mirtrМир транспортаWorld of Transport and Transportation1992-3252Russian University of Transport (RUT)10.30932/1992-3252-2023-21-6-9mirtr-2616Research ArticleНАУКА И ТЕХНИКАSCIENCE AND ENGINEERINGМоделирование динамического воздействия высокоскоростного подвижного состава на заглубленные сооружения тоннельного типаSimulation of the Dynamic Impact of High-Speed Rolling Stock on Buried Structures of the Tunnel TypeВатаевА. С.VataevA. S.

Ватаев Андрей Сергеевич – кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники и теплоэнергетики 

Санкт-Петербург

Vataev, Andrey S., Ph.D. (Eng), Associate Professor at the Department of Electrical Engineering and Heat Power Engineering 

St. Petersburg

avataev@yandex.ruВатулинЯ. С.VatulinYa. S.

Ватулин Ян Семенович – кандидат технических наук, доцент кафедры наземных транспортно-технологических комплексов 

Санкт-Петербург

Vatulin, Yan S., Ph.D. (Eng), Associate Professor at the Department of Ground Transportation and Technological Systems 

St. Petersburg

yan-roos@yandex.ruКавказскийВ. Н.KavkazskyV. N.

Кавказский Владимир Николаевич – кандидат технических наук, доцент кафедры тоннелей и метрополитенов 

Санкт-Петербург

Kavkazsky, Vladimir N., Ph.D. (Eng), Associate Professor at the Department of Tunnels and Metro  

St. Petersburg

Kavkazskiy_vn@mail.ruПетербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра IРоссияEmperor Alexander I St. Petersburg State Transport UniversityRussian Federation2023160820242167284Copyright © Ватаев А.С., Ватулин Я.С., Кавказский В.Н., 20242024Ватаев А.С., Ватулин Я.С., Кавказский В.Н.Vataev A.S., Vatulin Y.S., Kavkazsky V.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mirtr.elpub.ru/jour/article/view/2616

В статье рассматривается задача оценки степени влияния вибрационного воздействия высокоскоростного подвижного состава на несущие элементы заглубленного водопропускного сооружения тоннельного типа. В частности, рассмотрен процесс формирования направленного импульса механических колебаний, излучаемого рельсошпальной решеткой под воздействием движущейся, динамической нагрузки, с наличием двукратного фазового перехода между слоями грунта с различными физико-механическими свойствами. Численное моделирование осуществлено в среде Comsol в нестационарной постановке с построением систем дифференциальных уравнений движения и последующим решением с применением метода конечных элементов. Установлен волновой характер распределения деформаций и ускорений в толще грунта, с тенденцией резкого снижения интенсивности энергетических процессов в пределах глубин заложения 5–7 м. Для коллекторов значительной толщины обделки характерна работа конструкции коллектора преимущественно на изгиб, для конструкции с меньшей толщиной стенки и большим диаметром тоннеля характерны высокие продольные и вертикальные нагрузки.

The article considers the problem of assessing the rate of influence of the vibrational impact of high-speed rolling stock on the bearing elements of a tunnel-type buried culvert. In particular, it studies the process of formation of a directed impulse of mechanical vibrations emitted by a rail-sleeper grid under the influence of a moving, dynamic load, with the presence of a twofold phase transition between soil layers with different physical and mechanical properties. Numerical simulation was carried out in the Comsol environment in a non-stationary formulation with construction of systems of differential equations of motion and their subsequent solution using the finite element method. The study has found the wave nature of distribution of deformations and accelerations in the soil thickness with a tendency to a sharp decrease in the intensity of energy processes within the depths of 5–7 m. For sewers of considerable thickness of the lining, the structure is mostly subject to bending, while a structure with a smaller wall thickness and a larger diameter of the tunnel is subject to high longitudinal and vertical loads.

