МЕТОДЫ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ РЕЛЬСОВЫХ СКРЕПЛЕНИЙ НА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ШПАЛАХ: ОБЗОР ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ, ЧИСЛЕННЫХ И ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ
DOI:
https://doi.org/10.52167/1609-1817-2025-1-S1-90-104Ключевые слова:
бесстыковой путь, уравнительный стык, упругое промежуточное скрепление, сопротивление продольному угону рельса, температура закрепления, продольное сопротивление, критическая температура, параметрический расчёт.Аннотация
Промежуточное рельсовое скрепление является ответственным элементом верхнего строения пути, обеспечивающим удержание рельса, передачу нагрузок на шпалу и требуемую динамическую работу пути. Прижимное усилие упругой клеммы, жёсткость подрельсовой прокладки и усталостное состояние компонентов изменяются в эксплуатации скрыто, поэтому их оценка только визуальным осмотром недостаточна. Цель работы - систематизировать прямые механические, экспериментальные, численные, динамические и автоматизированные методы исследования промежуточных скреплений на железобетонных шпалах, сопоставить определяемые ими параметры и границы применимости. Выполнен аналитический обзор отечественных и зарубежных исследований с приоритетом рецензируемых публикаций 2020–2025 гг.; более ранние работы включались при наличии фундаментальных или уникальных экспериментальных результатов. Показано, что трёхмерная конечно-элементная модель с объёмными прокладками воспроизводит характерные частоты пути с максимальным расхождением от экспериментальных значений около 6%, тогда как для упрощённой пружинно-демпферной схемы максимальное расхождение достигает 27%. На отдельном объекте городского рельсового транспорта прижимное усилие клемм Skl 15 за 16 лет снизилось примерно на 16%. Жёсткость прокладок зависит от температуры, частоты, предварительного прижатия и старения; по ГОСТ 34078-2017 коэффициент изменения статической жёсткости при –40 °C не должен превышать 4,0. Компьютерное зрение эффективно выявляет внешние дефекты, но не определяет скрытые механические параметры. Наиболее достоверен комплексный подход, объединяющий стендовые испытания, 3D МКЭ и натурную вибродиагностику. Для условий Казахстана приоритетными остаются долговременные наблюдения за прижимным усилием, исследование прокладок при низких температурах и многопараметрическая верификация расчётных моделей.
Библиографические ссылки
Baniček, M. Development of a new and modification of existing elastic clips for rails fastening / M. Baniček, M. Uroš, S. Lakušić // Građevinar. - 2022. - Vol. 74, No. 6. - P. 503–517. - DOI: 10.14256/JCE.3468.2022.
ГОСТ 33186-2014. Клеммы пружинные прутковые для крепления рельсов. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2015.
EN 13481-2:2022. Railway applications - Track - Performance requirements for fastening systems - Part 2: Fastening systems for concrete sleepers in ballast.
EN ISO 22074-7:2024. Railway infrastructure - Rail fastening systems - Part 7: Test method for clamping force and uplift stiffness.
EN ISO 22074-2:2024. Railway infrastructure - Rail fastening systems - Part 2: Test method for longitudinal rail restraint.
EN ISO 22074-8:2024. Railway infrastructure - Rail fastening systems - Part 8: Test method for vertical stiffness.
Yamaoka D., Deshimaru T., Tamagawa S. Development of Non-loosening Rail Fastening System with Leaf Spring Clip Applicable to Existing PC Sleeper. Quarterly Report of RTRI. 2025;66(3):177–182. DOI: 10.2219/rtriqr.66.3_177.
Жангабылова, А.М. Анализ работы промежуточных рельсовых скреплений под эксплуатационной нагрузкой / А.М. Жангабылова, И.С. Бондарь, М.Я. Квашнин [и др.] // Вестник КазАТК. - 2024. - № 4(133). - С. 55–65. - DOI: 10.52167/1609-1817-2024-133-4-55-65.
Choi, J.-Y. Failure Analysis of Tension Clamps (SKL15) Used in Serviced Urban Railway Tracks: Numerical Analyses and Experiments / J.-Y. Choi, S.-H. Kim, S.-J. Kim, J.-S. Chung // Materials. - 2022. - Vol. 15. - Art. 6354. - DOI: 10.3390/ma15186354.
Chudyba, Ł. Fastening systems to concrete sleepers - comparison of the operating characteristics of fastening systems: SB and W14 / Ł. Chudyba // Przegląd Komunikacyjny. - 2017. - No. 11. - P. 40–51. - DOI: 10.35117/A_ENG_17_11_05.
