Ocelové pražce Y – vlastnosti a využití konstrukce

V oblasti železničních staveb nabývá ocelový pražec, vedle již používaných dřevěných a betonových pražců, opět na důležitosti. Od betonového a především od dřevěného pražce odlišuje ocelový pražec dlouhá životnost. Pro budoucnost je ocel důležitá také díky své recyklovatelnosti.

Konstrukce ocelového pražce Y

Těleso pražce

Těleso pražce se skládá ze dvou hlavních nosníků představujících základní tvar písmene Y. Na spodním konci tohoto Y jsou nosníky navzájem spojeny. Aby na obou „horních“ koncích Y vznikla podobná situace pro uložení, je zde každý z obou nosníků doplněn jedním vedlejším nosníkem (obr. 1). Tím vznikne na všech třech upevňovacích bodech Y takzvaná dvojitá podpora.

Ocelový pražec Y lze vyrábět pro různé vzdálenosti upevňovacích bodů, a to 600 mm nebo 650 mm. Spojení obou hlavních nosníků, příp. spojení hlavního a vedlejšího nosníku, se provádí pomocí horního a spodního příčného ztužidla. Horní ztužidla ocelového pražce Y zajišťují správný rozchod kolejnic a přenášejí příčné síly z kolejnice do pražce.

Spodní ztužidla jsou tvořena ocelovým úhelníkem o rozměrech 100 × 50 × 1 100 mm na horním konci pražce Y a 100 × 50 × 300 mm na spodním konci pražce. Přenášejí velkou část příčných sil z pražce do štěrkového lože. Části ocelového pražce Y jsou spolu svařeny.

Upevnění kolejnic

Pro upevnění kolejnic na ocelové pražce Y se používá upevnění S 15 (obr. 2), které se skládá z těchto částí: hmoždinka, vložka, podložka, vnitřní a vnější vodicí desky, pružná svěrka a vrtule. Potřebný sklon kolejnice (1 : 40, 1 : 20) je zajištěn podložkou Zwp. Správný rozchod koleje je zajištěn vnitřními (Fpi) a vnějšími (Fpa) vodicími deskami, které se opírají o horní přivařené ztužení.

Kolejnice se upevňují uprostřed ve volném prostoru mezi nosníky. Upevnění kolejnice se provádí pružnými svěrkami Skl 14. Pružné svěrky se upínají zatočením šroubu do hmoždinky. Pro dosažení správné hodnoty předpětí se šroub musí dotáhnout tak, až střední ohyb pružné svěrky dolehne
na vodicí desku (utahovací moment max. 200 Nm).

Svršek s ocelovými Y-pražci

Rozdělení pražců a výpočet

Uspořádání ocelového pražce Y přináší úspory (obr. 3), neboť při stejném rozdělení pražců (např. s = 600 mm) je oproti původním příčným pražcům při srovnatelné délce menší potřeba Y-pražců.

Počet pražců se vypočítá následovně:

Příčný pražec:
10 000 mm / 600 mm = 16,67 kusů na 10 m koleje, tj. 1 667 pražců na kilometr

Ocelový pražec Y:
10 000 mm / (600 + 230) mm × 1,5 = 8,03 kusů na 10 m koleje, tj. 803 pražců na kilometr při vzdálenosti upevnění kolejnic 600 mm

Příčný řez a zaštěrkování

Podstatný rozdíl mezi ocelovým pražcem Y a konvenčním příčným pražcem spočívá v tom, že příčné síly se nepřenášejí prostřednictvím štěrku za hlavou pražce ani třením mezi pražcem a štěrkem, ale spíše prostřednictvím štěrku uzavřeného tvarem Y a prostřednictvím ztužení umístěného pod pražcem.

Z tohoto důvodu je možno redukovat štěrk za hlavou pražce Y ze 40 na 30 cm. Kromě toho je ocelový pražec Y oproti příčnému pražci kratší, což vede k další redukci šířky příčného řezu, a tím pádem k snížení potřebného množství štěrku. Kromě redukce šířky štěrkového lože dochází ještě k redukci tloušťky – pod pražcem postačí pouze 300 mm štěrku (obr. 4).

Šířkové uspořádání železničního svršku s ocelovými Y-pražci vede ke značným úsporám v železničním spodku (obr. 4). Pro šířku pláně tělesa železničního spodku postačí 5,2 m, což vede při rekonstrukcích tratí ke značnému poklesu objemu celkových zemních prací a objemu vyvolaných prací – změna systému odvodnění apod.

Realizace v České republice

Použití v České republice

Ocelové pražce Y jsou dle TPD, platných pro ČR od srpna 2008, určeny především pro koleje méně zatížené a koleje regionálních drah. Ocelové pražce Y je možno v železničních drahách ČR použít v kolejích 5. a 6. řádu s rychlostí V ≤ 80 km/h. Pro použití v kolejích s rychlostí 80 < V ≤ 120 km/h je třeba souhlas SŽDC OTH.

Konstrukce je určena pro kolejnice tvaru S 49 (S 49 E 1), případně i jiných tvarů, například UIC 60 (60 E 1, 60 E 2) nebo R65. Na pražcích je možno pomocí vodicích vložek upravovat rozchod koleje v rozmezí 1 431 mm až 1 451 mm. V případě potřeby zřízení většího rozšíření rozchodu koleje je možno objednat atypický pražec. Výkres atypického pražce musí být předem odsouhlasen SŽDC OTH.

