgrunnlag for overhøyden pga. rampestignings-hastighet
! Krav/bane
! dh/dt
! k
|-
| normale krav, nye baner
| 28
| 100
|-
|-
| minstekrav, nye baner - V > 120 km/h
| <math>r = \frac{10\cdot\rho}{j_u}</math> || (16)
| 35
| 126
|-
| minstekrav, nye baner - V ≤ 120 km/h
| 46
| 166
|-
| eksisterende baner - konvensjonelt materiell
| 55
| 198
|-
| eksisterende baner - krengemateriell
| 75
| 270
|}
|}


=== Rullvinkel ===
der ''ρ'' er i radianer.
 
<center>[[Fil:Sporgeo_rullvinkel.png|frame|Figur 2 - Vogna krenger utover med rullvinkelen ρ. Vinkelen β skyldes overhøyden.]]</center>


Den ukompenserte sideakselerasjonen (j<sub>u</sub>) gjør at vognkassens fjæranordning blir usymmetrisk belastet, og vogngulvet får en vinkel med sporplanet, som vist på figur 2. Denne vinkelen kalles ''rullvinkel'' eller ''rullingsvinkel''. Rulling av vognkassen vil delvis oppheve effekten av overhøyden når vognen kjøres med større fart enn likevektshastigheten.


 
Likning 16 innsatt i utgangslikningen gir effektiv sideakselerasjon som funksjon av rullvinkelen:
Som følge av rullingen blir den ukompenserte sideakselerasjonen som passasjerene merker større enn j<sub>u</sub>. På samme måte som i [[Spor/Overbygning/Sporgeometri#Sentripetalakselerasjon_og_sideakselerasjon|sentripetalakselerasjon og sideakselerasjon]] kan vi finne sideakselerasjonens komponent langs vogngulvet (''J'') og gravitasjonens komponent vinkelrett på vogngulvet (''g''''). Akselerasjonen ''J'' kalles ''effektiv sideakselerasjon'' eller ''merkbar ukompensert sideakselerasjon''. Den er et bedre mål for kjørekomfort enn j<sub>u</sub>, men den er avhengig av type materiell. Rullvinkelen er vanligvis proporsjonal med j<sub>u</sub>:




{|style="width:300px;"
{|style="width:300px;"
|-
|-
| <math>J = (1+r)\cdot j_u</math>, || (14)
| <math>J = j_u+10\rho</math> || (17)
|}
|}
der ''r'' er ''rullvinkelkoeffisienten''. Den kan beregnes eller fastlegges ved forsøk.


<center>[[Fil:Sporgeo_følte_akselerasjoner.png|frame|Figur 3 - Følte akselerasjoner i en vogn: a) uten overhøyde og rulling, b) kun med overhøyde, c) med både overhøyde og rulling, d) sammenlikning av a) til c).]]</center>


Når denne forenklede formelen tas i bruk, må det nevnes at dynamiske bidrag er utelatt. Disse vil i praksis øke den effektive sideakselerasjonen J ytterligere, men beregningsmessig er det alltid j<sub>u</sub> som er traseringselementet. Det kan allikevel nevnes at J til en viss grad er tatt hensyn til i regelverket for mange forvaltninger ved at det benyttes ulike traseringsparametre for ulike togtyper.


For vanlige normalsporede gods- og personvogner ligger rullvinkelkoeffisienten i størrelsesorden 0,1-0,6. For NSBs B7-vogner er r = 0,2. For krengetog blir situasjonen motsatt, i og med at vogna lener seg innover i stedet for utover i kurven. Rullvinkelkoeffisient blir altså negativ. For NSBs krengetog (''Signatur'') ligger rullvinkelkoeffisienten på ca. r = -0,55 og for SJs X2000 er r = -0,7.


Uten å gå inn på beviset her, kan det vises at rullvinkelen i stor grad er proporsjonal med sideakselerasjonen, slik at det finnes en konstant ''c'' som gir ''ρ = c j''<sub>u</sub> . I ligning 16 får vi da eliminert hele sideakselerasjonen ''j''<sub>u</sub> , og rullvinkelkoeffisienten blir en konstant for hvert enkelt rullende materiell. De avgjørende elementer blir da lastens masse og plassering, egenskaper og plassering til vognas fjæringssystem.


Ved å betrakte figur 4, kan vi utlede sammenhengen mellom rullvinkelkoeffisienten ''r ''og rullvinkelen ''ρ'' fra ligning 14:
=== Grenseverdier ===


Ved fastsettelse av grenseverdien(e) j<sub>u,maks</sub> (I<sub>maks</sub>), er det særlig fire hensyn som skal ivaretas:


<center>[[Fil:Sporgeo_akselerasjoner_vogn.png|frame|Figur 4 - Akselerasjoner med retninger for en vogn påvirket av både overhøyde og rulling.]]</center>
* passasjerenes komfort
* sikkerhet mot sideforskyvning av sporet
* sikkerhet mot avsporing
* sikkerhet mot velting




{|style="width:500px;"
En tommelfingerregel er at så lenge passasjerkomforten er ivaretatt, er de tre sikkerhetshensynene også godt innenfor kravet. En cirka tallfesting av sikkerhetskravene kan gis utfra verdier for manglende overhøyde (dette er gamle og sannsynligvis noe utdaterte verdier):
|-
| <math>\frac{v^2}{R}\cdot\cos (\beta-\rho) - g\cdot\sin (\beta-\rho) = j_u (1+r) = J</math> || (15)
|}


* sideforskyvning: I > 200 mm
* avsporing: I > 300 mm
* velting: I > 400 mm


Jamfør tidligere tilnærminger, kan vi sette cosβ ≈ cosρ ≈ 1. Med sinβ = h/s kan vi med litt regning komme fram til følgende uttrykk for rullvinkelkoeffisienten:
De fleste forvaltninger har grenseverdier for I på mellom 100 mm og 200 mm, avhengig av faktorer som materielltype, sporstandard, kurveradius med mer (se eksempel nedenfor). Når sideforskyvning, avsporing og velting likevel skjer, skyldes dettes om regel at I/j<sub>u</sub> har vært altfor høy i et kort tidsintervall: I virkeligheten danner ingen kurver perfekte sirkelsegmenter og sporfeil og feil på materiellet gir dynamiske virkninger som kommer i tillegg til de beregnede kreftene. I denne sammenheng har faste punkter i sporet (f.eks sporveksler, broer uten ballast, planoverganger) samme virkning som sporfeil.




{|style="width:400px;"
{{eksempel|'''Eksempel på grenseverdier:'''
|-
| <math>r = \frac{\sin\rho}{j_u}\left(j_u \cdot\frac{h}{s}+g\cdot\frac{h^2}{s^2}+g\right)</math> || (16)
|}


 
{{(!}} class{{=}}"wikitable"
Uttrykket kan imidlertid forenkles gjennom tilnærming. På grunn av at rullvinkelen er liten, kan vi tilnærme sinρ med ρ . Dessuten er de to første leddene i parentesen i 16 så små at vi kan utelate dem for deretter å oppveie dem ved å sette tyngdeakselerasjonen ''g'' = 10. Dermed får vi et svært enkelt uttrykk for rullvinkelkoeffisienten:
{{!}}-
! colspan{{=}}2 {{!}}Banedanmark
{{!}}-
! Maksimal manglende overhøyde I <sup>1)</sup> !! Maksimal overhøyde h
{{!}}-
{{!}}
* for alle tog hvor V ≤ 140 km/h:  I {{=}} 130 mm<br />
* for alle tog hvor 140 km/h < V ≤ 250 km/h: I {{=}} 150 mm<br />
* for særlige togsett: I {{=}} 160 mm
{{!}} h {{=}} 160 mm
{{!}}-
! colspan{{=}}2 {{!}}Trafikverket, Sverige
{{!}}-
! Maksimal manglende overhøyde I <sup>2)</sup> !! Maksimal overhøyde h
{{!}}-
{{!}}
* togkategori A: I {{=}} 100 mm<br />
* togkategori B: I {{=}} 150 mm<br />
* togkategori S: I {{=}} 245 mm<br />
{{!}} h {{=}} 160 mm
{{!}}-
! colspan{{=}}2 {{!}}Bane NOR, Norge
{{!}}-
! Maksimal manglende overhøyde I <sup>3)</sup> !! Maksimal overhøyde h
{{!}}-
{{!}}
* konvensjonelt materiell: I {{=}} 100-150 mm avhengig av radius<br />
* plussmateriell: I {{=}} 130-160 mm avhengig av radius<br />
* krengetogsmateriell: I {{=}} 160-245 mm avhengig av radius<br />
{{!}} h {{=}} 150 mm
{{!)}}
# Ved aksellast ≤ 22,5 tonn og 60-kilos skinner
# For hastigheter ≤ 250 km/h. Togkategoriene er satt utfra hvilken manglende overhøyde togene er godkjent for og kategori S skal i tillegg ha krengemekanisme.
# Konvensjonelt materiell er hovedsaklig godstog og plussmateriell hovedsaklig persontog.
(Alle verdier per februar 2014.)
}}




{|style="width:300px;"
I [[Spor/Overbygning/Sporgeometri#Rullvinkel|avsnittet om rullvinkel]] forklares det hvordan fjæringen av materiellet i en sving reduserer effekten av overhøyden. Grenseverdien for komfort må derfor også ta hensyn til ulike typer materiell i tillegg til spor og sporstandard. Komfortbegrepet blir forøvrig nøye gjennomgått i kapitlet ''Krengetogstilpasning utfra komfort'', men det kan nevnes at grenseverdiene som er diskutert her må variere med hvorvidt en passasjer sitter, står eller går i vogna.
|-
| <math>r = \frac{10\cdot\rho}{j_u}</math> || (17)
|}


der ''ρ'' er i radianer.


Det må også fastsettes noen grenseverdier for overhøyden, h:
* en absolutt maksimalverdi, h<sub>maks</sub>. I Norge er h<sub>maks</sub> = 180 mm (for nye persontrafikkbaner, for øvrige baner er h<sub>maks</sub> = 150 mm). Høyere verdi tillater større hastighet for de raskeste tog, men er uheldig for saktegående godstog og for steder hvor toget kan komme til å stoppe.
* en maksimalverdi som er avhengig av kurveradius på grunn av avsporingsfaren ved lav hastighet i krappe kurver. For eksempel anbefaler standarden EN 13803 å begrense overhøyden for kurver med radius mindre enn 320 m til
:::<math>h_\text{avsp} = \tfrac{R-50}{1,5}</math> [mm] (der radius er gitt i m) ;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; (18)
* en maksimalverdi som er avhengig av overgangskurvens lengde og hastighet, utfra hvilken rampestigningshastighet som tillates, se [[Spor/Overbygning/Sporgeometri#Overgangskurver_og_overh.C3.B8yderamper|avsnittet om overgangskurver]].
* en minimumsverdi utfra hastighet til raskeste tog, finnes ved å snu ligning 5:
:::<math>h_\text{min} = \frac{s}{g}\left(\frac{(v_\text{maks})^2}{R}-j_\text{u,maks}\right)</math> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; (19)
* en maksimumsverdi utfra hastighet til raskeste tog; det er aldri noe poeng å ha større overhøyde enn den overhøyden som gir likevektshastighet for raskeste tog:
:::<math>h_{maks} \leq h_{teor} = \frac{s \cdot (v_\text{maks})^2}{gR}</math> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; (20)
== Overgangskurver og overhøyderamper ==
[[Bilde:Overhoyderampe-overgangskurve.svg|right|500px|thumb|Figur 5 - Lineær overhøyderampe, sammenfallende med overgangskurven]]


Likning 17 innsatt i utgangslikningen gir effektiv sideakselerasjon som funksjon av rullvinkelen:


En overgangskurve er definert ved at den har krumning lik tilstøtende kurver i endene og samtidig har kontinuerlig endring av krumning gjennom hele kurven. Overgangskurver benyttes mellom rettlinjer og sirkelkurver og mellom sirkelkurver med ulik radius. Summert er en overgangskurve et traséelement som forbinder to traséelementer med ulik radius. Hensikten er å gi en smidig overgang fra en akselerert tilstand til en annen, med henblikk først og fremst på passasjerkomfort, men også sikkerhet og slitasje på spor og materiell.


{|style="width:300px;"
|-
| <math>J = j_u+10\rho</math> || (18)
|}




Når denne forenklede formelen tas i bruk, må det nevnes at dynamiske bidrag er utelatt. Disse vil i praksis øke den effektive sideakselerasjonen J ytterligere, men beregningsmessig er det alltid j<sub>u</sub> som er traseringselementet. Det kan allikevel nevnes at J til en viss grad er tatt hensyn til i regelverket for mange forvaltninger ved at det benyttes ulike traseringsparametre for ulike togtyper.
For å oppnå overhøyde på sporet anvendes såkalte overhøyderamper, hvor overhøyden bygges opp kontinuerlig. Vanligvis er overhøyderampene sammenfallende med overgangskurvene. Ved kjøring gjennom en overhøyderampe, vil en vogn blir liggende skjevt på sporet. Forenklet kan vi si at dersom vogna var konstruert helt stiv, ville kun tre av fire hjul være på sporet samtidig. Rampen må derfor ikke være brattere enn at alle hjul har sikker føring gjennom hele overhøyderampen/overgangskurven.




Uten å gå inn på beviset her, kan det vises at rullvinkelen i stor grad er proporsjonal med sideakselerasjonen, slik at det finnes en konstant ''c'' som gir ''ρ = c j''<sub>u</sub> . I ligning 17 får vi da eliminert hele sideakselerasjonen ''j''<sub>u</sub> , og rullvinkelkoeffisienten blir en konstant for hvert enkelt rullende materiell. De avgjørende elementer blir da lastens masse og plassering, egenskaper og plassering til vognas fjæringssystem.
'''Ordforklaringer:'''
:OB - overgangskurvens begynnelse; punktet i overgangen fra rettlinje til overgangskurve
:OE - overgangskurvens ende; punktet i overgangen mellom overgangskurve og sirkelkurve


== Overgangskurver ==
For overgangskurven fra en sirkelkurve til en annen angir betegnelsene OB og OE kurvens tilstøtende punkter mot henholdsvis den slakeste og den krappeste av sirklene.
'''''definisjon'''''


En overgangskurve er definert ved at den har krumning lik tilstøtende kurver i endene og samtidig har kontinuerlig endring av krumning/krumningsradius gjennom hele kurven. Summert er en overgangskurve et traséelement som forbinder to traséelementer med ulik radius. Det mest elementære eksemplet er derfor en overgangskurve som begynner med en krumningsradius lik uendelig, i punktet der den tilstøter en rettlinje, og ender med en krumningsradius lik den tilstøtende sirkelkurven i andre enden.
:FOB - felles OB; brukes der det er kontrakurver og ingen rettlinje mellom overgangskurvene




Den praktiske betydningen av overgangskurven er en smidig overgang fra en akselerert tilstand til en annen, med henblikk først og fremst på passasjerkomfort, men også sikkerhet og slitasje på spor og materiell. Det knytter seg derfor mange problemstillinger til innlemmingen av overgangs-kurver i sporet, hvor de tekniske aspektene rundt traseringsparametrene blir behandlet i det følgende.
[[Bilde:Saksede_overhøyderamper.svg|right|500px|thumb|Figur 6 - Saksede overhøyderamper.]]




=== Overhøyderamper ===
Figur 5 viser det vanligste og enkleste tilfellet der overgangskurven ligger mellom en rettlinje og en sirkelkurve. Figur 6 viser to motsatt rettede sirkelkurver uten rettlinje i mellom. Rampene går da rett i hverandre, men vendepunktet (FOB) har alltid overhøyde lik null. Denne rampeutformingen kalles en sakset overhøyderampe. Hvis de to rampene i saksen har lik stigning, blir situasjonen enkel (figur 6a), mens har de ulik stigning, vil minst en av skinnestrengene få en knekk i FOB (figur 6b). Dette løses ved at den ene strengen løftes ubrutt gjennom hele sakserampen fra OE til OE, for så å bestemme FOBs beliggenhet hvor kravet om null overhøyde skal være oppfylt. Den siste strengen løftes til slutt mellom FOB og endepunktene.
For å oppnå overhøyde på sporet anvendes såkalte overhøyderamper. Disse har den egenskapen at de bygger opp overhøyde kontinuerlig for ytterste skinnestreng. I alminnelighet er overhøyderampene sammenfallende med overgangskurvene. Som vi kan tenke oss, innebærer innlemming av overhøyderamper at en vogn blir liggende skjevt på sporet gjennom hele rampen. Forenklet kan vi si at dersom vogna var konstruert helt stiv, ville kun tre av fire hjul være på sporet samtidig. Rampen må derfor ikke være brattere enn at alle hjul har sikker føring gjennom hele overgangskurven.  




Overhøyderamper forekommer dermed mellom rettlinje og sirkelkurve og mellom sirkelkurver. Punktet i overgangen fra rettlinje til overgangskurve betegnes overgangskurvens begynnelse OB, mens punktet i motsatt ende betegnes overgangskurvens ende OE. For overgangskurven fra en sirkelkurve til en annen angir betegnelsene OB og OE kurvens tilstøtende punkter mot hhv. den slakeste og den krappeste av sirklene.
Mange steder er overgangskurvene for korte til at store hastighetsøkninger kan tillates. En kunne ideelt sett ønske seg kurvekorrigeringer som omfattet forlengelse av overgangskurvene, men dette blir fort altfor omfattende og vil medføre store kostnader. Den alternative løsningen på problemet blir derfor å beholde lengden til overgangskurven og samtidig senke rampestigningen.




For det første tilfellet kan vi enkelt se for oss oppbygningen av rampen, der dens oppgave er å bygge opp overhøyden til en kommende sirkelkurve, jf. figur .5.
Tidligere ble denne oppgaven i praksis utført ved å strekke overhøyderampen et stykke inn i sirkelkurven. Enden av rampen ble da ikke sammenfallende med OE og ble benevnt RE - rampens ende. Metoden tillates derimot overhodet ikke i dag, i og med at overhøyden først er bygget helt opp et stykke inne i sirkelkurven. Når hastigheten er høy vil dette gi kritiske utslag på komfort såvel som slitasje.




<center>[[Fil:Sporgeo_lineær_overhøyderampe.png|frame|Figur 5 - Lineær overhøyderampe, sammenfallende med overgangskurven]]</center>
Dagens løsning består i å redusere overhøyden gjennom hele sirkelkurven, i praksis ved å løfte sporets indre streng.




Mer komplisert blir derimot situasjonen hvis vi har to motsatt rettede sirkelkurver uten rettlinje i mellom. Rampene går da rett i hverandre med det kravet at vendepunktet ''må'' ha overhøyde lik null. Denne rampeutformingen kalles en sakset overhøyderampe, og vendepunktet betegnes FOB (Felles OB). Tilstøtende overgangskurver med et slikt felles utspring har alltid et punkt OE i motsatt ende. Videre vil en sakset overhøyderampe oppføre seg ulikt for ulike kontrakurver. Hvis de to rampene i saksen har lik stigning, blir situasjonen enkel, jf. fig. .6, mens har de ulik stigning, vil minst en av skinnestrengene få en knekk i FOB. Dette løses ved at den ene strengen løftes ubrutt gjennom hele sakserampen fra OE til OE, for så å bestemme FOBs beliggenhet hvor kravet om null overhøyde skal være oppfylt. Den siste strengen løftes til slutt mellom FOB og endepunktene.
=== Klotoiden ===


[[Image:Eulerspiral-animert.gif|thumb|200px|left|Klotoide (trykk på bildet for å se animasjon)]]


<center>[[Fil:Sporgeo_sakset_overhøyderampe.png|frame|Figur 6 - Saksede overhøyderamper.]]</center>
Utfra definisjonen av en overgangskurve kan denne utformes på ulikt matematisk grunnlag. I Norge benyttes kun kurver der den kontinuerlige variasjonen i overhøyde og krumning foregår lineært. Denne kurven heter ''klotoide''. I vedlegg xx er en kort forklaring av to andre typer overgangskurver.


'''Definisjon:''' En klotoide er en kurve der lengden av kurven ''L'' er proporsjonal med krummingen ''1/R'':


Mange steder er overgangskurvene for korte til at store hastighetsøkninger kan tillates. En kunne ideelt sett ønske seg kurvekorrigeringer som omfattet forlengelse av overgangskurvene, men dette blir fort altfor omfattende og vil medføre store kostnader. Den alternative løsningen på problemet blir derfor å beholde lengden til overgangskurven og samtidig senke rampestigningen.


{|style="width:500px;"
|-
| <math>\frac{1}{R} = C \cdot L = \frac{1}{A^2} \cdot L \;\Rightarrow \; RL = A^2</math> || (21)
|}


Tidligere ble denne oppgaven i praksis utført ved å strekke overhøyderampen et stykke inn i sirkelkurven. Enden av rampen ble da ikke sammenfallende med OE og ble benevnt RE - rampens ende. Metoden tillates derimot overhodet ikke i dag, i og med at overhøyden først er bygget helt opp et stykke inne i sirkelkurven. Når hastigheten er høy vil dette gi kritiske utslag på komfort såvel som slitasje.


der konstanten C = 1/A<sup>2</sup> er proporsjonalitetskonstanten. Konstanten ''A'' kalles ''klotoideparameteren'' og beskriver klotoiden entydig akkurat som radien beskriver en sirkelkurve entydig. I Norge er det imidlertid vanlig å bruke ''R'' og ''L'' til å beskrive klotoiden heller enn ''A''.


Dagens løsning består i å redusere overhøyden gjennom hele sirkelkurven, i praksis ved å løfte sporets indre streng.


=== Ulike typer overgangskurver ===
Alle omskrivinger av 21 vil også gjelde et vilkårlig punkt kurven, for eksempel når en kjenner ''r'' eller ''l''.
Utfra definisjonen av en overgangskurve kan denne utformes ulikt, matematisk grunnlag. I Norge benyttes kun kurver der den kontinuerlige variasjonen i overhøyde og krumning foregår lineært. Derfor skal vi i det følgende først kort nevne to ikke-lineære typer som finnes før vi i neste omgang tar grundigere for oss den kurvetypen som er anvendt i Norge - klotoiden og dens tilnærminger.


En 4.gradsparabel har krumningsforløp tilsvarende to 2.gradsparabler. Derfor gjelder ulike matematiske uttrykk for henholdsvis første og siste halvdel og kurvens utstrekning:


Klotoiden har en enkel ligning, men er komplisert å regne på ettersom den ikke er gitt i kartesiske (rettvinklede) koorinater. Vedlegg 6.1 viser hvordan man utvikler klotoiden i kartesiske koordinater. Reslutatet er følgende parametriske framstilling for x og y:


{|style="width:400px;"
{|style="width:400px;"
|-
|-
| <math>x< \frac{l}{2}: y = \frac{x^4}{6Rl^2}</math> ||
| <math>x = l - \frac{l^5}{5\cdot 2^2 \cdot A^4 \cdot 2!} + \frac{l^9}{9 \cdot 2^4 \cdot A^8 \cdot 4!} - \frac{l^{13}}{13 \cdot 2^6 \cdot A^{12} \cdot 6!}+\dots</math> ||  
|-
|-
| <math>x> \frac{l}{2}: y = \frac{x^4}{6Rl^2}+\frac{x^2}{2R} - \frac{lx}{2R}+\frac{7l^2}{48R}</math> || (19)
| || (22)
|-
|-
| <math>m = \frac{l^2}{48R}</math> ||
| <math>y = \frac{l^3}{3 \cdot 2 A^2} - \frac{l^7}{7 \cdot 2^3 \cdot A^6 \cdot 3!} + \frac{l^{11}}{11 \cdot 2^5 \cdot A^{10} \cdot 5!} - \frac{l^{15}}{15 \cdot2^7 \cdot A^{14} \cdot 7!} + \dots</math> ||
|}
|}


Hvis vi tilnærmer de uendelige rekkene med kun sitt første ledd, får vi at <math>x = l</math> og <math>y = \frac{l^3}{3 \cdot 2 A^2}</math>. Ved å erstatte variabelen <math>l</math> i y-uttrykket med x-uttrykket (dvs. erstatte ''l'' med ''x'') og sette inn for klotoideparameteren ''A'', får vi
{|style="width:400px;"
|-
| <math>y = \frac{x^3}{3 \cdot 2 A^2} = \frac{x^3}{6\cdot R\cdot L},</math> || (23)
|}
som er den vanlige tilnærmingen til klotoiden når denne brukes som overgangskurve. Dette er en ''kubisk parabel'' eller en 3.gradsparabel. Tilnærmingen er akseptabel så lenge ''L'' er mye mindre enn ''R'', noe som alltid vil være tilfelle ved overgangskurver. (En mer nøyaktig utledning for tilnærming til klotoiden kan finnes i [3] Kolbjørn Heie, side 408-410.)


der ''l'' = lengden langs tangenten, og m det såkalte innrykket, eller innflyttingen, som beskrives nærmere i avsnitt 2.5.4.


[[Fil:Sporgeo_overgangskurve_parabel.png|thumb|600px|center|Figur 7 - 3.gradsparabel mellom rettlinje og sirkelkurve]]


En annen kurve med s-formet krumning er sinuskurven, gitt som:
Det er vanlig å betrakte en utgangssituasjon der en ikke har noen overgang mellom rettlinje og sirkelkurve, som illustrert i fig. 7. Rettlinjen ligger på x-aksen og i punktet "T" starter sirkelkurven. Fortsettelsen av x-aksen etter at "sporet" har svingt av kalles tangenten fordi det er tangent til kurvens startpunkt. Origo ligger der vi vil starte overgangskurven (OB, i fig. 7 står det bare "B"). Man kan se fra figuren at 3.gradsparabelen (som starter i "B") gjør at sirkelkurven blir liggende innenfor den opprinnelige sirkelkurven. Avstanden er gitt ved


 
{|style="width:300px;"
{|style="width:400px;"
|-
| <math>y = \frac{xl}{4R} - \frac{l^2}{2 \pi^2 R}\left(1-\cos\frac{\pi x}{l}\right)</math> ||
|-
|-
| || (20)
| <math>m = \frac{l^2}{24R}</math> ||(24)
|-
| <math>m = \frac{l^2}{42,23 R}</math> ||
|}
|}


Avstanden ''m'' kalles ofte "innflyttningen" fordi det er denne avstanden kurven må flyttes innover for å legge inn overgangskurver i en kurve som ikke hadde det fra før. Siden overgangskurven har lineær endring av av radius, vil innflyttningen etter halve lengden ''L'' være halvparten av ''m''.


Den generelle formelen for en klotoide er


Tabell 4 viser avvik mellom klotoiden og 3.gradsparabelen for ulike overgangskurvelengder og sirkelradier. Lengden L er buelengden til klotoiden, og tallene i tabellen er differansen mellom y-koordinaten til klotoiden, y<sub>kloto</sub>, og y-koordinaten til 3.gradsparabelen innsatt x<sub>kloto</sub> i 33:


{|style="width:300px;"
|-
| <math>RL = A^2</math> || (21)
|}


 
{|style="width:400px;"
der ''R'' er den tilstøtende sirkelkurvens radius, eller minste krumningsradius i overgangskurven, ''L'' er overgangskurvens lengde langs buen, og ''A'' er den såkalte klotoideparameteren.
 
 
Alle omskrivinger av 21 vil også gjelde et vilkårlig punkt på kurven, for eksempel når en kjenner ''r'' eller ''l''. Ellers vil det være naturlig å velge ''A'' i forhold til en bestemt lengde på kurven.
 
 
Ved å sette opp et uttrykk for ''krumningen'' til overgangskurven, ser vi at den er proporsjonal med kurvens lengde:
 
 
{|style="width:300px;"
|-
|-
| <math>\frac{1}{R} = L \cdot \frac{1}{A^2}</math> || (22)
| <math>y_\text{parab} = \frac{x^3}{6Rl} = \frac{l^3}{6Rl} = \frac{l^2}{6R} = \frac{x_\text{kloto}^2}{6R}</math> ||(25)
|}
|}




Rettvinklede koordinater på klotoiden er ved rekkeutvikling gitt ved:
''Tabell 2.4Avvik i mm mellom y-koordinat for klotoide og 3.gradsparabel.''


 
{| class="wikitable"
{|style="width:400px;"
|+ <caption>Avvik i mm mellom y-koordinat for klotoide og 3.gradsparabel</caption>
!
! colspan="5" | Radius R
|-
|-
| <math>x = l - \frac{l^5}{5\cdot 2^2 \cdot A^4 \cdot 2!} + \frac{l^9}{9 \cdot 2^4 \cdot A^8 \cdot 4!} - \frac{l^{13}}{13 \cdot 2^6 \cdot A^{12} \cdot 6!}+\dots</math> ||
! Lengde L
! 250
! 300
! 500
! 800
! 1100
|-
|-
| || (23)
! 30
| 0,3
| 0,2
| 0,0
| 0,0
| 0,0
|-
|-
| <math>y = \frac{l^3}{3 \cdot 2 A^2} - \frac{l^7}{7 \cdot 2^3 \cdot A^6 \cdot 3!} + \frac{l^{11}}{11 \cdot 2^5 \cdot A^{10} \cdot 5!} - \frac{l^{15}}{15 \cdot2^7 \cdot A^{14} \cdot 7!} + \dots</math> ||
! 50
|}
| 2,1
 
| 1,2
 
| 0,3
(Se utledning i 6.1 (vedlegg).)
| 0,1
 
| 0,0
=== Traseringsparametre i overgangskurven ===
Forholdet mellom endring av overhøyde og posisjon langs rampen kalles rampestigning og er gitt ved følgende uttrykk, som gjerne oppgis i promille:
 
 
{|style="width:300px;"
|-
|-
| <math>p = \frac{\Delta h}{\Delta L}\text{ eller }p = \frac{dh}{dl}</math> ||(24)
! 70
|}
| 8,2
 
| 4,8
 
| 1,0
På grunn av de skjevheter en overhøyderampe innebærer, kalles rampestigningen også for ''vindskjevhet''. Men dette begrepet forekommer i mer utstrakt grad når det er snakk om sporfeil i vertikalretningen. Vi kan derfor tilnærmet si at rampestigning er den tilsiktede endringen av overhøyde i lengderetningen, mens vindskjevhet er den faktiske situasjonen på sporet. Ved store hastigheter er ofte rampestigningen en begrensende parameter, men den er sjelden bestemmende for overgangskurvens lengde. Grenseverdien for rampestigningen er som oftest en betraktning utfra avsporingsfare, og ved nyanlegg eller større utbedringsarbeider skal rampestigningen under ingen omstendighet overstige 1:400.
| 0,3
 
| 0,1
 
Avsporing er en av sikkerhetsfaktorene for sirkelkurver, men det er særlig ved rampestigning at risikoen for avsporing er reell. I den anledning skal kort nevnes et avgjørende, fysisk begrep avhengig av flere faktorer.
 
 
Det såkalte Y/Q-forholdet - forholdet mellom føringskraft og vertikalkraft på det førende hjulet i en kurve - skal alltid ligge under en maksverdi. Foruten sporets geometri, som er tilsiktet, avhenger forholdet av vogna som benytter sporet og de friksjonsforhold som oppstår.
 
 
Hvis en tenker seg en 2-akslet vogn som kjører med lav fart nedover en overhøyderampe fra sirkelkurve til rett spor, vil kreftene mellom skinner og hjul avhenge av overhøyden, rampestigningen og horisontalradius: Helningen gir belastning på indre hjul og avlastning på ytre. Ytre, førende hjul på første aksel avlastes, mens indre belastes. Føringskraften på indre, førende hjul øker med avtagende radius.
 
 
Skjevheter i vognens egenskaper og dens last er også medbestemmende.
 
 
Når grenseverdier for rampestigning er satt, skal det bety den totale rampestigningen - summen av tilsiktet rampestigning og vindskjevheter som følge av sporfeil. Kravet nevnt tidligere på rampestigning under 1:400 tar høyde for den totale rampestigningen.
 
 
Rampestigningshastigheten er overhøydens endring over tid og kan uttrykkes ved:
 
 
{|style="width:300px;"
|-
|-
| <math>\frac{\Delta h}{\Delta t}\text{ eller }\frac{dh}{dt}</math> ||(25)
! 80
|}
| 14,0
 
| 8,1
 
| 1,8
For ''krengetog'' reduseres sideakselerasjonens effekt på passasjerene ved krenging innover i kurven. Dette kan imidlertid betraktes som en økning i oppbyggingen av overhøyde og innebærer derfor også en kraftig økning i rampestigningshastigheten.
| 0,4
 
| 0,2
 
En parameter enda nærmere et mål på passasjerkomforten er rykket ψ. Dette er som nevnt et uttrykk for hvor fort den ukompenserte sideakselerasjonen endres over tid:
 
 
{|style="width:300px;"
|-
|-
| <math>\psi = \frac{\Delta j_u}{\Delta t}\text{ eller }\psi = \frac{dj_u}{dt}</math> ||(26)
! 90
|}
| 22,4
 
| 13,0
 
| 2,8
I og med at ukompensert sideakselerasjon også kan uttrykkes som manglende overhøyde, er rykket også definert som endring av den manglende overhøyden. Jf. .9 får vi:
| 0,7
 
| 0,3
 
{|style="width:300px;"
|-
|-
| <math>\frac{dI}{dt} = \frac{s}{g} \cdot \psi</math> ||(27)
! 100
|}
| 34,1
 
| 19.8
 
| 4,3
En annen størrelse som føyer seg inn når lengden av overgangskurven skal bestemmes, og som følger av rampestigning, er rullvinkelhastigheten, eller vridningshastigheten. Denne benyttes først og fremst som et alternativ til rampestigningshastigheten når passasjerkomforten skal ivaretas. Tradisjonelt settes størrelsen opp som følgende forhold: 1 : nV, der V er hastigheten i km/h og n gjerne ligger mellom 4 og 12. Eksempelvis gir n = 4 en vinkelhastighet på 2.7 grader/s, mens undersøkelser har vist at stående passasjerer har akseptert opptil 4 grader/s. Viktig å huske er at ''rullvinkelen'' utover i kurven vil oppheve noe av vinkelhastighetens effekt for konvensjonelle tog.
| 1,0
 
| 0,4
 
|-
Med utgangspunkt i den alminnelige formelen for klotoiden, uttrykt ved klotoideparameteren ''A'', og krumning <math>\kappa</math> som den inverse av radius ''R'', får vi at
! 110
 
| -
 
| 28,9
{|style="width:400px;"
| 6,3
| 1,5
| 0,6
|-
|-
| <math>\kappa (l) = \frac{1}{R(l)} = \frac{l}{A^2};0 \leq l \leq L</math> ||(28)
! 120
| -
| 40,9
| 8,9
| 2,2
| 0,8
|}
|}




for et vilkårlig punkt der lengden fra overgangskurvens begynnelse (OB) er ''l''.
I dag brukes klotiden ved prosjektering fordi kravet til nøyaktighet er stort og dataverktøyene er gode. Tidligere ble imidlertid 3.gradsparabelen brukt og mange kurver ute i sporet er opprinnelig utfestet som 3.gradskurver. Praktiske oppgaver på sporet, som justering, etter klotoidebaserte data, kan dermed skape konflikter, ettersom klotoiden alltid krummer noe mer enn 3.gradsparabelen.