Chudyba, Ł. Comparison of W14 fastening system variants depending on clamping force / Ł. Chudyba, T. Lisowicz, P. Piech, P. Stanisławski // Scientific Reports. - 2025. - Vol. 15. - Art. 24832. - DOI: 10.1038/s41598-025-09483-0.
Li, P. A monitoring method of rail fastener reaction force based on iron pad strain / P. Li, M. Wang [et al.] // Construction and Building Materials. - 2024. - Vol. 418. - Art. 135169. - DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2024.135169.
Мусаев, Ж. Об одном методе расчёта колебаний системы с учётом трения в рельсошпальной решётке / Ж. Мусаев, П. Ахметова, З. Битилеуова, Н. Ивановцева, А. Утепова // Вестник КазАТК. - 2024. - Т. 135, № 6. - С. 51–60. - DOI: 10.52167/1609-1817-2024-135-6-51-60.
Карюкин, М.А. Многовариантное моделирование параметров упругих клемм современных рельсовых скреплений / М.А. Карюкин // Известия ПГУПС. - 2023. - Т. 20, вып. 3. - С. 507–518. - DOI: 10.20295/1815-588X-2023-3-507-518.
Ferreño, D. Experimental and finite element fatigue assessment of the spring clip of the SKL-1 railway fastening system / D. Ferreño, J.A. Casado, I.A. Carrascal [et al.] // Engineering Structures. - 2019. - Vol. 188. - P. 553–563. - DOI: 10.1016/j.engstruct.2019.03.053.
Ma, D. Experimental and numerical investigation of the effect of the assembled state on the static-dynamic characteristics and fatigue performance of railway fastening clips / D. Ma, J. Shi, Z. Yan [et al.] // Structures. - 2022. - Vol. 46. - P. 1808–1822. - DOI: 10.1016/j.istruc.2022.11.038.
Xiao, H. Fatigue damage analysis and life prediction of e-clip in railway fasteners based on ABAQUS and FE-SAFE / H. Xiao, X. Guo, H. Wang [et al.] // Advances in Mechanical Engineering. - 2018. - Vol. 10, No. 3. - P. 1–12. - DOI: 10.1177/1687814018767249.
Березин, В.О. Выбор расчётных методов учёта сложного НДС для локализации места зарождения усталостной трещины в упругой клемме / В.О. Березин, А.В. Замуховский, А.А. Ефимов // Вестник ВНИИЖТ. - 2025. - Т. 84, № 3. - С. 199–214. - DOI: 10.21780/2223-9731-2025-84-3-199-214.
Березин, В.О. Валидация конечно-элементной модели клеммы узла промежуточного рельсового скрепления / В.О. Березин, А.В. Замуховский, А.А. Ефимов, А.В. Гречаник // Вестник ВНИИЖТ. - 2025. - Т. 84, № 2. - С. 113–125. - DOI: 10.21780/2223-9731-2025-84-2-113-125.
Wang, Z., Xu, C., Wu, W., et al. (2025). Influence mechanism of rail pad dynamic properties on the fatigue life of E-type fastener clip. SSRN Preprint. DOI: 10.2139/ssrn.5492803
Sainz-Aja, J.A. Influence of the operational conditions on static and dynamic stiffness of rail pads / J.A. Sainz-Aja, I.A. Carrascal, D. Ferreño, J. Pombo, J.A. Casado, S. Diego // Mechanics of Materials. - 2020. - Vol. 148. - Art. 103505. - DOI: 10.1016/j.mechmat.2020.103505.
Othman, M.I.H. Assessing the nonlinear static stiffness of rail pad using finite element method / M.I.H. Othman, A.M. Abdul Wahab, M.S. Hadi, N. Mohamad Noor // Journal of Vibroengineering. - 2022. - Vol. 24, Iss. 5. - P. 921–935. - DOI: 10.21595/jve.2022.22293.
Egana, J.I. Investigation of the influence of rail pad stiffness on rail corrugation on a transit system / J.I. Egana, J. Vinolas, M. Seco // Wear. - 2006. - Vol. 261, No. 2. - P. 216–224. - DOI: 10.1016/j.wear.2005.10.004.
Zhang, P. Parametric investigation of railway fastenings into the formation and mitigation of short pitch corrugation / P. Zhang, S. Li, R. Dollevoet, Z. Li // Railway Engineering Science. - 2024. - Vol. 32, No. 3. - P. 286–306. - DOI: 10.1007/s40534-024-00332-w.
