dvutavrБалка– еще один скромный труженик строительства, как и арматура, несет на себе колоссальные нагрузки, снимает и перераспределяет нагрузки на здания и сооружения, при этом, обычно, не видна обывателю закрытая другими перекрытиями. Балку применяют для возведения сложных промышленных конструкций, сооружений, например мостов, и в гражданском строительстве.

Специальные её типы применяются в автомобильной промышленности, для производства машин и различных агрегатов, тяжелой техники.

Как продукт современного производства она разнообразна и по материалу изготовления, и по форме, о чем мы и попробуем рассказать дальше. Её прочность дает возможность широко применять её в строительстве. Балка – универсальное средство для сооружения различных построек, при этом экономичное и по способам обработки, и по массе получаемых зданий.

balka1 balka2 balka3

Вообще говоря, балка — это брус, имеющий разное сечение, принимающий на себя и передающий нагрузки. Обычно вертикальную, но иногда и горизонтальную нагрузки (сейсмологические условия, ветер при определенной высоте зданий), она передает фундаментным основаниям, через несущие конструкции — подвесы, стены, колонны. Свойство, определяющее возможность такой функциональности — это работа на изгиб.

Под этим термином чаще всего подразумевают двутавр, но существуют, так же: тавровая, полая, угловая и балка-швеллер.

Двутавровая

Наиболее часто используемая балка двутавровая имеет н – образный профиль в разрезе, или две соединенные буквы т. Профиль в виде буквы т называют тавром. От сюда и называние «двутавровая» – две тавровые.

Двутавр разделяется по форме полок, которые могут быть параллельны друг другу (согласно ГОСТ 26020-83) или быть с уклоном (согласно ГОСТ 8239-89).

С параллельными гранями полок они маркируются следующим образом:: «б» – нормальные, «к» – колонные, «ш» — широкополочные балки.

Балка с уклоном граней полок, который может составлять от шести до двенадцати процентов, в свою очередь имеет два вида — обычный и специальный. Специальная с маркировкой «м» применяется для возведения подвесных путей. В сфере добычи полезных ископаемых, автомобилестроении и производстве прочих агрегатов часто применяется специальный балочный прокат с маркировкой «с».

Длина стандартной балки может быть мерной — от 400 мм до 12000 мм, немерной и кратной. Специальные имеет мерную длину — от 400 мм до 13000 мм, а также имеют такие стандарты длины, как: мерная с остатком и кратная мерная с остатков (где остаток не должен превышать пять процентов от массы партии). В зависимости от нужд потребителя, длина может варьироваться.

Параметры точности одинаковы как для стандартных, так и для специальных изделий. Допустимые отклонения составляют от -3 до +5 процентов по весу и 0,2 процента от длины — по кривизне.

Как и прочий металлопрокат, она делится на несколько классов точности. Так для стандартной балки применимы классы точности Б и В, повышенной и обычной, соответственно. Для специальной классы точности А и В — высокой и обычной.

Размеры и вес балки двутавровой(СТО 20-93)
Номер двутавра Размеры, мм Вес, кг/м
h b s t
20Б1 200 100 5,5 8 21,3
25Б1 248 124 5 8 25,7
25Б2 250 125 6 9 29,6
30Б1 298 149 5,5 8 32
30Б2 300 150 6,5 9 46,78
35Б1 346 174 6 9 41,4
35Б2 350 175 7 11 49,6
40Б1 396 199 7 11 56,6
40Б2 400 200 8 13 66
45Б1 446 199 8 12 66,2
50Б1 492 199 8,8 112 72,5
50Б2 496 199 9 14 79,5
55Б1 543 220 9,5 13,5 89
55Б2 547 220 10 15,5 97,9
60Б1 596 199 10 15 94,6
60Б2 600 200 11 17 105,5
Размеры и вес балки двутавровой(СТО 20-93)
Номер двутавра Размеры, мм Вес, кг/м
h b s t
20Ш1 194 150 6 9 30,6
25Ш1 244 175 7 11 44,1
30Ш1 294 200 8 12 56,8
30Ш2 300 201 9 15 68,6
35Ш1 340 250 9 14 65,3
35Ш2 340 250 9 14 79,7
40Ш1 383 299 9,5 12,5 88,6
40Ш2 390 300 10 16 106,7
45Ш1 440 300 11 18 123,5
50Ш1 482 300 11 15 114,2
50Ш2 487 300 14,5 17,5 138,4
50Ш3 493 300 15,5 20,5 156,1
50Ш4 499 300 16,5 23,5 173,38

