Investigation of Tie Plate Icing / Ice Jacking: Phase II

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Tie plate icing
Ice jacking
Cold weather
Railway safety
Cold climates
Operational safety
Monitoring methods
Safety risks
Railway infrastructure
Remedial actions
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Givrage des selles
Soulèvement par la glace («ice jacking»)
Temps froid
Climats froids
Sécurité d’exploitation
Méthodes de surveillance
Risques pour la sécurité
Infrastructure ferroviaire
Mesures correctives
dc.contributor.author
Yin Gao
dc.date.accessioned
2025-03-24T23:11:27Z
dc.date.available
2025-03-24T23:11:27Z
dc.date.issued
2023-06-30
dc.description.abstract - en
Tie plate icing, also known as ice jacking, is a cold-weather railway phenomenon involving the accumulation of ice and/or snow between the tie plate and the base of the rail. This issue poses significant safety risks in cold climates and has led to derailments in the past. Phase II of this research aimed to further investigate the root causes of tie plate icing through a comprehensive approach, including a railroad industry survey, a track panel test, and finite element (FE) modeling. The study was conducted between December 2022 and June 2023. A railroad survey was distributed among members of the Railway Research Advisory Board (RRAB), Class I railroads, regional railroads, and short lines, receiving 11 responses. Among them, nine respondents confirmed experiencing tie plate icing in their territories. The survey documented track issues caused by tie plate icing, areas of concern, identification methods, and remediation strategies. The findings indicated that tie plate icing can occur anywhere along the track, with visual inspection and manual removal being the primary methods for identification and mitigation. To further explore the effects of tie plate icing, a 32-tie track panel was built to simulate the phenomenon under controlled conditions. Steel shims of varying thicknesses (¼″ and ½″) were used to replicate different severities of tie plate icing. The track panel test results showed that track gage strength was strongly correlated with the number of ties affected by tie plate icing and the vertical displacement of the rail above the tie plate. The largest observed gage widening was 0.38″ when five consecutive ties simulated tie plate icing and missing field-side rail spikes. Furthermore, an increase in shim thickness from ¼″ to ½″ resulted in an additional 0.19″ gage widening. The track panel test results were used to validate an FE model, which was then employed to simulate more severe conditions. The model confirmed that while tie plate icing alone did not exceed 1″ of gage widening under a 4-kip load, additional factors, such as missing spikes and degraded ties, significantly increased gage widening beyond safe limits. The study concludes with recommendations for tie plate icing mitigation, including enhanced track inspections, addressing high and missing spikes before winter, and improving ballast drainage. The findings provide valuable insights for railroads to proactively manage tie plate icing and enhance track safety in cold-weather environments.
dc.description.abstract-fosrctranslation - fr
Le givrage des selles de rail, aussi connu comme le soulèvement par la glace (nommé en anglais « ice jacking »), est un phénomène ferroviaire par temps froid qui se caractérise par l'accumulation de glace et/ou de neige entre la selle et la base du rail. Ce problème pose des risques importants pour la sécurité dans les climats froids et a entraîné des déraillements dans le passé. La phase II de cette recherche visait à étudier davantage les causes profondes du givrage des selles de rail au moyen d'une approche exhaustive, y compris une enquête de l'industrie ferroviaire, un essai d’une longueur montée et une modélisation par éléments finis (EF). L'étude a été menée entre décembre 2022 et juin 2023. Une enquête sur les chemins de fer a été distribué aux membres du Comité consultatif de recherche sur les chemins de fer, aux chemins de fer de classe I, aux chemins de fer régionaux et aux chemins de fer d'intérêt local, et a reçu 11 réponses. Parmi eux, neuf répondants ont confirmé avoir constaté du givrage des selles de rail sur leur territoire. L'enquête a permis de documenter les problèmes de voie causés par le givrage des selles de rail, les secteurs préoccupants, les méthodes