Li, Q. Improved indirect measurement of the dynamic stiffness of a rail fastener and its dependence on load and frequency / Q. Li, B. Dai, Z. Zhu, D.J. Thompson // Construction and Building Materials. - 2021. - Vol. 304. - Art. 124588. - DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.124588.
Oregui, M. An investigation into the modelling of railway fastening / M. Oregui, Z. Li, R. Dollevoet // International Journal of Mechanical Sciences. - 2015. - Vol. 92. - P. 1–11. - DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2014.11.019.
ГОСТ 34078-2017. Прокладки рельсовых скреплений железнодорожного пути. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2017.
Gao, X. Study on dynamic characteristics and wide temperature range modification of elastic pad of high-speed railway fastener / X. Gao, Q. Feng, Z. Wang, A. Wang // Engineering Failure Analysis. - 2023. - Vol. 151. - Art. 107376. - DOI: 10.1016/j.engfailanal.2023.107376.
Carrascal, I.A. Dynamic behaviour of railway fastening setting pads / I.A. Carrascal, J.A. Casado, J.A. Polanco, F. Gutiérrez-Solana // Engineering Failure Analysis. - 2007. - Vol. 14, No. 2. - P. 364–373. - DOI: 10.1016/j.engfailanal.2006.02.003.
Кузнецова, Н.В. Особенности влияния промежуточных рельсовых скреплений на эксплуатационную стойкость рельсов / Н.В. Кузнецова, Е.А. Сидорова // Вестник ВНИИЖТ. - 2021. - Т. 80, № 4. - С. 201–208. - DOI: 10.21780/2223-9731-2021-80-4-201-208.
Oregui, M. Sensitivity Analysis of Railpad Parameters on Vertical Railway Track Dynamics / M. Oregui, A. Núñez, R. Dollevoet, Z. Li // Journal of Engineering Mechanics. - 2017. - Vol. 143, No. 5. - Art. 04017011. - DOI: 10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0001207.
Chen, Z. Finite element modeling and validation of the fastening systems and concrete sleepers used in North America / Z. Chen, M. Shin, S. Wei, B. Andrawes, D.A. Kuchma // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit. - 2014. - DOI: 10.1177/0954409714529558.
Plugin, A.A. Crack resistance of reinforced-concrete sleepers with elastic rail fastening systems without base-plate / A.A. Plugin, S.V. Miroshnichenko, O.V. Lobiak [et al.] // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2020. - Vol. 1002. - Art. 012010. - DOI: 10.1088/1757-899X/1002/1/012010.
Xu, H. Effect of fastener failure on the micromechanical properties of railway ballast bed / H. Xu, X. Cui, Y. Liu [et al.] // KSCE Journal of Civil Engineering. - 2025. - Vol. 29. - Art. 100233. - DOI: 10.1016/j.kscej.2025.100233.
Xiao, Y. Evaluating the Effect of Rail Fastener Failure on Dynamic Responses of Train-Ballasted Track-Subgrade Coupling System / Y. Xiao, Z. Chang, J. Mao [et al.] // Materials. - 2022. - Vol. 15. - Art. 2675. - DOI: 10.3390/ma15072675.
Hu, J. High Speed Railway Fastener Defect Detection by Using Improved YOLOX-Nano Model / J. Hu, P. Qiao, H. Lv [et al.] // Sensors. - 2022. - Vol. 22. - Art. 8399. - DOI: 10.3390/s22218399.
References
Baniček, M. Development of a new and modification of existing elastic clips for rails fastening / M. Baniček, M. Uroš, S. Lakušić // Građevinar. - 2022. - Vol. 74, No. 6. - P. 503–517. - DOI: 10.14256/JCE.3468.2022.
GOST 33186-2014. Spring rod clips for rail fastening. Specifications. Moscow, Standartinform, 2015.
EN 13481-2:2022. Railway applications - Track - Performance requirements for fastening systems - Part 2: Fastening systems for concrete sleepers in ballast.
EN ISO 22074-7:2024. Railway infrastructure - Rail fastening systems - Part 7: Test method for clamping force and uplift stiffness.
EN ISO 22074-2:2024. Railway infrastructure - Rail fastening systems - Part 2: Test method for longitudinal rail restraint.
EN ISO 22074-8:2024. Railway infrastructure - Rail fastening systems - Part 8: Test method for vertical stiffness.