Размеры и вес балки двутавровой(СТО 20-93)

Номер двутавра Размеры, мм Вес, кг/м
h b s t
20К1 196 199 6,5 10 41,4
20К2 200 200 8 12 49,9
25К1 246 249 8 12 62,6
25К2 250 250 9 14 72,4
25К3 253 251 10 15,5 80,2
30К1 298 299 9 14 87
30К2 300 300 10 15 94
30К3 300 305 15 15 105,8
30К4 304 301 11 17 105,8
35К1 342 348 10 15 109,1
35К2 350 350 12 19 136,5
40К1 394 398 11 18 146,6
40К2 400 400 13 21 171,7
40К3 406 403 16 24 200,1
40К4 414 405 18 28 231,9
40К5 429 400 23 35,5 290,8

Размеры и масса балки двутавровой с параллельными гранями полок (ГОСТ 26020-83)

Номер двутавра Размеры, мм Вес, кг/м
h b s t
10Б1 100 55 4,1 5,7 8,1
12Б1 117,6 64 3,8 5,1 8,7
12Б2 120 64 4,4 6,3 10,4
14Б1 137,4 73 3,8 5,6 10,5
14Б2 140 73 4,7 6,9 12,9
16Б1 157 82 4 5,9 12,7
16Б2 160 82 5 7,4 15,8
18Б1 177 91 4,3 6,5 15,4
18Б2 180 91 5,3 8 18,8
20Б1 200 100 5,6 8,5 22,4
23Б1 230 110 5,6 9 25,8
26Б1 258 120 5,8 8,5 28
26Б2 261 120 6 10 31,2
30Б1 296 140 5,8 8,5 32,9
30Б2 299 140 6 10 36,6
35Б1 346 155 6,2 8,5 38,9
35Б2 349 155 6,5 10 43,3
40Б1 392 165 7 9,5 48,1
40Б2 396 165 7,5 11,5 54,7
45Б1 443 180 7,8 11 59,8
45Б2 447 180 8,4 13 67,5
50Б1 492 200 8,8 12 73
50Б2 496 200 9,2 14 80,7
55Б1 543 220 9,5 13,5 89
55Б2 547 220 10 15,5 97,9
60Б1 593 230 10,5 15,5 106,2
60Б2 597 230 11 17,5 115,6
70Б1 691 260 12 15,5 129,3
70Б2 697 260 12,5 18,5 144,2
80Б1 791 280 13,5 17 159,5
80Б2 798 280 14 20,5 177,9
90Б1 893 300 15 18,5 194
90Б2 900 300 15,5 22 213,8

Размеры и масса балки двутавровой с уклоном внутренних граней полок (ГОСТ 8239-89)