Skal vi utlede krumningen med dynamiske parametre, kan det vises at
For mer informasjon om klotoiden, se:
* [https://en.wikipedia.org/wiki/Euler_spiral Wikipedia: Euler spiral]
* [https://en.wikipedia.org/wiki/Track_transition_curve Wikipedia: Track transition curve]


=== Traseringsparametre i overgangskurven ===
'''Rampestigning''' er den ene skinnens stigning i forhold til den andre skinnen og er gitt ved følgende uttrykk, som vanligvis oppgis i promille:


{|style="width:400px;"
{|style="width:300px;"
|-
| <math>\frac{v^2}{R}-\frac{g}{s} \cdot \frac{\frac{dh}{dt}\cdot L}{v} = \frac{\psi\cdot L}{v}</math> ||
|-
| || (29)
|-
|-
| <math>\kappa = \frac{1}{R} = \frac{L}{v^3}\left(\frac{g}{s}\cdot\frac{dh}{dt}+\psi\right)</math> ||
| <math>p = \frac{\Delta h}{\Delta L}\text{ eller }p = \frac{dh}{dl},</math> ||(26)
|}
|}


der Δh er forskjellen i overhøyde over lengden ΔL. Det første uttrykket (med delta) er tilstrekkelig for bruk i Norge, hvor rampene har lineær stigning. Hvis vi ser bort fra eventuelle sporfeil, så skal rampestigningen gjennom hele rampen være p = h/L (for overgangskurve mellom rettlinje og sirkelkurve). Diffrensialformen må brukes for ramper som ikke er lineære (ulik stigning avhengig av hvor i rampen man befinner seg).


Sammenlikner vi likn. 29 med 28 ser vi at klotoideparameteren ''A'', kan skrives som


I en overhøyderampe vil overhøyden variere fra punkt til punkt, den bygges opp fra ingen overhøyde der den er tilknyttet rettlinje og til full overhøyde der sirkelkurven begynner.


{|style="width:300px;"
|-
| <math>A = L\cdot R = \sqrt{\frac{v^3}{\frac{g}{s}\cdot \frac{dh}{dt}+\psi}}</math> ||(30)
|}


På grunn av de skjevheter en overhøyderampe innebærer, kalles rampestigningen også for ''vindskjevhet''. Men dette begrepet er mer forbundet med sporfeil. Vi kan si at rampestigning er den tilsiktede endringen av overhøyde i lengderetningen, mens vindskjevhet er den faktiske situasjonen på sporet (tilsiktet skjevhet pluss eventuelle feil). <!-- Mer om dette i Tilstandskontroll, når den blir wikifisert....-->
<!-- Legge inn BILDE fra banemontørboka? -->


Den minste klotoideparameteren (A<sub>min</sub>) vi kan ha for en gitt hastighet, v, får vi når vi setter inn de aktuelle grenseverdiene for både rampestigningshastigheten og rykket: dh/dt = dh/dt<sub>maks</sub>, ψ = ψ<sub>maks</sub>.
Hvis en helt stiv vogn uten fjærer hadde kjørt over en overhøyderampe, ville skjevheten i rampen ført til at vognen hadde kun to hjul på sporet, den ville stått og vippet. I virkeligheten er selvsagt vognene ikke helt stive og de har i tillegg fjæring, men overhøyderampene fører likevel til en avlastning av noen av hjulene: Vertikalkraften mellom hjul og skinne vil bli ulik for hvert av hjulene idet vogna kjører over overhøyderampen. Samtidig virker en føringskraft (horisontalkraft) på hjulene fordi man kjører i en kurve. Dersom føringskrafta blir tilstrekkelig stor og vertikalkrafta tilstrekkelig liten, sporer vogna av. Forholdet mellom føringskraft og vertikalkraft kalles Y/Q-forholdet og blir nærmere omtalt i [[Teknisk_linjeføring#Avsporingsfare|Teknisk linjeføring: Avsporingsfare]].


<!-- For en 2-akslet vogn som kjører med lav fart nedover en overhøyderampe fra sirkelkurve til rett spor, vil kreftene mellom skinner og hjul avhenge av overhøyden, rampestigningen og horisontalradius: Helningen gir belastning på indre hjul og avlastning på ytre. Ytre, førende hjul på første aksel avlastes, mens indre belastes. Føringskraften på indre, førende (???) hjul øker med avtagende radius. Eventuell skjevbelastning av vognen (dårlig fordeling av lasten) kommer i tillegg.-->


Formelen ovenfor vil kunne være nyttig for et nyanlegg dersom man har bestemt seg for en viss hastighet og ut fra det ønsker å bestemme minste klotoideparameter. Hvis en hovedpunktsberegning skulle vise at klotoideparameteren er mindre enn denne minste verdien, må man beregne på nytt for øke L og/eller R, evt. senke hastighetskravet.
I Norge, som i de fleste europeiske land er maksimal rampestigning satt til 1:400, dvs 2,5 promille.




Ved Jernbaneverket brukes ikke klotoideparameteren for å karakterisere overgangskurvene, men lengden L. På alle sportegninger skal derfor lengden angis. Det kan derfor være nyttig å finne minste klotoidelengde som samsvarer med A<sub>min</sub>. Denne blir av uttrykkene over lik


'''Rampestigningshastighet''' er overhøydens endring per tidsenhet og er gitt ved:


{|style="width:400px;"
 
{|style="width:300px;"
|-
|-
| <math>L_\text{min} = \frac{v^3}{\left(\frac{g}{s}\cdot \frac{dh}{dt}_\text{maks} + \psi_\text{maks}\right)\cdot R}</math> ||(31)
| <math>\frac{\Delta h}{\Delta t}\text{ eller }\frac{dh}{dt},</math>||(27)
|}
|}
med enhet mm/s.




Vi merker oss spesielt hvor sterkt minste klotoidelengde er avhengig av hastigheten; en økning i hastigheten på 25% vil nesten fordoble L<sub>min</sub>!
For rette ramper, som er det som brukes i Norge, kan rampestigningshastigheten skrives som:
 
 
Det er kanskje noe overraskende at minste klotoidelengde verken er avhengig av overhøyden eller den ukompenserte sideakselerasjonen. Dette virker tilsynelatende i konflikt med andre betraktninger der nettopp h og j<sub>u</sub> står sentralt for å kunne bestemme minste nødvendige klotoidelengde. Forklaringen er den at vi nå betrakter overhøyden som en variabel som er avhengig av maksimal rampestigningshastighet, minste klotoidelengde og valgt hastighet. Vi kan nå skrive den ideelle overhøyden som samsvarer med uttrykket i .31 som


{|style="width:300px;"
{|style="width:300px;"
|-
|-
| <math>h_\text{opt} = \frac{\frac{dh}{dt}_\text{maks}\cdot L_\text{min}}{v}</math> ||(32)
| <math>\frac{dh}{dt} = \frac{h}{L/v} = v\cdot \frac{h}{L},</math> ||(28)
|}
|}


der ''L'' er lengden av overhøyderampen (her antar vi dessuten av hastigheten er konstant gjennom hele rampen).
Rampestigningshastighet kan også oppgis som et stigningsforhold 1:n*V der ''n'' er et heltall og ''V'' er hastighet i km/h, men denne skrivemåten er ikke så vanlig nå lenger. For å finne rampestigningshastigheten i mm/s utfra stigningsforholdet: dh/dt = 1000/(n*3,6) [mm/s].


Som kjent er den ukompenserte sideakselerasjonen avhengig av denne overhøyden og valgt hastighet. Det eneste vi må kontrollere er at h og j<sub>u</sub> ikke overskrider sine respektive maksimalverdier, dessuten at overhøyden ikke fører til for stor vindskjevhet.


Størrelsen på rampestigningshastighet er først og fremst viktig for passasjerenes komfort. Ved gjennomkjøring av en overhøyderampe vris vognkassen om sin lengdeakse. Særlig passasjerer som står eller går kan oppleve dette som ubehagelig, mens sittende passasjerer ikke merker så mye til enkeltkurver. På kurverike baner kan enkelte passasjerer (også de som sitter) bli kvalme (sjøsyke/"togsyke") på grunn av de gjentatte bølgelignende bevegelsene i toget. Særlig i krengetog har togsyke vært et problem, ettersom krengingen gjør at den opptredende rampestigningen i toget blir større samtidig som at krengetogene ofte kjører fortere enn andre passasjertog.


I mange sammenhenger er overhøyden ikke avhengig av de samme størrelsene som nevnt ovenfor (dh/dt<sub>maks</sub>, L<sub>min</sub> og v). Da er overhøyden ansett å være “diktatorisk” fastsatt uten hensyn til andre parametre (enn at h < h<sub>maks</sub>). I uttrykk for den ukompenserte sideakselerasjonen j<sub>u</sub> er det selvsagt denne fastsatte overhøyden vi setter inn.


=== Tilnærming til 3.gradsparabelen ===
<!-- "Rampestigningen blir også antatt å ha noe å si for sikkerheten mot avsporing. Dette kommer av hvordan støtdemperne i boggiene er dimensjonert. Man tenker seg at om rampestigningshastigheten blir for stor ved avlastning så vil støtdemperne holde så mye igjen at vertikalkrafta mot sporet blir for lav. Man tenker seg dermed avsporing etter samme mekanisme som omtalt i avsnitt 4.1" skriver K.A. Skoglund i heftet "Traseringsparametre og kjørekomfort". Er det noe i dette? Også i danske "Sporregler", tillæg 2A (1987) sies det at rampestigningshastigheten "gir skjevbelastning av hjulene" -->
Klotoiden har en svært enkel utgangsformel, men å konstruere en klotoidekurve i praksis innebærer et behov for elektronisk regnekraft. Derfor har overgangskurver tradisjonelt blitt utformet som en god tilnærming gjennom ''3.gradsparabelen'':


En beslektet størrelse er rullvinkelhastigheten eller vridningshastigheten som angir hvor mye tverrvinkelen endrer seg per tidsenhet, altså hvor fort vognkassen vrir seg. Sammenhengen mellom rullvinkelhastigheten β og rampestigningshastigheten dh/dt er (for små vinkler) gitt ved


{|style="width:300px;"
{|style="width:300px;"
|-
|-
| <math>y = \frac{x^3}{6RL}</math> ||(33)
| <math>\beta = \frac{dh/dt}{s},</math> ||(29)
|}
|}
der ''s'' er sporvidden i mm og β er gitt i radianer per sekund. For å få resultatet i grader per sekund ganges det med 180/pi.




Her ser vi at det refereres til abscisse og ordinat (x og y), og L skal her bety kurvens lengde langs ''tangenten'' til kurven i OB.


'''Rykk''' er endring av ukompensert sideakselerasjon per tidsenhet, det vil si den deriverte av j<sub>u</sub>. Dette er som nevnt et uttrykk for hvor fort den ukompenserte sideakselerasjonen endres over tid:


Men uttrykket er utledet av beregninger på klotoiden og kurver med tilsvarende egenskaper, og i første omgang skal vi derfor gjennomgå en slik utledning:


{|style="width:300px;"
|-
| <math>\psi = \frac{\Delta j_x}{\Delta t}\text{ eller }\psi = \frac{dj_x}{dt}</math> ||(30)
|}
der j<sub>x</sub> er den ukompenserte sideakselerasjonen etter lengden x. Ukompensert sideakselerasjon blir vanligvis betegnet j<sub>u</sub>, men da er det snakk om den maksimale som opptrer i kurvens endepunkt (OE). j<sub>x</sub> er gitt ved <math>j_x = \frac{x}{L}\cdot j_u</math>.


Med rampestigning 1:n kan vi finne vilkårlig overhøyde ved h<sub>x</sub> = x/n. Setter vi dette sammen med uttrykket for den teoretiske overhøyden gitt i ligning .4, og snur litt på uttrykket, kan vi få følgende uttrykk for krumningsradius:
Dersom overgangskurven har lineær endring av radius (slik som klotoiden) og hastigheten er konstant gjennom kurven, kan rykket skrives slik:


 
{|style="width:300px;"
{|style="width:500px;"
|-
|-
| <math>R = \frac{s\cdot v^2\cdot n}{g\cdot x};\frac{s\cdot v^2\cdot n}{g} = \text{konst} = C</math> ||(34)
| <math>\psi = \frac{dj_u}{dt} = v\cdot \frac{dj_x}{dx} = v\cdot \frac{j_u}{L}</math> ||(31)
|}
|}




Et teoretisk uttrykk for krumningsradius er samtidig gitt ved:
Siden ukompensert sideakselerasjon også kan uttrykkes som manglende overhøyde, er rykket også definert som endring av den manglende overhøyden:


 
{|style="width:300px;"
{|style="width:500px;"
|-
|-
| <math>R = \frac{(1+\left(\frac{dy}{dx}\right)^2)^\frac{3}{2}}{\frac{d^2y}{dx^2}},\text{der}\frac{d^2y}{dx^2} = \frac{(1+\left(\frac{dy}{dx}\right)^2)^\frac{3}{2}}{C}\cdot x</math> ||(35)
| <math>\frac{dI}{dt} = \frac{s}{g} \cdot \psi = \frac{v \cdot s}{g} \cdot \frac{dj_x}{dx}</math> ||(32)
|}
|}
der det siste uttrykket fremkommer ved å sette inn (31) for ψ og gjelder under samme betingelser som formel 31.
=== Overgangskurvens lengde og hastighet i overgangskurven ===


Overgangskurvens lengde bestemmes ut fra de tre traseringsparametrene rampestigning, rampestigningshastighet og rykk. Ved å løse de tre ligningene (26), (28) og (31) for L, får vi


Dette er differensiallikningen for en radioide, der krumningsradien er omvendt proporsjonal med kurvens lengde. Avhengig av om en innfører abscissen, korden eller buen for variabelen x, fremkommer ''abscisseradioiden, korderadioiden eller bueradioiden''. Sistnevnte er kurven som har fått navnet klotoiden.
<math>L_1 = \frac{h}{p}, \,\,\,\,  L_2 = v\cdot \frac{h}{(\tfrac{dh}{dt})}, \,\,\,\, L_3 = v\cdot \frac{j_u}{\psi},</math>


der ''v'' er hastighet i meter per sekund.


Ved å forenkle lengdeuttrykkene x og y med <math>X = \frac{x}{\sqrt{2C}}</math> og <math>Y = \frac{y}{\sqrt{2C}}</math>, kan vi rekkeutvikle formelen 35 til følgende uttrykk for ''bueradioiden'':


Setter inn maksimalverdier for traseringsparametrene:


{|style="width:600px;"
{|style="width:300px;"
|-
| <math>L_1 \leq \frac{h}{p_\text{maks}}</math>|| (33)
|}
{|style="width:300px;"
|-
| <math>L_2 \leq v\cdot \frac{h}{(\tfrac{dh}{dt})_\text{maks}}</math>|| (34)
|}
{|style="width:300px;"
|-
|-
| <math>Y = \frac{X^3}{3}\cdot (1+0,2286\cdot X^4+0,1184\cdot X^8+0,0789\cdot X^{12}+\dots)</math> ||(36)
| <math>L_3 \leq v\cdot \frac{j_u}{\psi_\text{maks}}</math>|| (35)
|}
|}
Minste lengde på overgangskurven med den gitte hastigheten er da L<sub>min</sub> = max{L<sub>1</sub>, L<sub>2</sub>, L<sub>3</sub>}.




Uttrykkene for de to andre radioidetypene har noe ulike ledd fra og med andre ledd i parentesen og utover, men i praksis er det bare kurven nær origo som benyttes, og her er egentlig alle radioidene like anvendelige som overgangskurve.
{{eksempel|'''Eksempel:''' I en kurve med radius R {{=}} 500 meter og overhøyde h {{=}} 120 mm er skiltet hastighet 90 km/h ({{=}} 25 m/s). Hvor lange må overgangskurvene da være dersom (dh/dt)<sub>maks</sub> {{=}} 55 mm/s og ψ {{=}} 0,52 m/s<sup>3</sup>?


<math>L_1 \leq \frac{h}{p_\text{maks}} = \frac{120}{2,5} = 48</math>


Den tilnærming som tradisjonelt har vært utført, er å kun benytte aller første ledd fra ligning .36, slik at vi får:
<math>L_2 \leq v\cdot \frac{h}{(\tfrac{dh}{dt})_\text{maks}} = 25 \cdot \frac{120}{55} \approx 54,5</math>


<math>L_3 \leq v\cdot \frac{j_u}{\psi_\text{maks}} = 25 \cdot \frac{0,47}{0,52} = 22,6,</math>


{|style="width:500px;"
der ''j<sub>u</sub>'' er regnet ut slik (lign. 4):
|-
| <math>Y = \frac{X^3}{3} \Rightarrow \frac{y}{\sqrt{2C}} = \frac{x^3}{3\cdot 2\cdot C\cdot \sqrt{2C}} \Rightarrow y = \frac{x^3}{6C}</math> ||(37)
|}


<math>j_u = \frac{v^2}{R} - g\cdot\frac{h}{s} = \frac{25^2}{500} - 9,81\cdot\frac{120}{1500} \approx 0,47</math>


Uttrykket til høyre i 37 er nettopp ligningen for en ''kubisk parabel'', eller 3.gradsparabel. Samme uttrykk kan finnes ved å tilnærme kurvens stigning ''dy/dx'' med null, siden det kun er en liten del av kurven som benyttes, for så å dobbeltintegrere uttrykket for krumningen.


Overgangskurven(e) må dermed være minst '''55 meter''' (runder opp til nærmeste hele meter).


Som regel ønsker vi å involvere lengden på overgangskurven. Med sistnevnte tilnærming, og gitt x = L, har vi av .35 at C = RL. Dermed ender vi opp med den alminnelig brukte formelen gitt i .33.


(Kan også i første omgang sette inn maksimalverdi istedenfor opptredende verdi av j<sub>u</sub> i L<sub>3</sub>, men dersom L<sub>3</sub> da blir utslagsgivende bør man regne ut j<sub>u</sub> slik det er gjort ovenfor.)


<center>[[Fil:Sporgeo_overgangskurve_parabel.png|frame|Figur 7 - 3.gradsparabel mellom rettlinje og sirkelkurve]]</center>
}}
 
 
Dersom målet er å finne maksimal hastighet over kurvekombinasjonen, er det vanlig å først regne ut maksimal hastighet i sirkelkurven for så å finne ut om overgangskurvelengdene tillater denne hastigheten.
 
{{eksempel|'''Eksempel:''' Vi finner maksimal hastighet over sirkelkurven og overgangskurvene fra eksempelet ovenfor. Bruker j<sub>u,maks</sub> {{=}} 0,85 m/s<sup>3</sup>.
 
For sirkelkurven blir maksimalhastighet
 
<math>v_\text{maks} = \sqrt{500 \left(\frac{9,81 \cdot 120}{1500}+0,85\right)} \approx 28,6 \;\text{m/s}.</math>
 
Setter så denne hastigheten inn i beregningene for lengde av overgangskurven:
 
<math>L_1 \leq \frac{h}{p_\text{maks}} = \frac{120}{2,5} = 48</math>
 
<math>L_2 \leq v\cdot \frac{h}{(\tfrac{dh}{dt})_\text{maks}} = 28,6 \cdot \frac{120}{55} \approx 62,4</math>
 
<math>L_3 \leq v\cdot \frac{j_u}{\psi_\text{maks}} = 28,6 \cdot \frac{0,85}{0,52} = 46,8,</math>


der j<sub>u</sub> er regnet ut på samme måte som ovenfor (her havner j<sub>u</sub> nødvendigvis på maksimalverdien siden hastigheten er den høyeste som er tillatt i sirkelkurven).


Et tilleggsmoment ved bruk av 3.gradsparabel ligger i dens praktiske utforming, det vil si å bestemme dens beliggenhet. I forhold til et rettvinklet koordinatsystem, er ordinaten y gitt for alle verdier av x langs tangenten. Det vanligste har imidlertid vært å betrakte utgangssituasjonen der en ikke har noen overgang mellom rettlinje og sirkelkurve, som illustrert i fig. .7. En kan da tenke seg en sirkelkurve med radius lik R+m. Størrelsen m kalles innflytting og består av avstanden mellom tangentene til sirkelkurvene med radier R+m og R. 3.gradsparabelen har en slik form at ved halve overgangskurvens lengde, dvs. langs tangenten, er ordinaten lik halve innflyttingen, l/2, mens ved kurvens ende (OE) er den hele 4m. Størrelsen m er gitt ved:
Dersom overgangskurvene er minst '''63 meter''' lange kan hastigheten settes til 28,6 m/s (tilsvarer 103 km/h).


}}
En annen mulighet er å beregne maksimalhastighet utfra formlene for rampestigningshastighet og rykk hver for seg. For førstnevnte er det enkelt idet vi løser ligning (28) med hensyn på hastighet der maksimalverdi for rampestigningshastiget er satt inn:


{|style="width:300px;"
{|style="width:300px;"
|-
|-
| <math>m = \frac{l^2}{24R}</math> ||(38)
| <math>v_\text{maks} = \frac{L}{h}\cdot (\dfrac{dh}{dt})_\text{maks}</math> || (36)
|}
|}
For rykket gjøres akkurat det samme med ligning (31):


<math>v_\text{maks} = \frac{L}{j_u} \cdot \psi_\text{maks}</math>


I avsnitt 2.5.2 så vi uttrykkene rettvinklede koordinater (x,y) for klotoiden, som kan benyttes for utsett av en overgangskurve. For 3.gradsparabelen er y gitt som funksjon av x, og vi regner ut innflyttingen m fra en teoretisk sirkelkurve.
Problemet er bare at j<sub>u</sub> er avhengig av hastigheten. Ved å sette inn for j<sub>u</sub> får vi følgende tredjegradsuttrykk


<math>v_\text{maks} = \frac{L}{\frac{v_\text{maks}^2}{R}-\frac{g\cdot h}{s}} \cdot \psi_\text{maks}</math>


Tilnærming til klotoiden gjennom 3.gradsparabelen er tradisjonelt gjort pga. forenklet regnearbeide, men når overgangskurven blir uforholdsmessig lang for radien i sirkelkurven, vil tilnærmingen påvirke beliggenheten til kurven.
Hvis uttrykket omformuleres til


{|style="width:300px;"
|-
| <math>v_{n+1} = \sqrt{R\cdot \left(\frac{L\cdot \psi_\text{maks}}{v_n} + \frac{g\cdot h}{s} \right) }</math> || (37)
|}
kan man iterere seg fram til løsningen.


Tabell 4 illustrerer dette for ulike overgangskurvelengder og sirkelradier. Lengden L er buelengden til klotoiden, og tallene i tabellen er differansen mellom y-koordinaten til klotoiden, y<sub>kloto</sub>, og y-koordinaten til 3.gradsparabelen innsatt x<sub>kloto</sub> i 33:
== Kurvekombinasjoner ==




{|style="width:400px;"
<center>[[Fil:Sporgeo_enkel_kurve.svg|frame|Figur 8 - Enkel kurvekombinasjon: rettlinje - sirkel - rettlinje via overgangskurver.]]</center>
|-
| <math>y_\text{parab} = \frac{x^3}{6Rl} = \frac{l^3}{6Rl} = \frac{l^2}{6R} = \frac{x_\text{kloto}^2}{6R}</math> ||(39)
|}




''Tabell 2.4Avvik i mm mellom y-koordinat for klotoide og 3.gradsparabel.''
Dette avsnittet beskriver hvordan de tre traseringselementene rettlinje, sirkelkurve og overgangskurve kan kombineres ute i sporet. Det enkleste kurveforløpet vi har består av overgangen fra rettlinje til sirkelkurve og tilbake igjen via overgangskurver, se figur 8. Denne kalles en '''enkel kurvekombinasjon'''.


{| class="wikitable"
|+ <caption>Avvik i mm mellom y-koordinat for klotoide og 3.gradsparabel</caption>
!
! colspan="5" | Radius R
|-
! Lengde L
! 250
! 300
! 500
! 800
! 1100
|-
! 30
| 0,3
| 0,2
| 0,0
| 0,0
| 0,0
|-
! 50
| 2,1
| 1,2
| 0,3
| 0,1
| 0,0
|-
! 70
| 8,2
| 4,8
| 1,0
| 0,3
| 0,1
|-
! 80
| 14,0
| 8,1
| 1,8
| 0,4
| 0,2
|-
! 90
| 22,4
| 13,0
| 2,8
| 0,7
| 0,3
|-
! 100
| 34,1
| 19.8
| 4,3
| 1,0
| 0,4
|-
! 110
| -
| 28,9
| 6,3
| 1,5
| 0,6
|-
! 120
| -
| 40,9
| 8,9
| 2,2
| 0,8
|}




'''Kombinasjonskurver''' er flere tilstøtende, ensrettede sirkelkurver med ulik radius, se figur 9. Her gjelder de samme traseringskrav som for enkle kurver, men formlene blir litt mer kompliserte, se eksempel.
<center>[[Fil:Sporgeo_sammensatt_kurve.svg|frame|Figur 9 - Sammensatt kurve]]</center>
En annen vanlig kurvesammensetning er motsatt rettede kurver, eller kontrakurver, som betyr tilstøtende kurver med krumning med ulikt fortegn, se figur 12. Overgangskurvene får OB i samme punkt, som da kalles felles OB; FOB.
<center>[[Fil:Sporgeo_motsattrettede_kurver.png|frame|Figur 12 - Motsatt rettede kurver med overgangskurver]]</center>
Ved nyprosjektering vil man helst unngå både kombinasjonskurver og kontrakurver der det er mulig. Dersom man kan legge en rettlinje imellom og få to enkle kurvekombinasjoner er det som regel en bedre løsning. Rettlinjen må imidlertid ha en viss lengde for at det ikke skal bli ukomfortabelt å kjøre over; generelt bør alle traseringselementene ikke være særlig kortere enn at det tar minst 0,9 sekunder å kjøre gjennom hvert av dem.
=== Kurver uten overgangskurver ===
Dersom kurveradius er stor eller hastigheten er liten, kan overgangskurver utelates. Dette gjøres av konstruktive årsaker, og særlig på stasjoner i kontrakurver og i sporveksler. Punkter der rettlinje går direkte over i sirkelkurve betegnes kurvepunkt KP, mens punkter med en momentan overgang fra en sirkelkradius til en annen betegnes felles kurvepunkt FKP.
<center>[[Fil:Sporgeo_sammensatt_kurve_utenOB.png|frame|Figur 10 - Sammensatt kurve uten overgangskurver]]</center>
For sirkelkurver uten overhøyde er som regel også overgangskurver utelatt. Endring i krumning og dermed sideakselerasjon skjer i dette tilfellet momentant. Rykket blir her svært stort. Allikevel skjer det en utjevning i praksis, siden materiellet som trafikkerer linjen ikke er stivt, men utstyrt med fjæringsmekanismer. Fig. 11 illustrerer hvordan vognas faktiske akselerasjon arter seg ved inn- og utgang av en sirkelkurve med rettlinjer i endene.
<center>[[Fil:Sporgeo_sideakselerasjon_graf.png|frame|Figur 11 - Sideakselerasjon ved kjøring fra rett spor til sirkelkurve uten overgangskurve.]]</center>
De ulike forvaltningene har fastsatt grenser for i hvilken utstrekning kurver uten overgangskurver kan benyttes, men innfallsvinkelen varierer. Én måte er å angi at endring til en manglende overhøyde ''I'' ikke skal overstige en viss verdi, f.eks 100 mm. En annen metode er å operere med en såkalt fiktiv overgangskurve. Som overgangskurve brukes da avstanden mellom vognens boggiesentre (ofte ca 2 meter). Denne kan så settes inn i de vanlige formlene sammen med en akseptabel verdi for den ukompenserte sideakselerasjonen for å finne et utrykk for hvilken hastighet en kan benytte til hvilken kurveradius.
Det er enklest å bruke den første metoden. Vi finner verdien av den ukompenserte sideaksellerasjonen i punktet FKP (eller KP),
<math>j_u = \frac{v^2}{R}</math> for enkel kurve (rettlinje-sirkelkurve),
<math>j_u = \frac{v^2}{R_2} - \frac{v^2}{R_1}</math> for kombinasjonskurver (ensrettede kurver) der R<sub>1</sub> > R<sub>2</sub>
og
<math>j_u = \frac{v^2}{R_1} + \frac{v^2}{R_2}</math> for kontrakurver.
Ved å sette en maksimalverdi for brå endringer av j<sub>u</sub> kan vi løse ligningene ovenfor og finne maksimal tillatt hastighet over hver FKP. Tillatt verdi for denne plutselige endringen av j<sub>u</sub> er vanligvis lavere enn de andre grenseverdiene, f.eks kan den ligge på rundt 0,65 m/s<sup>3</sup> (tilsvarer ''I'' = 100 mm).
=== Bufferoverdekning i kontrakurve ===
Når man kjører gjennom en kontrakurve, vil vognenes buffere (hvis vognen har dette) bevege seg sideveis i forhold til hverandre. Hvis denne bevegelsen blir for stor, er det fare for at buffrene hekter seg i hverandre og vognene vil dra hverandre av sporet. Dette kalles ''ombufring'' og skjer kun ved små radier i kontrakurver. Ved å legge inn større radier og/eller rettlinje mellom kurvene, sikrer man ønsket ''bufferoverdekning''. Samtidig blir rykket mindre, noe som er fordelaktig for komforten. Ombufring er kun et problem når radiene i kontrakurven er mindre enn ca. 250 meter.
= VERTIKALKURVATUR =
== Kurver i vertikalplanet ==
Geometrien for vertikalkurvaturen er langt enklere enn den for horisontalkurvaturen. Isolert sett består den vertikale traséen av kun to traseringselementer: Stigninger (rettlinjer) og stigningskurver (sirkelkurver) i vertikalplanet. Tilsammen utgjør disse kurvene ''vertikalkurvaturen''.
Linjens vertikalføring fremgår av lengdeprofilet for en gitt banestrekning, som angir størrelsen på stigning og fall på de forskjellige stedene på linjen. Stigning og fall angis i promille.
Tabell 5 angir fordelingen av stigning/fall i vertikalplanet for ulike eksisterende baner i Norge, der stigningene gjelder for alle ''rettlinjene'' i vertikalkurvaturen:


Matematisk er 3.gradsparabelen gitt ved kun å benytte første ledd i rekkeutviklingen som beskriver klotoiden. Som tabellen over viser blir tilnærmingen i noen situasjoner grovere enn i andre, men hvis vi betrakter en enkelt vogn gjennom overgangskurven, vil ikke ethvert punkt i vogna bevege seg lik kurven. Det vil kun de(t) tverrsnitt som faller sammen med den førende hjulgangen. Kurveforløpet varierer altså med ethvert vilkårlig punkt i vogna. Sett fra denne vinkelen vil ethvert eksakt matematisk begrep uansett være forlatt, og på den måten har 3.gradsparabelen blitt stående som en enkel og grei løsning på overgangskurvens form.
{| class="wikitable"
 
|+ Tabell 5 - Stigningsfordeling for ulike eksisterende baner i Norge
 
!
Men når det kommer til mer moderne former for prosjektering, er som regel klotoiden lagt til grunn. Praktiske oppgaver på sporet, som justering, etter klotoidebaserte data, kan dermed skape konflikter på kurver opprinnelig utfestet som 3.gradsparabler. På samme måte som tabell .4 viser koordinatavvik mellom de to kurvene, vil den endrede ''retningen'' langs overgangskurven også avvike mellom de to, i det klotoiden alltid krummer noe mer enn 3.gradsparabelen.
! > 25 ‰
 
! 20,1-25 ‰
=== Konsistens mellom rampens og kurvens parametre ===
! 15,1-20 ‰
Parametre i overhøyderampen (h, dh/dt) og i overgangskurven (j<sub>u</sub>, ψ) henger nøye sammen, noe som vil illustreres i det følgende.
! 10,1-15 ‰
 
! 5,1-10 ‰
 
! 0,1-5 ‰
Vi tar først utgangspunkt i overhøyderampen. Overhøyden bygges opp til verdien h på tiden t<sub>rampe</sub> (= L<sub>rampe</sub>/v), altså tiden det tar å kjøre gjennom overhøyderampen, dvs.
! horisontalt
 
! Største stigning
 
{|style="width:300px;"
|-
|-
| <math>\frac{dh}{dt}\cdot t_\text{rampe} = h</math> ||(40)
! Østfoldbanen, vestre linje
|}
| 0 %
 
| 2 %
 
| 0 %
For overgangskurven vil den ukompenserte sideakselerasjonen bygges opp til verdien j<sub>u</sub> på tiden t<sub>kloto</sub> (= L<sub>kloto</sub>/v), altså tiden det tar å kjøre gjennom overgangskurven, dvs.
| 25 %
 
| 35 %
 
| 27 %
{|style="width:300px;"
| 11 %
| 25 ‰
|-
|-
| <math>\psi\cdot t_\text{kloto} = j_u</math> ||(41)
! Østfoldbanen, østre linje
|}
| 0 %
 
| 0 %
 
| 0 %
Selv om det finnes mange unntak ute i sporet, så skal i følge Teknisk regelverk overhøyderampen og overgangskurven falle sammen. Dette impliserer at de har samme lengde; L<sub>rampe</sub> = L<sub>kloto</sub>, og at det tar like lang tid å kjøre gjennom dem:
| 41 %
 
| 33 %
 
| 18 %
{|style="width:400px;"
| 8 %
| 13 ‰
|-
|-
| <math>t_\text{rampe} = t_\text{kloto} \Leftrightarrow \frac{h}{\left(\frac{dh}{dt}\right)} = \frac{j_u}{\psi}</math> ||(42)
! Dovrebanen
|}
| 0 %
 
| 0 %
 
| 16 %
Dersom vi kjenner tre av de fire størrelsene som inngår i uttrykket til høyre i ligning 42 kan vi enkelt regne ut den fjerde. I dette uttrykket må alle størrelsene betraktes som faktisk opptredende størrelser i ett bestemt punkt på overgangskurven (f.eks. i OE). Formulert på denne måten har de neppe noen praktisk anvendelse, kanskje bortsett fra når tre av størrelsene er målte størrelser. Av kanskje større interesse er det derfor å kunne bruke maksimalverdier i ligning 42. Dersom vi velger maksimalverdier for tre av størrelsene vil vi kunne regne ut tillatt verdi for den fjerde.
| 18 %
 
| 16 %
== Kurvekombinasjoner ==
| 31 %
I horisontalgeometrien finnes noen få hovedtyper av kurvekombinasjoner. Ved prosjektering av nye linjer er som regel alltid alle tre traseringselementene involvert, men for en del eksisterende baner er overgangskurven utelatt. I det følgende skal vi ta for oss hovedtypene, som vil bli fremstilt både som plantegning og ved pilhøydediagram, dvs. krumningsforløp gjennom kurven.
| 19 %
 
| 18 ‰
 
|-
=== Enkel kurvekombinasjon ===
! Kongsvingerbanen
Det enkleste kurveforløpet vi har består av overgangen fra rettlinje til sirkelkurve og tilbake igjen vha. overgangskurver. Fig. .8 illustrerer dette.
| 0 %
 
| 0 %
 
| 0 %
<center>[[Fil:Sporgeo_enkel_kurve.png|frame|Figur 8 - Enkel kurvekombinasjon: rettlinje - sirkel - rettlinje via overgangskurver.]]</center>
| 0 %
 
| 5 %
 
| 75 %
=== Sammensatte kurver ===
| 19 %
Vi skiller tradisjonelt mellom ulike kurvesammensetninger der sirkelkurver alltid inngår. En mye benyttet type er sammensatte kurver,'' ''eller ''kombinasjonskurver'', som skal bety flere tilstøtende, ensrettede sirkelkurver med ulik radius.
| 5 ‰
 
|-
 
! Rørosbanen
<center>[[Fil:Sporgeo_sammensatt_kurve.png|frame|Figur 9 - Sammensatt kurve]]</center>
| 0 %
 
| 0 %
 
| 0 %
Traseringskravene for sammensatte kurver, eller kombinasjonskurver, er de samme som for vanlige, enkle kurver, jf. til nå gjennomgåtte begrensninger pga. de ulike traseringsparametrene.
| 14 %
 
| 30 %
 
| 37 %
Ved prosjektering av nye baner/større linjeomlegginger bør sammensatte kurver imidlertid unngås og andre løsninger velges der det er mulig.
| 19 %
 
| 15 ‰
 
|-
=== Sammensatte kurver uten overgangskurve ===
! Nordlandsbanen
Dersom kurveradius er stor eller hastigheten er liten, kan overgangskurver utelates. Dette gjøres av konstruktive årsaker, og særlig på stasjoner i kontrakurver og i sporveksler. Punkter der rettlinje går direkte over i sirkelkurve betegnes kurvepunkt KP, mens punkter med en momentan overgang fra en sirkelkradius til en annen betegnes felles kurvepunkt FKP.
| 0 %
 
| 0 %
 
| 13 %
<center>[[Fil:Sporgeo_sammensatt_kurve_utenOB.png|frame|Figur 10 - Sammensatt kurve uten overgangskurver]]</center>
| 14 %
 
| 24 %
 
| 25 %
For sirkelkurver uten overhøyde er som regel også overgangskurver utelatt. Endring i krumning og dermed sideakselerasjon skjer i dette tilfellet momentant. Utfra teoretiske betraktninger tilsier dette at ''rykket'', den tidsderiverte av sideakselerasjonen, blir uendelig stort. Allikevel skjer det en utjevning i praksis, siden materiellet som trafikkerer linjen ikke er stivt, men utstyrt med fjæringsmekanismer. Fig. 11 illustrerer hvordan vognas faktiske akselerasjon arter seg ved inn- og utgang av en sirkelkurve med rettlinjer i endene.
| 25 %
 
| 19 ‰
 
<center>[[Fil:Sporgeo_sideakselerasjon_graf.png|frame|Figur 11 - Sideakselerasjon ved kjøring fra rett spor til sirkelkurve uten overgangskurve.]]</center>
 
 
Betraktningene rundt rulling som følge av fjæring hos materiellet, er gjeldende i perfekte kurver med jevn overgang. I praksis, for tilfellet uten overgangskurver, vil vi få svingninger i vogna som overstiger den teoretiske, ukompenserte sideakselerasjonen.
 
