Мне всегда интересно читать нашу старую железнодорожную литературу — в ней столько интересных фактов, которых нет в современных учебниках. Особенно поражают выводы русских авторитетных железнодорожников того времени.
Если в дореволюционной литературе наши же специалисты часто отмечали плохое качество железных дорог Российской империи, признавая, что по многим параметрам мы уступаем Европе, то есть одно неожиданное направление, где царские инженеры действительно преуспели — и это расчёты железнодорожного пути на прочность.
В царской России существовала очень мощная школа инженеров-расчетчиков. Наверняка вы слышали о русском инженере Журавском и его знаменитой формуле, которая впервые в мире позволила точно рассчитывать деревянные мосты. Благодаря этой формуле инженеры наконец-то поняли, как распределяются касательные напряжения в конструкции, и после её внедрения деревянные мосты перестали трескаться и разрушаться.
Но и это далеко не всё. В царской России работали и другие выдающиеся инженеры, которые заняли лидирующую позицию именно в расчёте рельсов, шпал и балласта — упругого материала, на котором лежит рельсошпальная решётка.
Как отмечали авторы тех лет, именно в этой области царские инженеры значительно опередили европейцев и американцев, создав точные методы, которые применяются по всему миру и сохраняют актуальность до сих пор.
Конечно, сегодня существуют более современные методики, преимущественно используемые в научных исследованиях для прогнозирования износа рельсов. Тем не менее, классические царские методы — впоследствии усовершенствованные советскими инженерами — продолжают пользоваться большим спросом. Взять хотя бы свежий ГОСТ Р 72044-2025, в котором описываются эти проверенные временем расчёты.
Посмотрите на нижеприложенную картинку — это странная, но по настоящему рабочая модель, которая называется «балка на упругом основании». Именно по этой модели рассчитаны рельсы на прочность не только на сетях РЖД, но и на всех железнодорожных сетях мира.
С чего всё началось?
Самый первый шаг к расчету рельса сделал русский инженер П.П. Мельников ещё в 1831 году. В своей книге «О железных дорогах» он рассчитал рельс как балку, лежащую на двух шарнирных опорах и нагруженную вертикальной силой. То есть применил обычные законы строительной механики.
Это было слишком просто, но для первых дорог вполне достаточно.
Следующий этап — Германия
В 1888 году немецкий учёный Циммерман предложил более сложную модель: рельс как неразрезная балка на опорах. Так расчёты стали точнее.
Революция от Николая Павловича Петрова
В 1903–1906 годах академик Н.П. Петров пошёл ещё дальше. Он предложил считать рельс бесконечно длинной балкой, лежащей на множестве точечных упругих опор — или на сплошном упругом основании.
Почему железная дорога выдерживает многотонные составы и не ломается под их весом? Потому что благодаря работам академика Николая Павловича Петрова можно точно рассчитать нагрузки и напряжения в рельсах, шпалах и балласте. В своей работе 1915 года «Давление колеса на рельсы железных дорог, прочность рельсов и устойчивость пути» он впервые подробно описал, как именно эти элементы взаимодействуют с движущимся поездом. Именно такие расчёты позволяют проектировать пути, способные выдерживать огромные нагрузки.
Выше вы видели картинку — странную модель, где рельс будто прилип к жвачке и его тянут вверх. Я нарисовал её условно и назвал странной, потому что в этой модели упругое основание работает одинаково и вниз, и вверх. Конечно, это не точно — в реальности упругость разная, а в модели она одинаковая.
Но самое важное — несмотря на упрощения, напряжения в рельсе, рассчитанные по этой модели, очень близки к реальным. То есть она отлично работает на практике, и именно поэтому её используют инженеры по всему миру.
Из модели «балка на упругом основании» вытекает важное понятие — модуль упругости подрельсового основания. Это параметр, который характеризует, насколько упруго ведёт себя рельсошпальная решётка под нагрузкой.
Что такое модуль упругости подрельсового основания?
Это величина, показывающая, какая нагрузка, приложенная к 1 см длины рельса, вызовет его осадку на 1 см. Иными словами, модуль упругости подрельсового основания отражает — насколько «жёстко» ведёт себя конструкция, когда по ней движется поезд. На деревянных шпалах модуль упругости меньше, на железобетонных больше.
Для каждой конструкции рельсошпальной решётки — будь то классический балластный путь или безбалластные варианты — свой модуль упругости.
Сегодня российские железнодорожники вычисляют модуль упругости для перспективного безбалластного пути. Это особенно важно, поскольку безбалластный путь имеет другие физические характеристики.
Однако сама расчетная модель остаётся прежней — та же схема балки на упругом основании, которая давно доказала свою эффективность и применяется в расчётах путей по всему миру.
Спасибо, что дочитали до конца! Если вам было интересно — ставьте лайк 👍 и подписывайтесь, чтобы не пропустить новые статьи. А если хотите поддержать — буду рад вашему донату. Такая поддержка — отличный источник мотивации и вдохновения продолжать делиться интересным материалом!