N Размеры Площадь попер. сечения, см² Масса 1 м, кг
h b s t R r
не более мм
10 100 55 4,5 7,2 7 2,5 12 9,46
12 120 64 4,8 7,3 7,5 3 14,7 11,5
14 140 73 4,9 7,5 8 3 17,4 13,7
16 160 81 5 7,8 8,5 3,5 20,2 15,9
18 180 90 5,1 8,1 9 3,5 23,4 18,4
20 200 100 5,2 8,4 9,5 4 26,8 21
22 220 110 5,4 8,7 10 4 30,6 24
24 240 115 5,6 9,5 10,5 4 34,8 27,3
27 270 125 6 9,8 11 4,5 40,2 31,5
30 300 135 6,5 10,2 12 5 46,5 36,5
33 330 140 7 11,2 13 5 53,8 42,2
36 360 145 7,5 12,3 14 6 61,9 48,6
40 400 155 8,3 13 15 6 72,6 57
45 450 160 9 14,2 16 7 84,7 66,5
50 500 170 10 15,2 17 7 100 78,5
55 550 180 11 16,5 18 7 118 92,6
60 600 190 12 17,8 20 8 138 108

Тавровая

–производится согласно техническим условиям. Тавровая балка — удобная форма проката, имеет профиль разреза в виде буквы т. Используется для сварных работ, позволяют заменить сдвоенный уголок. Широко применяется для возведения тепличных, и других конструкций, предполагающих легкость. В настоящее время тавровый прокат больших размеров не производят, заменяя его, при необходимости, разделенными вдоль двутаврами.

Балка-швеллер

Так, в некоторых источниках называют швеллер — это изделие металлопроката, полки которого находятся с одной стороны относительно стенки профиля, образуя, таким образом п – образный профиль разреза.

Существуют так же и другие виды сечения – полая и угловая.

Маркировка

При маркировке обычно указывают размер и класс балочного проката, например «18к2» — колонная балка класса к2, размер 18. Ассортимент выпускаемых швеллеров приведён в таблице:

размер

типы

10 10 нормальная, 10Б1, 10Б2, 10Б3,10К сварная, 10К1, 10К2, 10К3, 10К4, 10К5, 10М,10Ш1, 10Ш1 сварная, 10Ш2, 10Ш2 сварная,10Ш3, 10Ш4
12 12 нормальная,12Б1,12Б2,12Б3,12К сварная,12К1,12К2,12К3,12К4,12К5,12М,12Ш1,12Ш1 сварная,12Ш2,12Ш2 сварная,12Ш3,12Ш4
14 14 нормальная,14Б1,14Б2,14Б3,14К сварная,14К1,14К2,14К3,14К4,14К5,14М,14Ш1,14Ш1 сварная,14Ш2,14Ш2 сварная,14Ш3,14Ш4
20 20 нормальная,20Б1,20Б2,20Б3,20К сварная,20К1,20К2,20К3,20К4,20К5,20М,20Ш1,20Ш1 сварная,20Ш2,20Ш2 сварная,20Ш3,20Ш4
25 25 нормальная,25Б1,25Б2,25Б3,25К сварная,25К1,25К2,25К3,25К4,25К5,25М,25Ш1,25Ш1 сварная,25Ш2,25Ш2 сварная,25Ш3,25Ш4
30 30 нормальная,30Б1,30Б2,30Б3,30К сварная,30К1,30К2,30К3,30К4,30К5,30М,30Ш1,30Ш1 сварная,30Ш2,30Ш2 сварная,30Ш3,30Ш4
35 35 нормальная,35Б1,35Б2,35Б3,35К сварная,35К1,35К2,35К3,35К4,35К5,35М,35Ш1,35Ш1 сварная,35Ш2,35Ш2 сварная,35Ш3,35Ш4
40 40 нормальная,40Б1,40Б2,40Б3,40К сварная,40К1,40К2,40К3,40К4,40К5,40М,40Ш1,40Ш1 сварная,40Ш2,40Ш2 сварная,40Ш3,40Ш4
45 45 нормальная,45Б1,45Б2,45Б3,45К сварная,45К1,45К2,45К3,45К4,45К5,45М,45Ш1,45Ш1 сварная,45Ш2,45Ш2 сварная,45Ш3,45Ш4
50 50 нормальная,50Б1,50Б2,50Б3,50К сварная,50К1,50К2,50К3,50К4,50К5,50М,50Ш1,50Ш1 сварная,50Ш2,50Ш2 сварная,50Ш3,50Ш4
60 60 нормальная,60Б1,60Б2,60Б3,60К сварная,60К1,60К2,60К3,60К4,60К5,60М,60Ш1,60Ш1 сварная,60Ш2,60Ш2 сварная,60Ш3,60Ш4