 
Det interessante punktet blir imidlertid å fastsette noen grenser for i hvilken utstrekning kurver uten overgangskurver kan benyttes. Her varierer innfallsvinkelen noe for de ulike forvaltninger. Én måte er å angi at endring til en manglende overhøyde I ikke skal overstige 100 mm. Videre kan denne begrenses ved å sette tak på hastigheten v som inngår i uttrykket.
 
 
En annen metode er å operere med en såkalt fiktiv overgangskurve. Som overgangskurve brukes da avstanden mellom vognas boggiesentra. Denne kan så settes inn i de vanlige formlene sammen med en akseptabel verdi for den ukompenserte sideakselerasjonen for å finne et utrykk for hvilken hastighet en kan benytte til hvilken kurveradius. Kravene til ukompensert sideakselerasjon er her som regel en senket maksverdi i forhold til vanlig.
 
 
Men hastigheten i kurver uten overgangskurver er også avhengig av hva slags kurve som benyttes, det vil si hvilken sammensetning den totale kurven har. De enkleste formene er direkte overgang fra rettlinje til sirkelkurve og direkte overgang mellom to ensrettede sirkelkurver. For disse gjelder vanlig hastighetsberegning utfra en j<sub>u,maks</sub>.
 
 
=== Motsatt rettede kurver ===
En annen vanlig kurvesammensetning er motsatt rettede kurver,'' ''eller'' ''kontrakurver, som betyr tilstøtende kurver med krumning med ulikt fortegn. I sin alminnelighet har disse kurvene to motsatt rettede, tilstøtende overgangskurver imellom. Ved alle større linjeomlegginger og nyanlegg skal denne formen benyttes.
 
 
<center>[[Fil:Sporgeo_motsattrettede_kurver.png|frame|Figur 12 - Motsatt rettede kurver med overgangskurver]]</center>
 
 
Der det er anledning til det, legges en rettlinje mellom overgangkurvene fremfor å la dem tilstøte hverandre i en felles OB. Men denne rettlinjen må være av en slik lengde, utfra maksimal tillatt hastighet på strekningen, at kjøring gjennom rettlinjen har en varighet på 0.9 sekunder eller mer.
 
 
=== Motsatt rettede kurver uten overgangskurver ===
Et siste tilfelle er to motsatt rettede sirkelkurver uten mellomliggende kurve. Denne kurveformen betegnes S-kurve og er foruten på eldre eksisterende spor anvendt bl.a. ved små linjeomlegginger for et begrenset tidsrom. For denne typen kurver gjelder følgende betingelse:
 
 
{|style="width:300px;"
|-
|-
| <math>\frac{v^2}{R_1}+\frac{v^2}{R_2}\leq j_{u,\text{maks}}</math> ||(43)
! Gjøvikbanen
|}
| 1 %
 
| 4 %
 
| 40 %
Tradisjonell bruk av formler fra tidligere, med innsatte verdier, gir følgende uttrykk når j<sub>u, maks</sub> = 0.7 m/s<sup>2</sup> og V = 3.6 v (i km/h):
| 32 %
 
| 10 %
 
| 7 %
{|style="width:300px;"
| 7 %
| 22 ‰
|-
! Bergensbanen
| 0 %
| 9 %
| 18 %
| 14 %
| 18 %
| 33 %
| 8 %
| 21 ‰
|-
|-
| <math>V\leq 3\cdot\sqrt{\frac{R_1 \cdot R_2}{R_1+R_2}}</math> ||(44)
! Sørlandsbanen
|}
| 0 %
 
| 7 %
 
| 17 %
For å sikre ønsket bufferoverdekning (samt utjevne rykket) i kurver som krummer i forskjellig retning, skal det enten velges tilstrekkelig store radier eller det skal anlegges en rettlinje mellom kurvene. For ugunstigste vognkombinasjon gjelder følgende:
| 18 %
 
| 20 %
 
| 20 %
Hvis <math>\frac{R_1 \cdot R_2}{|R_1+R_2|} \geq 120</math> anlegges ingen rettlinje.
| 17 %
 
| 25 ‰
 
Hvis <math>100 \leq\frac{R_1 \cdot R_2}{|R_1+R_2|}< 120</math> anlegges en rettlinje = 7 m i spor som skal trafikkeres av personvogner og ingen rettlinje i spor som bare skal trafikkeres med godsvogner.
 
 
Hvis <math>\frac{R_1 \cdot R_2}{|R_1+R_2|}< 100</math>anlegges en rettlinje = 10 m i spor som skal trafikkeres av personvogner og 7m i spor som bare skal trafikkeres med godsvogner.
 
 
Begge radiene skal være ≥ 140 m.
 
 
=== Klotoiden i kurvekombinasjoner ===
Dersom overgangskurven benyttes mellom to ensrettede sirkelkurver, har vi at:
 
 
{|style="width:600px;"
|-
|-
| <math>L =  A^2\left(\frac{1}{R_2}-\frac{1}{R_1}\right) \Leftrightarrow A = \sqrt{\frac{R_1 R_2}{R_1-R_2}L},R_2< R_1</math> ||(45)
! Vestfoldbanen
|}
| 0 %
 
| 0 %
 
| 7 %
For kontrakurver, eller motsatt rettede kurver, gjelder:
| 27 %
 
| 33 %
 
| 21 %
{|style="width:600px;"
| 11 %
| 14 ‰
|-
|-
| <math>L_1 =  \frac{A^2}{R_1}, L_2 = \frac{A^2}{L_2}\text{eller}A =  \sqrt{R_1 L_1} =  \sqrt{R_2 L_2}</math> ||(46)
! Solørbanen
|}
| 0 %
 
 
Jf. avsnitt 2.5.1 om overhøyderamper, gjelder uttrykkene i 46 bare dersom de to overgangskurvene har samme stigning, slik at vi har en rettlinjet, sakset overhøyderampe mellom sirkelkurvene. I motsatt fall må klotoideparameteren være forskjellig for de to kurvene.
 
= VERTIKALKURVATUR =
== Kurver i vertikalplanet ==
Geometrien for vertikalkurvaturen er langt enklere enn den for horisontalkurvaturen. Isolert sett består den vertikale traséen av kun to traseringselementer: Stigninger (rettlinjer) og stigningskurver (sirkelkurver) i vertikalplanet. Tilsammen utgjør disse kurvene ''vertikalkurvaturen''.
 
 
Linjens vertikalføring fremgår av lengdeprofilet for en gitt banestrekning, som angir størrelsen på stigning og fall på de forskjellige stedene på linjen. Stigning og fall angis i promille.
 
 
Tabell 5 angir fordelingen av stigning/fall i vertikalplanet for ulike eksisterende baner i Norge, der stigningene gjelder for alle ''rettlinjene'' i vertikalkurvaturen:
 
{| class="wikitable"
|+ Tabell 5 - Stigningsfordeling for ulike eksisterende baner i Norge
!
! > 25 ‰
! 20,1-25 ‰
! 15,1-20 ‰
! 10,1-15 ‰
! 5,1-10 ‰
! 0,1-5 ‰
! horisontalt
! Største stigning
|-
! Østfoldbanen, vestre linje
| 0 %
| 0 %
| 2 %
| 0 %
| 0 %
| 25 %
| 0 %
| 35 %
| 20 %
| 27 %
| 53 %
| 11 %
| 28 %
| 25
| 8
|-
|-
! Østfoldbanen, østre linje
! Roa - Hønefoss
| 0 %
| 0 %
| 0 %
| 5 %
| 0 %
| 69 %
| 41 %
| 33 %
| 18 %
| 18 %
| 8 %
| 2 %
| 13
| 3 %
| 3 %
| 20
|-
|-
! Dovrebanen
! Raumabanen
| 0 %
| 0 %
| 0 %
| 1 %
| 23 %
| 10 %
| 16 %
| 16 %
| 18 %
| 27 %
| 16 %
| 24 %
| 31 %
| 20
| 19 %
| 18
|-
|-
! Kongsvingerbanen
! Hell - Storlien
| 0 %
| 0 %
| 0 %
| 0 %
| 0 %
| 32 %
| 0 %
| 8 %
| 5 %
| 16 %
| 75 %
| 26 %
| 19 %
| 18 %
| 5
| 19
|-
|-
! Rørosbanen
! Grong - Namsos
| 0 %
| 0 %
| 0 %
| 0 %
| 0 %
| 0 %
| 14 %
| 8 %
| 30 %
| 33 %
| 37 %
| 16 %
| 19 %
| 43 %
| 15
| 11
|-
|-
! Nordlandsbanen
! Randsfjordbanen
| 0 %
| 0 %
| 0 %
| 0 %
| 0 %
| 13 %
| 13 %
| 14 %
| 42 %
| 24 %
| 32 %
| 25 %
| 13 %
| 25 %
| 11
| 19
|-
|-
! Gjøvikbanen
! Flåmsbanen
| 1 %
| 83 %
| 0 %
| 0 %
| 0 %
| 4 %
| 4 %
| 40 %
| 32 %
| 10 %
| 7 %
| 7 %
| 22 ‰
|-
! Bergensbanen
| 0 %
| 9 %
| 9 %
| 18 %
| 3 %
| 14 %
| 55
| 18 %
| 33 %
| 8 %
| 21
|-
|-
! Sørlandsbanen
! Asker - Spikkestad
| 0 %
| 0 %
| 7 %
| 17 %
| 18 %
| 20 %
| 20 %
| 17 %
| 25 ‰
|-
! Vestfoldbanen
| 0 %
| 0 %
| 0 %
| 0 %
| 7 %
| 10 %
| 27 %
| 31 %
| 33 %
| 37 %
| 21 %
| 23 %
| 11 %
| 11 ‰
| 14
|-
|-
! Solørbanen
! Arendalslinjen
| 0 %
| 0 %
| 0 %
| 0 %
| 0 %
| 4 %
| 0 %
| 24 %
| 20 %
| 9 %
| 53 %
| 23 %
| 28 %
| 39 %
| 8
| 22
|-
|-
! Roa - Hønefoss
! Ofotbanen
| 0 %
| 0 %
| 5 %
| 1 %
| 69 %
| 26 %
| 18 %
| 58 %
| 2 %
| 3 %
| 3 %
| 3 %
| 6 %
| 20
| 6 %
| 17
|-
|-
! Raumabanen
! Øvrige baner
| 0 %
| 0 %
| 1 %
| 1 %
| 23 %
| 17 %
| 10 %
| 22 %
| 16 %
| 36 %
| 27 %
| 18 %
| 24 %
| 5 %
| 20 ‰
| -
|-
|-
! Hell - Storlien
! Totalt
| 0 %
| 1 %
| 0 %
| 2 %
| 32 %
| 13 %
| 8 %
| 17 %
| 16 %
| 22 %
| 26 %
| 28 %
| 18 %
| 18 %
| 19
| 55
|-
|}
! Grong - Namsos
 
| 0 %
== Stigninger ==
| 0 %
Med stigning menes her en rettlinje i vertikalplanet som avviker i retning fra en horisontal referanseflate. Kjøreretningen bestemmer om stigningen har positivt (reell stigning) eller negativt (fall) fortegn.
| 0 %
 
| 8 %
 
| 33 %
=== Stigning og motstand ===
| 16 %
De viktigste avveiningene for å optimalisere stigning og fall er anleggsomkostningene, som kan begrenses ved større stigninger (kortere kjørevei), og driftskostnadene, som raskt vokser ettersom behovet for kraftigere trekkraft gjør seg gjeldende. Likeledes kreves bremsekraft ved fall.
| 43 %
 
| 11 ‰
 
|-
Alt rullende materiell må overvinne en ''kjøremotstand'' under fremføringen. Denne består hovedsaklig av tre ledd: Grunnmotstanden, som utgjøres av friksjon etc., kurvemotstanden i horisontalkurver, og stigningsmotstanden. I vertikalgeometrien fokuserer vi på sistnevnte og dens samspill med den totale kjøremotstanden. Fenomenet består av tyngdekraftens komponent parallelt sporets lengderetning og er helt analogt med tyngdens komponent på tvers av kjøreretningen i kurver med overhøyde. Grundigere beskrivelse av kjøremotstand finnes i [[Teknisk_linjeføring#Kj.C3.B8remotstand|Teknisk linjeføring: Kjøremotstand]].
! Randsfjordbanen
 
| 0 %
 
| 0 %
<center>[[Fil:Sporgeo_stigningsmotstand.png|frame|Figur 13 - Stigningsmotstand]]</center>
| 0 %
 
| 13 %
 
| 42 %
Som regel er ikke stigningen større enn at vi kan tilnærme stigningen (lik tangens til v) med vinkelen v selv.
| 32 %
 
| 13 %
 
| 11 ‰
En uskadelig stigning er en stigning som innebærer mindre motstand enn grunnmotstanden og som derfor ikke gir større trafikkostnader enn på en flat strekning. I motsatt fall har vi en skadelig stigning.
|-
 
! Flåmsbanen
 
| 83 %
På en del av våre eldre eksisterende baner, vil vertikalkurvaturen vise tegn på tidligere begrensninger hos det rullende materiell. Materiellet hadde ofte ikke kraft nok til å forsere en ideell stigning, dvs. helt jevn stigning fra et punkt til et annet, men måtte ha gjentatte intervaller av varierende stigning, og til og med fall, når den totale kjøremotstanden ble for høy. Disse intervallene fremkom ved å redusere stigningen med kurvemotstanden, slik at lengdeprofilet ble brukket i de horisontale kurvepunktene. Uskadelig stigning er/var sjelden mulig å få til, men en hovedutfordring bestod i å unngå såkalt tapt stigning, dvs. at avvikene fra jevn stigning medførte økt energiforbruk.
| 0 %
 
| 0 %
 
| 0 %
 
| 4 %
=== Bestemmende fall og stigning ===
| 9 %
Bestemmende fall er det fall i promille som beregnes ved å forbinde to punkter i strekningens lengdeprofil med innbyrdes avstand lik 1000 m med en rett linje (tilsvarende for bestemmende stigning). For en lengre strekning er det bestemmende fall/stigning den største verdien som fremkommer på en vilkårlig kilometer langs strekningen med denne beregningen.
| 3 %
 
| 55 ‰
 
|-
<center>[[Fil:Sporgeo_bestemmende_fall.png|frame|Figur 14 - Eksempel på beregning av bestemmende fall/stigning med anvisere.]]</center>
! Asker - Spikkestad
 
| 0 %
 
| 0 %
I fig. 14 er det bestemmende fall fra km 0 til km 2.1 mindre enn 5 ‰ (dette er såpass lite at det ikke skiltes). Fra km 2.1 til km 4.1 er det bestemmende fall lik 14.6 ‰ og anvises derfor avrundet til 15. Største fall er 17.2 ‰.
| 0 %
 
| 10 %
 
| 31 %
Bestemmende fall/stigning vil naturlig nok stille ulike krav til ulik trafikk og materiell. Derfor har alle forvaltninger strenge krav til største bestemmende fall/stigning. Vanlig krav er 12,5 ‰ ved nybygging (med muligheter for unntak). Som man ser av tabell 5 har vi i Norge mange steder større stigninger på deler av nettet.
| 37 %
 
| 23 %
 
| 11 ‰
I enkelte tilfeller kan sporets ''absolutte'' fall/stigning angis i stedet for det bestemmende. Dette gjelder når det forekommer store fall/stigninger over en kort strekning på stasjoner eller sidespor, hvor det f.eks. foregår skifting.
|-
 
! Arendalslinjen
 
| 0 %
Prosjektering av vertikalkurvaturen er i stor grad avhengig av ''hastigheten'' til det materiellet som skal trafikkere den aktuelle strekningen. Største tillatte kjørehastighet for tog på strekninger med ''fall'' er ikke bare avhengig av den oppsatte hastigheten i sporavsnittet, men også av togets bremseutstyr og det bestemmende fall på strekningen.
| 0 %
 
| 4 %
 
| 24 %
Når en ny linje driftsmessig er å betrakte som en forlengelse av en eksisterende bane, eller når det gjelder linjeomlegging, er det uansett en fordel om bestemmende fall ikke overstiger det som gjelder for den eksisterende banen. Dette for ikke å skape nye flaskehalser for tunge godstog.
| 9 %
 
| 23 %
 
| 39 %
Der hvor materiell hensettes (stasjoner, sidespor, oppstillingsspor) bør sporet helst anlegges horisontalt eller med mindre stigning/fall enn grunnmotstanden (som kan regnes i promille, se [[Teknisk_linjeføring#Grunnmotstand|Teknisk linjeføring: Grunnmotstand]]). Dette er et sikkerhetshensyn for å hindre at materiell som står stille begynner å rulle.
| 22 ‰
 
|-
== Stigningskurven ==
! Ofotbanen
I forrige avsnitt ble det vist et lengdeprofil fra vertikalkurvaturen, der stigning og fall endres i brukne rettlinjer. Men for å få jevn vertikalkurvatur, må hvert slikt brytningspunkt, eller brekkpunkt, rundes av med en sirkelkurve i vertikalplanet, en såkalt ''stigningskurve'' eller ''vertikalkurve''.
| 0 %
 
| 1 %
 
| 26 %
Stigningskurven fungerer som overgang mellom de ulike stigninger. I teoretisk prosjekteringssammenheng benyttes imidlertid ikke stigningskurver der stigningsforskjellen ikke overstiger 1 ‰.
| 58 %
 
| 3 %
 
| 6 %
Figur .15 viser utgangspunktet for innlegging av en stigningskurve. Brytningspunktet (BP) angir hvor kurven skal ligge - enten over eller under knekken i det eksisterende terrenget. Nødvendig utstrekning angis ved stigningskurvens ender (SE). Ved overgang til større stigning, eller til lavere fall, har vi såkalt lavbrekk. I motsatt fall har vi høybrekk.
| 6 %
 
| 17 ‰
 
|-
<center>[[Fil:Sporgeo_vertikalkurver.png|frame|Figur 15 - Vertikalkurver.]]</center>
! Øvrige baner
 
| 0 %
 
| 1 %
=== Radius ===
| 17 %
Vertikalkurvens radius fastsettes normalt ved å ta hensyn til reduksjon av aksellasten i vertikalkurver i høybrekk, eller konvekse kurver, som vist i fig. .15. Videre må det tas hensyn til klaringen mellom spor og rullende materiell, som blir dimensjonerende størrelse for spor som trafikkeres med lave hastigheter. Komfort er sjelden dimensjonerende faktor for å bestemme vertikalradius.
| 22 %
 
| 36 %
 
| 18 %
Tidligere ble vertikalkurvens radius regnet ut som kvadratet av hastigheten i km/h. Med dagens hastigheter gir det altfor store radier som er vanskelige å tilpasse horisontalgeometrien. Eksempelet nedenfor viser henholdsvis normalkravet og minstekravet til radius i vertikalkurver. Det er en fordel å benytte større radier der det er mulig.
| 5 %
 
| -
{{eksempel|'''Eksempel:''' I Norge per 2016 skal vertikalkurver for nye baner ikke være mindre enn:
|-
 
! Totalt
{{(!}} class{{=}}"wikitable"
| 1 %
{{!}}-
| 2 %
! Normale krav
| 13 %
! Minste krav
| 17 %
{{!}}-
| 22 %
{{!}} R<sub>v</sub> {{=}} V<sup>2</sup>/2,6 [m] <br>
| 28 %
Minste R<sub>v</sub> {{=}} 4000 m
| 18 %
{{!}} R<sub>v</sub> {{=}} V<sup>2</sup>/3,9 [m] <br>
| 55 ‰
Minste R<sub>v</sub> {{=}} 2500 m
|}
{{!)}}


== Stigninger ==
(V er gitt i km/h)
Med stigning menes her en rettlinje i vertikalplanet som avviker i retning fra en horisontal referanseflate. Kjøreretningen bestemmer om stigningen har positivt (reell stigning) eller negativt (fall) fortegn.
}}




=== Stigning og motstand ===
Dersom vertikalkurver faller sammen med kurver i horisontalplanet, vil sporets geometri bli komplisert, og overhøyde- og vindskjevhetsfeil kan oppstå. Derfor bør stigningskurvene så langt det er mulig ligge i horisontale rettlinjer og ikke sammenfalle med overgangskurver eller sporveksler. Sammenfall med sirkelkurver i horisontalplanet er ikke like problematisk.
De viktigste avveiningene for å optimalisere stigning og fall er anleggsomkostningene, som kan begrenses ved større stigninger (kortere kjørevei), og driftskostnadene, som raskt vokser ettersom behovet for kraftigere trekkraft gjør seg gjeldende. Likeledes kreves bremsekraft i forhold til fall.  


=== Lengde på kurven ===
Ser vi igjen på fig. .15 fra avsnitt 3.3, kan vi finne et uttrykk for lengdene t. Vi forutsetter i første omgang at sirkelkurven legges inn slik at disse kan betraktes som tangenter til kurven. Figur .16 illustrerer situasjonen for to vilkårlige kryssende tangenter til en sirkelkurve:


For alt rullende materiell gjelder en felles kjøremotstand under fremføringen. Denne består hovedsaklig av tre ledd: Grunnmotstanden, som utgjøres av friksjon etc., kurvemotstanden i horisontalkurver, og stigningsmotstanden. I vertikalgeometrien fokuserer vi på sistnevnte og dens samspill med den totale kjøremotstanden. Fenomenet består av tyngdekraftens komponent parallelt sporets lengderetning og er helt analogt med tyngdens komponent på tvers av kjøreretningen i kurver med overhøyde.


[[Fil:Sporgeo_beregninger_vertikalkurve.png|frame|Figur 16 - Beregning av lengde, heving og senking i vertikalkurve.]]


<center>[[Fil:Sporgeo_stigningsmotstand.png|frame|Figur 13 - Stigningsmotstand]]</center>


De to tangentene har samme lengde og som uttrykkes ved:


Som regel er ikke stigningen større enn at vi kan tilnærme stigningen (lik tangens til v) med vinkelen v selv.


{|style="width:400px;"
|-
| <math>A,BP = B,BP = R\cdot\tan\frac{\alpha}{2}</math> ||(49)
|}
Siden stigning og fall utgjør svært små vinkler, kan en tilnærme størrelsene, som egentlig er forholdstall og dermed'' tangens'' til vinklene, med vinklene selv. Dermed kan vi skrive:


En uskadelig stigning er en stigning som innebærer mindre motstand enn grunnmotstanden og som derfor ikke gir større trafikkostnader enn på en flat strekning. I motsatt fall har vi en skadelig stigning.


{|style="width:400px;"
|-
| <math>A,BP = B,BP \approx R\cdot\frac{\alpha}{2}</math> ||(50)
|}


På en del av våre eldre eksisterende baner, vil vertikalkurvaturen vise tegn på tidligere begrensninger hos det rullende materiell. Materiellet hadde ofte ikke kraft nok til å forsere en ideell stigning, dvs. helt jevn stigning fra et punkt til et annet, men måtte ha gjentatte intervaller av varierende stigning, og til og med fall, når den totale kjøremotstanden ble for høy. Disse intervallene fremkom ved å redusere stigningen med kurvemotstanden, slik at lengdeprofilet ble brukket i de horisontale kurvepunktene. Uskadelig stigning er/var sjelden mulig å få til, men en hovedutfordring bestod i å unngå såkalt tapt stigning, dvs. at avvikene fra jevn stigning medførte økt energiforbruk.


Ved å betrakte figur 16 i forhold til horisontalplanet, kan det gjennom en del vinkelbetraktninger vises at vinkelen ''α/2'' er halve forskjellen mellom stigningene. Dermed ender vi opp med et uttrykk for ''t'' som funksjon av stigning og kurveradius:




=== Bestemmende fall og stigning ===
{|style="width:300px;"
Bestemmende fall/stigning er det fall i promille som beregnes ved å forbinde to punkter i strekningens lengdeprofil med innbyrdes avstand lik 1000 m med en rett linje. For en lengre strekning er det bestemmende fall/stigning den største verdien som fremkommer på en vilkårlig kilometer langs strekningen med denne beregningen.
|-
| <math>t = \frac{s_2-s_1}{2} \cdot R</math> ||(51)
|}




Linjens stigning og fall angis med fall- og stigningsvisere. Disse settes opp ved begynnelsen av fall- eller stigningsstrekningen, og på steder der det bestemmende fall endres med mer enn 5 ‰. Ved bestemmende fall/stigning under 5 ‰ anvendes ikke visere.
der t er lengden til “tangentene” til de to halvpartene av kurven som utgjør henholdsvis de ulike stigningene s<sub>1</sub> og s<sub>2</sub>, gitt som forholdstall. Her er det viktig å bruke riktig fortegn, slik at fall inngår som “negativ stigning”.




<center>[[Fil:Sporgeo_bestemmende_fall.png|frame|Figur 14 - Eksempel på beregning av bestemmende fall/stigning med anvisere.]]</center>
Som for stigninger gjelder det at stigningskurvens lengde ikke skal være kortere enn 20 m.


=== Heving og senking ===
I høybrekk foretar vi en senking av brytningspunktet BP ned til punktet P, mens i lavbrekk foretar vi en såkalt heving, jf. figur 15. Betrakter vi figur 16, ønsker vi å finne heving/senking som lengden BP,P. Utfra de påtegnede vinkler fås følgende sammenheng:


I fig. .14 er det bestemmende fall fra km 0 til km 2.1 mindre enn 5 ‰ og anvises derfor ikke. Fra km 2.1 til km 4.1 er det bestemmende fall lik 14.6 ‰ og anvises derfor avrundet til 15. Største fall er 17.2 ‰.


{|style="width:500px;"
|-
| <math>BP,P = P_1,P \cdot \tan\frac{\alpha}{2} = R\cdot \tan\frac{\alpha}{2}\cdot \tan\frac{\alpha}{4}</math> ||(52)
|}


Bestemmende fall/stigning vil naturlig nok stille ulike krav til ulik trafikk og materiell. Derfor er det satt krav om største bestemmende fall/stigning:


Igjen kan vi tilnærme tangens til vinkelen med vinkelen selv, som dermed gir:


{| class="wikitable"
 
|+ Tabell 6 - Største bestemmende fall/stigning på fri linje
{|style="width:600px;"
!
! colspan="3"| Største bestemmende stigning/fall (‰)
|-
|-
| || Baner med blandet trafikk || Persontrafikkbaner || Sidespor
| <math>m_v = BP,P \approx R\cdot \frac{\alpha}{2}\cdot \frac{\alpha}{4} = R\cdot \frac{\alpha^2}{8} = R\cdot \frac{(s_2-s_1)^2}{8} = \frac{t^2}{2R}</math> ||(53)
|-
| Normale krav || 12,5 || 20 || 12,5
|-
| Minste krav || 20 || 25 || 30
|}
|}




I enkelte tilfeller kan sporets ''absolutte'' fall/stigning angis i stedet for det bestemmende. Dette gjelder når det forekommer store fall/stigninger over en kort strekning på stasjoner eller sidespor, hvor det f.eks. foregår skifting.
Uttrykket helt til høyre i 53 er det vanlige uttrykket for heving og senking, som funksjon av tangentlenden ''t'' og kurveradius.


= Geometriske feil - vedlikehold =
Til nå i dette kapitlet har vi først og fremst konsentrert oss om en rekke teoretiske aspekter ved sporgeometrien, dvs. geometrisk utforming etter ideelle ønsker. Sporet er imidlertid gjenstand for stadige justeringer, og i det følgende skal vi belyse en del geometriske feil som oppstår. Feil i sporet er forøvrig grundigere beskrevet i kapitlene L534 – Sporjustering og L535 – Tilstandskontroll.


Prosjektering av vertikalkurvaturen er i stor grad avhengig av ''hastigheten'' til det materiellet som skal trafikkere den aktuelle strekningen. Største tillatte kjørehastighet for tog på strekninger med ''fall'' er ikke bare avhengig av den oppsatte hastigheten i sporavsnittet, men også av togets bremseutstyr og det bestemmende fall på strekningen. Tabell .7 gir en normal sammenstilling av bestemmende fall og hastigheter:


For geometriens, eller kurvaturens del, er det særlig fire geometriske feil vi ønsker å minimalisere: Vindskjevheter, avvik i side og høyde og uriktig overhøyde. En skulle umiddelbart regne med at de ulike geometriske feilene hadde samme karakter og utbedring for nær identiske spor- og trafikkforhold, men grundige undersøkelser over tid har ikke kunnet bekrefte dette. Hverken trafikkmengde/-type eller sporkonstruksjon kan på statistisk grunnlag vise til noe entydig forringelse av geometrien eller vedlikeholdsbehov.


{| class="wikitable"
|+ Tabell 7 - Forholdet mellom bestemmende fall og tillatt hastighet
! Bestemmende fall (‰)
! Tillatt hastighet (km/h)
|-
| 12,5 || 200
|-
| 15 || 180
|-
| 17,5 || 160
|-
| 20 || 140
|-
| 22,5 || 120
|-
| 25 || 100
|}


Derimot kan det vises at høyde- og sidefeil øker lineært både med aksellast og tiden mellom vedlikehold, utenom den initielle justeringen av sporet.


Høyere hastighet enn angitt i tabell 7 kan tillempes hvis signalsystem og rullende materiell tilsier det. Eksempelvis er kravet på Gardermobanen satt til 27 ‰.