Způsob montáže

Vkládání železničního svršku s pražci Y je možné montáží pražců v ose nebo pokládkou předem namontovaných kolejových polí, zpravidla na inventárních kolejnicích. Při montáži pražců v ose je nezbytné zajistit správnou příčnou polohu pražců, nejlépe pomocí jedné kolejnice jako vodicí, uložené na kolejovém loži ve správném směru, ke které se rovnají čela pražců.

Vzhledem k tomu, že pražce mají vysoký příčný odpor proti posunutí, je nutné při jejich pokládce dodržet přesnost jejich polohy vzhledem k ose koleje s tolerancí do +30 mm. Pokládka pražců musí být provedena na homogenizovanou spodní část kolejového lože tak, aby tato nebyla níže než 60 mm pod konečnou polohou pražce.

Při prvním podbití by měl být zdvih koleje 30 až 40 mm a úprava směru koleje menší než 10 mm. Při druhém podbití by měl být zdvih koleje menší než 30 mm a úprava směru menší než 10 mm. Při třetím podbití by měl být zdvih koleje do 15 mm a úprava směru do 10 mm. Po tomto podbití bude dosaženo předepsané směrové a výškové polohy koleje.

Na podbíjení této atypické konstrukce se přednostně nasazuje automatická strojní podbíječka (ASP) s nesymetrickými podbíjecími skříněmi. Pokud není k dispozici, lze v odůvodněných případech nasadit výhybkovou podbíječku (ASPv).

Realizované úseky v České republice

První zkušební úsek s pražci Y v České republice byl zřízen v roce 2003 na železniční trati Jindřichův Hradec – Horní Cerekev. Jednalo se o jednokolejný traťový úsek o délce 548 m. Pokládka pražců probíhala v ose pomocí dvoucestného bagru.

V roce 2005 byl tento úsek rozšířen na celkovou délku 1 884 m při použití technologie pokládky kolejových polí pomocí stroje DESEC. V létě roku 2006 byly rekonstruovány dva souvislé úseky o délkách 342 a 365 m na meziměstské tramvajové trati Liberec – Jablonec nad Nisou. Pokládaly se zde ocelové Y-pražce upravené pro tříkolejnicovou splítku (rozchod 1 000 a 1 435 mm).

Pokládka probíhala v ose pomocí traktor-bagru. V současné době je používán úzký rozchod, v budoucnu je počítáno s přechodem na rozchod klasický. V září 2007 byl položen zkušební úsek v Liberci na trati Liberec–Tanvald v délce 327 m. Jednalo se o zkušební úsek pro bezstykovou kolej na Y-pražcích v oblouku o poloměru 150,5 m.

Zřízení bezstykové koleje (BK) na poloměru 150,5 m proběhlo v režimu zkušebního a ověřovacího úseku. Dvouleté sledování chování zkušebního úseku kolektivem pracovníků ČVUT Praha neshledalo překážku ve zřizování BK v takto malém poloměru.

Měření prokázala oprávněný požadavek na aktualizaci předpisu ČD S3/2 Bezstyková kolej ve smyslu snížení minimálního směrového poloměru na hodnotu 150 m při použití kolejového roštu s ocelovými pražci Y bez nutnosti dalších opatření. Tato možnost se týká koleje 5. a 6. řádu kategorie regionálních drah. K dnešnímu dni je zřízeno téměř 140 km tratí s ocelovými pražci Y (tab. 1, obr. 5 a 6).

Závěr

Je jasné, že tyto pražce neohrozí dnešní postavení klasických pražců (zejména železobetonových), ale své místo s ohledem na jejich výše uvedené výhody na projektantských prknech rozhodně mají. Mezi jejich přednosti totiž patří:

Univerzální použitelnost

Pražce Y jsou použitelné pro všechny typy kolejí a tratí od tramvajových přes ozubnicové až po vysokorychlostní, a to bez ohledu na jejich rozchod, což je dáno jejich flexibilitou. Jejich výhody jsou však nejvíce využitelné na tratích s obtížnými prostorovými podmínkami a se složitými směrovými poměry, kde se nejlépe projeví tuhost kolejového roštu a jeho vysoký odpor proti příčnému posunu, což umožňuje zřizování bezstykové koleje i v malých poloměrech oblouků, a to bez jakýchkoliv opatření.

Dlouhá životnost, nižší spotřeba, ekologie

Osmdesátiprocentní navýšení ceny pražce je vyváženo jeho dlouhou životností (cca 50 let), menší měrnou spotřebou (803 ks/km) oproti běžným pražcům a menšími nároky na šířkové uspořádání. Ekologičnost těchto pražců je dána jejich recyklovatelností, což u železobetonových pražců není možné. Menší rozměry těchto pražců vedou k jejich nízké hmotnosti (cca 140 kg), což je výhodné zejména při manipulaci s nimi.

Elektrická nevodivost, možnost zřízení pevné jízdní dráhy
Pražce umožňují plnohodnotnou elektrickou nevodivost, jakož i zřízení pevné jízdní dráhy, což je výhodné zejména v tunelových úsecích tratí s ohledem na menší konstrukční výšku železničního svršku s těmito pražci.

Radka Sobotková působí jako samostatný technický pracovník ve společnosti INPROVIA, a. s.

Článek byl uveřejněn v časopisu Inžinierske stavby/Inženýrské stavby 1/2020.