Материал

Выбор материала применяемого для изготовления зависит от ее назначения. Для металлической балки обычно это углеродистая или низколегированная сталь марок 09Г2С. В таблице указаны используемые марки стали и изготавливаемые из них марки:

09Г2С К5 сварн, нормальная, Б1, Б2, Б3, К сварн, К1, К2, К3, К4, К5, М, Ш1, Ш2, Ш2 сварная Ш3, Ш4
19425-89 М
3ПС Б3, М
3СП К5 сварная, нормальная, Б1, К сварная, К1, К2, К3, К4, К5, М, Ш1, Ш1 сварная, Ш2, Ш3, Ш4
8239-89 нормальная
Ст3 нормальная, Б1, Б2, К1, К3, М, Ш1, Ш2, Ш4
СТО АСЧМ 20-93 нормальная, Б1, Б2, К1, К2, Ш1, Ш2
СТО АСЧМ 20-94 К1
СТО АСЧМ 20-95 К1

Рельсы

Рельсы — стальные балки специального сечения, укладываемые на шпалы или другие опоры для образования, как правило, двух-ниточного пути, по которому перемещаются ж.-д. подвижной состав (в том числе городской -трамвай и метрополитен), специализированный состав в шахтах и карьерах, крановое оборудование. Иногда используется один рельс (например, в монорельсовых дорогах, для перемещения кран-балки). Рельсы соединяют между собой в стыках специальными скреплениями или сваркой (бесстыковой путь). Рельсы являются основным элементом верхнего строения пути, предназначены непосредственно воспринимать и передавать нагрузки от колес подвижного состава на подрельсовые опоры, направлять колеса подвижного состава, а также служат электрическими проводниками на участках с автоблокировкой и электротягой. Они должны быть достаточно прочными (сталь), иметь большие моменты инерции и сопротивления, чтобы возникающие в них напряжения изгиба и кручения не превышали допустимые значения, долговечными (должны иметь высокую твердость, износостойкость и вязкость), обладать высокой контактно-усталостной выносливостью.

За историю существования железных дорог рельсы прошли долгую эволюцию от чугунных до железных и, наконец, стальных. Форма рельсов также претерпевала изменения: известны уголковые, грибовидные, двухголовые, широкоподошвенные рельсы. На мировой сети ж. д. повсеместно применяются только широкоподошвенные рельсы (рис. 3.37). Профиль широкоподошвенных рельсов обеспечивает необходимое сопротивление их изгибу в вертикальном и горизонтальном направлениях, наибольший запас металла в головке на износ (в зоне контакта с колесами), наибольшее сопротивление скручиванию и опрокидыванию при передаче колесами рельсам поперечных горизонтальных сил. Форма головки, шейки, подошвы, радиусы сопряжения (см. таблицу) определяются условиями эксплуатации, в том числе уровнем осевых нагрузок, скоростями движения, грузонапряженностью, а также принятой технологией изготовления.