== Vindskjevhet ==
=== Definisjon og årsak ===
Fenomenet forekommer i to former: tilsiktet og utilsiktet vindskjevhet. Den tilsiktede vindskjevheten finnes i overhøyderamper og kalles rampestigning. Utilsiktet vindskjevhet er som regel langt større, og den kan oppstå som en geometrisk feil i spor med telefarlige masser, ustabiliserte spor og etter eller under gravearbeider. Den vanligste definisjonen av vindskjevhet er forskjell i overhøyde, målt over en gitt basis. Dette innebærer at skinnestrengene ikke er parallelle i vertikalplanet, men har ulik stigning. En annen definisjon av vindskjevhet er hvis vi tenker oss en helt stiv vogn med fire hjul: Ved vindskjevt spor vil kun tre av hjulene berøre sporet. Avstanden fra det fjerde og ned på skinnestrengen blir dermed sporets vindskjevhet.


Når en ny linje driftsmessig er å betrakte som en forlengelse av en eksisterende bane, eller når det gjelder linjeomlegging, skal det bestemmende fall ikke være større enn for den eksisterende banen. I motsatt fall bør det bestemmende fall velges slik at de forutsatte togslag kan kjøre i stigning og fall i overensstemmelse med hastighetsbetraktningene fra forrige avsnitt.


[[Fil:Sporgeo_overhoyde.png|thumb|600px|center|Figur 39 - Vindskjevhet som forskjell i overhøyde h<sub>2</sub>-h<sub>1</sub> over en basis B.]]


For rettlinjer i vertikalplanet gjelder at linjer med konstant eller uten stigning mellom sirkelkurver skal ha en lengde på minst 20 m.


=== Konsekvens ===
For å se på følgene av vindskjevt spor, er den stive vogna uten fjæring et godt utgangspunkt. Når denne går inn i en overgangskurve og opp en overhøyderampe fra en rettlinje, vil det fremre, ytre hjulet påvirkes av en økt kraft, mens det bakre, ytre hjulet vil avlastes - i det svært teoretiske tilfellet totalt. Ut av sirkelkurven igjen og ned en overhøyderampe skjer det motsatte - det fremre, ytre hjulet avlastes.


=== Stasjonsområder ===
På stasjoner og ved hensetting av tog gjelder egne bestemmelser. I første omgang skal det bestemmende fall/stigning ikke overstige 20 ‰ mellom innkjørs- og utkjørshovedsignal.


For eksisterende rullende materiell er situasjonen den samme, bare mer komplisert på grunn av materiellets dynamiske egenskaper og avhengig av hvor bratt den aktuelle rampa er. Som oftest finnes lokale, utilsiktede vindskjevheter innenfor rampa, som dermed må legges til den tilsiktede vindskjevheten. Hvis denne summen blir stor nok får det ytre hjulet avlasting nok til å klatre over skinnekanten og vi får avsporing. Det er altså i ramper med minkende overhøyde faren for avsporing er aller størst.


For hovedspor såvel som sidespor og oppstillingsspor gjelder at sporet bør anlegges horisontalt. Største stigning/fall er 2 ‰/5 ‰ (normal-/minstekrav). Sidespor må i tillegg sikres med avledende sporveksel eller sporsperre. Utfra erfaring med ulike typer materiell må stigning/fall i tillegg avpasses i forhold til igangsetting fra stopp.


== Side- og høydefeil ==
=== Definisjon og årsak ===
Side- og høydefeil er kort og godt avvik fra horisontal- og vertikalkurvatur og måles i stor grad ved de samme prinsipper. Ved justering av sidebeliggenheten, eller baksing, justeres alltid høydebeliggenheten samtidig.


Spor mot plattformer har samme krav som ved hensetting.


== Stigningskurven ==
Vi skiller mellom tre nivåer av feil: farlige, skadelige og uskadelige feil. Førstnevnte er en fare for sikkerheten og må rettes omgående når de oppdages. Skadelige feil rettes så snart som mulig, etter at alle farlige feil for et strekke er rettet. De uskadelige feilene holdes under observasjon slik at vedlikeholdet er tilstrekkelig til at de ikke utvikler seg til skadelige feil.
I forrige avsnitt ble det vist et lengdeprofil fra vertikalkurvaturen, der stigning og fall endres i brukne rettlinjer. Men for å få jevn vertikalkurvatur, må hvert slikt brytningspunkt, eller brekkpunkt, rundes av med en sirkelkurve i vertikalplanet, en såkalt stigningskurve.




Stigningskurven fungerer som overgang mellom de ulike stigninger. I teoretisk prosjekteringssammenheng benyttes imidlertid ikke stigningskurver der stigningsforskjellen ikke overstiger 1 ‰.
=== Konsekvens ===
Slike feil forårsaker en slingrende toggang, som igjen vil forårsake ujevn slitasje på skinnene og befestigelsen. Dessuten kan feil i sidebeliggenheten forårsake solslyng på skinnene.




Figur .15 viser utgangspunktet for innlegging av en stigningskurve. Brytningspunktet (BP) angir hvor kurven skal ligge - enten over eller under knekken i det eksisterende terrenget. Nødvendig utstrekning angis ved stigningskurvens ender (SE). Ved overgang til større stigning, eller til lavere fall, har vi såkalt lavbrekk. I motsatt fall har vi høybrekk.  
== Overhøydefeil ==
=== Årsak ===
Hvis den tilsiktede overhøyden i en kurve ikke er oppnådd ved en justering, vil belastning av sporet lett kunne påføre kurven ytterligere avvik fra ideell overhøyde. Dermed går vi inn i en ond sirkel hvor feilen bare vokser.




<center>[[Fil:Sporgeo_vertikalkurver.png|frame|Figur 15 - Vertikalkurver.]]</center>
=== Konsekvens ===
Dersom følgen av dårlig justering er for stor overhøyde, får vi et større overhøyde overskudd enn vi har regnet med for godstogene. Følgelig kan disse forskyve sporet så hardt innover i kurven at det ødelegger sporet. I motsatt fall blir den manglende overhøyden I så stor for det raskeste materiellet at vi får avsporing.




=== Radius ===
Brå feil i overhøyden kan også gi feil i baksen. Når disse blir store, oppstår ofte også en sporutvidelse samme sted.
Vertikalkurvens radius fastsettes normalt ved å ta hensyn til reduksjon av aksellasten i vertikalkurver i høybrekk, eller konvekse kurver, som vist i fig. .15. Videre må det tas hensyn til klaringen mellom spor og rullende materiell, som blir dimensjonerende størrelse for spor som trafikkeres med lave hastigheter. Komfort er sjelden dimensjonerende faktor for å bestemme vertikalradius.




Tidligere ble vertikalkurvens radius regnet ut som kvadratet av hastigheten i km/h. Med dagens hastigheter gir det altfor store radier som er vanskelige å tilpasse horisontalgeometrien. Følgende to formler gir henholdsvis normalkravet og minstekravet til radius i vertikalkurver. Hastigheten V inngår i km/h:
== Registrering av kurvatur - løfteskjema ==
I avsnitt 2.6 om horisontalkurvatur ble de mest anvendte kurvekombinasjonene vist i figurer. Figurene 8 og 12 viser henholdsvis den alminnelige overgangen mellom rettlinje og sirkelkurve, ved hjelp av overgangskurve, og bruk av tilstøtende overgangskurver for kontrakurver (FOB). Begge typer forekommer både med og uten mellomliggende rettlinje. Disse kurvekombinasjonene kan vi betegne som lovlige kombinasjoner. Direkte overgang fra rettlinje til sirkelkurve skal derimot ikke forekomme på hovedspor. Da har vi i så fall en ulovlig kombinasjon. Det som derimot forekommer en del er såkalte felles kurvepunkt (FKP). Disse utgjør gjerne en liten endring i krumning fra en sirkelkurve til en annen.




{|style="width:400px;"
Alle punkt som innebærer endret situasjon på sporet har blitt registrert i infrastrukturregisteret Banedata, sammen med en rekke andre data som berører tekniske anlegg utover traséen, som VUL-punkt, hastighetskilt, planoverganger, bruer og sporveksler. På grunnlag av spordataene fra Banedata kan vi fremstille såkalte ''løfteskjema''. Dette skjemaet inneholder de nødvendige data for justering av sporet med maskin. I tillegg til talldata fra Banedata, inneholder det også en grafisk fremstilling av horisontalkurvaturen ved å illustrere krumningen som negativ og positiv i henholdsvis venstre- og høyrekurver i kilometerretningen. På grunn av fortløpende informasjon om punkter uten direkte sammenheng, rangert etter kilometer, er den grafiske fremstillingen til stor hjelp for å tolke sporets horisontale gang.
|-
| <math>R_V = \frac{V^2}{2,6}m \text{ og } R_V \geq 4000 m</math> ||(47)
|}




{|style="width:400px;"
Vertikalkurvaturen er også fremstilt med tall i løfteskjemaet, men er ikke presentert grafisk. Dette ville ikke gitt merkbare utslag med den målestokken kilometreringen innebærer i hht. til horisontalkurvaturen.
|-
| <math>R_V = \frac{V^2}{3,9}m \text{ og } R_V \geq 2500 m</math> ||(48)
|}


Men der det er plass til å benytte større radius enn det som kreves etter .48, bør dette gjøres. Dersom vertikalkurver faller sammen med kurver i horisontalplanet, vil sporets geometri bli komplisert, og overhøyde- og vindskjevhetsfeil kan oppstå. Derfor bør stigningskurvene så langt det er mulig ligge i horisontale rettlinjer.


Figur 40 viser et eksempel på en side fra et løfteskjema fra en delstrekning på Sørlandsbanen, etterfulgt av en forklaring på de ulike elementene som er listet.


Vertikalkurven skal ikke falle sammen med overgangskurver eller sporveksler. Opptil nylig var dette tillatt så lenge radius var så stor som ''10 000 m'', så en rekke slike tilfeller finnes ute på sporet i dag. Et konkret eksempel på dette er hele den østre delen av Oslo Sentralstasjon, som inneholder et stort antall sporveksler og derfor har vertikalkurvatur med nettopp denne radien. I sin alminnelighet skal vertikalkurver aldri ha radius mindre enn 2000 m.


[[Fil:Lofteskjema-2000.png|thumb|600px|center|Figur 40 - Eksempel på løfteskjema: delstrekningen fra banenr. 2000; Nordagutu – Nelaug på Sørlandsbanen]]


Stigningskurver i horisontal rettlinje skal videre avsluttes minst 15 m foran nærmeste OB og i horisontalkurve minst 15 m foran nærmeste OE.


{|
|-
| 1. kolonne || traseringspunkt, evt. skilt, mast
|-
| 2. kolonne || km, 3 desimaler (m-nivå)
|-
| 3-4. kolonne || evt. VUL-koordinater
|-
| 5-7. kolonne || horisontalkurvatur: radius (sirkelkurven), overhøyde og lengde på overgangskurve
|-
| 8. kolonne || grafisk krumningsdiagram
|-
| 9-11. kolonne || vertikalkurvatur: h.o.h., radius ''eller'' stigning og tangentlengde
|-
| 12-13.kolonne || hastighetsskilter
|}


På ''sidespor'' er kravene til minste radius hhv. 1500 m (normalt) og 500 m (minste), og det kan dispenseres for radier helt ned til 250 m under helt bestemte betingelser.
= Vedlegg =


== Andre typer overgangskurver ==
To ikke-lineære overgangskurver:


=== Lengde på kurven ===
En 4.gradsparabel har krumningsforløp tilsvarende to 2.gradsparabler. Derfor gjelder ulike matematiske uttrykk for henholdsvis første og siste halvdel og kurvens utstrekning:
Ser vi igjen på fig. .15 fra avsnitt 3.3, kan vi finne et uttrykk for lengdene t. Vi forutsetter i første omgang at sirkelkurven legges inn slik at disse kan betraktes som tangenter til kurven. Figur .16 illustrerer situasjonen for to vilkårlige kryssende tangenter til en sirkelkurve:
 
 
[[Fil:Sporgeo_beregninger_vertikalkurve.png|frame|Figur 16 - Beregning av lengde, heving og senking i vertikalkurve.]]
 
 
De to tangentene har samme lengde og som uttrykkes ved:




{|style="width:400px;"
{|style="width:400px;"
|-
|-
| <math>A,BP = B,BP = R\cdot\tan\frac{\alpha}{2}</math> ||(49)
| <math>x< \frac{l}{2}: y = \frac{x^4}{6Rl^2}</math> ||
|-
| <math>x> \frac{l}{2}: y = \frac{x^4}{6Rl^2}+\frac{x^2}{2R} - \frac{lx}{2R}+\frac{7l^2}{48R}</math> || (19)
|-
| <math>m = \frac{l^2}{48R}</math> ||
|}
|}


Siden stigning og fall utgjør svært små vinkler, kan en tilnærme størrelsene, som egentlig er forholdstall og dermed'' tangens'' til vinklene, med vinklene selv. Dermed kan vi skrive:
 
der ''l'' = lengden langs tangenten, og m det såkalte innrykket, eller innflyttingen, som beskrives nærmere i avsnitt 2.5.4.
 
 
En annen kurve med s-formet krumning er sinuskurven, gitt som:




{|style="width:400px;"
{|style="width:400px;"
|-
|-
| <math>A,BP = B,BP \approx R\cdot\frac{\alpha}{2}</math> ||(50)
| <math>y = \frac{xl}{4R} - \frac{l^2}{2 \pi^2 R}\left(1-\cos\frac{\pi x}{l}\right)</math> ||
|-
| || (20)
|-
| <math>m = \frac{l^2}{42,23 R}</math> ||
|}
|}




Ved å betrakte figur 16 i forhold til horisontalplanet, kan det gjennom en del vinkelbetraktninger vises at vinkelen ''α/2'' er halve forskjellen mellom stigningene. Dermed ender vi opp med et uttrykk for ''t'' som funksjon av stigning og kurveradius:
== Utledning av rettvinklede koordinater på klotoiden ==
I ligning 23, viste vi en rekkeutvikling av klotoiden til et uttrykk der ordinaten y var en funksjon av buelengden l, etterhvert tilnærmet med x. En mer direkte utledning vil være å rekkeutvikle rettvinklede koordinater x og y hver for seg. Dermed kan vi uttrykk for koordinatene som funksjoner av enten overgangskurvens lengde eller retning for et vilkårlig punkt.




{|style="width:300px;"
Vi kan starte med å betrakte enhetsklotoiden: ''rl ='' 1
|-
| <math>t = \frac{s_2-s_1}{2} \cdot R</math> ||(51)
|}




der t er lengden til “tangentene” til de to halvpartene av kurven som utgjør henholdsvis de ulike stigningene s<sub>1</sub> og s<sub>2</sub>, gitt som forholdstall. Her er det viktig å bruke riktig fortegn, slik at fall inngår som “negativ stigning”.
Følgende differensialer gjelder:




Som for stigninger gjelder det at stigningskurvens lengde ikke skal være kortere enn 20 m.
:<math>dl = r \,d\tau</math>


=== Heving og senking ===
I høybrekk foretar vi en senking av brytningspunktet BP ned til punktet P, mens i lavbrekk foretar vi en såkalt heving, jf. figur 15. Betrakter vi figur 16, ønsker vi å finne heving/senking som lengden BP,P. Utfra de påtegnede vinkler fås følgende sammenheng:


Integrasjon gir:


{|style="width:500px;"
|-
| <math>BP,P = P_1,P \cdot \tan\frac{\alpha}{2} = R\cdot \tan\frac{\alpha}{2}\cdot \tan\frac{\alpha}{4}</math> ||(52)
|}


:<math>\tau = \frac{l^2}{2}</math>


Igjen kan vi tilnærme tangens til vinkelen med vinkelen selv, som dermed gir:
der τ er den tangentielle retningen i et punkt




{|style="width:600px;"
For rettvinklede koordinater til punkt på enhetsklotoiden har vi:
|-
| <math>m_v = BP,P \approx R\cdot \frac{\alpha}{2}\cdot \frac{\alpha}{4} = R\cdot \frac{\alpha^2}{8} = R\cdot \frac{(s_2-s_1)^2}{8} = \frac{t^2}{2R}</math> ||(53)
|}




Uttrykket helt til høyre i 53 er det vanlige uttrykket for heving og senking, som funksjon av tangentlenden ''t'' og kurveradius.
:<math>dx = \cos\tau dl \quad dy = \sin\tau dl</math>


= Sporvekslers geometri =
== Noen definisjoner ==
En ''sporveksel'' er en skinnedel med bevegelige deler for å kunne foreta skifte av spor. Et ''sporkryss'' er isolert sett en fast konstruksjon for å krysse to spor.


Med dette utgangspunktet får vi følgende kjerner:


Videre kan vi sondere mellom tre konstruksjoner der sporveksler inngår: sporsløyfer - forbindelser mellom flere spor, innfart til parallelle møtespor og linjeskillende veksler. Blant førstnevnte inngår også ofte sporkryss.


:<math>l = \sqrt{2}\sqrt{\tau} \quad \frac{dl}{d\tau} = \frac{1}{\sqrt{2}\sqrt{\tau}} \quad dl = \frac{d\tau}{\sqrt{2}\sqrt{\tau}}</math>


Sporavstanden, målt som den vinkelrette avstanden mellom senterlinjen til to nabospor, har en minsteverdi på 4,40 m for nye baner og 4,25 m for eksisterende baner. Men sporavstanden økes i kurver pga. ekstra plassbehov, helt opp til 4,70 m.


Dermed får vi følgende differensialer:


Fig. 17 viser den enkleste formen for sporveksel, der det såkalte avvikesporet er kurvet og avviker fra et rettlinjet spor. Tangenten til hovedsporet før vekselens begynnelse og tangenten til avvikesporets bueende, begge senterlinjer, danner et krysningspunkt og en vinkel mellom seg. Disse benevnes henholdsvis det teoretiske krysningspunkt og stigningen eller stigningsvinkelen (α). Stigningen angis gjerne som en brøk 1 : n, det vil si tangens til kryssingsvinkelen.


<math>dx = \cos\frac{l^2}{2} dl = \frac{1}{\sqrt{2}}\frac{\cos\tau}{\sqrt{\tau}} d\tau \quad dy = \sin\frac{l^2}{2} dl = \frac{1}{\sqrt{2}}\frac{\sin\tau}{\sqrt{\tau}} d\tau</math>


[[Fil:Sporgeo_enkel_sporveksel.png|thumb|600px|center|Figur 17 - Grunnleggende elementer hos en enkel sporveksel]]


- som gir disse integralene:


Figur 17 viser det geometriske bildet av en enkel sporveksel i horisontalplanet, som en plantegning. Men for best mulig å angi geometrien, benyttes som regel en mer teoretisk tegning som figur 18 med såkalte hovedmål påført.


:<math>x = \int_0^l \cos\frac{l^2}{2} dl = \frac{1}{\sqrt{2}}\int_0^\tau\frac{\cos\tau}{\sqrt{\tau}} d\tau \quad y = \int_0^l\sin\frac{l^2}{2} dl = \frac{1}{\sqrt{2}}\int_0^\tau\frac{\sin\tau}{\sqrt{\tau}} d\tau</math>


[[Fil:Sporgeo_sporveksel_hovedmål.png|thumb|c|500px|right|Figur 18 - Hovedmål for enkel sporveksel]]


'''Tegnforklaring:'''
For en vilkårlig klotoide gitt med parameter A, får vi:


SS: stokkskinneskjøt


TK:teoretisk kryss
:<math>>x = \int_0^l \cos\frac{l^2}{2A^2} dl = \frac{A}{\sqrt{2}}\int_0^\tau\frac{\cos\tau}{\sqrt{\tau}} d\tau \quad y = \int_0^l\sin\frac{l^2}{2A^2} dl = \frac{A}{\sqrt{2}}\int_0^\tau\frac{\sin\tau}{\sqrt{\tau}} d\tau</math>


R2:sirkelkurvens endepunkt i avvik


BK:bakkant sporveksel
Men disse integralene lar seg ikke løse direkte, og må derfor løses gjennom rekkeutvikling.


A:tangentlengde/lengde i X-retning før TK


C:tangentlengde til sirkelkurven etter TK
Cosinus- og sinusfunksjonen er gitt ved:


D:rettlinjet parti i avvik


B:lengde i X-retning av C + D
:<math>\cos\frac{l^2}{2A^2} = 1 - \frac{l^4}{2^2 \cdot A^4 \cdot 2!} + \frac{l^8}{2^4 \cdot A^8 \cdot 4!} - \frac{l^{12}}{2^6 \cdot A^{12} \cdot 6!} + \dots</math>


L:byggelengde; A + B


E:lengde av parti med langsviller utenfor BK
:<math>\sin\frac{l^2}{2A^2} = \frac{l^2}{2A^2} - \frac{l^6}{2^3 \cdot A^6 \cdot 3!} + \frac{l^{10}}{2^5 \cdot A^{10} \cdot 5!} - \frac{l^{14}}{2^7 \cdot A^{14} \cdot 7!} + \dots</math>


== Enkle sporveksler ==
En enkel sporveksel har kun ett avvik - enten til høyre eller venstre. Kurvaturen i avvikesporet er avhengig av stigningen til vekselen, men det er også en sammenheng mellom radien og lengden av kurven i avvikesporet.


Dermed kan integralene over løses:


Vi kan skille mellom to hovedtyper av enkle sporveksler. Den første kalles for sporveksel med kort kurve og er gjerne blant de eldre sporvekslene som finnes. Fig. .19 illustrerer hva som menes med kort kurve. Den krumme delen av avvikesporet er ikke lenger enn at den ender ''før'' avvikesporet krysser hovedsporet. Dermed er skinnekrysset rettlinjet i begge spor, og krysspissen har samme stigning som sporvekselen. Følgelig er radien i avvikesporet relativt liten.
:<math>x = l - \frac{l^5}{5\cdot 2^2 \cdot A^4 \cdot 2!} + \frac{l^9}{9\cdot 2^4 \cdot A^8 \cdot 4!} - \frac{l^{13}}{13\cdot 2^6 \cdot A^{12} \cdot 6!} + \dots</math>




[[Fil:Sporgeo_sporveksel_kortkurve.png|thumb|600px|center|Figur 19 - Enkel sporveksel med kort kurve]]
:<math>y = \frac{l^3}{3\cdot 2A^2} - \frac{l^7}{7\cdot 2^3 \cdot A^6 \cdot 3!} + \frac{l^{11}}{11\cdot 2^5 \cdot A^{10} \cdot 5!} - \frac{l^{15}}{15\cdot 2^7 \cdot A^{14} \cdot 7!} + \dots</math>




For noen eldre veksler med kort kurve består også avvikesporet av to etterfølgende sirkelkurver, avhengig av hvilket element i vekselen det er snakk om. Men en langt mer ustabil geometri har vi for såkalt “overskjærende” kurve. Det vil si at avvikesporet ikke tangerer rettlinjen, men ''skjærer over'' dette, jf. figur .20.


Ønskes stigningsvinkelen τ i stedet for buelengden l som parameter i ligningene, kan vi sette inn for <math>l = \sqrt{2\tau}</math>:


[[Fil:Sporgeo_sporveksel_overskjærkurve.png|thumb|600px|center|Figur 20 - Sporveksel med overskjærende kurve]]
:<math>x = (2\tau)^{1/2} - \frac{(2\tau)^{5/2}}{5\cdot 2^2 \cdot A^4 \cdot 2!} + \frac{(2\tau)^{9/2}}{9\cdot 2^4 \cdot A^8 \cdot 4!} - \frac{(2\tau)^{13/2}}{13\cdot 2^6 \cdot A^{12} \cdot 6!} + \dots</math>


:<math>x = \sqrt{2\tau} (1 - \frac{\tau^2}{10A^4} + \frac{\tau^4}{216A^8} - \frac{\tau^6}{9360A^{12}} + \dots)</math>


Har vi to overskjærende, motsatt rettede sporveksler på rad, og skal kjøre gjennom begge avvikekurver, er geometrien udefinert. I denne situasjonen er det fare for at buffere vil gå om hverandre.
:<math>y = \frac{(2\tau)^{3/2}}{3\cdot 2A^2} - \frac{(2\tau)^{7/2}}{7\cdot 2^3 \cdot A^6 \cdot 3!} + \frac{(2\tau)^{11/2}}{11\cdot 2^5 \cdot A^{10} \cdot 5!} - \frac{(2\tau)^{15/2}}{15\cdot 2^7 \cdot A^{14} \cdot 7!} + \dots</math>


:<math>y = \sqrt{2\tau} (\frac{\tau}{3} - \frac{\tau^3}{42A^6} + \frac{\tau^5}{1320A^{10}} - \frac{\tau^7}{75600A^{14}} + \dots)</math>


[[Fil:Sporgeo_sporveksel_bufferkræsj.png|thumb|600px|center|Figur 21 - Udefinert geometri og bufferkræsj]]


Ønskes summenotasjon, kan formlene over skrives som:


Den andre typen av enkle sporveksler er som regel av nyere dato og har såkalt lang kurve. Det vil si den motsatte situasjonen av den over: Avvikekurven er så lang at den ender ''etter'' at den har krysset rettlinjen, som vist på figur 22. Her er skinnekrysset krummet, og krysspissen har en noe lavere stigning enn sporvekselen.
:<math>x = \sum_{n=1}^{\infty}  (-1)^{n+1} \cdot\frac{l^{4n-3}}{(4n-3)\cdot(2n-2)! 2^{2n-2} \cdot A^{4n-4}}</math>


:<math>x = \sqrt{2\tau}\sum_{n=1}^{\infty}  (-1)^{n+1} \cdot\frac{\tau^{2n-2}}{(4n-3)\cdot(2n-2)! \cdot A^{4n-4}}</math>


:<math>y = \sum_{n=1}^{\infty}  (-1)^{n+1} \cdot\frac{l^{4n-1}}{(4n-1)\cdot(2n-1)! 2^{2n-1} \cdot A^{4n-2}}</math>


[[Fil:Sporgeo_sporveksel_langkurve.png|thumb|600px|center|Figur 22 - Enkel sporveksel med lang kurve]]
== Beregning av kurveradius på et punkt i en overgangskurve ==
 
 
Sammenlikner en eksisterende sporveksler i rett spor med henholdsvis kort og lang kurve, vil en oppdage at de med lang kurve har en mye slakere kurvatur. Disse er derfor langt mer gunstige når gode kjøreforhold er ønskelig. Tabellene 8 og 9 viser eksisterende, enkle sporveksler med kort og lang kurve. Verdt å merke seg er at der hovedmålene B og C er like store, slik som for de fleste sporveksler med lang kurve, betyr det at sirkelkurven er strukket helt ut til vekselens bakkant (BK).
 
 
 
{| class="wikitable"
|+ <caption>Tabell 8 - Hovedmål for enkel veksel med kort kurve</caption>
! Profil
! Stigning/radius
! A
! B
! C
! D
! L
! E
|-
| rowspan="2"| S49 || 1:7 R140 || 9949 || 13224 || 13224 || 3275 || 23174 || 2400
|-
| 1:9 R190 || 10519 || 16611 || 10519 || 6092 || 27130 || 3900
|-
| S54 ||  1:9 R190 || 10523 || 16616 || 10523 || 6093 || 27139 || 3000
|}
 
Alle mål er i mm.
 
 
{| class="wikitable"
|+ <caption>Tabell 9 - Hovedmål for enkel veksel med lang kurve</caption>
! Profil
! Stigning/radius
! A
! B
! C
! D
! L
! E
|-
| rowspan="6"| S49 || 1:7,5 R190 || 12607 || 17428 || 12607 || 482 || 30035 || 0
|-
| 1:7 R190 || 13502 || 13502 || 13502 || - || 27002 || 3000
|-
| 1:6,6 R190 || 14310 || 17425 || 17284 || 141 || 30035 || 0
|-
| 1:6,28 R190 || 15018 || 15018 || 15018 || - || 30035 || 0
|-
| 1:9 R300 || 16616 || 16616 || 16616 || - || 33232 || 4447
|-
| 1:12 R500 || 20797 || 20797 || 20797 || - || 41587 || 6500
|-
| rowspan="3"| S54 || 1:9 R300 || 16616 || 16616 || 16616 || - || 33231 || 3000
|-
| 1:12 R500 || 20797 || 20797 || 20797 || - || 41594 || 5835
|-
| 1:14 R760 || 27108 || 27108 || 27108 || - || 54216 || 3900
|-
| rowspan="5"| UIC60 || 1:9 R300 || 16615 || 16615 || 16615 || - || 33230 || 5400
|-
| 1:12 R500 || 20797 || 21985 || 20797 || 1188 || 42783 || 7200
|-
| 1:14 R760 || 27108 || 27108 || 27108 || - || 54216 || 7200
|-
| 1:18,4 R1200 <sup>1)</sup> || 32829 || 32610 || 32610 || - || 65438 || 12600
|-
| 1:26,1 R2500 <sup>1)</sup> || 48109 || 46491 || 46491 || - || 94600 || 17400
|}
 
Alle mål er i mm.


<sup>1)</sup> Klotoideveksel
I beregningene legges til grunn lineær horisontalrampe og lineær overhøyderampe i overgangskurven. Dette er den enkleste beregningsmetode hvor produktet av betraktet lengde på overgangskurve regnet fra OB med tilhørende radius i sirkelkurve er konstant:


== Kurveveksler ==
<math>\frac{1}{R_{X}\cdot L_{X}}= \frac{1}{R_{OE}\cdot L}</math>
Geometrisk sett er en kurveveksel en bøyd enkel veksel med lang kurve. Det opprinnelige rettsporet blir krummet, slik at vekselens hovedspor har lik krumning med sporet der den skal legges inn.




Kurveveksler benevnes ettersom hvilken vei hovedsporet og deretter avvikesporet krummer. Fig. .23 viser de fire ulike kombinasjonene av høyre- og venstrekrumning som kan forekomme:
Som regel er ROE og overgangskurvens lengde L fra OB til OE kjent.


===Sporgeometri i kurvesegmentet===
Et kurvesegment består normalt av overgangskurve, sirkelkurve og overgangskurve. Overgangskurvens begynnelse betegnes OB og tilsluttende sporelement er vanligvis en rett linje. Men også kurvepunkt FOB forekommer; dvs. at den ene overgangskurven går direkte inn i en ny overgangskurve som er motsatt rettet (for eksempel fra høyre til venstre eller omvendt).


[[Fil:Sporgeo_kurveveksler.png|thumb|600px|center|Figur 23 - Benevnelser av kurveveksler]]


Overgangskurvens ende betegnes OE og tilsluttende sporelement er den rene sirkelkurve.


=== Beregningsgrunnlag og utgangsmål ===
Figur 24 gir grunnlaget for en metode å beregne radius og skinnekryssets beliggenhet på. Vi har følgende utgangsmål:


Overgangskurven har vanligvis form som en klotoide, men kubisk parabel forekommer også. For små lengder av en overgangskurve er kubisk parabel i praksis identisk med klotoide. Det er enklere å regne med kubisk parabel. Det blir derfor i dette dokumentet tatt utgangspunkt i den kubiske parabel mht. beregning for tilordnet radius for det stedet som skal betraktes i overgangskurven. Radius tilhører en sirkel og beskriver derfor en parabel av annen grad. Sirkelen blir dermed tangent til den kubiske parabel og radius vil variere gjennom hele overgangskurven. Radius som tangent er lik radius til sirkelkurve i OE punktet og blir uendelig ved OB punktet ved overgang til den rette linje.


r<sub>0</sub>:radius til kurvevekselen ''før'' bøying (enkel veksel med lang kurve)


t:tangentlenden
Med utgangspunkt i direkte overgang fra rett linje til sirkelkurve i KP punktet (punkt T i figur 1) vil sirkelkurvens radius være:


s:sporvidden = 1435 mm
<math>R_{m}=R+m1</math>


α:stigningsvinkelen


φ:spissvinkelen til skinnekrysset K
Termen m1 er innflyttingen av den opprinnelige sirkelkurve til ny sirkelkurve med radius R:


β, ε:hjelperetninger til skinnekryss og vekselbakkant fra de ulike sirkelsentra
<math>m1=\frac{L^2}{24\cdot R}</math>


Ved overgangskurvens ende OE (punkt C i figur 1) skal ordinaten være


Spissvinkelen til skinnekrysset og tangentlengdene er gitt ved:
<math>y_{OE}=\frac{1}{6}\cdot\frac{L^3}{R\cdot L}=\frac{1}{6}\cdot\frac{L^2}{R}=4m1</math>


{|style="width:300px;"
|-
| <math>t = r_0 \cdot \tan\frac{\alpha}{2}</math> ||
|-
| || (54)
|-
| <math>\tan\phi = \frac{2\sqrt{2r_0 \cdot s}}{2r_0 - s}</math> ||
|}


Det vises til figur 1.
Kontroll for beregning av radius i sirkelkurve ved OE punktet (punkt C i figur 1):


Formlene 54 gjelder for både innover- og utoverbøyde kurveveksler. På tilsvarende måte som i figur 24, kan situasjonen illustreres for den utoverbøyde vekselen. Formlene i det følgende vil kun variere med hensyn på ''fortegn'' utfra hvilken vei vekselen bøyes. Den utoverbøyde kurvevekselen er imidlertid langt mindre vanlig enn den innoverbøyde, og den forekommer ikke på hovedspor. Dette følger naturlig av at eventuell overhøyde i kurven vil opptre som falsk overhøyde i avvikesporet og dermed begrenser hastigheten gjennom vekselen drastisk.
<math>4m1\cdot 6\cdot R=L^2</math>




[[Fil:Sporgeo_innoverbøyd_kurveveksel_beregning.png|thumb|600px|center|Figur 24 Beregningsgrunnlag for innoverbøyd veksel (HH)]]
<math>R=\frac{1}{24}\cdot\frac{L^2}{m1}</math>




Overgangskurvens lengde L (abscisse i figur 1) er symmetrisk om KP punktet (T – punktet i figur 1) med samme lengde til hver side (av KP punktet). Innrykket ved KP punktet for overgangskurve til sirkel med radius R skal være:


=== Overhøyde i kurveveksler ===
<math>y_{KP}=\frac{1}{6}\cdot\frac{\left ( \frac{L}{2} \right )^3}{R\cdot L}=\frac{1}{6}\cdot\frac{\frac{L^2}{8}}{R}=\frac{1}{48}\cdot\frac{L^2}{R}=\frac{1}{2}m1 </math>
Dersom en kurve har overhøyde og det skal anlegges veksel i sporet, må vekselen legges inn i eksisterende sporplan. Dette innebærer at overhøydeforholdet mellom skinnene i avvikesporet blir som for hovedsporet, mens det i tillegg finnes en langt større høydeforskjell mellom de to sporene. Denne situasjonen setter også krav til avvikesporets utvikling etter sporvekselen, som blir nærmere utdypet i avsnitt 4.8 om profilberegninger.