железнодорожный транспортсооружения тоннельного типанапряженно-деформированное состояниединамическое исследованиераспределение модальных (эффективных) долей массы конструкцииrailwaystunnel-type structuresstress-strain statedynamic studydistribution of modal (effective) mass fractions of the structureReferencesЧемезов Д. А. Гармонический анализ статически неопределимой рамы // Молодой ученый. – 2014. – № 12 (71). – С. 122–127. [Электронный ресурс]: https://moluch.ru/archive/71/12203. Доступ 14.03.2023.Chemezov, D. A. Harmonic analysis of a statically indeterminate frame [Garmonicheskiy analiz strategicheski neopredelimoi ramy]. Molodoi ucheniy, 2014, Iss. 12 (71), pp. 122–127. [Electronic resource]: https://moluch.ru/archive/71/12203. Last accessed 14.03.2023.Вериго М. Ф., Коган А. Я. Взаимодействие пути и подвижного состава / Под ред. М. Ф. Вериго. – М.: Транспорт, 1986. – 559 с. [Электронный ресурс]: https://lokomo.ru/zheleznodorozhnyy-put/vzaimodeystvieputi-i-sostava.html. Доступ 14.03.2023.Verigo, M. F., Kogan, A.Ya. Interaction of track and rolling stock [Vzaimodeistvie puti i podvizhnogo sostava]. Ed. by M. F. Verigo. Moscow, Transport publ., 1986, 559 p. [Electronic resource]: https://lokomo.ru/zheleznodorozhnyyput/vzaimodeystvie-puti-i-sostava.html. Last accessed 14.03.2023.Власов Г. М., Широков Ю. М., Яшнов А. Н. Методика и некоторые результаты экспериментальных исследований работы плиты балластного корыта железобетонных пролетных строений // Повышение надежности и эффективности работы ж. д. транспорта. Тезисы докладов. – Новосибирск: Новосибирский институт инженеров железнодорожного транспорта, 1988. – С. 5–11.Vlasov, G. M., Shirokov, Yu. M., Yashnov, A. N. Methodology and some results of experimental studies of the work of the slab of the ballast container of reinforced concrete span structures [Metodika i nekotorie rezultaty eksperimentalnykh issledovanii raboty plity ballastnogo koryta zhelezobetonnykh proletnykh stroenii]. Improving reliability and efficiency of railway transport. Abstracts of reports. Novosibirsk, Novosibirsk Institute of Railway Engineers, 1988, pp. 5–11.Чернышев М. А. Практические методы расчета пути. – М.: Транспорт, 1967. – 235 с. [Электронный ресурс]: https://rusneb.ru/catalog/000200_000018_rc_4792595/. Доступ 14.03.2023.Chernyshev, M. A. Practical methods for track calculation [Prakticheskie metody rascheta puti]. Moscow, Transport publ., 1967, 235 p. [Electronic resource]: https://rusneb.ru/catalog/000200_000018_rc_4792595/. Last accessed 14.03.2023.Шахунянц Г. М. Железнодорожный путь. – М.: Транспорт, 1987. – 479 с. [Электронный ресурс]: https://vtome.ru/knigi/tehnika/453305‑zheleznodorozhnyjput‑1987.html. Доступ 14.03.2023.Shakhunyants, G.M.Railway track [Zheleznodorozhniy put]. Moscow, Transport publ., 1987, 479 p. [Electronic resource]: https://vtome.ru/knigi/tehnika/453305‑zheleznodorozhnyj-put‑1987.html. Last accessed 14.03.2023.Попов С. Н. Балластный слой железнодорожного пути. – М.: Транспорт, 1965. – 183 с. [Электронный ресурс]: https://www.fractr.one/file/1469391/. Доступ 14.03.2023.Popov, S. N.Ballast layer of a railway track [Ballastniy sloi zheleznodorozhnogo puti]. Moscow, Transport publ., 1965, 183 p. [Electronic resource]: https://www.fractr.one/file/1469391/.Last accessed 14.03.2023.Лайрд Д. Конечно-элементный анализ для всех. – Часть 2. [Электронный ресурс]: http://sapr.ru/article/21944. Доступ 14.03.2023.Laird, G. Finite element analysis for everyone. Part 2. Translated in Russian [Electronic resource]: http://sapr.ru/article/21944. Last accessed 14.03.2023.Feng, H. 3D models of Railway Track for Dynamic Analysis. Master Degree Project. Stockholm, 2011. [Электронный ресурс]: http://kth.diva-portal.org/smash/get/diva2:467217/FULLTEXT01.pdf. Доступ 14.03.2023.Feng, Huan. 3D models of Railway Track for Dynamic Analysis. Master Degree Project. Stockholm, 2011. [Electronic resource]: http://kth.diva-portal.org/smash/get/diva2:467217/FULLTEXT01.pdf. Last accessed 14.03.2023.