rail

При схожей форме широкоподошвенных рельсов их мощность определяется массой одного погонного метра и качеством рельсовой стали. На ж. д. США, Канады, где типовые грузовые вагоны имеют осевые нагрузки 30-35 тс/ось, масса большинства укладываемых в путь рельсов составляет 65,53-69,40 кг/м. На ж. д. Западной Европы при вагонных нагрузках 22,5-25,0 тс/ось на большинстве магистральных линий применяется рельс UJC60 массой 60,34 кг/м. В качестве основного рельса на дорогах России при небольших допускаемых осевых нагрузках вагонов 23,5-24 тс/ось, учитывая, что большая часть протяженности ж.-д. сети эксплуатируется в суровых климатических условиях, принят типовой рельс Р65 (масса 64,72 кг/м). Рельсы стандартной длины, выпускаемые для укладки в звеньевой путь, около своих концов имеют на шейке обычно по три отверстия для обеспечения стыкования с помощью «клинчатых» накладок, охватывающих смежные рельсы с двух сторон и соединенных между собой стыковыми болтами. Для возможности удлинения (при нагревании) или укорочения (при понижении температуры относительно укладки) рельса диаметры стыковых болтов делаются меньше диаметров отверстий в рельсах, что позволяет изменять величину стыкового зазора обычно от нуля до 21-23 мм. Зазоры больших размеров приводят к резкому увеличению воздействия колес подвижного состава. Стыковые накладки, стянутые болтами, создают значительное сопротивление перемещению рельса, достигающее по одной рельсовой нити 200—250 кН. Для его преодоления и начала перемещения концов рельсов (с соответствующим изменением величины стыкового зазора) необходимо нагревание (или охлаждение) рельса на 10-12 °С.

Стыки являются «слабым» местом ж.-д. пути, так как помимо необходимости в добавочных элементах (накладках, болтах, гайках и др.) в зоне стыка имеется добавочное динамическое воздействие на путь подвижного состава. В целях уменьшения числа стыков на протяжении всей истории существования ж. д. (и одновременного совершенствования заводских технологий) во всех странах проводилось увеличение длины стандартных рельсов. Например, на дороге Санкт-Петербург-Москва при ее постройке в 1851 г. были уложены рельсы длиной 5,49 м; в 1892 г. в России стандартным стал рельс длиной 10,67 м, затем — 12,5 м; позже — 25 м. В Германии и Австрии от стандартной длины рельса 15 м перешли к длинам 30 и 60 м. В Англии, Италии, Франции, Швейцарии в дополнение к стандартной длине рельса 18 м введена длина 36 м. В США вместо стандартной длины 11,89 м стали применять рельсы удвоенной длины 23,78 м.

Переход от звеньевого к бесстыковому пути проходил с постепенным удлинением сварных рельсовых плетей. На дорогах России (и в ряде зарубежных стран) еще большая часть бесстыкового пути представляет собой сварные плети длиной 250—800 м, между которыми уложены 3-4 уравнительных рельса длиной по 12,5 м. Следующим этапом совершенствования этой конструкции является ликвидация уравнительных рельсов с удлинением сварных плетей до размеров блок-участка (2,5-3 км), где на первом этапе приходилось укладывать 4 уравнительных рельса с изолирующим стыком посередине участка.

В последнее время широко внедряется бесстыковой путь, не имеющий уравнительных рельсов. Существуют два основных варианта такой конструкции. В первой, получившей наибольшее распространение на ж. д., рельсовые плети длиной, равной длине блок-участка, соединяются между собой мощными электроизолирующими стыковыми накладками. Вторая конструкция основана на применении непрерывных сварных плетей протяженностью от станции до станции (обычно со сваркой стыков в зоне стрелочных переводов и главного пути в пределах станции). В последнем случае на границах блок-участков применяется т. н. тональная блокировка, учитывающая различные частоты сигнального тока в смежных сварных плетях.

Образование рельсовых плетей, равных длине блок-участка (или всего перегона), производится в следующей последовательности. На рельсосварочных предприятиях (РСП) из рельсов стандартной длины (не имеющих болтовых отверстий) с помощью электроконтактной или газопрессовой сварки формируют плети обычно длиной 800 м, которые на специальных поездах доставляют на перегонах к месту укладки. После раскладки согласно проекту их сваривают с помощью передвижных сварочных агрегатов в непрерывные рельсовые нити заданной длины.