=== Beregning av kurveradius ===
Figur 1: Overgangskurve med innrykk
Både hoved- og avvikespor består av en gjennomgående sirkelkurve. Kurveradiene er utformet i et slikt forhold til hverandre at ''stigningen er uforandret'' i forhold til grunnformen. Mens vanlige, rette veksler som regel velges utfra ønsket hastighet gjennom vekselen, er radien den dimensjonerende størrelsen ved kurveveksler, og da særlig for innoverbøyde veksler hvor det allerede krumme avvikesporet skal krummes ytterligere.


Figur 2: Overgangskurve med krumning og overhøyderampe


Forholdene mellom kurveradiene er gitt ved:
Under antakelse om lineær rampe i horisontalplanet beregnes kurveradius i KP punktet under hensyntagen til innrykket:


'''''innoverbøyd kurveveksel'''''
<math>\frac{1}{R_{KP}}=\frac{\frac{L}{2}}{R\cdot L}</math>
{|style="width:600px;"
|-
| <math>r = \frac{R\cdot r_0 - t^2}{R+r_0} \text{ eller } R = \frac{r\cdot r_0 + t^2}{r-r_0}</math> || (55)
|}




der t er tangentlengden til halve vekselen, r<sub>0</sub> er radius for den ikke bøyde sporveksel, og R og r er radier for henholdsvis hovedkurven og avvikekurven i den bøyde sporvekselen.
<math>R_{KP}\cdot\frac{1}{2}\cdot L=R\cdot L</math>




På samme måte får vi:
<math>R_{KP}=2\cdot R</math>




'''''utoverbøyd kurveveksel'''''
Radius som tangent til kubisk parabel i KP punktet er dobbelt så stor som radius ved OE punktet.
{|style="width:600px;"
Ved et punkt x blir innrykket tilsvarende med utgangspunkt i sirkelkurve med radius R i OE:
|-
| <math>r = \frac{R\cdot r_0 + t^2}{R-r_0} \text{ eller } R = \frac{r\cdot r_0 + t^2}{r_0-r}</math> || (56)
|}


Siden formlene 55 og 56 er tilnærmingsformler, utelates ofte også tangentlengden t, som alltid er langt mindre enn de ulike radiene. Formlene benyttes når en av radiene R og r er kjent.
<math>y_{X}=\frac{1}{6}\cdot\frac{{L^3}_X}{R\cdot L}</math>




Veksler generelt er søkt lagt til rette spor, men dersom dette ikke er mulig, skal kurveveksler utformes etter følgende grenseverdier for manglende overhøyde i kurven:
Tilhørende radius som er tangent for parabel i punktet i x:


<math>\frac{1}{R_{X}}=\frac{L_X}{R\cdot L}</math>


I<sub>maks</sub> = 100 mm


I<sub>maks</sub> = 80 mm ved håndbetjent sporveksel til sidespor
Dette gir:


<math>R_{X}=\frac{R\cdot L}{L_X}</math>


På grunnlag av kravene til manglende overhøyde må vi derfor i første omgang kjenne avvikesporets radius som om vekselen ikke var krummet i hovedsporet, r<sub>0</sub>. For den manglende overhøyden har vi dermed at:


Det legges også til grunn en lineær betraktning av stigningen eller fallet i overhøyderampen i overgangskurven.


{|style="width:400px;"
<math>h_{X}=h\cdot\frac{L_X}{L}</math>
|-
| <math>I = \frac{sv^2}{gr} \mp h \leq 100 mm</math> || (57)
|}




Normalt ved prosjektering av kurveveksler kjenner vi forholdene i kurven der vekselen skal legges inn, ved R, h og v. Av formlene .55 - .57 får vi dermed et uttrykk for minste tillatte utgangsradius r<sub>0</sub>, det vil si hvilken enkel sporveksel som skal benyttes og så bøyes for å passe inn i det krumme hovedsporet:
Med dette er grunnlaget utført for å kunne beregne parametere ved ønsket sted i overgangskurven.
Dette skal belyses ved et eksempel.




{|style="width:400px;"
Overgangskurven har en lengde L = 58 m. Overhøyde i sirkelkurve er h = 145 mm. Radius i sirkelkurve er R = 295 m.
|-
Stigningsgradienten er:
| <math>r_0 \geq \frac{\frac{sv^2}{g}\cdot R}{R(100 \pm h) \mp \frac{sv^2}{g}}</math> || (58)
|}


for henholdsvis innover- og utoverbøyde kurveveksler.
<math>s=\frac{145}{58}=2.5</math>‰, dvs. 2.5 mm/m




Radius r i avvikesporet kan også beregnes eksakt ved:
Innrykket ved OE punktet:


<math>y_{OE}=\frac{1}{6}\cdot\frac{L^3}{R\cdot L}=\frac{1}{6}\cdot\frac{L^2}{R}=4m1</math>


{|style="width:400px;"
|-
| <math>r = \frac{X_N}{\sin(\phi\pm\beta)}-\frac{1}{2}s</math> || (59)
|}


<math>4m1=\frac{L^2}{6\cdot R}=\frac{58^2}{6\cdot 295}=1.90 m</math>


=== Beregning av lokale koordinater ===
Vekselprosjektering er koordinatbasert, det vil si at spor og veksler, samt ulike hindringer, skal være målt inn geodetisk. Men den totale prosjekteringen er en integrert prosess: Innmålte punkt i eksisterende hovedspor ligger til grunn for prosjekteringen av hovedsporet gjennom vekselen. Deretter plasseres vekselen med tilhørende avvikespor relativt hovedsporet.


I OE punktet er kurveradius:


En veksels positive X-akse utgjøres av tangenten til hovedsporets høyre skinne ved stokkskinneskjøten, hvor origo også befinner seg, jf. figur .24. Skinnekrysset Ks X-koordinat er tegnet inn som X<sub>N</sub>. Den rettvinklede Y-koordinaten i formelen .62 uttrykker dermed beliggenheten til skinnekrysset K i forhold til stokkskinneskjøten (origo):
<math>R_{OE}=295m</math>




{|style="width:500px;"
Innrykket i KP punktet til overgangskurven:
|-
| <math>\epsilon = (\alpha-\phi)\cdot \frac{2r_0+s}{2R\mp s}</math> ||
|-
| || (60)
|-
| <math>\tan\frac{(\beta+\epsilon)}{2} = \frac{t}{R} \Leftrightarrow \beta = 2\arctan\frac{t}{R}-\epsilon</math> ||
|}


<math>\frac{1}{2}\cdot m1=0.24m</math>


{|style="width:400px;"
|-
| <math>X_N = (R\mp \frac{s}{2})\cdot \sin\beta</math> || (61)
|}


Kurveradius i KP punktet:


{|style="width:400px;"
<math>R_{KP}=2\cdot R=2\cdot 295=590m</math>
|-
| <math>Y = R - \frac{s}{2} - \sqrt{(R\mp s)^2 - X_N^2}</math> || (62)
|}


''For alle ovenstående formler med varierende fortegn gjelder at øverste fortegn skal benyttes for innoverbøyde kurveveksler.''


== Vekselsammensetninger ==
Overhøyde i KP punktet er:
Konstruksjonene i dette avsnittet eksisterer i relativt stor utstrekning på banenettet i dag, men er ikke lenger regnet blant de gunstigste løsningene for sporskifte og sporforgreining. Vekselsammensetningene i de etterfølgende to avsnittene har en svært komplisert konstruksjon og representerer derfor som regel høye vedlikeholdskostnader.


<math>h_{KP}=h\cdot\frac{L_{KP}}{L} =145\cdot\frac{29.00}{58.00}=73mm</math>


=== Enkle og doble kryssveksler ===
En kryssveksel er en sam­mensatt sporveksel som kan leg­ges inn der to spor krysser hverandre. En enkel kryssveksel har mulighet for avvik til en side mens en dobbel kryssveksel har mulighet for avvik til begge sider, som vist på figur .25. Kryssveksler har to endekryss og to sidekryss. Tungepartiene ligger vanligvis innenfor endekryssene, det vil si at kryssveksler bare finnes med kort kurve. Innlemming av lange kurver blir straks langt mer komplisert.


Det velges et sted fra OB punktet L<sub>X</sub> = 37.00 m.
Ved dette stedet er overhøyden i overhøyderampen:


[[Fil:Sporgeo_dobbel_kryssveksel.png|thumb|c|600px|center|Figur 25 - Dobbel kryssveksel]]
<math>h_{X}=h\cdot\frac{L_{X}}{L} =145\cdot\frac{37.00}{58.00}=93mm</math>




Konstruksjonen benyttes fortsatt, men der andre løsninger kan tillempes, benyttes disse.
Kurveradius i dette punktet er:


<math>R_{X}=\frac{R\cdot L}{L_{X}} =\frac{295.00\cdot 58.00}{37.00}=463m</math>


=== Usymmetrisk dobbeltveksel ===
Skal to spor avvike til hver sin side av hovedsporet kreves normalt to enk­le sporveksler etter hverandre. For å spare plass har en ofte benyttet en usymmetrisk dobbeltveksel som består av to enkle sporveksler hvor tungepartiene til de to veksle­ne er plassert rett etter hverandre. En usymmetrisk dobbeltveksel har tre skinnekryss og har samme radius i begge avvik.


Innrykket er:


[[Fil:Sporgeo_usymmetrisk_dobbelveksel.png|thumb|c|600px|center|Figur 26 - Usymmetrisk dobbeltveksel]]
<math>y_{X}=\frac{L^3_{X}}{6\cdot R\cdot L} </math>




Konstruksjonen tas ikke lenger inn ved prosjektering/bygging.
<math>y_{X}=\frac{37.00^3}{6\cdot 295\cdot 58}=0.49m </math>


== Hastighet i sporveksler - veksler for høye hastigheter ==
===Beregning av tilhørende radius på et hvert sted i overgagskurve mellom 2 sirkelkurver===
=== Alminnelig hastighetsbetraktning ===
Beregning av R<sub>X</sub> på et sted i overgangskurve mellom 2 sirkelkurver.
Det vises til figur:


Normalt har vi ikke overhøyde i sporveksler, og den maksimale hastigheten som kan holdes i vekselen er da gitt som for en sirkelkurve ''uten overhøyde'':


[[Fil:Pilhøydediagram for kombinasjonskurve med blå.svg|900px|rammeløs|none]]


{|style="width:500px;"
Mellom 2 ensrettede sirkelkurver med ulik radius kan parameteren A beregnes når følgende parametere er kjent:
|-
* Overgangskurvens lengde:L<sub>12</sub>
| <math>v \leq \sqrt{R\cdot j_{u,maks}} \text{ eller } v \leq \sqrt{R\cdot \frac{g}{s}\cdot I_{maks}}</math> || (63)
* Radius i sirkelkurve 1: R<sub>1</sub>
|}
* Radius i sirkelkurve 2: R<sub>2</sub>


Det legges til grunn at R<sub>2</sub> < R<sub>1</sub>


Det må dog tilføyes at j<sub>u,maks</sub> som regel settes lavere enn vanlig siden det mangler overgangskurve og på grunn av ekstra støt ved kjøring gjennom vekselen.
Parameterverdiene kan hentes fra løfteskjema.


Generelt uttrykkes relasjon mellom A, R<sub>X</sub> og L<sub>X</sub> i en overgangskurve hvor A er en konstant faktor i en klotoide:


I tilfellet der vi har ''overhøyde ''i sporvekselen, regnes tillatt hastighet på vanlig måte som for sirkelkurver med overhøyde. Men også her tillates normalt bare en lavere j<sub>u,maks</sub>.
<math>A=\sqrt{R_{X}\cdot L_{X}}</math>




Av og til forekommer ''falsk overhøyde'' i sporvekselen, overhøyden har negativ verdi. Da benyttes samme formler som for v<sub>maks</sub> ellers, men overhøyden må inngå med riktig fortegn.
L<sub>X</sub> er lengde fra OB punkt til betraktet sted i overgangskurven og R<sub>X</sub> er tilhørende radius. Formelen uttrykker at jo lengre L<sub>X</sub> er, jo mindre blir R<sub>X</sub>. Videre utledes:


<math>A^2=R_{X}\cdot L_{X}</math>


Se for øvrig L531 Kap. 3 – Hastighetsberegninger.


<math>R_{X}=\frac{A^2}{ L_{X}}</math>


=== Overgangskurveveksler / klotoideveksler ===
Utover de til nå nevnte vekseltyper, er det utviklet en del nyere sporveksler for bruk på strekninger beregnet på høy hastigheter. Målet med disse er å kunne holde høye hastigheter gjennom avvikesporet.


For overgangskurve mellom 2 ensrettede kurver gjelder følgende relasjon:


Pr. definisjon er en overgangskurveveksel en enkel sporveksel der avvikesporet ligger helt eller delvis i en overgangskurve. I noen tilfeller varer overgangskurven også lenger enn selve vekselen, slik at OB (R=) kommer etter vekselens bakkant.
<math>L_{12}=\frac{A^2}{R_{2}}-\frac{A^2}{R_{1}}</math>




Omfanget til klotoidevekslene er langt mindre enn for vanlige veksler, i den betydning at de er ment for hovedspor og ikke finnes i et utall veksel-sammensetninger. Klotoideveksler bøyes heller ikke, så beregningene fra avsnitt 4.3 gjelder ikke her. Vekslene leveres derimot ferdig utformet for montering, ettersom hvilken type som er egnet for den aktuelle strekningen.
Det gjelder at


R<sub>2</sub> < R<sub>1</sub>


Som det fremgår av tabell .9, benyttes to typer klotoideveksler i Norge. Disse er begge av en type der avvikesporet først antar en sirkelkurve med veldig slak krumning for så å etterfølges av en overgangskurve, jf. figur .27:
I et løfteskjema er parameterne R<sub>1</sub>, R<sub>2</sub> og L<sub>12</sub> kjent.
Formelen løses mht. A:


<math>L_{12}\cdot R_{1}\cdot R_{2}=A^2 \cdot (R_{1}-R_{2}) </math>


[[Fil:Sporgeo_sporveksel_klotoide.png|thumb|600px|center|Figur 27 - Klotoideveksel]]


<math>A^2=\frac{L_{12}\cdot R_{1}\cdot R_{2}}{R_{1}-R_{2}}</math>




Klotoidevekslene vil etterhvert benyttes på hele banenettet, men i første omgang er de to benyttet i alle sporsløyfer på Gardermobanen. Vekslene har imidlertid den forutsetning at sporavstanden er 4.7 m og ikke 4.5 m som normalt på parallelle hovedspor. Innlegging av disse vekslene i sløyfer mellom eksisterende hovedspor forutsetter dermed en utvidelse 0.2 m av sporavstanden for det aktuelle sporstrekket.
Det er ønskelig å beregne parameterne Lx og Ly med grunnlag i overhøydene i sirkelkurvene R<sub>1</sub> og R<sub>2</sub>. Den blå stiplede linjen er forlengelse av overgangskurve L<sub>12</sub> til nullinje. Gjennom parameterne h<sub>2</sub>, h<sub>1</sub> og L<sub>12</sub> er gradienten kjent. Forlengelse av gradienten til overgangskurven til nullpunktet beregnes, se figur side 5:


<math> \frac{h_{2}-h_{1}}{L_{12}}=\frac{h_{2}}{L_{Y}}</math>


Figurene 28 og 29 på de neste sidene viser hovedmålene for de to klotoidevekslene vi benytter i Norge. Noe som er spesielt for klotoidevekslene, er at klotoiden / overgangskurven ender først etter vekselens bakkant. Først dersom vekslene hadde blitt utviklet som veksler med kort kurve, det vil si rett skinnekryss, hadde disse punktene sammenfalt.


Formel løses mht. L<sub>Y</sub>:


[[Fil:Sporgeo_Klotoideveksel_UIC60-60D_1:18_4:1200m.png|thumb|400px|center|Figur 28 Klotoideveksel - UIC60-60D 1:18,4/1200 m]]
<math>L_{Y}=\frac{L_{12}\cdot h_{2}}{h_{2}-h_{1}}</math>


[[Fil:Sporgeo_Klotoideveksel_UIC60-60D_1:26_1:2400m.png|thumb|400px|center|Figur 29 - Klotoideveksel - UIC 60- 60D 1:26,1/2400 m]]


L<sub>X</sub> fastsettes ut fra hvor radius til den mellomliggende overgangskurve fra OB punktet til sirkelkurve med radius R<sub>1</sub> skal beregnes.


Tabell 10 viser noen praktiske eksempler fra ulike eksisterende høyhastighetsbaner i Europa med tillatt hastighet i avvikesporet:
Når parameter A<sub>2</sub> er beregnet iht. ovennevnte formel, kan det være hensiktsmessig å utføre en kontroll ved å beregne L<sub>12</sub>:


<math>L_{12}=\frac{A^2}{R_{2}}-\frac{A^2}{R_{1}}</math>


{| class="wikitable"
|+ Tabell 10 - Hastighet i sporveksler ved SCNF (TGV-Frankrike), DB (Danmark) og SBB (Sveits).
! Forvaltning !! Begynnelsesradius !! Stigning !! Byggelengde !! Tillatt hastighet
|-
| SNCF || 3000 m || 1:46 || 137 m || 160 km/h
|-
| SNCF || 6700 m || 1:65 || 193 m || 220 km/h
|-
| DB<sup>1)</sup> || 6000/7000 m || 1:42 || 154 m || 200 km/h
|-
| SBB<sup>2)</sup> || 2200/3800 m || 1:28 ||  || 140 km/h
|}


1) For komfortabel linjeavgreining består vekselen av to etterfølgende kurveradier på henholdsvis 7000 og 6000 m. Radien på 6000 setter hastighetsbegrensningen i vekselen, og utjevningen til 7000 m er ment å lempe på rykket.
Det er nødvendig å beregne en fiktiv lengde av overgangskurve L<sub>Y FIKTIV</sub> relatert til sirkelkurve med radius R<sub>1</sub>:


2) Utformet som klotoideveksel, det vil si to tilstøtende klotoider, slik at start- og sluttradius er stor (3800 m) og punktet midt på avvikesporet har en mindre radius (2200 m).


<math>{L_{Y}}_{FIKTIV}=\frac{A^2}{R_{1}}</math>


1)2) Den største radien kunne vært benyttet gjennom hele vekselen, men dette ville medført større byggelengde.


== Sporkryss ==
L<sub>Y FIKTIV</sub> må ikke forveksles med L<sub>Y</sub>. LY er beregnet lengde fra OE punkt til sirkelkurve med radius R<sub>2</sub> til antatt OB punkt for sirkelkurve med radius R<sub>1</sub>. L<sub>Y FIKTIV</sub> er beregnet iht. formel over.
Som oftest forekommer sporkryss som en del av en større konstruksjon der også sporveksler inngår, som neste avsnitt går nærmere inn på.
Det utføres en kontroll ved å beregne radius R<sub>1</sub> i overgangspunktet til mellomliggende overgangskurve (begynnelse av overgangskurven):


<math>R_{1}=\frac{A^2}{{L_{Y}}_{FIKTIV}}</math>


Et sporkryss har i alminnelighet to hovedmål: ''Stigning ''og'' lengde.'' Det enkleste sporkryss finnes som den faste konstruksjonen som tillater to rette spor å krysse hverandre.


Det utføres også en kontroll ved å beregne radius R<sub>2</sub> i ende av mellomliggende overgangskurve hvor R<sub>2</sub> < R<sub>1</sub>. Den resulterende lengde av den fiktive overgangskurve for sirkelkurve med R<sub>2</sub> blir:


Men sporkryss opptrer også når sirkelkurver krysser hverandre. Da oppstår en situasjon helt analog med den for enkle veksler og kurveveksler: Sporkrysset bøyes, mens stigningen (mellom kurvenes tangenter i krysningspunktet), lengden til hvert enkelt vinkelben, samt byggelengden forblir uendrede størrelser.
<math>L_{RES,Y}={L_{Y}}_{FIKTIV}+L_{12}</math>


== Sporsløyfer og -forgreninger ==
Sporsløyfer, eller sporforbindelser, kan forekomme i en rekke ulike former, og figur 30 viser en skjematisk inndeling av alle grunntypene. (Figuren viser en oversikt over typer av sporsløyfer som har vært bygget. Alle typer behøver ikke nødvendigvis å finnes på det norske jernbanenettet):


Det legges merke til at LRES, Y er summen av den fiktive lengde L<sub>Y FIKTIV</sub> og den reelle lengde L<sub>12</sub>.


[[Fil:Sporgeo_sporsløyfetyper.png|thumb|600px|right|Figur 30 - Skjematisk oversikt over typer av sporsløyfer]]
Radius R<sub>2</sub> i sirkelkurve blir:


<math>R_{2}=\frac{A^2}{L_{RES,Y}}</math>




=== Rette sporsløyfer ===
Dersom kontrollberegningene viser riktige resultat, kan radius til et vilkårlig sted på mellomliggende overgangskurve beregnes:
De enkleste sporsløyfene får vi når vi skal skifte fra et rettspor til et annet. Er sporene i tillegg parallelle, vil det være naturlig å legge inn to motstående, enkle veksler, med eller uten et rettstykke imellom, avhengig av hastigheten i avvikesporet og krav til byggelengde.
Avstand fra OE punktet til radius R<sub>2</sub> til betraktet sted:


<math>\vartriangle L_{X}</math>


'''Tegnforklaring'''


Den fiktive lengde av overgangskurve til radius R<sub>X</sub> blir:


ls: Sporsløyfens totale byggelengde
<math>L_{X}=L_{RES,Y}-\vartriangle L_{X}</math>


m: Mellomliggende rettlinje


s, b: Andre hovedmål
Radius R<sub>X</sub> beregnes:


SP: Sporavstand
<math>R_{X}=\frac{A^2}{L_{X}}</math>




Resterende symboler angår vekslene jf. figur 31.
Med beregnet A<sup>2</sup> kan tilsluttende radius i et vilkårlig sted i den mellomliggende overgangskurve beregnes.


Metoden vil alltid fungere ved framgangsmåte som vist; dvs. at kurve med minste radius og kurve med største radius får plass i beregningshierarkiet som forklart..
I det etterfølgende utføres beregninger for 3 ulike kurvesegment som er hentet fra løfteskjemaer.


[[Fil:Sporgeo_sporsløyfe.png|thumb|600px|right|Figur 31 - Rett, enkel sporsløyfe med mellomliggende rettspor. Enkle sporveksler med lang kurve.]]


<div style="float:center; padding:1em; margin:0 0 0 1em; border:1px solid; background:#CEF6CE;">'''Eksempel 1: '''Kontrollerer et kurvesegment banenummer 0640 på Gjøvikbanen i område km 119,1500 – 119,2690:


Følgende opplysninger foreligger:


De ulike hovedmålene finnes som:
OE ved km 119,2138 for minste kurveradius


OB ved km 119,2538 for minste kurveradius lik OE for største kurveradius
Lengde av mellomliggende overgangskurve <math>L_{12}= 40 m</math>


{|style="width:400px;"
<math>R_{2}= 248 m</math>
|-
| <math>b = \frac{SP}{\tan\alpha} = SP\cdot n</math> ||(64)
|}


{|style="width:400px;"
<math>R_{1}= 400 m</math>  
|-
| <math>s = \frac{SP}{\sin\alpha} = \sqrt{SP^2 + b^2} \text{ eller } SP = s\cdot \sin\alpha</math> ||(65)
|}


{|style="width:400px;"
[[Fil:Løfteskjema 0640.svg|900px|rammeløs|none|Løfteskjema 0640]]
|-
[[Fil:Pilhøydediagram for kombinasjonskurve med blå.svg|900px|rammeløs|none]]
| <math>m = s - 2C</math> ||(66)
|}


{|style="width:400px;"
Beregne A<sup>2</sup>:
|-
| <math>ls = 2A + b</math> ||(67)
|}


I de fleste tilfeller benyttes i dag enkle veksler med lang kurve, slik at vekselen ender med et krumt avvikespor. Som regel er det da i tillegg et visst rom for å forlenge buen i avvikesporet også i området med langsviller bak vekselens bakkant (BK). Dette medfører at forbindelsessporets største skjæringsvinkel med rettsporene blir større enn stigningsvinkelen til selve vekslene. Følgelig forskyves de teoretiske krysningspunktene (TK) til vekslene nærmere hverandre og sporsløyfens totale byggelengde kan gjøres mindre. Hvis vi kaller den økte skjæringsvinkelen for φ, slik at φ > α, og innfører forlenget kurve for avvikesporet i ''begge'' veksler, får vi følgende hovedmål:
<math>A^2=\frac{L_{12}\cdot R_{1}\cdot R_{2}}{R_{1}-R_{2}}=\frac{40\cdot 248\cdot 400}{400-248}=\frac{3968000}{152}=26105</math>




[[Fil:Sporgeo_sporsløyfe_parallellespor.png|thumb|600px|right|Figur 32 - Rett, enkel sporsløyfe mellom parallelle spor, med mellomliggende rettlinje og forlenget bue i begge veksler.]]
Kontroll av overgangskurvens lengde:


<math>L_{12}=\frac{A^2}{R_{2}}-\frac{A^2}{R_{1}} </math>


Hovedmål:


<math>L_{12}=\frac{26105}{248}-\frac{26105}{400}=105,26-65,26=40m </math>(er o.k.)


{|style="width:400px;"
|-
| <math>b = \frac{SP}{\tan\phi}</math> ||(68)
|}


{|style="width:400px;"
Beregning av fiktiv lengde av overhøyderampe L<sub>Y</sub>:
|-
| <math>s = \frac{SP}{\sin\phi} = 2t_1 + m</math> ||(69)
|}


{|style="width:400px;"
<math>{L_{Y}}_{FIKTIV}=\frac{A^2}{R_{1}}</math>
|-
| <math>t_1 = r_0\cdot \tan{\phi}{2} = r_0 \cdot\frac{SP}{ls+m}</math> ||(70)
|}


{|style="width:400px;"
|-
| <math>l_v = 2t_1 + b = \sqrt{4SP\cdot r_0 + m^2 - SP^2}</math> ||(71)
|}


<math>{L_{Y}}_{FIKTIV}=\frac{26105}{400}=65,26m</math>


Tangentlengden t<sub>1</sub> er forlengelsen av de opprinnelige tangentlengdene i sporvekslene benevnt A og C (som oftest like lange), slik at tangentene går utfra TK til henholdvis vekselens begynnelse (SS) og enden av den forlengede avvikekurven.


Kontroll for sirkelkurve med radius R<sub>1</sub> i overgang til mellomliggende overgangskurve:


Men rette sporsløyfer forekommer også mellom ikke-parallelle spor. Da er det naturlig å tilpasse vekslene slik at kun én av dem har forlenget bue i avvikesporet. Mer eksakt forlenges det ene avvikesporet slik at stigningsforskjellen blir lik vinkelen δ mellom hovedsporene: φ = α + δ. Det geometriske bildet blir en kombinasjon av det i figurene 31 og 32, med disse hovedmålene:
<math>R_{1}=\frac{A^2}{{L_{Y}}_{FIKTIV}}=\frac{26105}{65,26}=400m</math>(er o.k.)




{|style="width:400px;"
Kontroll for sirkelkurve med radius R<sub>2</sub> i overgang til mellomliggende overgangskurve i OE2:
|-
| <math>SP_{min} = \frac{\sin\alpha}{\cos\delta}\cdot s</math> ||(72)
|}


{|style="width:400px;"
<math>L_{12}=119,2138-119,2538=\left |40\right |m</math>
|-
| <math>b = s\cdot \cos\phi</math> ||(73)
|}


{|style="width:400px;"
Resulterende lengde:
|-
| <math>s = t_l + m + t, \text{ hvor } t = \frac{a}{\cos\delta}</math> ||(74)
|}


{|style="width:400px;"
<math>L_{RES,Y}={L_{Y}}_{FIKTIV}+L_{12}</math>
|-
| <math>ls = t_l + b + A</math> ||(75)
|}


der A er tangentlengden til første halvdel av vekselen.


=== Kurvesporsløyfer ===
<math>L_{RES,Y}=65,26+40,00=105,26</math>
En sporsløyfe mellom to konsenstriske sirkelkurver er i teorien en rett sporsløyfe mellom parallelle spor som er bøyd, slik at tangentlengdene og stigningen  i sporvekslene er uendret. Det tidligere mellomliggende rettstykket m blir en mellomliggende kurve med radius R<sub>z</sub> basert på middelet R<sub>m</sub> av de to konsentriske kurvene. Figur .33 viser en såkalt ''likevendende'' kurvesløyfe mellom to konsentriske spor, der begge sporvekslene som inngår er ''innoverbøyd''. For det ytre sporet må naturlig nok alltid dette gjelde, men for det indre sporet vil ofte utoverbøyde veksler benyttes, for ikke å få altfor lang byggelengde på sløyfen. Da kalles sløyfen for en ''motsatt vendende'' kurvesløyfe. Sporvekslene blir bøyd som beskrevet i avsnitt 4.3, og riktige radier mm. må derfor inngå i hovedmålene nedenfor.




[[Fil:Sporgeo_bøyd_konsentrisk_sporsløyfe.png|thumb|600px|right|Figur 33 - Hovedmål for bøyd, konsentrisk sporsløyfe]]
<math>R_{2}=\frac{A^2}{L_{RES,Y}}=\frac{26105}{105,26}=248m</math>(er o.k.)




Beregning ved km 119,2338:


{|style="width:400px;"
<math>\vartriangle L_{X}=119,2138-119,2158=\left |2\right |m </math>
|-
| <math>R_z = \frac{m}{SP\cdot n - 2t} R_m</math> ||(76)
|}


{|style="width:400px;"
|-
| <math>t_z = \frac{s}{2}-t,\, t_m = \frac{b}{2}-t</math> ||(77)
|}


{|style="width:500px;"
<math>R_{X}=\frac{A^2}{{L_{Y}}_{FIKTIV}-\vartriangle L_{X}}=\frac{26105}{105,26-2,00}=252,80m</math>
|-
| <math>\frac{b}{2} = \frac{SP}{2}\cdot n = t_m + t, \, \frac{s}{2} = \frac{SP}{2\sin\alpha} = t_z + t</math> ||(78)
|}


{|style="width:400px;"
|-
| <math>\tan\frac{\alpha_z}{2} = \frac{t_m}{R_m} = \frac{t_z}{R_z}</math> ||(79)
|}


Kontroll:


Sporsløyfer i kurver på hovedspor må ha overhøyde ettersom de konsentriske kurvene har det. For prosjektering av kurvesløyfer er det spesielt viktig å huske at manglende overhøyde I aldri får overstige 100 mm. I den sammenheng er det formålstjenlig å fremstille et diagram som viser krumning, anvendt overhøyde og manglende overhøyde gjennom hele sløyfen. Som regel må en prøve seg frem med de rammene som er stilt utover den manglende overhøyden, som evt. eksisterende overhøyde, krav til byggelengde og sporavstand. Til slutt finnes en kombinasjon som gir valg av riktige veksler, evt. forlengelse av kurver og optimalt mellomstykke (kurvet forbindelsesspor) mht. både krumning og lengde.
<math>A^2=R\cdot (L_{RES,Y}-\vartriangle L_{X})=252,80\cdot 103,26=26105m</math> (er o.k.)


Som prinsippskissen nedenfor viser, skal den ukompenserte sideakselerasjonen i mellomstykket være 0, det tillates ikke manglende overhøyde mellom kontrakurvene.




[[Fil:Sporgeo_kurvesløyfekurvatur.png|thumb|600px|right|Figur 34 - Prinsippskisse for kurvaturen i en kurvesløyfe<sup>3</sup>]]
Beregning ved km 119,2518:


<math>\vartriangle L_{X}=119,2138-119,2118=\left |38\right |m </math>


3) Prosjekteringen som vist i denne figuren er ikke forenlig med gjeldende Teknisk regelverk, som forutsetter innlagt en rettlinje mellom vekslene i sløyfa.


=== Sporforgreninger og doble sporsløyfer ===
<math>R_{X}=\frac{A^2}{{L_{Y}}_{FIKTIV}-\vartriangle L_{X}}=\frac{26105}{105,26-38,00}=388,10m</math>
Doble sporsløyfer kan beskrives som enkle sporsløyfer som blir speilet om midtpunktet på forbindelsessporet. Dette punktet må dermed utgjøres av et sporkryss. Om sporkrysset blir rett eller bøyd avhenger av hvilken type sløyfe det er snakk om. Figur .35 viser et eksempel på hovedmålene til en eksisterende dobbel, rett sporsløyfe mellom parallelle spor:




[[Fil:Sporgeo_dobbel_sporsløyfe.png|thumb|600px|center|Figur 35 - UIC60 dobbel sporsløyfe med sporkryss 1:15 og 4 stk. enkle veksler 1:14.]]
Kontroll:


<math>A^2=R_{X}\cdot (L_{RES,Y}-\vartriangle L_{X})=388,10\cdot 67,26=26105m</math> (er o.k.)


Sporforgreninger kan for såvidt deles inn like kategorisk som sporsløyfer, men i hovedsak sonderes det mellom forgreninger av én eller flere spor og mellom rette og bøyde spor. Det enkleste tilfellet er når et spor skilles med en enkel veksel, mens dersom flere spor avgrenes, vil de som regel krysse hverandre. Avhengig av om sporene er rette eller bøyde, vil vi da få henholdsvis rette og bøyde sporkryss mellom sporene. Beregning av forgreninger foregår i alminnelighet som for veksler og sløyfer ellers.


=== Sporplaner/sporavstand ===
Beregning ved km 119,2338:
Når sporforbindelser og -forgreninger skal konstrueres og formålstjenlige sporveksler skal velges, finnes alltid noen geometriske begrensninger. Regelverket setter krav til sporavstand utfra kurvatur og hastighet, og lengden på sporsløyfer er ofte begrenset av horisontalkurvaturen.


<math>\vartriangle L_{X}=119,2138-119,2338=\left |20\right |m </math>


Middelpunktet er det nærmeste punkt på et forgrenet spor et tog kan komme uten å sperre for tog i det andre sporet. For beregning av sporets middel vises det til kapittel 5, avsnitt 5.10.


<math>R_{X}=\frac{A^2}{{L_{Y}}_{FIKTIV}-\vartriangle L_{X}}=\frac{26105}{105,26-20,00}=306,20m</math>


Den effektive sporlengden er den lengden av et spor det kan settes materiell på uten å sperre nabosporet. Denne lengden blir derfor lengden mellom middelpunktene.