Yamaoka D., Deshimaru T., Tamagawa S. Development of Non-loosening Rail Fastening System with Leaf Spring Clip Applicable to Existing PC Sleeper. Quarterly Report of RTRI. 2025;66(3):177–182. DOI: 10.2219/rtriqr.66.3_177.
Zhangabylova, A.M., Bondar, I.S., Kvashnin, M.Ya. et al. Analysis of the operation of intermediate rail fastenings under operational load. Vestnik KazATK, 2024, no. 4(133), pp. 55–65. DOI: 10.52167/1609-1817-2024-133-4-55-65.
Choi, J.-Y. Failure Analysis of Tension Clamps (SKL15) Used in Serviced Urban Railway Tracks: Numerical Analyses and Experiments / J.-Y. Choi, S.-H. Kim, S.-J. Kim, J.-S. Chung // Materials. - 2022. - Vol. 15. - Art. 6354. - DOI: 10.3390/ma15186354.
Chudyba, Ł. Fastening systems to concrete sleepers - comparison of the operating characteristics of fastening systems: SB and W14 / Ł. Chudyba // Przegląd Komunikacyjny. - 2017. - No. 11. - P. 40–51. - DOI: 10.35117/A_ENG_17_11_05.
Chudyba, Ł. Comparison of W14 fastening system variants depending on clamping force / Ł. Chudyba, T. Lisowicz, P. Piech, P. Stanisławski // Scientific Reports. - 2025. - Vol. 15. - Art. 24832. - DOI: 10.1038/s41598-025-09483-0.
Li, P. A monitoring method of rail fastener reaction force based on iron pad strain / P. Li, M. Wang [et al.] // Construction and Building Materials. - 2024. - Vol. 418. - Art. 135169. - DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2024.135169.
Musayev, Zh. On one method of calculating system vibrations accounting for friction in the rail-sleeper grid / Zh. Musayev, P. Akhmetova, Z. Bitileuova, N. Ivanovtseva, A. Utepova // Vestnik KazATK. - 2024. - Vol. 135, No. 6. - P. 51–60. - DOI: 10.52167/1609-1817-2024-135-6-51-60.
Karyukin, M.A. Multivariant modelling of parameters of elastic clips of modern rail fastening systems. Izvestiya PGUPS, 2023, vol. 20, iss. 3, pp. 507–518. DOI: 10.20295/1815-588X-2023-3-507-518.
Ferreño, D. Experimental and finite element fatigue assessment of the spring clip of the SKL-1 railway fastening system / D. Ferreño, J.A. Casado, I.A. Carrascal [et al.] // Engineering Structures. - 2019. - Vol. 188. - P. 553–563. - DOI: 10.1016/j.engstruct.2019.03.053.
Ma, D. Experimental and numerical investigation of the effect of the assembled state on the static-dynamic characteristics and fatigue performance of railway fastening clips / D. Ma, J. Shi, Z. Yan [et al.] // Structures. - 2022. - Vol. 46. - P. 1808–1822. - DOI: 10.1016/j.istruc.2022.11.038.
Xiao, H. Fatigue damage analysis and life prediction of e-clip in railway fasteners based on ABAQUS and FE-SAFE / H. Xiao, X. Guo, H. Wang [et al.] // Advances in Mechanical Engineering. - 2018. - Vol. 10, No. 3. - P. 1–12. - DOI: 10.1177/1687814018767249.
Berezin, V.O., Zamukhovsky, A.V., Efimov, A.A. Selection of computational methods for complex stress-strain state to localize fatigue crack initiation in an elastic clip. Vestnik VNIIZhT, 2025, vol. 84, no. 3, pp. 199–214. DOI: 10.21780/2223-9731-2025-84-3-199-214.
Berezin, V.O., Zamukhovsky, A.V., Efimov, A.A., Grechanik, A.V. Validation of a finite-element model of an intermediate rail fastening clip. Vestnik VNIIZhT, 2025, vol. 84, no. 2, pp. 113–125. DOI: 10.21780/2223-9731-2025-84-2-113-125.
Wang, Z., Xu, C., Wu, W., et al. (2025). Influence mechanism of rail pad dynamic properties on the fatigue life of E-type fastener clip. SSRN Preprint. DOI: 10.2139/ssrn.5492803.
Sainz-Aja, J.A. Influence of the operational conditions on static and dynamic stiffness of rail pads / J.A. Sainz-Aja, I.A. Carrascal, D. Ferreño, J. Pombo, J.A. Casado, S. Diego // Mechanics of Materials. - 2020. - Vol. 148. - Art. 103505. - DOI: 10.1016/j.mechmat.2020.103505.