Стандартные рельсы, выпускаемые заводами, в зависимости от условий эксплуатации разделяются на две категории — рельсы обычной длины (т. н. короткие) и удлиненные рельсы. Рельсы обычной длины, уложенные в путь, имеют по концам зазоры, размер которых достигает своего конструктивного максимума (например, 21 мм) только при самой низкой температуре зимой, а нулевых размеров — при самой высокой температуре летом. Под воздействием солнечных лучей максимальная температура рельса (tmax) выше температуры окружающего воздуха (tmах) на величину At =15-20 °С; при расчетах обычно принимают tmax = tmax + 20 °С. Длинными рельсами принято называть такие, у которых летом при температуре t’, меньшей чем tmax, величина стыкового зазора становится равной нулю и торцы рельсов испытывают нажатие соседних рельсов, а зимой полное раскрытие зазора происходит, когда температура еще не достигает минимальной tmax. Так, отечественные стандартные рельсы типа Р65 длиной 25 м в районах с небольшими годовыми температурными амплитудами для рельсов (Ггод), например в районе Новороссийска (tmax = 59 °С, tmin = −24 С, Ггод = 83 °С), будут работать в пути как рельсы обычной длины, а в Сибири, ок. Читы (tmах = 59 °С, tmin = −52 С, Ггод = 111 °С) эти же рельсы следует рассматривать как длинные.

После смыкания зазора дальнейшее повышение температуры приводит к образованию в двух смежных рельсах больших продольных сил N . Расчетами и экспериментами установлены максимально допустимые величины Nmax, превышение которых может привести к потере устойчивости (выбросу) рельсо-шпальной решетки. Поэтому длинные рельсы (как и рельсы, сваренные в плети бесстыкового пути) при проектировании ж.-д. пути в конкретных условиях эксплуатации рассчитывают на прочность и устойчивость (см. также Бесстыковой путь).

В процессе эксплуатации происходит снижение служебных свойств рельсов за счет износа головки (особенно в кривых малых радиусов и на тормозных участках); коррозии подошвы; возникновения поверхностных и внутренних дефектов в металле. Все это сокращает максимально допустимую нормативную наработку пропускаемого по рельсам тоннажа; на прямых участках ж. д. России и кривых радиусом более 1000 м тоннаж обычно колеблется в пределах 600—700 млн т брутто, в кривых участках пути радиусом 300—1000 м тоннаж в 2-4 раза меньше. В целях поддержания служебных свойств рельсов на требуемом (для данных условий эксплуатации) уровне, а также продления срока их службы в пути, разработаны и широко применяются следующие технические мероприятия.

Периодическое выравнивание головки путем шлифовки, фрезерования или строжки ее поверхности с ликвидацией т. н. волнообразного износа, который образуется при периодическом максимальном и минимальном воздействии колес однотипного подвижного состава на одних и тех же коротких участках рельсовой колеи.

Профильная шлифовка рельсов специальными поездами, оборудованными вращающимися абразивными кругами, с формированием т. н. ремонтных профилей головки (в зависимости от формы износа рельса) для восстановления его первоначального проектного очертания, удаления металла в зоне выкружки головки, где имеются внутренние микротрещины, выравнивания поверхности катания.

Дозированная смазка (лубрикация) боковой рабочей грани наружных рельсов в кривых радиусом менее 500—600 м с применением лубрикаторов — стационарных, а также установленных на локомотивах, дрезинах, вагонах. При очень обильной смазке боковой износ рельсов может быть сведен практически к нулю (что и имеет место на экспериментальном замкнутом полигоне ВНИИЖТ, ст. Щербинка). В этом случае сроки службы рельсов в кривых R < 500—600 м определяются их одиночным выходом по дефектам контактно-усталостного происхождения с образованием (после определенной наработки) трещин около рабочей выкружки головки, где металл под воздействием колес работает в зоне ограниченного предела выносливости. Экспериментально установлено, что при определенной (оптимальной) интенсивности износа головки Убок микротрещины не успевают появляться, так как эта зона металла удаляется за счет истирания рельса проходящими колесами При этом максимум контактных напряжений по мере нарастания бокового износа перемещается к середине головки, где усталостные процессы в металле еще только начинают развиваться. Для условий ж. д. России установлены следующие величины R = 300—400 м — 0,05; R = 401—500 м −0,04; R > 500 м — 0,03. Если лубрикация отсутствует, то интенсивность бокового износа в кривых указанных радиусов. Дефекты контактно-усталостного происхождения не появляются, но боковой износ головки быстро достигает разрешенного максимума.