Kontroll:


[[Fil:Sporgeo_effektiv_sporlengde.png|thumb|600px|center|Figur 36 - Middelpunkt og effektiv sporlengde.]]
<math>A^2=R_{X}\cdot (L_{RES,Y}-\vartriangle L_{X})=306,20\cdot 85,26=26105m</math> (er o.k.)
</div>




Oppsummert inngår gjerne veksler og dermed sporforbindelser og -forgreninger i et nokså komplekst system i trafikkerte områder som for eksempel rundt en større stasjon. For å presentere sporforholdene grafisk benyttes som regel en geografisk sporplan. Dette er vanligvis en plantegning på et kart i målestokk 1:1000 eller 1:500, der alle spor er korrekt inntegnet med ulike geometriske mål påført. Men siden dette fort kan bli uoversiktlig ved mer komplekse sporforhold, benyttes ofte en såkalt skjematisk sporplan. Denne tar ikke hensyn til horisontalkurvatur, men fremstiller hovedsporene som rettlinjer og sporvekslene med enkle symbol som når hovedmål angis.


<div style="float:center; padding:1em; margin:0 0 0 1em; border:1px solid; background:#CEF6CE;">'''Eksempel 2: '''Banenummer 0580 med følgende inngangsdata:


Utfra hvilke størrelser som er dimensjonerende i hvert enkelt tilfelle, kan det ofte være aktuelt å skulle finne minste (matematisk) tillatte sporavstand SP for sporsløyfer med andre gitte størrelser. I så fall må formlene i avsnittene 4.7.1 og 4.7.2 skrives om slik at sporavstanden blir frigjort som variabel.
OE2 ved km 12,5847


== Sporvekslers vertikalkurvatur ==
OB ved km 12,6287
Ideelt sett bør veksler på hovedspor bare forekomme på rettlinjede partier, men i praksis legges veksler også inn i kurver. På hovedspor forekommer da også overhøyde, som igjen gjør at vekselen også må prosjekteres i profil. Det samme gjelder i sporsløyfer og -forgreninger der sporene har ulik høyde.


L = 44 m


For veksler generelt gjelder at hoved- og avvikesporet er låst til hverandre helt ut til siste langsville. Geometrisk innebærer dette at sporene ligger i samme plan. Først etter siste langsville kan avvikesporets profil utformes fritt.
<math>h_{1} = 15 mm</math>


<math>h_{2} = 110 mm</math>


Figur 37 illustrerer sammenhengen mellom geometrien i plan og profil når sporvekselen ligger i kurve med overhøyde h. Størrelsene y og Z er henholdsvis sporavstand ved siste langsville, som oppgis blant andre hovedmål for veksler, og den høydeforskjellen som utgjøres av h og y.
<math>R_{2} = 370 m</math>


<math>R_{1} = 1500 m</math>


[[Fil:Sporgeo_innoverbøyd_kurveveksel_geometri.png|thumb|600px|center|Figur 37 - Plan- og vertikalgeometri for innoverbøyd kurveveksel]]




Høydeforskjellen Z ved siste langsville er gitt som:
[[Fil:Løfteskjema 0580.svg|900px|rammeløs|none|Løfteskjema 0580]]


[[Fil:Pilhøydediagram for kombinasjonskurve med blå.svg|900px|rammeløs|none]]


{|style="width:400px;"
<math>A^2=\frac{L_{12}\cdot R_{1}\cdot R_{2}}{R_{1}-R_{2}}=\frac{44\cdot 1500\cdot 370}{1500-370}=21611</math>
|-
| <math>Z = \frac{h\cdot y}{1500}</math> ||(80)
|}


Kontroll av overgangskurvens lengde:


<math>L_{12}=\frac{A^2}{R_{2}}-\frac{A^2}{R_{1}} </math>


Utover beregninger rundt overhøyde, som normalt behandles under planberegningene, vil også tradisjonell vertikalkurvatur måtte behandles når bøyde veksler med overhøyde forekommer. Siden hovedsporet allerede ligger i helning, og avvikesporet skal utgå i dette helningsplanet, vil avvikseporet ende høyere eller lavere enn hovedsporet avhengig av om det bøyer utover eller innover. I tillegg vil stigning/fall endre seg i forhold til hovedsporet fordi avvikesporet krummes i det samme planet. Stigningsforskjellen Δp er gitt som:


<math>L_{12}=\frac{21611}{370}-\frac{21611}{1500}=58,41-14,41=44m </math>(er o.k.)


{|style="width:400px;"
|-
| <math>\Delta p = \pm \frac{h\cdot\tan\alpha}{1,5}</math> ||(81)
|}


Beregning av fiktiv lengde av overhøyderampe L<sub>Y</sub>:


- i ‰ for henholdsvis utover- og innoverbøyd veksel. Stigningsforskjellen gjelder mellom innerste skinne i hovedsporet og den skinnen i avvikesporet som tilsluttes denne.
<math>{L_{Y}}_{FIKTIV}=\frac{A^2}{R_{1}}</math>




[[Fil:Sporgeo_innoverbøyd_kurveveksel.png|thumb|600px|center|Figur 38 - Profil av forgrening til parallelle kurver med innoverbøyd kurveveksel.]]
<math>{L_{Y}}_{FIKTIV}=\frac{21611}{1500}=14,41m</math>




<math>R_{1}=\frac{A^2}{{L_{Y}}_{FIKTIV}}=\frac{21611}{14,41}=1500m</math>(er o.k.)


Figur 38 viser et eksempel på hvordan en sporforgrening i en kurve utvikler seg til to parallelle kurver med samme overhøyde og samme absolutte høyde. Inntil siste langsville (sls) mister avvikesporet høyde (ikke overhøyde), siden begge spor befinner seg i samme hellende plan. Derfor legges det inn en vertikalkurve med en stor radius R<sub>v</sub>, slik at avvikesporet på et visst punkt oppnår å komme på samme absolutte høyde som hovedsporet, men uten overhøyde. Deretter opparbeides en tilsvarende overhøyde i avvikesporet som tidligere ved å legge inn en overhøyderampe umiddelbart etter at de to sporene er blitt plangeometrisk parallelle.


= Geometriske feil - vedlikehold =
Kontroll i OE2:
Til nå i dette kapitlet har vi først og fremst konsentrert oss om en rekke teoretiske aspekter ved sporgeometrien, dvs. geometrisk utforming etter ideelle ønsker. Sporet er imidlertid gjenstand for stadige justeringer, og i det følgende skal vi belyse en del geometriske feil som oppstår. Feil i sporet er forøvrig grundigere beskrevet i kapitlene L534 – Sporjustering og L535 – Tilstandskontroll.


<math>L_{12}=112,5847-112,6287=\left |44\right |m</math>


For geometriens, eller kurvaturens del, er det særlig fire geometriske feil vi ønsker å minimalisere: Vindskjevheter, avvik i side og høyde og uriktig overhøyde. En skulle umiddelbart regne med at de ulike geometriske feilene hadde samme karakter og utbedring for nær identiske spor- og trafikkforhold, men grundige undersøkelser over tid har ikke kunnet bekrefte dette. Hverken trafikkmengde/-type eller sporkonstruksjon kan på statistisk grunnlag vise til noe entydig forringelse av geometrien eller vedlikeholdsbehov.


Resulterende lengde:


Derimot kan det vises at høyde- og sidefeil øker lineært både med aksellast og tiden mellom vedlikehold, utenom den initielle justeringen av sporet.
<math>L_{RES,Y}={L_{Y}}_{FIKTIV}+L_{12}</math>




== Vindskjevhet ==
<math>L_{RES,Y}=14,41+44,00=58,41</math>
=== Definisjon og årsak ===
Fenomenet forekommer i to former: tilsiktet og utilsiktet vindskjevhet. Den tilsiktede vindskjevheten finnes i overhøyderamper og kalles rampestigning. Utilsiktet vindskjevhet er som regel langt større, og den kan oppstå som en geometrisk feil i spor med telefarlige masser, ustabiliserte spor og etter eller under gravearbeider. Den vanligste definisjonen av vindskjevhet er forskjell i overhøyde, målt over en gitt basis. Dette innebærer at skinnestrengene ikke er parallelle i vertikalplanet, men har ulik stigning. En annen definisjon av vindskjevhet er hvis vi tenker oss en helt stiv vogn med fire hjul: Ved vindskjevt spor vil kun tre av hjulene berøre sporet. Avstanden fra det fjerde og ned på skinnestrengen blir dermed sporets vindskjevhet.




[[Fil:Sporgeo_overhoyde.png|thumb|600px|center|Figur 39 - Vindskjevhet som forskjell i overhøyde h<sub>2</sub>-h<sub>1</sub> over en basis B.]]
<math>R_{2}=\frac{A^2}{L_{RES,Y}}=\frac{21611}{58,41}=370,00m</math>(er o.k.)




=== Konsekvens ===
Beregning ved km 12,5837:
For å se på følgene av vindskjevt spor, er den stive vogna uten fjæring et godt utgangspunkt. Når denne går inn i en overgangskurve og opp en overhøyderampe fra en rettlinje, vil det fremre, ytre hjulet påvirkes av en økt kraft, mens det bakre, ytre hjulet vil avlastes - i det svært teoretiske tilfellet totalt. Ut av sirkelkurven igjen og ned en overhøyderampe skjer det motsatte - det fremre, ytre hjulet avlastes.


<math>\vartriangle L_{X}=12,5847-12,5857=\left |1\right |m </math>


For eksisterende rullende materiell er situasjonen den samme, bare mer komplisert på grunn av materiellets dynamiske egenskaper og avhengig av hvor bratt den aktuelle rampa er. Som oftest finnes lokale, utilsiktede vindskjevheter innenfor rampa, som dermed må legges til den tilsiktede vindskjevheten. Hvis denne summen blir stor nok får det ytre hjulet avlasting nok til å klatre over skinnekanten og vi får avsporing. Det er altså i ramper med minkende overhøyde faren for avsporing er aller størst.


<math>R_{X}=\frac{A^2}{{L_{Y}}_{FIKTIV}-\vartriangle L_{X}}=\frac{21611}{58,41-1,00}=376,43m</math>


== Side- og høydefeil ==
=== Definisjon og årsak ===
Side- og høydefeil er kort og godt avvik fra horisontal- og vertikalkurvatur og måles i stor grad ved de samme prinsipper. Ved justering av sidebeliggenheten, eller baksing, justeres alltid høydebeliggenheten samtidig.


Kontroll:


Vi skiller mellom tre nivåer av feil: farlige, skadelige og uskadelige feil. Førstnevnte er en fare for sikkerheten og må rettes omgående når de oppdages. Skadelige feil rettes så snart som mulig, etter at alle farlige feil for et strekke er rettet. De uskadelige feilene må holdes under observasjon slik at vedlikeholdet er tilstrekkelig til at de ikke utvikler seg til skadelige feil.
<math>A^2=R\cdot (L_{RES,Y}-\vartriangle L_{X})=376,43\cdot 57,41=21611m</math> (er o.k.)




=== Konsekvens ===
Slike feil forårsaker en slingrende toggang, som igjen vil forårsake ujevn slitasje på skinnene og befestigelsen. Dessuten kan feil i sidebeliggenheten forårsake solslyng på skinnene.


Beregning ved km 12,6277:


== Overhøydefeil ==
<math>\vartriangle L_{X}=12,5847-12,6277=\left |43\right |m </math>
=== Årsak ===
Hvis den tilsiktede overhøyden i en kurve ikke er oppnådd ved en justering, vil belastning av sporet lett kunne påføre kurven ytterligere avvik fra ideell overhøyde. Dermed går vi inn i en ond sirkel hvor feilen bare vokser.




=== Konsekvens ===
<math>R_{X}=\frac{A^2}{{L_{Y}}_{FIKTIV}-\vartriangle L_{X}}=\frac{21611}{58,41-43,00}=1402m</math>
Dersom følgen av dårlig justering er for stor overhøyde, får vi et større overhøyde overskudd enn vi har regnet med for godstogene. Følgelig kan disse forskyve sporet så hardt innover i kurven at det ødelegger sporet. I motsatt fall blir den manglende overhøyden I så stor for det raskeste materiellet at vi får avsporing.




Brå feil i overhøyden kan også gi feil i baksen. Når disse blir store, oppstår ofte også en sporutvidelse samme sted.
Kontroll:


<math>A^2=R_{X}\cdot (L_{RES,Y}-\vartriangle L_{X})=1402,40\cdot 15,41=21611</math> (er o.k.)


== Registrering av kurvatur - løfteskjema ==
I avsnitt 2.6 om horisontalkurvatur ble de mest anvendte kurvekombinasjonene vist i figurer. Figurene 8 og 12 viser henholdsvis den alminnelige overgangen mellom rettlinje og sirkelkurve, ved hjelp av overgangskurve, og bruk av tilstøtende overgangskurver for kontrakurver (FOB). Begge typer forekommer både med og uten mellomliggende rettlinje. Disse kurvekombinasjonene kan vi betegne som lovlige kombinasjoner. Direkte overgang fra rettlinje til sirkelkurve skal derimot ikke forekomme på hovedspor. Da har vi i så fall en ulovlig kombinasjon. Det som derimot forekommer en del er såkalte felles kurvepunkt (FKP). Disse utgjør gjerne en liten endring i krumning fra en sirkelkurve til en annen.


Beregning ved km 12,6007:


Alle punkt som innebærer endret situasjon på sporet, har blitt registrert i den såkalte Banedatabanken (BDB), sammen med en rekke andre data som berører tekniske anlegg utover traséen, som VUL-punkt, kontaktledning og signaler. På grunnlag av spordataene fra BDB, kan vi fremstille såkalte ''løfteskjema''. Dette skjemaet inneholder de nødvendige data for justering av sporet med maskin. I tillegg til talldata fra BDB, inneholder det også en grafisk fremstilling av horisontalkurvaturen ved å illustrere krumningen som negativ og positiv i henholdsvis venstre- og høyrekurver i kilometerretningen. På grunn av fortløpende informasjon om punkter uten direkte sammenheng, rangert etter kilometer, er den grafiske fremstillingen til stor hjelp for å tolke sporets horisontale gang.
<math>\vartriangle L_{X}=12,587-12,6007=\left |16\right |m </math>




Vertikalkurvaturen er også fremstilt med tall i løfteskjemaet, men er ikke presentert grafisk. Dette ville ikke gitt merkbare utslag med den målestokken kilometreringen innebærer i hht. til horisontalkurvaturen.
<math>R_{X}=\frac{A^2}{{L_{Y}}_{FIKTIV}-\vartriangle L_{X}}=\frac{21611}{58,41-16,00}=509,60m</math>




Figur 40 viser et eksempel på en side fra et løfteskjema fra en delstrekning på Sørlandsbanen, etterfulgt av en forklaring på de ulike elementene som er listet.
Kontroll:


<math>A^2=R_{X}\cdot (L_{RES,Y}-\vartriangle L_{X})=509,6\cdot 42,41=21611</math> (er o.k.)
</div>


[[Fil:Sporgeo_løfteskjema.jpg|thumb|600px|center|Figur 40 - Eksempel på løfteskjema: delstrekningen fra banenr. 2000; Nordagutu – Nelaug på Sørlandsbanen]]




{|
<div style="float:center; padding:1em; margin:0 0 0 1em; border:1px solid; background:#CEF6CE;">'''Eksempel 3: '''
|-
| 1. kolonne || traseringspunkt, evt. skilt, mast
|-
| 2. kolonne || km, 3 desimaler (m-nivå)
|-
| 3-4. kolonne || evt. VUL-koordinater
|-
| 5-7. kolonne || horisontalkurvatur: radius (sirkelkurven), overhøyde og lengde på overgangskurve
|-
| 8. kolonne || grafisk krumningsdiagram
|-
| 9-11. kolonne || vertikalkurvatur: h.o.h., radius ''eller'' stigning og tangentlengde
|-
| 12-13.kolonne || hastighetsskilter
|}


= Vedlegg =
Fra banenummer 0630:
== Utledning av rettvinklede koordinater på klotoiden ==
I ligning 23, viste vi en rekkeutvikling av klotoiden til et uttrykk der ordinaten y var en funksjon av buelengden l, etterhvert tilnærmet med x. En mer direkte utledning vil være å rekkeutvikle rettvinklede koordinater x og y hver for seg. Dermed kan vi få uttrykk for koordinatene som funksjoner av enten overgangskurvens lengde eller retning for et vilkårlig punkt.


OE2 ved km 58,6390


Vi kan starte med å betrakte enhetsklotoiden: ''rl ='' 1
OB ved km 58,6890


L = 50 m


Følgende differensialer gjelder:
h1 = 130 mm


h2 = 150 mm


:<math>dl = r \,d\tau</math>
R2 = 250 m


R1 = 500 m


Integrasjon gir:
[[Fil:Løfteskjema 0630.svg|900px|rammeløs|Løfteskjema 0630]]


[[Fil:Pilhøydediagram for kombinasjonskurve med blå.svg|900px|rammeløs|none]]


:<math>\tau = \frac{l^2}{2}</math>
Beregning av parameter A2:


der τ er den tangentielle retningen i et punkt
<math>A^2=\frac{L_{12}\cdot R_{1}\cdot R_{2}}{R_{1}-R_{2}}=\frac{50\cdot 500\cdot 250}{1500-370}=25000</math>




For rettvinklede koordinater til punkt på enhetsklotoiden har vi:
Kontroll av overgangskurvens lengde:


<math>L_{12}=\frac{A^2}{R_{2}}-\frac{A^2}{R_{1}} </math>


:<math>dx = \cos\tau dl \quad dy = \sin\tau dl</math>


<math>L_{12}=\frac{25000}{250}-\frac{25000}{500}=100,00-50,00=50,00m </math>(er o.k.)


Med dette utgangspunktet får vi følgende kjerner:


Beregning av fiktiv lengde av overhøyderampe L<sub>Y</sub>:


:<math>l = \sqrt{2}\sqrt{\tau} \quad \frac{dl}{d\tau} = \frac{1}{\sqrt{2}\sqrt{\tau}} \quad dl = \frac{d\tau}{\sqrt{2}\sqrt{\tau}}</math>
<math>{L_{Y}}_{FIKTIV}=\frac{A^2}{R_{1}}</math>




Dermed får vi følgende differensialer:
<math>{L_{Y}}_{FIKTIV}=\frac{25000}{500}=50,00m</math>




<math>dx = \cos\frac{l^2}{2} dl = \frac{1}{\sqrt{2}}\frac{\cos\tau}{\sqrt{\tau}} d\tau \quad dy = \sin\frac{l^2}{2} dl = \frac{1}{\sqrt{2}}\frac{\sin\tau}{\sqrt{\tau}} d\tau</math>
<math>R_{1}=\frac{A^2}{{L_{Y}}_{FIKTIV}}=\frac{25000}{50,00}=500m</math>(er o.k.)




- som gir disse integralene:
Kontroll i OE2:


<math>L_{12}=58,6390-58,6890=\left |50\right |m</math>


:<math>x = \int_0^l \cos\frac{l^2}{2} dl = \frac{1}{\sqrt{2}}\int_0^\tau\frac{\cos\tau}{\sqrt{\tau}} d\tau \quad y = \int_0^l\sin\frac{l^2}{2} dl = \frac{1}{\sqrt{2}}\int_0^\tau\frac{\sin\tau}{\sqrt{\tau}} d\tau</math>


Resulterende lengde:


For en vilkårlig klotoide gitt med parameter A, får vi:
<math>L_{RES,Y}={L_{Y}}_{FIKTIV}+L_{12}</math>




:<math>>x = \int_0^l \cos\frac{l^2}{2A^2} dl = \frac{A}{\sqrt{2}}\int_0^\tau\frac{\cos\tau}{\sqrt{\tau}} d\tau \quad y = \int_0^l\sin\frac{l^2}{2A^2} dl = \frac{A}{\sqrt{2}}\int_0^\tau\frac{\sin\tau}{\sqrt{\tau}} d\tau</math>
<math>L_{RES,Y}=50,00+50,00=100,00</math>




Men disse integralene lar seg ikke løse direkte, og må derfor løses gjennom rekkeutvikling.
<math>R_{2}=\frac{A^2}{L_{RES,Y}}=\frac{25000}{100,00}=250,00m</math>(er o.k.)




Cosinus- og sinusfunksjonen er gitt ved:
Beregning ved km 12,5837:


<math>\vartriangle L_{X}=58,6390-58,6400=\left |1\right |m </math>


:<math>\cos\frac{l^2}{2A^2} = 1 - \frac{l^4}{2^2 \cdot A^4 \cdot 2!} + \frac{l^8}{2^4 \cdot A^8 \cdot 4!} - \frac{l^{12}}{2^6 \cdot A^{12} \cdot 6!} + \dots</math>


<math>R_{X}=\frac{A^2}{{L_{Y}}_{FIKTIV}-\vartriangle L_{X}}=\frac{25000}{100,00-1,00}=252,53m</math>


:<math>\sin\frac{l^2}{2A^2} = \frac{l^2}{2A^2} - \frac{l^6}{2^3 \cdot A^6 \cdot 3!} + \frac{l^{10}}{2^5 \cdot A^{10} \cdot 5!} - \frac{l^{14}}{2^7 \cdot A^{14} \cdot 7!} + \dots</math>


Kontroll:


Dermed kan integralene over løses:
<math>A^2=R\cdot (L_{RES,Y}-\vartriangle L_{X})=252,53\cdot 99,00=25000m</math> (er o.k.)


:<math>x = l - \frac{l^5}{5\cdot 2^2 \cdot A^4 \cdot 2!} + \frac{l^9}{9\cdot 2^4 \cdot A^8 \cdot 4!} - \frac{l^{13}}{13\cdot 2^6 \cdot A^{12} \cdot 6!} + \dots</math>




:<math>y = \frac{l^3}{3\cdot 2A^2} - \frac{l^7}{7\cdot 2^3 \cdot A^6 \cdot 3!} + \frac{l^{11}}{11\cdot 2^5 \cdot A^{10} \cdot 5!} - \frac{l^{15}}{15\cdot 2^7 \cdot A^{14} \cdot 7!} + \dots</math>
Beregning ved km 58,688:


<math>\vartriangle L_{X}=58,6390-58,6880=\left |49\right |m </math>




Ønskes stigningsvinkelen τ i stedet for buelengden l som parameter i ligningene, kan vi sette inn for <math>l = \sqrt{2\tau}</math>:
<math>R_{X}=\frac{A^2}{{L_{Y}}_{FIKTIV}-\vartriangle L_{X}}=\frac{25000}{100,00-49,00}=490,20m</math>


:<math>x = (2\tau)^{1/2} - \frac{(2\tau)^{5/2}}{5\cdot 2^2 \cdot A^4 \cdot 2!} + \frac{(2\tau)^{9/2}}{9\cdot 2^4 \cdot A^8 \cdot 4!} - \frac{(2\tau)^{13/2}}{13\cdot 2^6 \cdot A^{12} \cdot 6!} + \dots</math>


:<math>x = \sqrt{2\tau} (1 - \frac{\tau^2}{10A^4} + \frac{\tau^4}{216A^8} - \frac{\tau^6}{9360A^{12}} + \dots)</math>
Kontroll:


:<math>y = \frac{(2\tau)^{3/2}}{3\cdot 2A^2} - \frac{(2\tau)^{7/2}}{7\cdot 2^3 \cdot A^6 \cdot 3!} + \frac{(2\tau)^{11/2}}{11\cdot 2^5 \cdot A^{10} \cdot 5!} - \frac{(2\tau)^{15/2}}{15\cdot 2^7 \cdot A^{14} \cdot 7!} + \dots</math>
<math>A^2=R_{X}\cdot (L_{RES,Y}-\vartriangle L_{X})=490,20\cdot 51,00=25000</math> (er o.k.)


:<math>y = \sqrt{2\tau} (\frac{\tau}{3} - \frac{\tau^3}{42A^6} + \frac{\tau^5}{1320A^{10}} - \frac{\tau^7}{75600A^{14}} + \dots)</math>


Beregning ved km 58,6550:


Ønskes summenotasjon, kan formlene over skrives som:
<math>\vartriangle L_{X}=58,6390-58,6550=\left |16\right |m </math>


:<math>x = \sum_{n=1}^{\infty}  (-1)^{n+1} \cdot\frac{l^{4n-3}}{(4n-3)\cdot(2n-2)! 2^{2n-2} \cdot A^{4n-4}}</math>


:<math>x = \sqrt{2\tau}\sum_{n=1}^{\infty} (-1)^{n+1} \cdot\frac{\tau^{2n-2}}{(4n-3)\cdot(2n-2)! \cdot A^{4n-4}}</math>
<math>R_{X}=\frac{A^2}{{L_{Y}}_{FIKTIV}-\vartriangle L_{X}}=\frac{25000}{100,00-16,00}=297,62m</math>


:<math>y = \sum_{n=1}^{\infty}  (-1)^{n+1} \cdot\frac{l^{4n-1}}{(4n-1)\cdot(2n-1)! 2^{2n-2} \cdot A^{4n-2}}</math>


:<math>y = \sqrt{2\tau}\sum_{n=1}^{\infty}  (-1)^{n+1} \cdot\frac{\tau^{2n-1}}{(4n-1)\cdot(2n-1)! \cdot A^{4n-2}}</math>
Kontroll:


<math>A^2=R_{X}\cdot (L_{RES,Y}-\vartriangle L_{X})=297,62\cdot 84,00=25000</math> (er o.k.)
</div>


=LITTERATURHENVISNINGER=
=LITTERATURHENVISNINGER=


# Esveld, Coenraad, Dr. '''Modern Railway Track''', (1989)
# Haacke, W. et al. '''Matematik für Bauingeniuere''' (1968)
# Heje, Kolbjørn '''Vei og jernbanebygging, Håndbok for undervisning og praksis''', H. Aschehaug & CO, 837s. (1941)
# Holme, Jan '''Sporveksler''', Fag 34045 Jernbaneteknikk VK, NTNU, notat nr. 856 (1993)
# Holom, Finn '''Kurs i baneteknikk; Sporets geometri''', NSB Bane, Region Øst (1992)
# Skoglund, Kjell Arne & Våge, John '''Traseringsparametre og kjørekomfort''', Fag 34045 Jernbaneteknikk VK, NTNU, notat nr. 1027 (jan. 1997)
# Skoglund, Kjell Arne '''Sporgeometri og kjøredynamikk''', Fag 34045 Jernbaneteknikk VK, NTNU, notat nr. 955 (mars 1996)
# Jernbaneverket '''Overbygning-Prosjektering''', Teknisk regelverk JD 530 (01.01.98)
# Jernbaneverket '''Overbygning-Bygging''', Teknisk regelverk JD 531 (01.01.98)
# Jernbaneverket '''Overbygning-Vedlikehold''', Teknisk regelverk JD 532 (01.01.98)
# Mathisen, Olav '''Kurvestikking''', ILM-Ås (1987)
# NSB '''Lærebok for linjepersonalet''', Trykk 383, Tjenesteskrifter NSB Hovedadministrasjonen, NSB Jernbaneskolen (1987)
# NSB '''Overbygningsnormaler''', Trykk 380
# NSB '''Banetekniske forutsetninger for togfremføringen''', Trykk 302.1 (01.09.85)
# Banverket '''Spårgeometrihandboken''', BVH 586.40 (01.12.96)
# Banverket '''Växelprojekteringshandboken''', BVH 586.45 (01.04.95)
# DSB '''Sporregler,''' tillæg 2A-2F (1987)


# '''Berg & Henker - Weichen''', Eisenbahn''bau'', Transpress 259s. (1986)
<!-- litteratur for flyttede deler:
# '''Banverket - Spårgeometrihandboken''', BVH 586.40 ((01.12.96)
# Berg & Henker ''Weichen'', Eisenbahnbau, Transpress 259s. (1986)
# '''Banverket - Växelprojekteringshandboken''', BVH 586.45 (01.04.95)
# NBS Rekommendation R26 ''Växlar för höga hastigheter'', Nordiskt Bantekniskt samarbete (21.10.94)
# '''DB - Sporregler,''' tillæg 2A-2F (1987)
-->
# '''Esveld, Coenraad, Dr. - Modern Railway Track''', (1989)
# '''Haacke, W. et al. - Matematik für Bauingeniuere''' (1968)
# '''Heje, Kolbjørn - Vei og jernbanebygging''', Håndbok for undervisning og praksis, H. Aschehaug & CO, 837s. (1941)
 
# '''Holme, Jan - Sporveksler''', Fag 34045 Jernbaneteknikk VK, NTNU, notat nr. 856 (1993)
# '''Holom, Finn - Kurs i baneteknikk; Sporets geometri''', NSB Bane, Region Øst (1992)
# '''Jernbaneverket - Overbygning-Prosjektering''', Teknisk regelverk JD 530 (01.01.98)
# '''Jernbaneverket - Overbygning-Bygging''', Teknisk regelverk JD 531 (01.01.98)
# '''Jernbaneverket - Overbygning-Vedlikehold''', Teknisk regelverk JD 532 (01.01.98)
# '''Mathisen, Olav - Kurvestikking''', ILM-Ås (1987)
# '''NBS Rekommendation R26 - Växlar för höga hastigheter''', Nordiskt Bantekniskt samarbete (21.10.94)  
 
# '''NSB - Lærebok for linjepersonalet''', Trykk 383, Tjenesteskrifter NSB Hovedadministrasjonen, NSB Jernbaneskolen (1987)
 
# '''NSB - Overbygningsnormaler''', Trykk 380
# '''NSB - Banetekniske forutsetninger for togfremføringen''', Trykk 302.1 (01.09.85)
# '''Skoglund, Kjell Arne & Våge, John - Traseringsparametre og kjørekomfort''', Fag 34045 Jernbaneteknikk VK, NTNU, notat nr. 1027 (jan. 1997)
 
# '''Skoglund, Kjell Arne - Sporgeometri og kjøredynamikk''', Fag 34045 Jernbaneteknikk VK, NTNU, notat nr. 955 (mars 1996)

Siste sideversjon per 24. mai 2024 kl. 09:32

__NUMBEREDHEADINGS__

Innledning og grunnleggende definisjoner

Historikk

De eldre jernbanesporene i Norge ble formet etter terrenget på en tid da hensynet til massebalansen ble vektlagt. Krutt var dyrt, og det kostet også mye å flytte på massene. Men med en hastighet på 30 km/h og kurveradier på 250 m, lot bygging av nyanlegg seg gjøre uten de helt store inngrepene. I dag gjelder fortsatt denne utformingen for de fleste strekningene i landet, men kravet til hastighet har naturlig nok økt i takt med teknisk utvikling og moderne transporttilbud. Den avgjørende størrelsen i dag blir derfor dimensjonerende hastighet, som blant annet setter høye krav til sporets geometri.

Når en løsning er valgt for en togtrasé, vil ulike hensyn avsette en del tekniske fastpunkter, det vil si punkter traséen må passere. Med trasering/ teknisk linjeføring menes den geometriske utformingen av linjen mellom de tekniske fastpunktene, og krav til utformingen settes av sporets geometri, hastighetsbetraktninger og de enkelte traseringsparametrene, foruten hensyn til det rullende materiell, som aksellast, trekkraft og kjøremotstand.

For å beskrive traséen teknisk sett, skiller vi mellom horisontal- og vertikal-geometri. De fleste geometriske størrelser betraktes i planet, selv om den faktiske traséen på alle måter ligger i rommet. Her beskrives krumning, overganger, ulik kurvatur og helning på tvers av sporet. Vertikalkurvaturen betraktes som et langsliggende profil, hvor traséen litt forenklet sagt endrer seg mellom stigning og fall. Uansett er denne geometrien mye enklere enn hos horisontalkurvaturen og betraktes separat. Der komplisert horisontalkurvatur forekommer er det også viktig at vertikalkurvaturen ikke innebærer store endringer.

Sporvidde

Gauge NO.svg

Definisjon: Sporvidden s er den vinkelrette, horisontale avstanden mellom kjørekanten til de to skinnestrengene, målt 14 mm under skinnehodets topp.

I Norge er sporvidden satt lik 1435 mm. Der denne sporvidden er anordnet betegnes sporet normalspor. Bredere spor kalles bredspor og smalere spor kalles smalspor.

Når sporvidden s inngår i geometriberegninger, brukes imidlertid en annen sporvidde, s = 1500 mm.

Mer om sporvidde på no.wikipedia.org/wiki/Sporvidde

Overhøyde

Overhoyde.svg

Definisjon: Overhøyden h er høydeforskjellen mellom skinnestrengene i forhold til horisontalplanet, målt vinkelrett på sporet.

Overhøyden angir hvilken helning sporplanet (kjøreflaten) har og tilsvarer det som kalles dossering for vei. Overhøyden angis vanligvis i millimeter, men kunne også vært oppgitt som en vinkel med horisontalplanet (β).

HORISONTALKURVATUR

Kurver i horisontalplanet

I en alminnelig trasé har vi tre elementer: rettlinjer, sirkelkurver og overgangskurver. Sirkelkurvene angis ved radius R som er radius for spormidt. Eldre linjer i Norge har radius helt ned til R = 180 m, som utgjør en svært krapp sirkelkurve. Med dette forstår vi at kurvatur er en av de viktigste faktorene når hastigheten skal imøtekomme dagens krav til effektiv transport. Tabeen nedenfor viser en kurvefordeling for ulike eksisterende baner i Norge:

Kurvefordeling for ulike eksisterende baner i Norge
R ≤ 300 m 300 m < R ≤ 500 m 500 m < R ≤ 1100 m R > 1100 m Rettstrekning Minste radius
Østfoldbanen, vestre linje 2 % 14 % 13 % 20 % 51 % 200 m
Østfoldbanen, østre linje 3 % 17 % 17 % 16 % 46 % 239 m
Dovrebanen 8 % 12 % 17 % 23 % 40 % 225 m
Kongsvingerbanen 0 % 3 % 23 % 20 % 54 % 257 m
Rørosbanen 7 % 13 % 16 % 14 % 50 % 189 m
Nordlandsbanen 3 % 20 % 17 % 19 % 41 % 210 m
Gjøvikbanen 20 % 15 % 16 % 18 % 31 % 230 m
Bergensbanen 12 % 12 % 15 % 18 % 43 % 160 m
Sørlandsbanen 12 % 18 % 13 % 15 % 41 % 243 m
Vestfoldbanen 9 % 11 % 11 % 25 % 43 % 180 m
Solørbanen 1 % 3 % 7 % 28 % 60 % 245 m
Roa - Hønefoss 18 % 21 % 13 % 21 % 26 % 238 m
Raumabanen 7 % 7 % 21 % 21 % 43 % 259 m
Meråkerbanen 9 % 16 % 18 % 15 % 42 % 275 m
Namsosbanen 5 % 14 % 13 % 23 % 45 % 250 m
Randsfjordbanen 5 % 22 % 21 % 15 % 37 % 196 m
Flåmsbana 51 % 5 % 8 % 1 % 35 % 130 m
Spikkestadbanen 7 % 12 % 14 % 22 % 45 % 269 m
Arendalsbanen 32 % 13 % 7 % 18 % 30 % 210 m
Ofotbanen 24 % 21 % 14 % 8 % 33 % 250 m
Drammenbanen 1 % 11 % 12 % 24 % 51 % 246
Totalt 1) 8 % 15 % 15 % 19 % 43 % 130 m
  1. Totalsum for banene nevnt ovenfor. Øvrige baner i Norge (eksempelvis sidespor som Numedalsbanen eller museumsbaner som Krøderbanen) er ikke inkludert.

