Aksialkrefter i helsveist spor

1 Innledning

Den første jernbane som ble åpnet i England i 1826 hadde skinnelengder mindre enn 5 m. Produksjonstekniske fremskritt har siden gjort det mulig åfremstille stadig lengre skinnelengder. I 1945 var skinnelengdene økt til 20 m og rundt 1960 til 40 m. I dag fremstilles det helvalsede skinner på 120 m. Tidlig på 1900-tallet ble det utviklet metoder for å sveise sammen skinner slik at skinner kunne skjøtes uten bruk av lasker. Til tross for dette våget man ikke å sveise sammen lengre skinnelengder enn 30-40 m. Helt frem til midten av vårt århundre var det vanlig å skjøte skinnene sammen med lasker. En lasket skjøt forårsaker store slagpåkjenninger som bryter ned både

sporkomponenter og rullende materiell. Rundt 1950 (1960 i Norge) ble det satt i gang med å sveise skinner sammen til kontinuerlige strenger, dvs. helsveiste skinner. Dette var mulig pga. bedre ballast, sviller, og fremfor alt bedre befestigelse som holdt skinnene bedre fast, og gjorde sporet stivere sideveis. I dag er over 95 % av Jernbaneverkets hovedspor helsveist spor. Innføring av helsveiste skinner er kanskje det viktigste sportekniske fremskritt i dette århundret. Det helsveiste sporet har medført en dramatisk reduksjon i slitasje på både sporet og det rullende materiell. Men det helsveiste sporet har introdusert nye problemstillinger som kan føre til alvorlig sikkerhetsrisiko dersom de ikke behandles på riktig måte. Problemene knytter seg til de store aksialkreftene som blir låst inne i skinnene. Disse kreftene medfører økt fare for skinnebrudd om vinteren og solslyng i sommerhalvåret. Aksialkrefter i helsveiste skinner spor kan forårsakes av følgende faktorer:

• temperaturendringer i skinnene
• skinnevandring
• forflytning av sporet i horisontalplanet
• utvalsing (plastisk deformasjon) i skinnehodet

De store trykkreftene som oppstår i et helsveist spor ved høye skinnetemperaturer stiller store krav til sporets komponenter. Sporet må ha tilstrekkelig motstand mot sideveis utknekking for å unngå solslyng. Dette blir behandlet i kapittel 7, “Sporets sidemotstand”.

2 Aksialkrefter pga. temperaturendringer

lengdeforandring ved temperaturendring	En skinne som ligger fritt opplagret vil forandre lengde når temperaturen i skinnen forandrer seg (figur 5.1). Skinnen vil utvide seg når temperaturen øker og krympe når temperaturen synker. Lengdeendring avhengig av temperaturendring kan uttrykkes ved hjelp av formel 5.1.

[math] \Delta l=\alpha\cdot\Delta t \cdot L [/math]

(5.1)

[math]L=opprinnelig lengde [m][/math]

[math]\Delta L=lengdeendring [m][/math]

[math]\alpha=lengdeutvidelseskoeffisient=1,15 \cdot 10^{-5} [m/^\circ C \cdot m][/math]

[math]\Delta t=temperaturendring [^\circ C][/math]