vestnikvniizhtВестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВЕСТНИК ВНИИЖТ)RUSSIAN RAILWAY SCIENCE JOURNAL2223-97312713-2560Joint Stock Company "Railway Research Institute"10.21780/2223-9731-2019-78-3-183-187vestnikvniizht-316Research ArticleДругоеMiscellaneousОценка срока службы безбалластной конструкции путиService life evaluation of ballastless track constructionМихайловС. В.MikhaylovS. V.

Михайлов Сергей Владимирович, бизнес-аналитик, Центр математического моделирования, Москва, 129626, Россия

Sergey V. Mikhaylov, Business Analyst, Center for Mathematical Modeling, Moscow, 129626, Russia

mikhailov.sergey@vniizht.ruАкционерное общество «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (АО «ВНИИЖТ»)РоссияJoint Stock Company “Railway Research Institute” (JSC “VNIIZhT”)Russian Federation201927072019783183187Copyright © Михайлов С.В., 20192019Михайлов С.В.Mikhaylov S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-vniizht.ru/jour/article/view/316

Приводится метод расчета срока службы безбалластной конструкции пути с использованием модели колебаний пути как трехслойной балки, лежащей на модифицированном основании Винклера. Применение данной модели обусловлено необходимостью проведения расчета для несущей бетонной плиты, разрушения в которой являются основной причиной выхода из строя безбалластной конструкции пути. Проведена оценка срока службы безбалластной конструкции пути для различных условий эксплуатации и представлено сравнение этих данных с результатами, полученными при помощи метода с использованием модели однослойной балки. Построены графики зависимости срока службы безбалластной конструкции пути от нагрузок на ось, скорости движения экипажей и грузонапряженности на линии. Сделаны выводы о применимости модели однослойной балки для оценки срока службы безбалластной конструкции пути в текущих условиях эксплуатации и целесообразности использования предложенного в статье способа для перспективных условий высокоскоростного и тяжеловесного движения.

The article presents method for calculating service life of ballastless track structure using the track oscillation model as a structure containing three infinitely long beams, the lower of which lies on the modified Winkler base, and the upper and middle are based on elastic layers, mainly having the characteristics of Winkler. The use of this model is due to the need to carry out calculation for bearing concrete slab, the destruction of which is the main reason for the failure of the ballastless track structure. First part of the article presents model for calculating service life of a ballastless structure. When calculating the damage index, which takes the stresses in the bearing concrete slab, to estimate the vertical dynamic forces acting on the track, it is proposed to use a frequency response that determines the dynamic system with input on the track unevenness and output on the dynamic force at the wheel and rail contact in the model oscillations of the track as a three-layer beam. Second part presents estimates of the service life of ballastless structure for various operating conditions and their comparison with the results obtained using the practice method with the single-beam model. Graphs were plotted for the service life of the ballastless track structure on axle loads, the speed of the carriages and the load capacity on the line. Results show the applicability of the single-layer beam model for estimating the service life of the ballastless track structure in the current operating conditions; however, for the promising conditions of high-speed and heavy traffic, it is advisable to use a three-layer model.