Othman, M.I.H. Assessing the nonlinear static stiffness of rail pad using finite element method / M.I.H. Othman, A.M. Abdul Wahab, M.S. Hadi, N. Mohamad Noor // Journal of Vibroengineering. - 2022. - Vol. 24, Iss. 5. - P. 921–935. - DOI: 10.21595/jve.2022.22293.
Egana, J.I. Investigation of the influence of rail pad stiffness on rail corrugation on a transit system / J.I. Egana, J. Vinolas, M. Seco // Wear. - 2006. - Vol. 261, No. 2. - P. 216–224. - DOI: 10.1016/j.wear.2005.10.004.
Zhang, P. Parametric investigation of railway fastenings into the formation and mitigation of short pitch corrugation / P. Zhang, S. Li, R. Dollevoet, Z. Li // Railway Engineering Science. - 2024. - Vol. 32, No. 3. - P. 286–306. - DOI: 10.1007/s40534-024-00332-w.
Li, Q. Improved indirect measurement of the dynamic stiffness of a rail fastener and its dependence on load and frequency / Q. Li, B. Dai, Z. Zhu, D.J. Thompson // Construction and Building Materials. - 2021. - Vol. 304. - Art. 124588. - DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.124588.
Oregui, M. An investigation into the modelling of railway fastening / M. Oregui, Z. Li, R. Dollevoet // International Journal of Mechanical Sciences. - 2015. - Vol. 92. - P. 1–11. - DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2014.11.019.
GOST 34078-2017. Rail fastening pads for railway track. Specifications. Moscow, Standartinform, 2017.
Gao, X. Study on dynamic characteristics and wide temperature range modification of elastic pad of high-speed railway fastener / X. Gao, Q. Feng, Z. Wang, A. Wang // Engineering Failure Analysis. - 2023. - Vol. 151. - Art. 107376. - DOI: 10.1016/j.engfailanal.2023.107376.
Carrascal, I.A. Dynamic behaviour of railway fastening setting pads / I.A. Carrascal, J.A. Casado, J.A. Polanco, F. Gutiérrez-Solana // Engineering Failure Analysis. - 2007. - Vol. 14, No. 2. - P. 364–373. - DOI: 10.1016/j.engfailanal.2006.02.003.
Kuznetsova, N.V., Sidorova, E.A. Influence of intermediate rail fastenings on rail service durability. Vestnik VNIIZhT, 2021, vol. 80, no. 4, pp. 201–208. DOI: 10.21780/2223-9731-2021-80-4-201-208.
Oregui, M. Sensitivity Analysis of Railpad Parameters on Vertical Railway Track Dynamics / M. Oregui, A. Núñez, R. Dollevoet, Z. Li // Journal of Engineering Mechanics. - 2017. - Vol. 143, No. 5. - Art. 04017011. - DOI: 10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0001207.
Chen, Z. Finite element modeling and validation of the fastening systems and concrete sleepers used in North America / Z. Chen, M. Shin, S. Wei, B. Andrawes, D.A. Kuchma // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit. - 2014. - DOI: 10.1177/0954409714529558.
Plugin, A.A. Crack resistance of reinforced-concrete sleepers with elastic rail fastening systems without base-plate / A.A. Plugin, S.V. Miroshnichenko, O.V. Lobiak [et al.] // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2020. - Vol. 1002. - Art. 012010. - DOI: 10.1088/1757-899X/1002/1/012010.
Xu, H. Effect of fastener failure on the micromechanical properties of railway ballast bed / H. Xu, X. Cui, Y. Liu [et al.] // KSCE Journal of Civil Engineering. - 2025. - Vol. 29. - Art. 100233. - DOI: 10.1016/j.kscej.2025.100233.
Xiao, Y. Evaluating the Effect of Rail Fastener Failure on Dynamic Responses of Train-Ballasted Track-Subgrade Coupling System / Y. Xiao, Z. Chang, J. Mao [et al.] // Materials. - 2022. - Vol. 15. - Art. 2675. - DOI: 10.3390/ma15072675.
Hu, J. High Speed Railway Fastener Defect Detection by Using Improved YOLOX-Nano Model / J. Hu, P. Qiao, H. Lv [et al.] // Sensors. - 2022. - Vol. 22. - Art. 8399. - DOI: 10.3390/s22218399.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Категории
Лицензия
Copyright (c) 2026 Батырбек Куандыков , Мурат Алимкулов, Б. Апшикур, А. Иманкулова, Гали-Аскар Хальфин
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