Профильная шлифовка и дозированная лубрикация позволяют увеличить сроки службы рельсов в пути в 1,5-2 раза.

Перекладка рельсов с заменой рабочего канта. Широко применяется в кривых радиусом менее 500—550 м в тех случаях, когда интенсивность бокового износа наружного рельса yбok больше (или равна) убок — После взаимного смещения наружной и внутренней рельсовых нитей бывшие нерабочие канты (обычно имеющие небольшой износ) становятся после перекладки рабочими, что позволяет использовать обе стороны головки рельсов. В тех случаях, когда на внутренней рельсовой нити в кривой обнаружены дефекты или имеет место большое смятие головки, перекладка наружного рельса на место внутреннего производится обычным порядком (со сменой рабочего канта), но внутренний рельс для перекладки не используется (вместо него укладываются новые рельсы).

Общие сроки службы рельсов определяются объемами пройденного тоннажа: по новым рельсам; по переложенным с заменой рабочего канта, а также сняты при капитальном ремонте и переложенным на менее деятельные пути (т. н. старогодные рельсы, или рельсы второй укладки). Перед вторичным использованием снимаемые при капитальных ремонтах рельсы первой укладки направляются на рельсосварочные предприятия (РСП) для комплексного оздоровления. В РСП после рассортировки и дефектоскопирования, обрезки изгибных концов, сварки «коротышей» в рельсы стандартной длины производится обработка головки (строжкой, фрезерованием, шлифовкой) с целью удаления неровностей и придания головке рельса проектного очертания. После обработки рельсы типа Р65 могут укладываться отдельными звеньями или плетями длиной до 800 м на главных путях с грузонапряженностью, как правило, 15-40 млн т брутто и максимальными скоростями не выше 100 км/ч. На скоростных линиях укладываются только новые рельсы, сваренные в плети бесстыкового пути.

В процессе эксплуатации новых рельсов после наработки обычно 300—400 млн т брутто, если не проводилась периодическая профильная шлифовка, начинается одиночный выход рельсов по дефектам, появляющимся обычно в зоне стыков, местах некачественной сварки, за счет глубоких «пробуксовин» (при проскальзывании колес локомотивов на крутых подъемах); появляются также внутренние дефекты в головке при наличии в металле скоплений неметаллических включений. Обычно к моменту назначения очередного капитального ремонта пути со сплошной сменой рельсов (при наработке 650—750 млн т брутто) из 80 штук 25-метровых рельсов дефек-тоскопированием и другими техническими приемами на 1 км пути обнаруживаются 2-4 остродефектных рельса, имеющих неметаллические включения, как правило, превышающие разрешенные нормативы. Такие рельсы подлежат немедленной замене, так как возможен их сквозной излом под проходящим поездом. Дефект в головке рельса типовые дефектоскопы (установленные на вагонах, дрезинах, съемных тележках) обычно обнаруживают, когда площадь внутренней трещины достигает не менее 9-12 % от всей площади сечения головки. Излом рельса под поездом может произойти, если площадь дефекта составляет при температуре рельса до минус 15-20 °С 25-30 % площади всей головки; при очень низких температурах (достигающих на дорогах Сибири до −50 °С) излом возможен при меньшем (в 1,5-1,8 раза) размере дефекта.