Rettlinjer

Rettlinjer er som ordet sier rette linjer i traséen. De kan også beskrives som sirkelkurver med radius lik uendelig. Rettlinjen kan tilstøte både overgangskurven og sirkelkurven, sistnevnte ofte på stasjoner og i sidespor.

Rettlinjen som traseringselement er relativt uproblematisk. Geometrisk sett er det ingen hastighetsbegrensninger på rettlinjen (men mange andre faktorer kan være begrensende, se for eksempel Hastighetsberegninger). Det eneste kravet sporgeometrien setter til rettlinjen er at den ikke må være for kort:

  • Mellom motsattrettede sirkelkurver med små radier er det fare for ombufring (se avsnittet bufferoverdekning i kontrakurve) dersom ikke rettlinjen derimellom er over en viss lengde
  • Mellom kurver uten overgangskurver bør det være en rettlinje av en viss lengde for å hindre at passasjerene opplever flere brå bevegelser i vognen rett etter hverandre.
  • Generelt er det en fordel for passasjerenes komfort at vognen befinner seg minst 1-2 sekunder i hver rettlinje.


Eksempel 1: I Norge per 2014 skal rettlinjer ikke være kortere enn følgende:
Normale krav [m] Minste krav [m]
0,5 V 0,25 V

(krav om minste lengde for avsnitt med konstant krumning, Teknisk regelverk 2014)

Dette kravet sørger for at gjennomkjøringstiden for hvert element blir minimum 0,9 sekunder (0,25 x 3,6) for minste krav og 1,8 sekunder for normale krav.

Sirkelkurver

En sirkelkurve er en del av en sirkel, det vil si en kurve som har konstant krumming langs hele kurven. Sirkelkurvens krumming κ er definert utfra radien R ved κ = 1/R.

For å beskrive sirkelkurvens egenskaper må vi først ta en del fysiske størrelser i betraktning.

Sentripetalakselerasjon og sideakselerasjon

Dersom vi kjører i en sirkelkurve i konstant hastighet, har vi to konstante akselerasjoner (se figur 1): Tyngdens akselerasjon g som virker vertikalt nedover og sentripetalakselerasjonen (ofte kalt a i fysikkbøker) rettet innover mot kurvens sentrum. For en passasjer føles det imidlertid som om akselerasjonen er rettet ut av kurven. Kraften på grunn av denne akselerasjonen omtales gjerne som sentrifugalkraft - en størrelse som i fysikken regnes som en fiktivkraft. Vi skal imidlertid i det følgende bruke sideakselerasjon med benevning j om nettopp denne størrelsen, som dermed er rettet motsatt vei av den virkelige sentripetalakselerasjonen,

Figur 1 - Akselerasjoner på vogna i sirkelkurve uten og med overhøyde.
(1)

I kurver med overhøyde er det akselerasjonens komponenter parallelt med vogngulvet som er avgjørende for passasjerenes komfort.

Utfra figur 1 kan vi se at gravitasjonens komponent langs vogngulvet er:

(2)

På samme måte finner vi sideakselerasjonens komponent langs vogngulvet:

(3)

Fordi β er liten, kan vi sette cos β ≈ 1 og j' ≈ j, det vil i praksis si at vi regner sideakselerasjonen for å virke parallelt med vogngulvet.

Tyngdekraftens komponent langs vogngulvet, g', virker i motsatt retning av j'. Det betyr at den følte sideakselerasjonen reduseres. Vi definierer begrepet ukompensert sideakselereasjon som j' minus g':

(4)

Hastighet i sirkelkurven

Dersom vi snur om på (4) kan vi få et uttrykk for hastigheten:

Ved å sette en maksimalverdi for ju får vi et uttrykk for maksimal hastighet:

[m/s], (5)

der grenseverdien ju,maks har ulik verdi avhengig av togtype, kurveradius, banestandard eller andre parametre fastsatt av den enkelte forvaltning. Verdien av ju,maks ligger vanligvis i intervallet 0,5 - 1,5 m/s2.

For spor uten overhøyde reduseres (5) til

[m/s],

der ju er lik j fordi gravitasjonen ikke kompenserer noe av sideakselerasjonen.

Eksempel 2: En sirkelkurve har radius R = 350 meter og overhøyde h = 140 mm. Dersom ju,maks = 0.98 m/s2, blir maksimal hastighet i kurven

For å få hastigheten i kilometer per time istedenfor meter per sekund, multipliseres den med 3,6:

(Liten v brukes i dette kapitlet alltid for hastighet i m/s og stor V for hastighet i km/h.)

Dersom man justerer overhøyden til h = 0 mm i samme sirkelkurve, blir hastigheten også lavere;

,

som tilsvarer ca 67 km/h.

Likevektshastighet og teoretisk overhøyde

For en kurve med en gitt overhøyde finnes det en hastighet v slik at sideakselerasjonen er like stor som gravitasjonens komponent langs vogngulvet,

(6)

I dette tilfellet er ukompensert sideakselerasjon på vognen lik null. Denne hastigheten kalles likevektshastighet. Ved å løse for v, ser vi at likevektshastigheten er gitt ved

(7)


Den overhøyden som gir likevektshastighet, kalles teoretisk overhøyde. Ved å løse (6) for h isteden, får vi

(8)


Eksempel 3: Ved radius R = 600 meter og overhøyde h = 100 mm er likevektshastigheten

.

Dersom man ønsker å øke likevektshastigheten til 80 km/h (tilsv. 22,22 m/s), kan man regne ut hvor stor overhøyden da må være:


For persontrafikken er hastigheten som regel større enn likevektshastigheten, og da vil gravitasjonens komponent parallelt med sporplanet bare kompensere for deler av sideakselerasjonen, som er akkurat det (4) viser

Hvis hastigheten er mindre enn likevektshastigheten, blir ju negativ, det vil si at den er rettet innover i kurven. Det blir en overkompensering, eller overskuddssideakselerasjon. Dette er ofte tilfellet for godstog som trafikkerer spor beregnet for blandet trafikk, eller ved saktekjøringer. Ved full stans virker kun gravitasjonens komponent, og dette setter grenser for hvor stor overhøyden kan være. I Norge er maksimal overhøyde satt til hmaks = 150 mm, i tråd med det som er mest vanlig hos de fleste forvaltningene i Europa.


En annen vinkling på den ukompenserte sideakselerasjonen er at overhøyden ikke er stor nok for den aktuelle hastigheten. Vi definerer manglende overhøyde som I = hteor - h, det vil si

(9)

Multipliserer vi ut uttrykket for ukompensert sideakselerasjon (4), med s/g, får vi et utrykk for manglende overhøyde i forhold til den ukompenserte sideakselerasjonen:

(10)

Innsatt med verdier for s og g får vi at I ≈ 153 ju. Manglende overhøyde er altså et begrep som gir akkurat samme informasjon som den ukompenserte sideakselerasjonen, men i jernbanesammenheng er det mer vanlig å bruke manglende overhøyde.


Eksempel 4: Ved å snu på ligning 9 kan hastigheten finnes uttrykt ved manglende overhøyde også:

       (11)

Setter inn kjente størrelser og multipliserer med 3,6 for å få hastighet i km/h:

   (12)

Kan da regne ut eksempel 2 på nytt med den forenklede formelen ( tilsvarer ) og se at svaret blir det samme:

Rullvinkel

Figur 2 - Vogna krenger utover med rullvinkelen ρ. Vinkelen β skyldes overhøyden.


Den ukompenserte sideakselerasjonen (ju) gjør at vognkassens fjæranordning blir usymmetrisk belastet, og vogngulvet får en vinkel med sporplanet, som vist på figur 2. Denne vinkelen kalles rullvinkel eller rullingsvinkel. Rulling av vognkassen vil delvis oppheve effekten av overhøyden når vognen kjøres med større fart enn likevektshastigheten.


Som følge av rullingen blir den ukompenserte sideakselerasjonen som passasjerene merker større enn ju. På samme måte som i sentripetalakselerasjon og sideakselerasjon kan vi finne sideakselerasjonens komponent langs vogngulvet (J) og gravitasjonens komponent vinkelrett på vogngulvet (g''). Akselerasjonen J kalles effektiv sideakselerasjon eller merkbar ukompensert sideakselerasjon. Den er et bedre mål for kjørekomfort enn ju, men den er avhengig av type materiell. Rullvinkelen er vanligvis proporsjonal med ju:


, (13)

der r er rullvinkelkoeffisienten. Den kan beregnes eller fastlegges ved forsøk.

Figur 3 - Følte akselerasjoner i en vogn: a) uten overhøyde og rulling, b) kun med overhøyde, c) med både overhøyde og rulling, d) sammenlikning av a) til c).


For vanlige normalsporede gods- og personvogner ligger rullvinkelkoeffisienten i størrelsesorden 0,1-0,6. For NSBs B7-vogner er r = 0,2. For krengetog blir situasjonen motsatt, i og med at vogna lener seg innover i stedet for utover i kurven. Rullvinkelkoeffisient blir altså negativ. For NSBs krengetog (Signatur) ligger rullvinkelkoeffisienten på ca. r = -0,55 og for SJs X2000 er r = -0,7.


Ved å betrakte figur 4, kan vi utlede sammenhengen mellom rullvinkelkoeffisienten r og rullvinkelen ρ fra ligning 13:


Figur 4 - Akselerasjoner med retninger for en vogn påvirket av både overhøyde og rulling.


(14)


Jamfør tidligere tilnærminger, kan vi sette cosβ ≈ cosρ ≈ 1. Med sinβ = h/s kan vi med litt regning komme fram til følgende uttrykk for rullvinkelkoeffisienten:


(15)


Uttrykket kan imidlertid forenkles gjennom tilnærming. På grunn av at rullvinkelen er liten, kan vi tilnærme sinρ med ρ . Dessuten er de to første leddene i parentesen i formel 15 så små at vi kan utelate dem for deretter å oppveie dem ved å sette tyngdeakselerasjonen g = 10. Dermed får vi et svært enkelt uttrykk for rullvinkelkoeffisienten:


(16)

der ρ er i radianer.


Likning 16 innsatt i utgangslikningen gir effektiv sideakselerasjon som funksjon av rullvinkelen:


(17)


Når denne forenklede formelen tas i bruk, må det nevnes at dynamiske bidrag er utelatt. Disse vil i praksis øke den effektive sideakselerasjonen J ytterligere, men beregningsmessig er det alltid ju som er traseringselementet. Det kan allikevel nevnes at J til en viss grad er tatt hensyn til i regelverket for mange forvaltninger ved at det benyttes ulike traseringsparametre for ulike togtyper.


Uten å gå inn på beviset her, kan det vises at rullvinkelen i stor grad er proporsjonal med sideakselerasjonen, slik at det finnes en konstant c som gir ρ = c ju . I ligning 16 får vi da eliminert hele sideakselerasjonen ju , og rullvinkelkoeffisienten blir en konstant for hvert enkelt rullende materiell. De avgjørende elementer blir da lastens masse og plassering, egenskaper og plassering til vognas fjæringssystem.

Grenseverdier

Ved fastsettelse av grenseverdien(e) ju,maks (Imaks), er det særlig fire hensyn som skal ivaretas:

  • passasjerenes komfort
  • sikkerhet mot sideforskyvning av sporet
  • sikkerhet mot avsporing
  • sikkerhet mot velting


En tommelfingerregel er at så lenge passasjerkomforten er ivaretatt, er de tre sikkerhetshensynene også godt innenfor kravet. En cirka tallfesting av sikkerhetskravene kan gis utfra verdier for manglende overhøyde (dette er gamle og sannsynligvis noe utdaterte verdier):

  • sideforskyvning: I > 200 mm
  • avsporing: I > 300 mm
  • velting: I > 400 mm

De fleste forvaltninger har grenseverdier for I på mellom 100 mm og 200 mm, avhengig av faktorer som materielltype, sporstandard, kurveradius med mer (se eksempel nedenfor). Når sideforskyvning, avsporing og velting likevel skjer, skyldes dettes om regel at I/ju har vært altfor høy i et kort tidsintervall: I virkeligheten danner ingen kurver perfekte sirkelsegmenter og sporfeil og feil på materiellet gir dynamiske virkninger som kommer i tillegg til de beregnede kreftene. I denne sammenheng har faste punkter i sporet (f.eks sporveksler, broer uten ballast, planoverganger) samme virkning som sporfeil.


Eksempel på grenseverdier:
Banedanmark
Maksimal manglende overhøyde I 1) Maksimal overhøyde h
  • for alle tog hvor V ≤ 140 km/h: I = 130 mm
  • for alle tog hvor 140 km/h < V ≤ 250 km/h: I = 150 mm
  • for særlige togsett: I = 160 mm
h = 160 mm
Trafikverket, Sverige
Maksimal manglende overhøyde I 2) Maksimal overhøyde h
  • togkategori A: I = 100 mm
  • togkategori B: I = 150 mm
  • togkategori S: I = 245 mm
h = 160 mm
Bane NOR, Norge
Maksimal manglende overhøyde I 3) Maksimal overhøyde h
  • konvensjonelt materiell: I = 100-150 mm avhengig av radius
  • plussmateriell: I = 130-160 mm avhengig av radius
  • krengetogsmateriell: I = 160-245 mm avhengig av radius
h = 150 mm
  1. Ved aksellast ≤ 22,5 tonn og 60-kilos skinner
  2. For hastigheter ≤ 250 km/h. Togkategoriene er satt utfra hvilken manglende overhøyde togene er godkjent for og kategori S skal i tillegg ha krengemekanisme.
  3. Konvensjonelt materiell er hovedsaklig godstog og plussmateriell hovedsaklig persontog.

(Alle verdier per februar 2014.)


I avsnittet om rullvinkel forklares det hvordan fjæringen av materiellet i en sving reduserer effekten av overhøyden. Grenseverdien for komfort må derfor også ta hensyn til ulike typer materiell i tillegg til spor og sporstandard. Komfortbegrepet blir forøvrig nøye gjennomgått i kapitlet Krengetogstilpasning utfra komfort, men det kan nevnes at grenseverdiene som er diskutert her må variere med hvorvidt en passasjer sitter, står eller går i vogna.


Det må også fastsettes noen grenseverdier for overhøyden, h:

  • en absolutt maksimalverdi, hmaks. I Norge er hmaks = 180 mm (for nye persontrafikkbaner, for øvrige baner er hmaks = 150 mm). Høyere verdi tillater større hastighet for de raskeste tog, men er uheldig for saktegående godstog og for steder hvor toget kan komme til å stoppe.
  • en maksimalverdi som er avhengig av kurveradius på grunn av avsporingsfaren ved lav hastighet i krappe kurver. For eksempel anbefaler standarden EN 13803 å begrense overhøyden for kurver med radius mindre enn 320 m til
[mm] (der radius er gitt i m) ;     (18)
  • en maksimalverdi som er avhengig av overgangskurvens lengde og hastighet, utfra hvilken rampestigningshastighet som tillates, se avsnittet om overgangskurver.
  • en minimumsverdi utfra hastighet til raskeste tog, finnes ved å snu ligning 5:
         (19)
  • en maksimumsverdi utfra hastighet til raskeste tog; det er aldri noe poeng å ha større overhøyde enn den overhøyden som gir likevektshastighet for raskeste tog:
         (20)

Overgangskurver og overhøyderamper

Figur 5 - Lineær overhøyderampe, sammenfallende med overgangskurven


En overgangskurve er definert ved at den har krumning lik tilstøtende kurver i endene og samtidig har kontinuerlig endring av krumning gjennom hele kurven. Overgangskurver benyttes mellom rettlinjer og sirkelkurver og mellom sirkelkurver med ulik radius. Summert er en overgangskurve et traséelement som forbinder to traséelementer med ulik radius. Hensikten er å gi en smidig overgang fra en akselerert tilstand til en annen, med henblikk først og fremst på passasjerkomfort, men også sikkerhet og slitasje på spor og materiell.


For å oppnå overhøyde på sporet anvendes såkalte overhøyderamper, hvor overhøyden bygges opp kontinuerlig. Vanligvis er overhøyderampene sammenfallende med overgangskurvene. Ved kjøring gjennom en overhøyderampe, vil en vogn blir liggende skjevt på sporet. Forenklet kan vi si at dersom vogna var konstruert helt stiv, ville kun tre av fire hjul være på sporet samtidig. Rampen må derfor ikke være brattere enn at alle hjul har sikker føring gjennom hele overhøyderampen/overgangskurven.


Ordforklaringer:

OB - overgangskurvens begynnelse; punktet i overgangen fra rettlinje til overgangskurve
OE - overgangskurvens ende; punktet i overgangen mellom overgangskurve og sirkelkurve

For overgangskurven fra en sirkelkurve til en annen angir betegnelsene OB og OE kurvens tilstøtende punkter mot henholdsvis den slakeste og den krappeste av sirklene.

FOB - felles OB; brukes der det er kontrakurver og ingen rettlinje mellom overgangskurvene


Figur 6 - Saksede overhøyderamper.


Figur 5 viser det vanligste og enkleste tilfellet der overgangskurven ligger mellom en rettlinje og en sirkelkurve. Figur 6 viser to motsatt rettede sirkelkurver uten rettlinje i mellom. Rampene går da rett i hverandre, men vendepunktet (FOB) har alltid overhøyde lik null. Denne rampeutformingen kalles en sakset overhøyderampe. Hvis de to rampene i saksen har lik stigning, blir situasjonen enkel (figur 6a), mens har de ulik stigning, vil minst en av skinnestrengene få en knekk i FOB (figur 6b). Dette løses ved at den ene strengen løftes ubrutt gjennom hele sakserampen fra OE til OE, for så å bestemme FOBs beliggenhet hvor kravet om null overhøyde skal være oppfylt. Den siste strengen løftes til slutt mellom FOB og endepunktene.


Mange steder er overgangskurvene for korte til at store hastighetsøkninger kan tillates. En kunne ideelt sett ønske seg kurvekorrigeringer som omfattet forlengelse av overgangskurvene, men dette blir fort altfor omfattende og vil medføre store kostnader. Den alternative løsningen på problemet blir derfor å beholde lengden til overgangskurven og samtidig senke rampestigningen.


Tidligere ble denne oppgaven i praksis utført ved å strekke overhøyderampen et stykke inn i sirkelkurven. Enden av rampen ble da ikke sammenfallende med OE og ble benevnt RE - rampens ende. Metoden tillates derimot overhodet ikke i dag, i og med at overhøyden først er bygget helt opp et stykke inne i sirkelkurven. Når hastigheten er høy vil dette gi kritiske utslag på komfort såvel som slitasje.


Dagens løsning består i å redusere overhøyden gjennom hele sirkelkurven, i praksis ved å løfte sporets indre streng.


Klotoiden

Klotoide (trykk på bildet for å se animasjon)

Utfra definisjonen av en overgangskurve kan denne utformes på ulikt matematisk grunnlag. I Norge benyttes kun kurver der den kontinuerlige variasjonen i overhøyde og krumning foregår lineært. Denne kurven heter klotoide. I vedlegg xx er en kort forklaring av to andre typer overgangskurver.

Definisjon: En klotoide er en kurve der lengden av kurven L er proporsjonal med krummingen 1/R:


(21)


der konstanten C = 1/A2 er proporsjonalitetskonstanten. Konstanten A kalles klotoideparameteren og beskriver klotoiden entydig akkurat som radien beskriver en sirkelkurve entydig. I Norge er det imidlertid vanlig å bruke R og L til å beskrive klotoiden heller enn A.


Alle omskrivinger av 21 vil også gjelde et vilkårlig punkt på kurven, for eksempel når en kjenner r eller l.


Klotoiden har en enkel ligning, men er komplisert å regne på ettersom den ikke er gitt i kartesiske (rettvinklede) koorinater. Vedlegg 6.1 viser hvordan man utvikler klotoiden i kartesiske koordinater. Reslutatet er følgende parametriske framstilling for x og y:

(22)

Hvis vi tilnærmer de uendelige rekkene med kun sitt første ledd, får vi at og . Ved å erstatte variabelen i y-uttrykket med x-uttrykket (dvs. erstatte l med x) og sette inn for klotoideparameteren A, får vi

(23)

som er den vanlige tilnærmingen til klotoiden når denne brukes som overgangskurve. Dette er en kubisk parabel eller en 3.gradsparabel. Tilnærmingen er akseptabel så lenge L er mye mindre enn R, noe som alltid vil være tilfelle ved overgangskurver. (En mer nøyaktig utledning for tilnærming til klotoiden kan finnes i [3] Kolbjørn Heie, side 408-410.)


Figur 7 - 3.gradsparabel mellom rettlinje og sirkelkurve

Det er vanlig å betrakte en utgangssituasjon der en ikke har noen overgang mellom rettlinje og sirkelkurve, som illustrert i fig. 7. Rettlinjen ligger på x-aksen og i punktet "T" starter sirkelkurven. Fortsettelsen av x-aksen etter at "sporet" har svingt av kalles tangenten fordi det er tangent til kurvens startpunkt. Origo ligger der vi vil starte overgangskurven (OB, i fig. 7 står det bare "B"). Man kan se fra figuren at 3.gradsparabelen (som starter i "B") gjør at sirkelkurven blir liggende innenfor den opprinnelige sirkelkurven. Avstanden er gitt ved

(24)

Avstanden m kalles ofte "innflyttningen" fordi det er denne avstanden kurven må flyttes innover for å legge inn overgangskurver i en kurve som ikke hadde det fra før. Siden overgangskurven har lineær endring av av radius, vil innflyttningen etter halve lengden L være halvparten av m.


Tabell 4 viser avvik mellom klotoiden og 3.gradsparabelen for ulike overgangskurvelengder og sirkelradier. Lengden L er buelengden til klotoiden, og tallene i tabellen er differansen mellom y-koordinaten til klotoiden, ykloto, og y-koordinaten til 3.gradsparabelen innsatt xkloto i 33:


(25)


Tabell 2.4Avvik i mm mellom y-koordinat for klotoide og 3.gradsparabel.

Avvik i mm mellom y-koordinat for klotoide og 3.gradsparabel
Radius R
Lengde L 250 300 500 800 1100
30 0,3 0,2 0,0 0,0 0,0
50 2,1 1,2 0,3 0,1 0,0
70 8,2 4,8 1,0 0,3 0,1
80 14,0 8,1 1,8 0,4 0,2
90 22,4 13,0 2,8 0,7 0,3
100 34,1 19.8 4,3 1,0 0,4
110 - 28,9 6,3 1,5 0,6
120 - 40,9 8,9 2,2 0,8


I dag brukes klotiden ved prosjektering fordi kravet til nøyaktighet er stort og dataverktøyene er gode. Tidligere ble imidlertid 3.gradsparabelen brukt og mange kurver ute i sporet er opprinnelig utfestet som 3.gradskurver. Praktiske oppgaver på sporet, som justering, etter klotoidebaserte data, kan dermed skape konflikter, ettersom klotoiden alltid krummer noe mer enn 3.gradsparabelen.


For mer informasjon om klotoiden, se:

Traseringsparametre i overgangskurven

Rampestigning er den ene skinnens stigning i forhold til den andre skinnen og er gitt ved følgende uttrykk, som vanligvis oppgis i promille:

(26)

der Δh er forskjellen i overhøyde over lengden ΔL. Det første uttrykket (med delta) er tilstrekkelig for bruk i Norge, hvor rampene har lineær stigning. Hvis vi ser bort fra eventuelle sporfeil, så skal rampestigningen gjennom hele rampen være p = h/L (for overgangskurve mellom rettlinje og sirkelkurve). Diffrensialformen må brukes for ramper som ikke er lineære (ulik stigning avhengig av hvor i rampen man befinner seg).


I en overhøyderampe vil overhøyden variere fra punkt til punkt, den bygges opp fra ingen overhøyde der den er tilknyttet rettlinje og til full overhøyde der sirkelkurven begynner.


På grunn av de skjevheter en overhøyderampe innebærer, kalles rampestigningen også for vindskjevhet. Men dette begrepet er mer forbundet med sporfeil. Vi kan si at rampestigning er den tilsiktede endringen av overhøyde i lengderetningen, mens vindskjevhet er den faktiske situasjonen på sporet (tilsiktet skjevhet pluss eventuelle feil).


Hvis en helt stiv vogn uten fjærer hadde kjørt over en overhøyderampe, ville skjevheten i rampen ført til at vognen hadde kun to hjul på sporet, den ville stått og vippet. I virkeligheten er selvsagt vognene ikke helt stive og de har i tillegg fjæring, men overhøyderampene fører likevel til en avlastning av noen av hjulene: Vertikalkraften mellom hjul og skinne vil bli ulik for hvert av hjulene idet vogna kjører over overhøyderampen. Samtidig virker en føringskraft (horisontalkraft) på hjulene fordi man kjører i en kurve. Dersom føringskrafta blir tilstrekkelig stor og vertikalkrafta tilstrekkelig liten, sporer vogna av. Forholdet mellom føringskraft og vertikalkraft kalles Y/Q-forholdet og blir nærmere omtalt i Teknisk linjeføring: Avsporingsfare.


I Norge, som i de fleste europeiske land er maksimal rampestigning satt til 1:400, dvs 2,5 promille.


Rampestigningshastighet er overhøydens endring per tidsenhet og er gitt ved:


(27)

med enhet mm/s.


For rette ramper, som er det som brukes i Norge, kan rampestigningshastigheten skrives som:

(28)

der L er lengden av overhøyderampen (her antar vi dessuten av hastigheten er konstant gjennom hele rampen).


Rampestigningshastighet kan også oppgis som et stigningsforhold 1:n*V der n er et heltall og V er hastighet i km/h, men denne skrivemåten er ikke så vanlig nå lenger. For å finne rampestigningshastigheten i mm/s utfra stigningsforholdet: dh/dt = 1000/(n*3,6) [mm/s].


Størrelsen på rampestigningshastighet er først og fremst viktig for passasjerenes komfort. Ved gjennomkjøring av en overhøyderampe vris vognkassen om sin lengdeakse. Særlig passasjerer som står eller går kan oppleve dette som ubehagelig, mens sittende passasjerer ikke merker så mye til enkeltkurver. På kurverike baner kan enkelte passasjerer (også de som sitter) bli kvalme (sjøsyke/"togsyke") på grunn av de gjentatte bølgelignende bevegelsene i toget. Særlig i krengetog har togsyke vært et problem, ettersom krengingen gjør at den opptredende rampestigningen i toget blir større samtidig som at krengetogene ofte kjører fortere enn andre passasjertog.


En beslektet størrelse er rullvinkelhastigheten eller vridningshastigheten som angir hvor mye tverrvinkelen endrer seg per tidsenhet, altså hvor fort vognkassen vrir seg. Sammenhengen mellom rullvinkelhastigheten β og rampestigningshastigheten dh/dt er (for små vinkler) gitt ved

(29)

der s er sporvidden i mm og β er gitt i radianer per sekund. For å få resultatet i grader per sekund ganges det med 180/pi.


Rykk er endring av ukompensert sideakselerasjon per tidsenhet, det vil si den deriverte av ju. Dette er som nevnt et uttrykk for hvor fort den ukompenserte sideakselerasjonen endres over tid:


(30)

der jx er den ukompenserte sideakselerasjonen etter lengden x. Ukompensert sideakselerasjon blir vanligvis betegnet ju, men da er det snakk om den maksimale som opptrer i kurvens endepunkt (OE). jx er gitt ved .

Dersom overgangskurven har lineær endring av radius (slik som klotoiden) og hastigheten er konstant gjennom kurven, kan rykket skrives slik:

(31)


Siden ukompensert sideakselerasjon også kan uttrykkes som manglende overhøyde, er rykket også definert som endring av den manglende overhøyden:

(32)

der det siste uttrykket fremkommer ved å sette inn (31) for ψ og gjelder under samme betingelser som formel 31.

Overgangskurvens lengde og hastighet i overgangskurven

Overgangskurvens lengde bestemmes ut fra de tre traseringsparametrene rampestigning, rampestigningshastighet og rykk. Ved å løse de tre ligningene (26), (28) og (31) for L, får vi

der v er hastighet i meter per sekund.


Setter inn maksimalverdier for traseringsparametrene:

(33)
(34)
(35)

Minste lengde på overgangskurven med den gitte hastigheten er da Lmin = max{L1, L2, L3}.


Eksempel: I en kurve med radius R = 500 meter og overhøyde h = 120 mm er skiltet hastighet 90 km/h (= 25 m/s). Hvor lange må overgangskurvene da være dersom (dh/dt)maks = 55 mm/s og ψ = 0,52 m/s3?

der ju er regnet ut slik (lign. 4):


Overgangskurven(e) må dermed være minst 55 meter (runder opp til nærmeste hele meter).


(Kan også i første omgang sette inn maksimalverdi istedenfor opptredende verdi av ju i L3, men dersom L3 da blir utslagsgivende bør man regne ut ju slik det er gjort ovenfor.)


Dersom målet er å finne maksimal hastighet over kurvekombinasjonen, er det vanlig å først regne ut maksimal hastighet i sirkelkurven for så å finne ut om overgangskurvelengdene tillater denne hastigheten.

Eksempel: Vi finner maksimal hastighet over sirkelkurven og overgangskurvene fra eksempelet ovenfor. Bruker ju,maks = 0,85 m/s3.

For sirkelkurven blir maksimalhastighet

Setter så denne hastigheten inn i beregningene for lengde av overgangskurven:

der ju er regnet ut på samme måte som ovenfor (her havner ju nødvendigvis på maksimalverdien siden hastigheten er den høyeste som er tillatt i sirkelkurven).

Dersom overgangskurvene er minst 63 meter lange kan hastigheten settes til 28,6 m/s (tilsvarer 103 km/h).


En annen mulighet er å beregne maksimalhastighet utfra formlene for rampestigningshastighet og rykk hver for seg. For førstnevnte er det enkelt idet vi løser ligning (28) med hensyn på hastighet der maksimalverdi for rampestigningshastiget er satt inn:

(36)

For rykket gjøres akkurat det samme med ligning (31):

Problemet er bare at ju er avhengig av hastigheten. Ved å sette inn for ju får vi følgende tredjegradsuttrykk

Hvis uttrykket omformuleres til

(37)

kan man iterere seg fram til løsningen.

Kurvekombinasjoner

Figur 8 - Enkel kurvekombinasjon: rettlinje - sirkel - rettlinje via overgangskurver.


Dette avsnittet beskriver hvordan de tre traseringselementene rettlinje, sirkelkurve og overgangskurve kan kombineres ute i sporet. Det enkleste kurveforløpet vi har består av overgangen fra rettlinje til sirkelkurve og tilbake igjen via overgangskurver, se figur 8. Denne kalles en enkel kurvekombinasjon.


Kombinasjonskurver er flere tilstøtende, ensrettede sirkelkurver med ulik radius, se figur 9. Her gjelder de samme traseringskrav som for enkle kurver, men formlene blir litt mer kompliserte, se eksempel.


Figur 9 - Sammensatt kurve


En annen vanlig kurvesammensetning er motsatt rettede kurver, eller kontrakurver, som betyr tilstøtende kurver med krumning med ulikt fortegn, se figur 12. Overgangskurvene får OB i samme punkt, som da kalles felles OB; FOB.


Figur 12 - Motsatt rettede kurver med overgangskurver


Ved nyprosjektering vil man helst unngå både kombinasjonskurver og kontrakurver der det er mulig. Dersom man kan legge en rettlinje imellom og få to enkle kurvekombinasjoner er det som regel en bedre løsning. Rettlinjen må imidlertid ha en viss lengde for at det ikke skal bli ukomfortabelt å kjøre over; generelt bør alle traseringselementene ikke være særlig kortere enn at det tar minst 0,9 sekunder å kjøre gjennom hvert av dem.


Kurver uten overgangskurver

Dersom kurveradius er stor eller hastigheten er liten, kan overgangskurver utelates. Dette gjøres av konstruktive årsaker, og særlig på stasjoner i kontrakurver og i sporveksler. Punkter der rettlinje går direkte over i sirkelkurve betegnes kurvepunkt KP, mens punkter med en momentan overgang fra en sirkelkradius til en annen betegnes felles kurvepunkt FKP.


Figur 10 - Sammensatt kurve uten overgangskurver


For sirkelkurver uten overhøyde er som regel også overgangskurver utelatt. Endring i krumning og dermed sideakselerasjon skjer i dette tilfellet momentant. Rykket blir her svært stort. Allikevel skjer det en utjevning i praksis, siden materiellet som trafikkerer linjen ikke er stivt, men utstyrt med fjæringsmekanismer. Fig. 11 illustrerer hvordan vognas faktiske akselerasjon arter seg ved inn- og utgang av en sirkelkurve med rettlinjer i endene.


Figur 11 - Sideakselerasjon ved kjøring fra rett spor til sirkelkurve uten overgangskurve.


