vestnikvniizhtВестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВЕСТНИК ВНИИЖТ)RUSSIAN RAILWAY SCIENCE JOURNAL2223-97312713-2560Joint Stock Company "Railway Research Institute"10.21780/2223-9731-2020-79-3-127-138vestnikvniizht-412Research ArticleДругоеMiscellaneousОсобенности работы пролетного строения мостового перехода при смещении оси рельсошпальной решеткиFeatures of the bridge span performance when shifting the axis of the rail-sleeper gridКоролевВ. В.KorolevV. V.

Королев Вадим Вадимович, канд. техн. наук, доцент, кафедра «Транспортное строительство»

Москва, 127994

Vadim V. Korolev, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department “Transport Engineering”

Moscow, 127994

korolevadim@mail.ruЛоктевА. А.LoktevA. A.

Локтев Алексей Алексеевич, д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий кафедрой «Транспортное строительство»

Москва, 127994

Aleksey A. Loktev, Dr. Sci. (Phys.-Math.), Professor, Head of the Department “Transport Engineering”

Moscow, 127994

ШишкинаИ. В.ShishkinaI. V.

Шишкина Ирина Викторовна, канд. техн. наук, ассистент, кафедра «Транспортное строительство»

Москва, 127994

Irina V. Shishkina, Cand. Sci. (Eng.), Assistant, Department “Transport Engineering”

Moscow, 127994

ГридасоваЕ. А.GridasovaE. A.

Гридасова Екатерина Александровна, канд. техн. наук, руководитель центра коллективного пользования, доцент, кафедра «Сварочное производство», Инженерная школа ФГАОУ ВО ДВФУ

Владивосток, 690950

Ekaterina A. Gridasova, Cand. Sci. (Eng.), Head of the Center of Collective Use, Associate Professor, Department “Welding Technologies”, School for Engineers of the FGAOU VO DVFU

Vladivostok, 690950

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский университет транспорта» (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ))РоссияFederal State Autonomous Educational Institution of Higher Education “Russian University of Transport” (FGAOU VO RUT (MIIT))Russian FederationФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный федеральный университет» (ФГАОУ ВО ДВФУ)РоссияFederal State Autonomous Educational Institution of Higher Education “Far Eastern Federal University” (FGAOU VO DVFU)Russian Federation202008072020793127138Copyright © Королев В.В., Локтев А.А., Шишкина И.В., Гридасова Е.А., 20202020Королев В.В., Локтев А.А., Шишкина И.В., Гридасова Е.А.Korolev V.V., Loktev A.A., Shishkina I.V., Gridasova E.A.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/412

Настоящее исследование посвящено изучению напряженно-деформированного состояния малого железнодорожного мостового перехода, имеющего балочную расчетную схему, при смещении оси рельсошпальной решетки относительно оси моста на величину, превышающую предельное значение, определяемое нормативными документами. При аналитическом расчете параметров поведения и состояния пролетного строения при действии нагрузки применяется дифференциальное уравнение, описывающее вертикальные колебания балки и позволяющее рассмотреть их как сочетание вынужденных и свободных колебаний. При численном моделировании используется метод конечных элементов, определяющие уравнения которого в качестве неизвестных содержат линейные и угловые перемещения узлов расчетной схемы. В результате расчетов получены графические зависимости для нормальных и горизонтальных перемещений, внутренних усилий, главных и эквивалентных напряжений в различных точках пролетного строения. Представленные в виде изополей и изолиний величины позволяют определить увеличение изгибающих и крутящих усилий, а также полностью описать напряженно-деформированное состояние пролетного строения мостового перехода при смещении оси железнодорожного пути относительно оси моста.

Engineering structures form an integral part of the railways, both already operated and yet designed. The joint work of the upper structure of the railway track and the supporting structures of the bridge crossing is an important condition for the normal operation of the railway section without various restrictions and additional work on the current maintenance and diagnostics of structural elements. Presented study is devoted to the investigation of the stress-strain state of a small railway bridge with a beam design, when the axis of the rail-sleeper grid relative to the axis of the bridge is shifted by an amount exceeding the limit value determined by regulatory documents. In the analytical calculation of the behavior parameters and the state of the span under the action of the load, a differential equation is used that describes the vertical vibrations of the beam and allows considering them as a combination of forced and free vibrations. In numerical modeling, the finite element method is used as the solution method, the deter mining equations of which contain linear and angular displacements of nodes of the calculation scheme as unknowns. As a result of the calculations, graphical dependences for normal and horizontal displacements, internal forces, principal and equivalent stresses at various points of the span are obtained. Presented values show an increase in bending and torsional forces, as well as principal stresses when the axis of the railway track is displaced relative to the axis of the bridge. It is noted that although the increase in stresses (by about 6 %) can generally be considered insignificant, the presence of defects in the span beams (concrete chips, cracks in the stretched zone, exposure and corrosion of working reinforcement, decrease in the calculated cross section, leaching of cement stone from concrete, decrease in concrete strength over time) can make it a significant enough factor limiting the operational capabilities of bridge crossings.