Даренский А. Н., Витольберг В. Г. Сопротивление промежуточных скреплений КБ и КПП‑5 перемещениям рельсов в продольной плоскости // Сб. научных трудов ДонИЖТ. – 2008. – № 14. – С. 142–152. [Электронный ресурс]: https://cyberleninka.ru/article/n/soprotivlenie-promezhutochnyh-skrepleniy-kb-ikpp‑5‑peremescheniyam-relsov-v-prodolnoy-ploskosti/viewer. Доступ 14.03.2023..Darensky, A. N., Vitolberg, V G. Resistance of intermediate fasteners KB and KPP‑5 to rail displacements in the longitudinal plane [Soprotivlenie promezhutochnykh skreplenii KB i KPP‑5 peremeshcheniyam relsov v prodolnoi ploskosti]. In: Collection of scientific works of DonIZhT, 2008, Iss. 14, pp. 142–152. [Electronic resource]: https://cyberleninka.ru/article/n/soprotivleniepromezhutochnyh-skrepleniy-kb-i-kpp‑5‑peremescheniyamrelsov-v-prodolnoy-ploskosti/viewer. Last accessed 14.03.2023. Здесь эта статья есть…Находятся похожие, но не эта.Ефимов С. В. Лабораторные исследования работы продольных бортов плиты балластного корыта железобетонных пролетных строений с ездой на балласте на действие горизонтальной нагрузки // Транспорт: наука, образование, производство (Транспорт‑2016). – Ростовна-Дону: РГУПС, 2016. – С. 44–48. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=28342638. Доступ 14.03.2023.Efimov, S. V. Laboratory testing of longitudinal boards of ballast containers plate of reinforced concrete superstructure with riding on the ballast on the effect of horizontal load. In: Transport: science, education, production (Transport‑2016). Rostov-on-Don, RGUPS publ., 2016, pp. 44–48. [Electronic resource]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=28342638. Last accessed 14.03.2023.De Corte, W., Van Bogaert, Ph.The use of continuous high-frequency strain gauge measurements for the assessment of the role of ballast in stress reduction on steel railway bridge decks. Insight – Non-Destructive Testing and Condition Monitoring, 2006, Vol. 48, No. 6, pp. 352–356. DOI: 10.1784/insi.2006.48.6.352.De Corte, W., Van Bogaert, Ph. The use of continuous high-frequency strain gauge measurements for the assessment of the role of ballast in stress reduction on steel railway bridge decks. Insight – Non-Destructive Testing and Condition Monitoring, 2006, Vol. 48, No. 6, pp. 352–356. DOI: 10.1784/insi.2006.48.6.352.Suiker, A. S. J. The Mechanical Behaviour of Ballasted Railway Tracks. Delft University Press, 2002, 236 p. ISBN 90-407-2307-9.Suiker, A. S. J. The Mechanical Behaviour of Ballasted Railway Tracks. Delft University Press, 2002, 236 p. ISBN 90-407-2307-9.Омаров А. Д., Нусупбеков С. И. Оценка надежности рельсовых скреплений // Вестник Национальной инженерной академии РК. – 2008. – № 2 (28). С. 93–97. [Электронный ресурс]: http://www.elibrary.kz/download/zhurnal_st/st2049.pdf. Доступ 14.03.2023.Omarov, A. D., Nusupbekov, S. I. Evaluation of reliability of rail fastenings [Otsenka nadezhnosti relsovykh skreplenii]. Vestnik Natsionalnoi inzhenernoi akademii RK, 2008, Iss. 2 (28), pp. 93–97. [Electronic resource]: http://www.elibrary.kz/download/zhurnal_st/st2049.pdf. Last accessed 14.03.2023.Bonifacio, C., Ribeiro, D., Calcada, R., Delgado, R. Dynamic Behaviour of a Short Span Filler-Beam Railway Bridge under High Speed Traffic. In: J. Pombo, (Editor), Proceedings of the Second International Conference on Railway Technology: Research, Development and Maintenance, Civil-Comp Press, Stirlingshire, UK, Paper 79, 2014. DOI: 10.4203/ccp.104.79.Bonifacio, C., Ribeiro, D., Calcada, R., Delgado, R. Dynamic Behaviour of a Short Span Filler-Beam Railway Bridge under High Speed Traffic. In: J. Pombo, (Editor), Proceedings of the Second International Conference on Railway Technology: Research, Development and Maintenance, Civil-Comp Press, Stirlingshire, UK, Paper 79, 2014. DOI: 10.4203/ccp.104.79.Shih, Jou-Yi, Thompson, D., Zervos, A.Assessment of track-ground coupled vibration induced by high-speed trains. In: The 21st International Congress on Sound and Vibration, 13–17 July 2014, Beijing, China. [Электронный ресурс]: http://eprints.hud.ac.uk/id/eprint/29165. Доступ 14.03.2023.Shih, Jou-Yi, Thompson, D., Zervos, A.Assessment of track-ground coupled vibration induced by high-speed trains. In: The 21st International Congress on Sound and Vibration, 13–17 July 2014, Beijing, China. [Electronic resource]: http://eprints.hud.ac.uk/id/eprint/29165/. Last accessed 14.03.2023.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.