вертикальные динамические силыспектральная плотностьпрогибынапряжениясрок службымоделированиемодель трехслойной балкибезбалластные конструкции путиReferencesСтратегия развития холдинга «РЖД» на период до 2030 года [Электронный ресурс]. URL: http://doc.rzd.ru/doc/public/ru%3FSTRUCTURE_ID%3D704%26layer_id%3D5104%26id%3D6396 (дата обращения: 22.12.2018 г.).Development strategy of the Russian Railways holding for the period up to 2030. URL: http://doc.rzd.ru/doc/public/ru%3FSTRUCTURE_ID%3D704%26layer_id%3D5104%26id%3D6396 (retrieved on 22.12.2018) (in Russ.)Мишарин А. С. Генеральная схема — основа устойчивого развития железнодорожного транспорта // Железнодорожный транспорт. 2016. № 5. С. 11 – 14.Misharin A. S. General'naya skhema — osnova ustoychivogo razvitiya zheleznodorozhnogo transporta [General scheme — the basis of sustainable development of railway transport]. Zheleznodorozhnyy transport, 2016, no. 5, pp. 11 – 14.Пехтерев Ф. С. С учетом прогнозов социально-экономического развития страны // Железнодорожный транспорт. 2016. № 5. С. 15 – 19.Pekhterev F. S. S uchetom prognozov sotsial'no-ekonomicheskogo razvitiya strany [Taking into account the forecasts of the socio-economic development of the country]. Zheleznodorozhnyy transport, 2016, no. 5, pp. 15 – 19.Гапанович В. А. Вопросы взаимодействия подвижного состава и инфраструктуры при тяжеловесном движении // Железнодорожный транспорт. 2016. № 10. С. 10 – 15.Gapanovich V. A. Voprosy vzaimodeystviya podvizhnogo sostava i infrastruktury pri tyazhelovesnom dvizhenii [Issues of in teraction between rolling stock and infrastructure during heavy haul traffic]. Zheleznodorozhnyy transport, 2016, no. 10, pp. 10 – 15.Петрушенко Г. В. Высокоскоростное движение — шаг в будущее России // Экономика железных дорог. 2015. № 10. С. 28 – 34.Petrushenko G. V. Vysokoskorostnoe dvizhenie — shag v budushchee Rossii [High-speed traffic — a step into the future of Russia]. Ekonomika zheleznykh dorog, 2015, no. 10, pp. 28 – 34.Giannakos K. Requirements of tomorrow’s rail transport infrastructure // Vossloh AG. 2nd traffic & transportation conference, OSE. Sep. 2004. URL: https://ru.scribd.com/document/46196673/OSE-Speech (дата обращения: 25.12.2018 г.).Giannakos K. Requirements of tomorrow’s rail transport infrastructure. Vossloh AG, 2nd traffic & transportation conference, OSE, Sep. 2004. URL: https://ru.scribd.com/document/46196673/OSE-Speech (retrieved on 25.12.2018).Bilow D. N. Slab track for the next 100 years / Portland Cement Association. Skokie. URL: https://ru.scribd.com/document/97772685/00047 (дата обращения: 27.12.2018 г.).Bilow D. N. Slab track for the next 100 years. Portland Cement Association, Skokie. URL: https://ru.scribd.com/document/97772685/ 00047 (retrieved on 27.12.2018).Michas G. Slab Track Systems for High-Speed Railways, Division of Highway and Railway Engineering / Royal Institute of Technology. Department of Transport Science. School of Architecture and the Built Environment. Stockholm, 2012. P. 40 – 43. URL: https://ru.scribd.com/document/222835090/Slab-Track-Design (дата обращения: 07.01.2019 г.).Michas G. Slab Track Systems for High-Speed Railways, Division of Highway and Railway Engineering. Royal Institute of Technology. Department of Transport Science, School of Architecture and the Built Environment. Stockholm, 2012, pp. 40 – 43. URL: https://ru.scribd.com/document/222835090/Slab-Track-Design (retrieved on 07.01.2019).Малозатратный безбалластный путь // Железные дороги мира. 2014. № 1. С. 64 – 66. URL: http://www.zdmira.com/arhiv/2014/zdm-2014-no-1 (дата обращения: 09.01.2019 г.).Malozatratnyy bezballastnyy put' [Low-cost ballastless track]. Zheleznye dorogi mira [Railways of the world], 2014, no. 1, pp. 64 – 66. URL: http://www.zdmira.com/arhiv/2014/zdm-2014-no-1 (retrieved on 09.01.2019).Савин А. В., Разува ев А. Д. Сферы применения безбалластного пути // Техника железных дорог. 2016. № 3. С. 32 – 41.Savin A. V., Razuvaev A. D. Sfery primeneniya bezballastnogo puti [Scope of application of ballastless track]. Tekhnika zheleznykh dorog [Railway engineering], 2016, no. 3, pp. 32 – 41.Савин А. В. Безбалластный путь. М.: РАС, 2017. 192 с.Savin A. V. Bezballastnyy put' [Ballastless track]. Moscow, RAS Publ., 2017, 192 p.Разуваев А. Д., Ципин П. Е. Оценка экономической эффективности строительства безбалластного пути на эстакадах // Экономика железных дорог. 2016. № 2. С. 81 – 85.Razuvaev A. D., Tsipin P. E. Otsenka ekonomicheskoy effektivnosti stroitel'stva bezballastnogo puti na estakadakh [Evaluation of the economic efficiency of the construction of ballastless track on flyovers]. Ekonomika zheleznykh dorog, 2016, no. 2, pp. 81 – 85.