Контрольными измерениями на специальных стендах установлено, что значительное число рельсов, удаленных из пути при их сплошной смене (после пропуска нормативного тоннажа), имеют в головке внутренние дефекты, но их площадь меньше разрешающей способности типовых дефектов. Если эти рельсы (без сортировки и профильной обработки головки в РСП) уложить в путь на менее деятельной линии, то под воздействием колес подвижного состава происходит дальнейшее развитие внутренних дефектов и уже после пропуска тоннажа 50-100 млн т брутто часть из них может быть обнаружена. В результате потребуется одиночное изъятие значительного числа рельсов, ставших остродефектными. В этой связи в РСП при обработке головки рельса ей придается т. н. ремонтный профиль, при котором колеса проходящих поездов будут взаимодействовать с той поверхностью рельса, где металл не потерял усталостную прочность.

Качество рельсовой стали определяется ее химическим составом, а также микро- и макроструктурой. С увеличением содержания в стали углерода повышается общая прочность рельсов при изгибе, твердость и износостойкость. Марганец увеличивает твердость, износостойкость и вязкость рельсовой стали, а кремний — твердость и износостойкость. Фосфор и сера — вредные примеси. При низких температурах рельсы с большим содержанием фосфора становятся хрупкими, а серы — красноломкими (образуются трещины при прокате рельсов). Мышьяк несколько повышает усталостную прочность и ударную вязкость рельсов при незначительном снижении твердости и износостойкости. Ванадий, титан, цирконий — микролегирующие и модифицирующие добавки, улучшающие структуру и качество стали.
Сталь для рельсов должна иметь чистое, однородное, плотное мелкозернистое строение; ее выплавляют мартеновским и кислородно-конвертерным способом. Мартеновскую сталь варят в печах (вместимостью 180—500 т) в течение нескольких часов, а кислородно-конвертерную — в конвертерах (вместимостью 100—300 т) в течение нескольких десятков минут. Применяется объемная закалка всего рельса в масле, а также поверхностная закалка головки токами высокой частоты с охлаждением воздушной и водовоз-душной смесью.

Требования к рельсам регламентированы Государственными стандартами, в которых приводятся геометрические размеры рельсов, допуски и другие показатели. Так, для отечественных рельсов значения временного сопротивления на растяжение должны быть не менее: 1170 МПа (объемнозакаленные рельсы первого класса), 1100 МПа (второго класса) и 860—900 МПа (незакаленные рельсы). Объемнозакаленные рельсы имеют срок службы в 1,3-1,5 раза выше, чем обычные.

Условия эксплуатации рельсов на дорогах Сибири и Дальнего Востока существенно сложнее, чем в Европейской части России. Для этих дорог созданы и внедряются рельсы повышенного качества низкотемпературной надежности типа Р65. Это объемнозакаленные рельсы I группы, изготовляемые из ванадий-ниобий-боросодержащей стали с использованием для легирования азотированных ферросплавов. Для этих рельсов используется электросталь, производимая в дуговых печах. При температуре −60 °С рельсы из электростали выдерживают ударные нагрузки, вдвое большие, чем рельсы из мартеновской стали.

В настоящее время в России и за рубежом ведутся разработки рельсов, не имеющих металлических включений, с низким уровнем остаточных напряжений (после проката и правки на заводе) и прочностными характеристиками, исключающими появление дефектов контактно-усталостного происхождения.

Все рельсы заводского производства имеют маркировку, выкатанную (выпуклую) на шейке по длине рельса (примерно через 2-3 м), в которой указан завод-изготовитель, месяц и год прокатки, тип рельса, а также порядковый номер рельса от головной части слитка. На торце рельса ставят клейма ОТК, инспектора-приемщика и номер плавки стали, позволяющий установить, к какой группе (по качеству стали) относится рельс. Помимо основной заводской маркировки, указывающей соответствие рельсов требованиям стандартов, производится дополнительная маркировка, выполненная краской, отмечающая особенности каждого отдельного рельса (в том числе укорочение, сорт и т. д.).