d'identification et les stratégies d'assainissement. Les constatations indiquent que le givrage des selles de traverse peut se produire n'importe où le long de la voie, l'inspection visuelle et l’enlèvement manuel étant les principales méthodes d'identification et d'atténuation. Afin d'étudier davantage les effets du givrage des selles de rail, une longueur montée de 32 traverses a été construite pour simuler le phénomène dans des conditions contrôlées. Des cales d'acier de différentes épaisseurs (1/4 po et 1/2 po) ont été utilisées pour reproduire différentes sévérités de givrage des selles de rail. Les résultats des essais de la longueur montée ont montré que la résistance de l'écartement de la voie était fortement corrélée avec le nombre de traverses touchées par le givrage des selles de rail et le déplacement vertical du rail au-dessus de la selle. L'élargissement le plus important de l'écartement observé a été de 0,38 po lorsque cinq traverses consécutives ont simulé le givrage de la selle de rail et l'absence de crampons du côté extérieur. De plus, une augmentation de l'épaisseur de la cale de 1/4 po à 1/2 po a entraîné un élargissement supplémentaire de l'écartement de 0,19 po. Les résultats des essais sur une longueur montée ont été utilisés pour valider un modèle d’EF, qui a ensuite été utilisé pour simuler des conditions plus sévères. Le modèle a confirmé que même si le givrage de la selle à lui seul ne dépassait pas 1 po d'élargissement de l'écartement sous une charge de 4 kips, d'autres facteurs, comme des crampons manquants et des traverses dégradées, augmentaient considérablement l'élargissement de l'écartement au-delà des limites de sécurité. L'étude se termine par des recommandations pour l'atténuation du givrage des selles de rail, y compris des inspections améliorées de la voie, la correction des crampons hauts et manquants avant l'hiver et l'amélioration du drainage du ballast. Les résultats fournissent des renseignements fort utiles pour les chemins de fer à gérer de manière proactive le givrage des selles de rail et améliorer la sécurité des voies par temps froid.
dc.description.fosrcfull - en
Tie plate icing (or ice jacking) is a cold weather railway phenomenon which causes a safety risk to railways in cold climates. This report investigated the tie plate icing/ice jacking issue using a railroad survey, a track panel test, and a numerical simulation.
dc.description.fosrcfull-fosrctranslation - fr
Le givrage des selles de rail (ou soulèvement par la glace, « ice jacking ») est un phénomène ferroviaire par temps froid qui pose un risque pour la sécurité des chemins de fer dans les climats froids. Le présent rapport a porté sur le problème du givrage des selles et du soulèvement par la glace à l'aide d'une enquête ferroviaire, d'un essai d’une longueur montée et d'une simulation numérique.
dc.identifier.citation
Gao, Y. (2023). Investigation of Tie Plate Icing/Ice Jacking: Phase II. P-23-019. MxV Rail (Formerly TTCI), Association of American Railroads.
dc.identifier.govdoc
1TJC06XY54SB-1102879366-1898
dc.identifier.other
P-23-019
dc.identifier.uri
https://open-science.canada.ca/handle/123456789/3547
dc.language.iso
en
dc.publisher - en
MxV Rail (Formerly TTCI), Association of American Railroads
dc.relation.isrelatedto
Investigation of Tie Plate Icing/Ice Jacking
dc.rights - en
Open Government Licence - Canada
dc.rights - fr
Licence du gouvernement ouvert - Canada
dc.rights.uri - en
https://open.canada.ca/en/open-government-licence-canada
dc.rights.uri - fr
https://ouvert.canada.ca/fr/licence-du-gouvernement-ouvert-canada
dc.subject - en
Rail transport
Railway safety
Climate change
dc.subject - fr
Transport ferroviaire
Sécurité ferroviaire
Changement climatique
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Rail transport
Railway safety
Climate change
dc.subject.fr - fr
Transport ferroviaire
Sécurité ferroviaire
Changement climatique
dc.title - en
Investigation of Tie Plate Icing / Ice Jacking: Phase II
dc.title.alternative - fr
Enquête sur le givrage des selles de rail / le soulèvement par la glace («ice jacking») : Phase II
dc.type - en
Consultant report
dc.type - fr
Rapport de consultant
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1-25
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Examen interne
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1TJC06XY54SB-1102879366-1898
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