De ulike forvaltningene har fastsatt grenser for i hvilken utstrekning kurver uten overgangskurver kan benyttes, men innfallsvinkelen varierer. Én måte er å angi at endring til en manglende overhøyde I ikke skal overstige en viss verdi, f.eks 100 mm. En annen metode er å operere med en såkalt fiktiv overgangskurve. Som overgangskurve brukes da avstanden mellom vognens boggiesentre (ofte ca 2 meter). Denne kan så settes inn i de vanlige formlene sammen med en akseptabel verdi for den ukompenserte sideakselerasjonen for å finne et utrykk for hvilken hastighet en kan benytte til hvilken kurveradius.

Det er enklest å bruke den første metoden. Vi finner verdien av den ukompenserte sideaksellerasjonen i punktet FKP (eller KP),

for enkel kurve (rettlinje-sirkelkurve),

for kombinasjonskurver (ensrettede kurver) der R1 > R2

og

for kontrakurver.


Ved å sette en maksimalverdi for brå endringer av ju kan vi løse ligningene ovenfor og finne maksimal tillatt hastighet over hver FKP. Tillatt verdi for denne plutselige endringen av ju er vanligvis lavere enn de andre grenseverdiene, f.eks kan den ligge på rundt 0,65 m/s3 (tilsvarer I = 100 mm).


Bufferoverdekning i kontrakurve

Når man kjører gjennom en kontrakurve, vil vognenes buffere (hvis vognen har dette) bevege seg sideveis i forhold til hverandre. Hvis denne bevegelsen blir for stor, er det fare for at buffrene hekter seg i hverandre og vognene vil dra hverandre av sporet. Dette kalles ombufring og skjer kun ved små radier i kontrakurver. Ved å legge inn større radier og/eller rettlinje mellom kurvene, sikrer man ønsket bufferoverdekning. Samtidig blir rykket mindre, noe som er fordelaktig for komforten. Ombufring er kun et problem når radiene i kontrakurven er mindre enn ca. 250 meter.

VERTIKALKURVATUR

Kurver i vertikalplanet

Geometrien for vertikalkurvaturen er langt enklere enn den for horisontalkurvaturen. Isolert sett består den vertikale traséen av kun to traseringselementer: Stigninger (rettlinjer) og stigningskurver (sirkelkurver) i vertikalplanet. Tilsammen utgjør disse kurvene vertikalkurvaturen.


Linjens vertikalføring fremgår av lengdeprofilet for en gitt banestrekning, som angir størrelsen på stigning og fall på de forskjellige stedene på linjen. Stigning og fall angis i promille.


Tabell 5 angir fordelingen av stigning/fall i vertikalplanet for ulike eksisterende baner i Norge, der stigningene gjelder for alle rettlinjene i vertikalkurvaturen:

Tabell 5 - Stigningsfordeling for ulike eksisterende baner i Norge
> 25 ‰ 20,1-25 ‰ 15,1-20 ‰ 10,1-15 ‰ 5,1-10 ‰ 0,1-5 ‰ horisontalt Største stigning
Østfoldbanen, vestre linje 0 % 2 % 0 % 25 % 35 % 27 % 11 % 25 ‰
Østfoldbanen, østre linje 0 % 0 % 0 % 41 % 33 % 18 % 8 % 13 ‰
Dovrebanen 0 % 0 % 16 % 18 % 16 % 31 % 19 % 18 ‰
Kongsvingerbanen 0 % 0 % 0 % 0 % 5 % 75 % 19 % 5 ‰
Rørosbanen 0 % 0 % 0 % 14 % 30 % 37 % 19 % 15 ‰
Nordlandsbanen 0 % 0 % 13 % 14 % 24 % 25 % 25 % 19 ‰
Gjøvikbanen 1 % 4 % 40 % 32 % 10 % 7 % 7 % 22 ‰
Bergensbanen 0 % 9 % 18 % 14 % 18 % 33 % 8 % 21 ‰
Sørlandsbanen 0 % 7 % 17 % 18 % 20 % 20 % 17 % 25 ‰
Vestfoldbanen 0 % 0 % 7 % 27 % 33 % 21 % 11 % 14 ‰
Solørbanen 0 % 0 % 0 % 0 % 20 % 53 % 28 % 8 ‰
Roa - Hønefoss 0 % 5 % 69 % 18 % 2 % 3 % 3 % 20 ‰
Raumabanen 0 % 1 % 23 % 10 % 16 % 27 % 24 % 20 ‰
Hell - Storlien 0 % 0 % 32 % 8 % 16 % 26 % 18 % 19 ‰
Grong - Namsos 0 % 0 % 0 % 8 % 33 % 16 % 43 % 11 ‰
Randsfjordbanen 0 % 0 % 0 % 13 % 42 % 32 % 13 % 11 ‰
Flåmsbanen 83 % 0 % 0 % 0 % 4 % 9 % 3 % 55 ‰
Asker - Spikkestad 0 % 0 % 0 % 10 % 31 % 37 % 23 % 11 ‰
Arendalslinjen 0 % 0 % 4 % 24 % 9 % 23 % 39 % 22 ‰
Ofotbanen 0 % 1 % 26 % 58 % 3 % 6 % 6 % 17 ‰
Øvrige baner 0 % 1 % 17 % 22 % 36 % 18 % 5 % -
Totalt 1 % 2 % 13 % 17 % 22 % 28 % 18 % 55 ‰

Stigninger

Med stigning menes her en rettlinje i vertikalplanet som avviker i retning fra en horisontal referanseflate. Kjøreretningen bestemmer om stigningen har positivt (reell stigning) eller negativt (fall) fortegn.


Stigning og motstand

De viktigste avveiningene for å optimalisere stigning og fall er anleggsomkostningene, som kan begrenses ved større stigninger (kortere kjørevei), og driftskostnadene, som raskt vokser ettersom behovet for kraftigere trekkraft gjør seg gjeldende. Likeledes kreves bremsekraft ved fall.


Alt rullende materiell må overvinne en kjøremotstand under fremføringen. Denne består hovedsaklig av tre ledd: Grunnmotstanden, som utgjøres av friksjon etc., kurvemotstanden i horisontalkurver, og stigningsmotstanden. I vertikalgeometrien fokuserer vi på sistnevnte og dens samspill med den totale kjøremotstanden. Fenomenet består av tyngdekraftens komponent parallelt sporets lengderetning og er helt analogt med tyngdens komponent på tvers av kjøreretningen i kurver med overhøyde. Grundigere beskrivelse av kjøremotstand finnes i Teknisk linjeføring: Kjøremotstand.


Figur 13 - Stigningsmotstand


Som regel er ikke stigningen større enn at vi kan tilnærme stigningen (lik tangens til v) med vinkelen v selv.


En uskadelig stigning er en stigning som innebærer mindre motstand enn grunnmotstanden og som derfor ikke gir større trafikkostnader enn på en flat strekning. I motsatt fall har vi en skadelig stigning.


På en del av våre eldre eksisterende baner, vil vertikalkurvaturen vise tegn på tidligere begrensninger hos det rullende materiell. Materiellet hadde ofte ikke kraft nok til å forsere en ideell stigning, dvs. helt jevn stigning fra et punkt til et annet, men måtte ha gjentatte intervaller av varierende stigning, og til og med fall, når den totale kjøremotstanden ble for høy. Disse intervallene fremkom ved å redusere stigningen med kurvemotstanden, slik at lengdeprofilet ble brukket i de horisontale kurvepunktene. Uskadelig stigning er/var sjelden mulig å få til, men en hovedutfordring bestod i å unngå såkalt tapt stigning, dvs. at avvikene fra jevn stigning medførte økt energiforbruk.


Bestemmende fall og stigning

Bestemmende fall er det fall i promille som beregnes ved å forbinde to punkter i strekningens lengdeprofil med innbyrdes avstand lik 1000 m med en rett linje (tilsvarende for bestemmende stigning). For en lengre strekning er det bestemmende fall/stigning den største verdien som fremkommer på en vilkårlig kilometer langs strekningen med denne beregningen.


Figur 14 - Eksempel på beregning av bestemmende fall/stigning med anvisere.


I fig. 14 er det bestemmende fall fra km 0 til km 2.1 mindre enn 5 ‰ (dette er såpass lite at det ikke skiltes). Fra km 2.1 til km 4.1 er det bestemmende fall lik 14.6 ‰ og anvises derfor avrundet til 15. Største fall er 17.2 ‰.


Bestemmende fall/stigning vil naturlig nok stille ulike krav til ulik trafikk og materiell. Derfor har alle forvaltninger strenge krav til største bestemmende fall/stigning. Vanlig krav er 12,5 ‰ ved nybygging (med muligheter for unntak). Som man ser av tabell 5 har vi i Norge mange steder større stigninger på deler av nettet.


I enkelte tilfeller kan sporets absolutte fall/stigning angis i stedet for det bestemmende. Dette gjelder når det forekommer store fall/stigninger over en kort strekning på stasjoner eller sidespor, hvor det f.eks. foregår skifting.


Prosjektering av vertikalkurvaturen er i stor grad avhengig av hastigheten til det materiellet som skal trafikkere den aktuelle strekningen. Største tillatte kjørehastighet for tog på strekninger med fall er ikke bare avhengig av den oppsatte hastigheten i sporavsnittet, men også av togets bremseutstyr og det bestemmende fall på strekningen.


Når en ny linje driftsmessig er å betrakte som en forlengelse av en eksisterende bane, eller når det gjelder linjeomlegging, er det uansett en fordel om bestemmende fall ikke overstiger det som gjelder for den eksisterende banen. Dette for ikke å skape nye flaskehalser for tunge godstog.


Der hvor materiell hensettes (stasjoner, sidespor, oppstillingsspor) bør sporet helst anlegges horisontalt eller med mindre stigning/fall enn grunnmotstanden (som kan regnes i promille, se Teknisk linjeføring: Grunnmotstand). Dette er et sikkerhetshensyn for å hindre at materiell som står stille begynner å rulle.

Stigningskurven

I forrige avsnitt ble det vist et lengdeprofil fra vertikalkurvaturen, der stigning og fall endres i brukne rettlinjer. Men for å få jevn vertikalkurvatur, må hvert slikt brytningspunkt, eller brekkpunkt, rundes av med en sirkelkurve i vertikalplanet, en såkalt stigningskurve eller vertikalkurve.


Stigningskurven fungerer som overgang mellom de ulike stigninger. I teoretisk prosjekteringssammenheng benyttes imidlertid ikke stigningskurver der stigningsforskjellen ikke overstiger 1 ‰.


Figur .15 viser utgangspunktet for innlegging av en stigningskurve. Brytningspunktet (BP) angir hvor kurven skal ligge - enten over eller under knekken i det eksisterende terrenget. Nødvendig utstrekning angis ved stigningskurvens ender (SE). Ved overgang til større stigning, eller til lavere fall, har vi såkalt lavbrekk. I motsatt fall har vi høybrekk.


Figur 15 - Vertikalkurver.


Radius

Vertikalkurvens radius fastsettes normalt ved å ta hensyn til reduksjon av aksellasten i vertikalkurver i høybrekk, eller konvekse kurver, som vist i fig. .15. Videre må det tas hensyn til klaringen mellom spor og rullende materiell, som blir dimensjonerende størrelse for spor som trafikkeres med lave hastigheter. Komfort er sjelden dimensjonerende faktor for å bestemme vertikalradius.


Tidligere ble vertikalkurvens radius regnet ut som kvadratet av hastigheten i km/h. Med dagens hastigheter gir det altfor store radier som er vanskelige å tilpasse horisontalgeometrien. Eksempelet nedenfor viser henholdsvis normalkravet og minstekravet til radius i vertikalkurver. Det er en fordel å benytte større radier der det er mulig.

Eksempel: I Norge per 2016 skal vertikalkurver for nye baner ikke være mindre enn:
Normale krav Minste krav
Rv = V2/2,6 [m]

Minste Rv = 4000 m

Rv = V2/3,9 [m]

Minste Rv = 2500 m

(V er gitt i km/h)


Dersom vertikalkurver faller sammen med kurver i horisontalplanet, vil sporets geometri bli komplisert, og overhøyde- og vindskjevhetsfeil kan oppstå. Derfor bør stigningskurvene så langt det er mulig ligge i horisontale rettlinjer og ikke sammenfalle med overgangskurver eller sporveksler. Sammenfall med sirkelkurver i horisontalplanet er ikke like problematisk.

Lengde på kurven

Ser vi igjen på fig. .15 fra avsnitt 3.3, kan vi finne et uttrykk for lengdene t. Vi forutsetter i første omgang at sirkelkurven legges inn slik at disse kan betraktes som tangenter til kurven. Figur .16 illustrerer situasjonen for to vilkårlige kryssende tangenter til en sirkelkurve:


Figur 16 - Beregning av lengde, heving og senking i vertikalkurve.


De to tangentene har samme lengde og som uttrykkes ved:


(49)

Siden stigning og fall utgjør svært små vinkler, kan en tilnærme størrelsene, som egentlig er forholdstall og dermed tangens til vinklene, med vinklene selv. Dermed kan vi skrive:


(50)


Ved å betrakte figur 16 i forhold til horisontalplanet, kan det gjennom en del vinkelbetraktninger vises at vinkelen α/2 er halve forskjellen mellom stigningene. Dermed ender vi opp med et uttrykk for t som funksjon av stigning og kurveradius:


(51)


der t er lengden til “tangentene” til de to halvpartene av kurven som utgjør henholdsvis de ulike stigningene s1 og s2, gitt som forholdstall. Her er det viktig å bruke riktig fortegn, slik at fall inngår som “negativ stigning”.


Som for stigninger gjelder det at stigningskurvens lengde ikke skal være kortere enn 20 m.

Heving og senking

I høybrekk foretar vi en senking av brytningspunktet BP ned til punktet P, mens i lavbrekk foretar vi en såkalt heving, jf. figur 15. Betrakter vi figur 16, ønsker vi å finne heving/senking som lengden BP,P. Utfra de påtegnede vinkler fås følgende sammenheng:


(52)


Igjen kan vi tilnærme tangens til vinkelen med vinkelen selv, som dermed gir:


(53)


Uttrykket helt til høyre i 53 er det vanlige uttrykket for heving og senking, som funksjon av tangentlenden t og kurveradius.

Geometriske feil - vedlikehold

Til nå i dette kapitlet har vi først og fremst konsentrert oss om en rekke teoretiske aspekter ved sporgeometrien, dvs. geometrisk utforming etter ideelle ønsker. Sporet er imidlertid gjenstand for stadige justeringer, og i det følgende skal vi belyse en del geometriske feil som oppstår. Feil i sporet er forøvrig grundigere beskrevet i kapitlene L534 – Sporjustering og L535 – Tilstandskontroll.


For geometriens, eller kurvaturens del, er det særlig fire geometriske feil vi ønsker å minimalisere: Vindskjevheter, avvik i side og høyde og uriktig overhøyde. En skulle umiddelbart regne med at de ulike geometriske feilene hadde samme karakter og utbedring for nær identiske spor- og trafikkforhold, men grundige undersøkelser over tid har ikke kunnet bekrefte dette. Hverken trafikkmengde/-type eller sporkonstruksjon kan på statistisk grunnlag vise til noe entydig forringelse av geometrien eller vedlikeholdsbehov.


Derimot kan det vises at høyde- og sidefeil øker lineært både med aksellast og tiden mellom vedlikehold, utenom den initielle justeringen av sporet.


Vindskjevhet

Definisjon og årsak

Fenomenet forekommer i to former: tilsiktet og utilsiktet vindskjevhet. Den tilsiktede vindskjevheten finnes i overhøyderamper og kalles rampestigning. Utilsiktet vindskjevhet er som regel langt større, og den kan oppstå som en geometrisk feil i spor med telefarlige masser, ustabiliserte spor og etter eller under gravearbeider. Den vanligste definisjonen av vindskjevhet er forskjell i overhøyde, målt over en gitt basis. Dette innebærer at skinnestrengene ikke er parallelle i vertikalplanet, men har ulik stigning. En annen definisjon av vindskjevhet er hvis vi tenker oss en helt stiv vogn med fire hjul: Ved vindskjevt spor vil kun tre av hjulene berøre sporet. Avstanden fra det fjerde og ned på skinnestrengen blir dermed sporets vindskjevhet.


Figur 39 - Vindskjevhet som forskjell i overhøyde h2-h1 over en basis B.


Konsekvens

For å se på følgene av vindskjevt spor, er den stive vogna uten fjæring et godt utgangspunkt. Når denne går inn i en overgangskurve og opp en overhøyderampe fra en rettlinje, vil det fremre, ytre hjulet påvirkes av en økt kraft, mens det bakre, ytre hjulet vil avlastes - i det svært teoretiske tilfellet totalt. Ut av sirkelkurven igjen og ned en overhøyderampe skjer det motsatte - det fremre, ytre hjulet avlastes.


For eksisterende rullende materiell er situasjonen den samme, bare mer komplisert på grunn av materiellets dynamiske egenskaper og avhengig av hvor bratt den aktuelle rampa er. Som oftest finnes lokale, utilsiktede vindskjevheter innenfor rampa, som dermed må legges til den tilsiktede vindskjevheten. Hvis denne summen blir stor nok får det ytre hjulet avlasting nok til å klatre over skinnekanten og vi får avsporing. Det er altså i ramper med minkende overhøyde faren for avsporing er aller størst.


Side- og høydefeil

Definisjon og årsak

Side- og høydefeil er kort og godt avvik fra horisontal- og vertikalkurvatur og måles i stor grad ved de samme prinsipper. Ved justering av sidebeliggenheten, eller baksing, justeres alltid høydebeliggenheten samtidig.


Vi skiller mellom tre nivåer av feil: farlige, skadelige og uskadelige feil. Førstnevnte er en fare for sikkerheten og må rettes omgående når de oppdages. Skadelige feil rettes så snart som mulig, etter at alle farlige feil for et strekke er rettet. De uskadelige feilene må holdes under observasjon slik at vedlikeholdet er tilstrekkelig til at de ikke utvikler seg til skadelige feil.


Konsekvens

Slike feil forårsaker en slingrende toggang, som igjen vil forårsake ujevn slitasje på skinnene og befestigelsen. Dessuten kan feil i sidebeliggenheten forårsake solslyng på skinnene.


Overhøydefeil

Årsak

Hvis den tilsiktede overhøyden i en kurve ikke er oppnådd ved en justering, vil belastning av sporet lett kunne påføre kurven ytterligere avvik fra ideell overhøyde. Dermed går vi inn i en ond sirkel hvor feilen bare vokser.


Konsekvens

Dersom følgen av dårlig justering er for stor overhøyde, får vi et større overhøyde overskudd enn vi har regnet med for godstogene. Følgelig kan disse forskyve sporet så hardt innover i kurven at det ødelegger sporet. I motsatt fall blir den manglende overhøyden I så stor for det raskeste materiellet at vi får avsporing.


Brå feil i overhøyden kan også gi feil i baksen. Når disse blir store, oppstår ofte også en sporutvidelse samme sted.


Registrering av kurvatur - løfteskjema

I avsnitt 2.6 om horisontalkurvatur ble de mest anvendte kurvekombinasjonene vist i figurer. Figurene 8 og 12 viser henholdsvis den alminnelige overgangen mellom rettlinje og sirkelkurve, ved hjelp av overgangskurve, og bruk av tilstøtende overgangskurver for kontrakurver (FOB). Begge typer forekommer både med og uten mellomliggende rettlinje. Disse kurvekombinasjonene kan vi betegne som lovlige kombinasjoner. Direkte overgang fra rettlinje til sirkelkurve skal derimot ikke forekomme på hovedspor. Da har vi i så fall en ulovlig kombinasjon. Det som derimot forekommer en del er såkalte felles kurvepunkt (FKP). Disse utgjør gjerne en liten endring i krumning fra en sirkelkurve til en annen.


Alle punkt som innebærer endret situasjon på sporet har blitt registrert i infrastrukturregisteret Banedata, sammen med en rekke andre data som berører tekniske anlegg utover traséen, som VUL-punkt, hastighetskilt, planoverganger, bruer og sporveksler. På grunnlag av spordataene fra Banedata kan vi fremstille såkalte løfteskjema. Dette skjemaet inneholder de nødvendige data for justering av sporet med maskin. I tillegg til talldata fra Banedata, inneholder det også en grafisk fremstilling av horisontalkurvaturen ved å illustrere krumningen som negativ og positiv i henholdsvis venstre- og høyrekurver i kilometerretningen. På grunn av fortløpende informasjon om punkter uten direkte sammenheng, rangert etter kilometer, er den grafiske fremstillingen til stor hjelp for å tolke sporets horisontale gang.


Vertikalkurvaturen er også fremstilt med tall i løfteskjemaet, men er ikke presentert grafisk. Dette ville ikke gitt merkbare utslag med den målestokken kilometreringen innebærer i hht. til horisontalkurvaturen.


Figur 40 viser et eksempel på en side fra et løfteskjema fra en delstrekning på Sørlandsbanen, etterfulgt av en forklaring på de ulike elementene som er listet.


Figur 40 - Eksempel på løfteskjema: delstrekningen fra banenr. 2000; Nordagutu – Nelaug på Sørlandsbanen


1. kolonne traseringspunkt, evt. skilt, mast
2. kolonne km, 3 desimaler (m-nivå)
3-4. kolonne evt. VUL-koordinater
5-7. kolonne horisontalkurvatur: radius (sirkelkurven), overhøyde og lengde på overgangskurve
8. kolonne grafisk krumningsdiagram
9-11. kolonne vertikalkurvatur: h.o.h., radius eller stigning og tangentlengde
12-13.kolonne hastighetsskilter

Vedlegg

Andre typer overgangskurver

To ikke-lineære overgangskurver:

En 4.gradsparabel har krumningsforløp tilsvarende to 2.gradsparabler. Derfor gjelder ulike matematiske uttrykk for henholdsvis første og siste halvdel og kurvens utstrekning:


(19)


der l = lengden langs tangenten, og m det såkalte innrykket, eller innflyttingen, som beskrives nærmere i avsnitt 2.5.4.


En annen kurve med s-formet krumning er sinuskurven, gitt som:


(20)


Utledning av rettvinklede koordinater på klotoiden

I ligning 23, viste vi en rekkeutvikling av klotoiden til et uttrykk der ordinaten y var en funksjon av buelengden l, etterhvert tilnærmet med x. En mer direkte utledning vil være å rekkeutvikle rettvinklede koordinater x og y hver for seg. Dermed kan vi få uttrykk for koordinatene som funksjoner av enten overgangskurvens lengde eller retning for et vilkårlig punkt.


Vi kan starte med å betrakte enhetsklotoiden: rl = 1


Følgende differensialer gjelder:



Integrasjon gir:


der τ er den tangentielle retningen i et punkt


For rettvinklede koordinater til punkt på enhetsklotoiden har vi:



Med dette utgangspunktet får vi følgende kjerner:



Dermed får vi følgende differensialer:



- som gir disse integralene:



For en vilkårlig klotoide gitt med parameter A, får vi:



Men disse integralene lar seg ikke løse direkte, og må derfor løses gjennom rekkeutvikling.


Cosinus- og sinusfunksjonen er gitt ved:




Dermed kan integralene over løses:



Ønskes stigningsvinkelen τ i stedet for buelengden l som parameter i ligningene, kan vi sette inn for :


Ønskes summenotasjon, kan formlene over skrives som:

Beregning av kurveradius på et punkt i en overgangskurve

I beregningene legges til grunn lineær horisontalrampe og lineær overhøyderampe i overgangskurven. Dette er den enkleste beregningsmetode hvor produktet av betraktet lengde på overgangskurve regnet fra OB med tilhørende radius i sirkelkurve er konstant:


Som regel er ROE og overgangskurvens lengde L fra OB til OE kjent.

Sporgeometri i kurvesegmentet

Et kurvesegment består normalt av overgangskurve, sirkelkurve og overgangskurve. Overgangskurvens begynnelse betegnes OB og tilsluttende sporelement er vanligvis en rett linje. Men også kurvepunkt FOB forekommer; dvs. at den ene overgangskurven går direkte inn i en ny overgangskurve som er motsatt rettet (for eksempel fra høyre til venstre eller omvendt).


Overgangskurvens ende betegnes OE og tilsluttende sporelement er den rene sirkelkurve.


Overgangskurven har vanligvis form som en klotoide, men kubisk parabel forekommer også. For små lengder av en overgangskurve er kubisk parabel i praksis identisk med klotoide. Det er enklere å regne med kubisk parabel. Det blir derfor i dette dokumentet tatt utgangspunkt i den kubiske parabel mht. beregning for tilordnet radius for det stedet som skal betraktes i overgangskurven. Radius tilhører en sirkel og beskriver derfor en parabel av annen grad. Sirkelen blir dermed tangent til den kubiske parabel og radius vil variere gjennom hele overgangskurven. Radius som tangent er lik radius til sirkelkurve i OE punktet og blir uendelig ved OB punktet ved overgang til den rette linje.


Med utgangspunkt i direkte overgang fra rett linje til sirkelkurve i KP punktet (punkt T i figur 1) vil sirkelkurvens radius være:


Termen m1 er innflyttingen av den opprinnelige sirkelkurve til ny sirkelkurve med radius R:


Ved overgangskurvens ende OE (punkt C i figur 1) skal ordinaten være


Det vises til figur 1. Kontroll for beregning av radius i sirkelkurve ved OE punktet (punkt C i figur 1):



Overgangskurvens lengde L (abscisse i figur 1) er symmetrisk om KP punktet (T – punktet i figur 1) med samme lengde til hver side (av KP punktet). Innrykket ved KP punktet for overgangskurve til sirkel med radius R skal være:


Figur 1: Overgangskurve med innrykk

Figur 2: Overgangskurve med krumning og overhøyderampe

Under antakelse om lineær rampe i horisontalplanet beregnes kurveradius i KP punktet under hensyntagen til innrykket:




Radius som tangent til kubisk parabel i KP punktet er dobbelt så stor som radius ved OE punktet. Ved et punkt x blir innrykket tilsvarende med utgangspunkt i sirkelkurve med radius R i OE:


Tilhørende radius som er tangent for parabel i punktet i x:


Dette gir:


Det legges også til grunn en lineær betraktning av stigningen eller fallet i overhøyderampen i overgangskurven.


Med dette er grunnlaget utført for å kunne beregne parametere ved ønsket sted i overgangskurven. Dette skal belyses ved et eksempel.


Overgangskurven har en lengde L = 58 m. Overhøyde i sirkelkurve er h = 145 mm. Radius i sirkelkurve er R = 295 m. Stigningsgradienten er:

‰, dvs. 2.5 mm/m


Innrykket ved OE punktet:



I OE punktet er kurveradius:


Innrykket i KP punktet til overgangskurven:


Kurveradius i KP punktet:


Overhøyde i KP punktet er:


Det velges et sted fra OB punktet LX = 37.00 m. Ved dette stedet er overhøyden i overhøyderampen:


Kurveradius i dette punktet er:


Innrykket er:


Beregning av tilhørende radius på et hvert sted i overgagskurve mellom 2 sirkelkurver

Beregning av RX på et sted i overgangskurve mellom 2 sirkelkurver. Det vises til figur:


Pilhøydediagram for kombinasjonskurve med blå.svg

Mellom 2 ensrettede sirkelkurver med ulik radius kan parameteren A beregnes når følgende parametere er kjent:

  • Overgangskurvens lengde:L12
  • Radius i sirkelkurve 1: R1
  • Radius i sirkelkurve 2: R2

Det legges til grunn at R2 < R1

Parameterverdiene kan hentes fra løfteskjema.

Generelt uttrykkes relasjon mellom A, RX og LX i en overgangskurve hvor A er en konstant faktor i en klotoide:


LX er lengde fra OB punkt til betraktet sted i overgangskurven og RX er tilhørende radius. Formelen uttrykker at jo lengre LX er, jo mindre blir RX. Videre utledes:



For overgangskurve mellom 2 ensrettede kurver gjelder følgende relasjon:


Det gjelder at

R2 < R1

I et løfteskjema er parameterne R1, R2 og L12 kjent. Formelen løses mht. A:



Det er ønskelig å beregne parameterne Lx og Ly med grunnlag i overhøydene i sirkelkurvene R1 og R2. Den blå stiplede linjen er forlengelse av overgangskurve L12 til nullinje. Gjennom parameterne h2, h1 og L12 er gradienten kjent. Forlengelse av gradienten til overgangskurven til nullpunktet beregnes, se figur på side 5:


Formel løses mht. LY:


LX fastsettes ut fra hvor radius til den mellomliggende overgangskurve fra OB punktet til sirkelkurve med radius R1 skal beregnes.

Når parameter A2 er beregnet iht. ovennevnte formel, kan det være hensiktsmessig å utføre en kontroll ved å beregne L12:


Det er nødvendig å beregne en fiktiv lengde av overgangskurve LY FIKTIV relatert til sirkelkurve med radius R1:



LY FIKTIV må ikke forveksles med LY. LY er beregnet lengde fra OE punkt til sirkelkurve med radius R2 til antatt OB punkt for sirkelkurve med radius R1. LY FIKTIV er beregnet iht. formel over. Det utføres en kontroll ved å beregne radius R1 i overgangspunktet til mellomliggende overgangskurve (begynnelse av overgangskurven):


Det utføres også en kontroll ved å beregne radius R2 i ende av mellomliggende overgangskurve hvor R2 < R1. Den resulterende lengde av den fiktive overgangskurve for sirkelkurve med R2 blir:


Det legges merke til at LRES, Y er summen av den fiktive lengde LY FIKTIV og den reelle lengde L12.

Radius R2 i sirkelkurve blir:


Dersom kontrollberegningene viser riktige resultat, kan radius til et vilkårlig sted på mellomliggende overgangskurve beregnes: Avstand fra OE punktet til radius R2 til betraktet sted:


Den fiktive lengde av overgangskurve til radius RX blir:


Radius RX beregnes:


Med beregnet A2 kan tilsluttende radius i et vilkårlig sted i den mellomliggende overgangskurve beregnes.

Metoden vil alltid fungere ved framgangsmåte som vist; dvs. at kurve med minste radius og kurve med største radius får plass i beregningshierarkiet som forklart.. I det etterfølgende utføres beregninger for 3 ulike kurvesegment som er hentet fra løfteskjemaer.


Eksempel 1: Kontrollerer et kurvesegment banenummer 0640 på Gjøvikbanen i område km 119,1500 – 119,2690:

Følgende opplysninger foreligger:

OE ved km 119,2138 for minste kurveradius

OB ved km 119,2538 for minste kurveradius lik OE for største kurveradius

Lengde av mellomliggende overgangskurve

Løfteskjema 0640
Pilhøydediagram for kombinasjonskurve med blå.svg

Beregne A2:


Kontroll av overgangskurvens lengde:


(er o.k.)


Beregning av fiktiv lengde av overhøyderampe LY:



Kontroll for sirkelkurve med radius R1 i overgang til mellomliggende overgangskurve:

(er o.k.)


Kontroll for sirkelkurve med radius R2 i overgang til mellomliggende overgangskurve i OE2:

Resulterende lengde:



(er o.k.)


Beregning ved km 119,2338:



Kontroll:

(er o.k.)


Beregning ved km 119,2518:



Kontroll:

(er o.k.)


Beregning ved km 119,2338:



Kontroll:

(er o.k.)


Eksempel 2: Banenummer 0580 med følgende inngangsdata:

OE2 ved km 12,5847

OB ved km 12,6287

L = 44 m


Løfteskjema 0580
Pilhøydediagram for kombinasjonskurve med blå.svg

Kontroll av overgangskurvens lengde:


(er o.k.)


Beregning av fiktiv lengde av overhøyderampe LY:



(er o.k.)


Kontroll i OE2:


Resulterende lengde:



(er o.k.)


Beregning ved km 12,5837:



Kontroll:

(er o.k.)


Beregning ved km 12,6277:



Kontroll:

(er o.k.)


Beregning ved km 12,6007:



Kontroll:

(er o.k.)


Eksempel 3:

Fra banenummer 0630:

OE2 ved km 58,6390

OB ved km 58,6890

L = 50 m

h1 = 130 mm

h2 = 150 mm

R2 = 250 m

R1 = 500 m

Løfteskjema 0630

Pilhøydediagram for kombinasjonskurve med blå.svg

Beregning av parameter A2:


Kontroll av overgangskurvens lengde:


(er o.k.)


Beregning av fiktiv lengde av overhøyderampe LY:



(er o.k.)


Kontroll i OE2:


Resulterende lengde:



(er o.k.)


Beregning ved km 12,5837:



Kontroll:

(er o.k.)


Beregning ved km 58,688:



Kontroll:

(er o.k.)


Beregning ved km 58,6550:



Kontroll:

(er o.k.)

LITTERATURHENVISNINGER

  1. Esveld, Coenraad, Dr. Modern Railway Track, (1989)
  2. Haacke, W. et al. Matematik für Bauingeniuere (1968)
  3. Heje, Kolbjørn Vei og jernbanebygging, Håndbok for undervisning og praksis, H. Aschehaug & CO, 837s. (1941)
  4. Holme, Jan Sporveksler, Fag 34045 Jernbaneteknikk VK, NTNU, notat nr. 856 (1993)
  5. Holom, Finn Kurs i baneteknikk; Sporets geometri, NSB Bane, Region Øst (1992)
  6. Skoglund, Kjell Arne & Våge, John Traseringsparametre og kjørekomfort, Fag 34045 Jernbaneteknikk VK, NTNU, notat nr. 1027 (jan. 1997)
  7. Skoglund, Kjell Arne Sporgeometri og kjøredynamikk, Fag 34045 Jernbaneteknikk VK, NTNU, notat nr. 955 (mars 1996)
  8. Jernbaneverket Overbygning-Prosjektering, Teknisk regelverk JD 530 (01.01.98)
  9. Jernbaneverket Overbygning-Bygging, Teknisk regelverk JD 531 (01.01.98)
  10. Jernbaneverket Overbygning-Vedlikehold, Teknisk regelverk JD 532 (01.01.98)
  11. Mathisen, Olav Kurvestikking, ILM-Ås (1987)
  12. NSB Lærebok for linjepersonalet, Trykk 383, Tjenesteskrifter NSB Hovedadministrasjonen, NSB Jernbaneskolen (1987)
  13. NSB Overbygningsnormaler, Trykk 380
  14. NSB Banetekniske forutsetninger for togfremføringen, Trykk 302.1 (01.09.85)
  15. Banverket Spårgeometrihandboken, BVH 586.40 (01.12.96)
  16. Banverket Växelprojekteringshandboken, BVH 586.45 (01.04.95)
  17. DSB Sporregler, tillæg 2A-2F (1987)