Влияние анизотропных свойств верхнего строения железнодорожного пути на параметры динамической осадки предмостовых участков

На сетях железных дорог эксплуатируется большое число искусственных сооружений, мостов, путепроводов, труб, лотков. Искусственные сооружения рассчитаны на длительные сроки эксплуатации, в ходе которой они нуждаются в капитальном ремонте или реконструкции с применением современных материалов и технологий. В современных условиях развития железных дорог происходит рост осевых нагрузок и скоростей движения, что повышает актуальность решения задач, связанных с динамическим воздействием поездов на искусственные сооружения и земляное полотно. В силу специфики строительства и содержания участков железнодорожного пути на подходах к мостовым сооружениям связанная с ними проблематика требует отдельного рассмотрения.
Исследование, результаты которого приведены в статье, было посвящено влиянию анизотропии верхнего строения пути на параметры динамической осадки предмостовых участков переходной жёсткости, устроенных с применением бездонных коробов.
В проведённом исследовании железнодорожный путь в пределах переходного участка предлагается моделировать в виде набора плоских элементов постоянной толщины, каждый из которых представлен анизотропной пластиной, опирающейся на деформируемое основание со своими параметрами деформативности. Показано, что, задавая граничные условия для отдельных фрагментов конструкции пути и варьируя коэффициенты анизотропии, определяющие соотношения её механических характеристик в разных направлениях, можно подобрать требуемые параметры жёсткости железнодорожного пути в пределах предмостового участка, что позволяет в дальнейших исследованиях перейти к рассмотрению конструктивных особенностей проектирования и устройства данных конструкций.

1. Серебряков Д. В., Конон А. А., Ганчиц В. В. Исследование колебательных процессов в земляном полотне на участках сопряжения с мостами // Путь и путевое хозяйство. – 2017. – № 9. – С. 9–11. [Электронный ресурс]: https://elibrary.ru/item.asp?id=30026800. EDN: ZHBZLF [ограниченный доступ].

2. Иванова К. И., Колос А. Ф., Ван Кситонг. Упругие характеристики подрельсового основания безбалластного железнодорожного пути // Транспорт БРИКС. – 2023. – Т.2. – № 1. – С.1–7. DOI: 10.46684/2023.1.4.

3. Джоунс К. Д. Сооружения из армированного грунта. Пер. с англ. В. С. Забавина / Под ред. В. Г. Мельника. – М.: Стройиздат, 1989. – 281 с. ISBN 5-274-00475-X.

4. Recommendations for Design and Analysis of Earth Structures using Geosynthetic Reinforcements – EBGEO. German Geotechnical Society, Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin, Germany, 2011 (first published 09.01.2012). Print ISBN:9783433029831. DOI:10.1002/9783433600931 [частично ограниченный доступ].

5. Ольховская Е. В., Серебряков Д. В. Конструкции переходного пути на подходах к искусственным сооружениям на скоростных и высокоскоростных железнодорожных магистралях // Сб. трудов LXXXII Всероссийской научно-техн. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, в двух томах. Том 1. – Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I (Санкт-Петербург), 2022. – С.47–50. [Электронный ресурс]: https://elibrary.ru/dmmclz [метаданные].

6. Меренченко К. В. Новые подходы к проектированию пути в зоне сопряжения земляного полотна и искусственного сооружения / Транспортное строительство. 2014. – № 6. – С. 7–9. [Электронный ресурс]: https://elibrary.ru/item.asp?id=21673959 [метаданные].

7. Fischer, S. Investigation of the Horizontal Track Geometry regarding Geogrid Reinforcement under Ballast. Acta Polytechnica Hungarica, 2022, Vol. 19, Iss. 3, pp. 89–101. DOI:10.12700/APH.19.3.2022.3.8.

8. Алтынников Д. С. Сравнительный анализ конструкций для усиления участков переменной жесткости на подходах к искусственным сооружениям на железных дорогах // Проектирование развития региональной сети железных дорог. – 2017. – № 5. – С.32–39. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30586243. EDN: ZTIHFP. Доступ 26.05.2023.

9. Новые конструкции переходных участков с насыпи на мост. Документ Р 760/4 (дата вступления в силу 21.10.2016). Организация сотрудничества железных дорог (ОСЖД), 35 с. [Электронный ресурс]: https://osjd.org/api/media/resources/11613. Доступ 26.05.2023.

10. Федоренко Е. Расчёты осадки, устойчивости и стабильности земляного полотна с геосинтетическими материалами путем численного моделирования // Инженерная защита. – 2014. – № 3 (3). – С. 34–38. [Электронный ресурс]: https://elibrary.ru/item.asp?id=23144482. Доступ 26.05.2023.

11. Апшикур Б., Ипалаков Т. Т., Касымов Д. К. Расчёт напряженно-деформированного состояния земляного полотна, усиленного геосинтетическми материалами // Вестник Восточно-Казахстанского государственного технического университета им. Д. Серикбаева. – 2019. – № 2. – С.18–26. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44348774. EDN: PRKKOA. Доступ 26.05.2023.

12. Дружинина О. В., Локтев А. А., Ванюшаник И. С., Федорова С. В., Климова Д. В. Обобщенные спектры реакций для проектирования мостовых переходов транспортной инфраструктуры // В сб.: Системы управления, сложные системы: моделирование, устойчивость, стабилизация, интеллектуальные технологии. Материалы VII Международной научно-практ. конференции. – Елец, 2021. – С.329–334. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46685164 [метаданные; полный текст сборника]. Доступ 26.05.2023.

13. Локтев А. А., Сычева А. В., Сычев В. П. Решение задачи равенства деформаций вязких и упругих элементов подрельсового основания железнодорожного пути // Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство. – 2022. – Т. 18. – С. 62–71. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=50120155. Доступ 26.05.2023.