Коган А. Я., Савин А. Д. Методика определения расчетного срока службы безбалластного пути // Вестник ВНИИЖТ. 2017. Т. 76. № 1. С. 3 – 9. DOI: http://dx.doi.org/10.21780/2223-9731-2017-76-1-3-9.Kogan A. Ya., Savin A. D. Metodika opredeleniya raschetnogo sroka sluzhby bezballastnogo puti [Method for determining design life of ballastless way]. Vestnik VNIIZhT [Vestnik of the Railway Research Institute], 2017, Vol. 76, no. 1, pp. 3 – 9. DOI: http://dx.doi.org/10.21780/2223-9731-2017-76-1-3-9.Савин А. В. Итоги испытаний безбалластного пути // Техника железных дорог. 2017. № 1. С. 26 – 31.Savin A. V. Itogi ispytaniy bezballastnogo puti [Results of testing ballastless track]. Tekhnika zheleznykh dorog [Railway Equipment Magazine], 2017, no. 1, pp. 26 – 31.Muramoto K., Sekine E., Nakamura T. Roadbed degradation mechanism under ballastless track and its countermeasures // QR of RTRI. 2006. Vol. 47. No. 4. Р. 222 – 227. URL: https://www.jstage.jst.go.jp/article/rtriqr/47/4/47_4_222/_pdf (дата обращения 05.01.2019 г.).Muramoto K., Sekine E., Nakamura T. Roadbed degradation mechanism under ballastless track and its countermeasures. QR of RTRI, 2006, Vol. 47, no. 4, pp. 222 – 227. URL https://www.jstage.jst.go.jp/article/rtriqr/47/4/47_4_222/_pdf (retrieved on 05.01.2019).Воздействие экипажа на путь при пространственных колебаниях подвижного состава: описание программы / А. Я. Коган [и др.] // Информационный бюллетень ВНТИ-Центр ГОСФАП. 1985. № 4/67. 40 с.Kogan A. Ya., Shestakov V. N., Levinzon M. A. Vozdeystvie ekipazha na put' pri prostranstvennykh kolebaniyakh podvizhnogo sostava: opisanie programmy [Impact of the carriage on the track with rolling space variations: description of the program]. Informatsionnyy byulleten' VNTI-Tsentr GOSFAP [GOSFAP VNTICenter newsletter], 1985, no. 4/67, 40 p.Михайлов С. В., Гоник М. М. Вероятностная оценка вертикальных динамических сил, действующих на путь, в модели трехслойной балки при воздействии четырехосного грузового вагона // Вестник ВНИИЖТ. 2018. Т. 77. № 2. С. 98 – 103. DOI: http://dx.doi.org/10.21780/2223-9731-2018-77-2-98-103.Mikhaylov S. V., Gonik M. M. Veroyatnostnaya otsenka vertikal'nykh dinamicheskikh sil, deystvuyushchikh na put', v modeli trekhsloynoy balki pri vozdeystvii chetyrekhosnogo gruzovogo vagona [A probabilistic estimate of the vertical dynamic forces acting on the track, in the model of a three-layer beam under the influence of a four-axle freight car]. Vestnik VNIIZhT [Vestnik of the Railway Research Institute], 2018, Vol. 77, no. 2, pp. 98 – 103. DOI: http://dx.doi.org/10.21780/2223-9731-2018-77-2-98-103.Савин А. В., Михайлов С. В. Экспериментально-теоретический метод определения параметров безбалластного пути // Вестник транспорта Поволжья. 2018. № 6. С. 29 – 39.Savin A. V., Mikhaylov S. V. Eksperimental'no-teoreticheskiy metod opredeleniya parametrov bezballastnogo puti [Experimental-theoretical method for determining the parameters of ballastless track]. Vestnik transporta Povolzh'ya, 2018, no. 6, pp. 29 – 39.Коган А. Я. Динамика пути и его взаимодействие с подвижным составом. М.: Транспорт, 1997. 326 с.Kogan A. Ya. Dinamika puti i ego vzaimodeystvie s podvizhnym sostavom [Dynamics of the track and its interaction with rolling stock]. Moscow, Transport Publ., 1997, 326 p.Леннинг Дж. Х., Беттин Р. Г. Случайные процессы в задачах автоматического управления. М.: Изд-во иностр. лит., 1958. 388 с.Lenning J. H., Bettin R. G. Sluchaynye protsessy v zadachakh avtomaticheskogo upravleniya [Random processes in problems of automatic control]. Moscow, Izd-vo inostr. lit. Publ., 1958, 388 p.Коган А. Я., Никитин Д. А., Полещук И. В. Колебания пути при высоких скоростях движения экипажей и ударном взаимодействии колеса и рельса. М.: Интекст, 2007. 168 с.Kogan A. Ya., Nikitin D. A., Poleshchuk I. V. Kolebaniya puti pri vysokikh skorostyakh dvizheniya ekipazhey i udarnom vzaimodeystvii kolesa i rel'sa [Track oscillations at high speeds of the carriage motion and impact interaction of the wheel and the rail]. Moscow, Intext Publ., 2007, 168 p.Коган А. Я., Крепогорский С. С., Шинкарев Б. С. Расчеты железнодорожного пути на вертикальную динамическую нагрузку / под ред. А. Я. Когана. М.: Транспорт, 1973. 80 с. (Труды ВНИИЖТ; вып. 502).Kogan A. Ya., Krepogorskiy S. S., Shinkarev B. S. Raschety zheleznodorozhnogo puti na vertikal'nuyu dinamicheskuyu nagruzku [Calculations of a railway track for vertical dynamic load]. Moscow, Transport Publ., 1973, 80 p. (Trudy VNIIZhT [Proc. of the VNIIZhT], no. 502).

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