14. Loktev A. A. Dynamic contact of a spherical indenter and a prestressed orthotropic Uflyand-Mindlin plate. Acta Mechanica. 2011, Vol. 222, art. 17. DOI:10.1007/s00707-011-0517-8 [ограниченный доступ].

15. Сычёва А. В., Локтев А. А., Сычёв В. П. Управление жёсткостью пути на переходных участках // Путь и путевое хозяйство. – 2021. – № 2. – С.16–20. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44717335. EDN: BDXXXI [ограниченный доступ].

16. Джанмулдаев Б. Д., Локтев А. А., Аленов К. Т., Фазилова З. Т. Поперечные колебания секции плиты в основании безбалластного пути // Мир транспорта. – 2019. – Т. 17. – № 2 (81). – С. 72–78. DOI:10.30932/1992-3252-2019-17-2-72-78.

17. Виноградов В. В., Локтев А. А., Фазилова З. Т. Математическое моделирование участков переменной жёсткости перед искусственными сооружениями // Мир транспорта. – 2018. – Т. 16. – № 3. – С. 72–85. DOI:10.30932/1992-3252-2018-16-3-7.

18. Ашпиз Е. С., Замуховский А. В., Шмаков А. П., Салмин А. О., Кузнецова А. В. Исследование армирования защитного слоя плоской георешеткой // В сб.: Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути. Труды XIV Международной научно-технической конференции. Чтения, посвященные памяти профессора Г. М. Шахунянца. – 2017. – С. 112–115. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=xpqqxj [метаданные; полный текст сборника]. Доступ 26.05.2023.

19. Danyang Ji, Zheng Ma, Junjie Zhou, Yajun Li, Shuai Shao. A Coupled Discrete-Finite Element Method for Shear Strength Analysis of Geogrid-Reinforced Railway Ballast. Advances in Materials Science and Engineering, 2021, art. ID 3685709. DOI: https://doi.org/10.1155/2021/3685709.

20. Шапран В. В. Проектирование и реконструкция участков пути с переменной жесткостью // Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство. – 2013. – Т.6. – № 6 (6). – С. 124–131. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=27034714. EDN: WTPPUX. Доступ 26.05.2023.

21. Марочка В. В., Бобошко С. Г., Тютькин А. Л. Натурные испытания участков с переходным показателем жесткости на подходах к железнодорожным мостам // В сб. Политранспортные системы. Материалы XI Международной научно-техн. конференции. – Новосибирск, 2020. – С.59–63. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44896409&pff=1. EDN: VPUORU [метаданные; полный текст сборника]. Доступ 26.05.2023.

22. Loktev A. A., Fazilova Z. T., Zaytsev A. A., Borisova N. L. Analytical Modeling o the Dynamic Behavior of the Railway Track on Areas of Variable Stiffness. In: Transportation Soil Engineering in Cold Regions, Vol. 1. Proceedings of TRANSOILCOLD 2019 (Part of the Lecture Notes in Civil Engineering Book series, Vol. 49), 2020, Vol. 1. pp. 165–172. DOI:10.1007/978-981-15-0450-1_17 [ограниченный доступ].

23. Илларионова Л. А., Локтев А. А., Боков С. С. Динамическое воздействие экипажа на вязко-упругую плиту основания городского транспорта // Наука и техника транспорта. – 2023. – № 1.– С. 52–56. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=chmokl. EDN: CHMOKL. Доступ 26.05.2023.

24. Локтев А. А., Сычева А. В., Сычев В. П. Обоснование эффекта притормаживания упругой волны от воздействия колес подвижного состава на рельс с локализацией волны в зоне дефекта железнодорожного пути // Наука и техника транспорта. – 2022. – № 3. – С.25–30. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=49518278. EDN: ZXFZPY. Доступ 26.05.2023.

25. Илларионова Л. А., Локтев А. А. Анизотропные конструкции при строительстве и ремонте железнодорожной инфраструктуры. Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство. – 2021. – Т. 17.– № 17. – С. 55–60. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=45795349. EDN: KSSAYK. Доступ 26.05.2023.

26. Коган А. Я. Динамика пути и его взаимодействие с подвижным составом. – М.: Транспорт, 1997 – 326 с. ISBN 5-277-02025-X.

27. Смирнов В. Н., Шестакова Е. Б., Чижов С. В., Антонюк А. А., Ледяев А. П., Индейкин А. В., Евтюков С. А. Динамическое взаимодействие высокоскоростных поездов с пролетными строениями и гибкими опорами Инженерно-строительный журнал. – 2017. – № 8 (76). – С. 115–129. DOI: 10.18720/MCE.76.11.

28. Chattopadhyay, S. Permanent indentation effects on the impact response of elastic plates. Journal of the Acoustical Society of America. 1987, Vol. 82, Iss. 2, pp. 493–497. DOI: https://doi.org/10.1121/1.395450 [ограниченный доступ].

29. Loktev A. A., Gridasova E. A., Zapol’nova E. V. Simulation of the railway under dynamic loading. Part 1. Ray method for dynamic problem. Contemporary Engineering Sciences. 2015, 8 (17–20), pp. 799–807. DOI:10.12988/CES.2015.57204.

30. Loktev, A., Sychev, V., Gridasova, E., Stepanov, R. Mathematical Modeling of Railway Track Structure under Changing Rigidity Parameters. Chapter in: Nonlinearity. Problems, Solutions and Applications. [Eds.]: Uvarova, L. A., Nadykto, A. B., Latyshev, A. V. Series: Theoretical and Applied Mathematics, 2017, Vol. 1, pp. 291–307. [Электронный ресурс]: https://novapublishers.com/shop/nonlinearity-problems-solutions-and-applications-volume‑1/ [ограниченный доступ].