малый мостжелезобетонное пролетное строениенеосесимметричная нагрузкаметод конечных элементовлучевой методдинамическое воздействиевертикальные перемещенияsmall bridgereinforced concrete spannon-axis symmetric loadfinite element methodbeam methoddynamic impactvertical shiftsReferencesКруговова Е. А., Михеев Г. В., Ковалев Р. В. Компьютерное моделирование взаимодействия железнодорожных экипажей и мостов // Вестник Брянского гос. техн. ун­та. 2010. № 3. С. 39 – 48.Krugovova E. A., Mikheev G. V., Kovalev R. V. Komp'yuternoe modelirovanie vzaimodeystviya zheleznodorozhnykh ekipazhey i mostov [Computer modelling of the interaction of railway carriages and bridges]. Vestnik Bryanskogo gos. tekhn. un-ta [Bulletin of the Bryansk State Technical University], 2010, no. 3, pp. 39 – 48.Смирнов В. Н. Особенности работы опор мостов скоростных железнодорожных магистралей // Известия Петербургского ун­та путей сообщения. 2004. № 2. С. 168 –171.Smirnov V. N. Osobennosti raboty opor mostov skorostnykh zheleznodorozhnykh magistraley [Features of the work of the supports of bridges of high-speed railways]. Proceedings of Petersburg Transport University, 2004, no. 2, pp. 168 – 171.Карлина Е. А., Кузнецова И. О., Уздин А. М. Учет сил трения в подвижных опорных частях при назначении расчетных схем балочных разрезных железнодорожных мостов // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2007. № 5. С. 45 – 47.Karlina E. A., Kuznetsova I. O., Uzdin A. M. Uchet sil treniya v podvizhnykh opornykh chastyakh pri naznachenii raschetnykh skhem balochnykh razreznykh zheleznodorozhnykh mostov [Accounting for friction forces in movable supporting parts when assigning design schemes for beam split railway bridges]. Earthquake engineering. Constructions safety, 2007, no. 5, pp. 45 – 47.Динамический расчет зданий и сооружений / под ред. Б. Г. Коренева. М.: Стройиздат, 1984. 303 с. (Справочник проектировщика).Korenev B. G. Dinamicheskiy raschet zdaniy i sooruzheniy [Dynamic calculation of buildings and structures]. Spravochnik proektirovshchika [Designer Guide]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1984, 303 p.Белуцкий И. Ю., Лапин А. В. Адаптация конечно­элементной модели пролетного строения пешеходного путепровода к реальным условиям работы сооружения // Строительная механика и расчет сооружений. 2017. № 5. С. 28 – 31.Belutskiy I. Yu., Lapin A. V. Adaptatsiya konechno-elementnoy modeli proletnogo stroeniya peshekhodnogo puteprovoda k real'nym usloviyam raboty sooruzheniya [Adaptation of the finite element model of the span of the pedestrian overpass to the actual working conditions of the structure]. Structural Mechanics and Analysis of Constructions, 2017, no. 5, pp. 28 – 31.Ланис А. Л., Разуваев Д. А., Ломов П. О. Сопряжение подходных насыпей с мостами и путепроводами // Вестник СибАДИ / Сибирский гос. автомобильно­дорожный ун­т (СибАДИ). 2016. № 2. С. 110 – 120.Lanis A. L., Razuvaev D. A., Lomov P. O. Sopryazhenie podkhodnykh nasypey s mostami i puteprovodami [Interfacing approach embankments with bridges and overpasses]. Vestnik SibADI (The Siberian State Automobile and Highway University), 2016, no. 2, pp. 110 – 120.Бабкова Н. Мостостроение: современные технологии // САПР и графика. 2012. № 2. С. 50 – 52.Babkova N. Mostostroenie: sovremennye tekhnologii [Bridge building: modern technologies]. SAPR i grafika, 2012, no. 2, pp. 50 – 52. 8. Rossikhin Yu. A., Shitikova M. V., Loktev A. A. Udar shara o nelineyno uprugiy bufer, ustanovlennyy na plite perekrytiya [Ball impact on a non-linearly elastic buffer mounted on a slab]. News of higher educational institutions. Construction, 2004, no. 11, pp. 16 – 22.Россихин Ю. А., Шитикова М. В., Локтев А. А. Удар шара о нелинейно упругий буфер, установленный на плите перекрытия // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2004. № 11. С. 16 – 22.Loktev A. A., Sychev V. P., Loktev D. A. K zadache proektirovaniya modulya vizual'nogo raspoznavaniya elementov verkhnego stroeniya puti na vysokoskorostnykh magistralyakh [On the task of designing a module for visual recognition of the elements of the upper track structure on high-speed highways]. Transport Rossiyskoy Federatsii [Transport of the Russian Federation], 2017, no. 1, pp. 22 – 26.Локтев А. А., Сычев В. П., Локтев Д. А. К задаче проектирования модуля визуального распознавания элементов верхнего строения пути на высокоскоростных магистралях // Транспорт Российской Федерации. 2017. № 1. С. 22 – 26.Loktev A. A., Sycheva A. V. Modelirovanie raboty zheleznodorozhnogo puti [Modeling the operation of the railway track]. Railway Track and Facilities, 2014, no. 7, pp. 10 – 12.Локтев А. А., Сычева А. В. Моделирование работы железнодорожного пути // Путь и путевое хозяйство. 2014. № 7. С. 10 – 12.Loktev A. A., Loktev D. A. Vyyavlenie i detektirovanie vneshnikh defektov verkhnego stroeniya puti agregirovannym metodom na osnove stereozreniya i analiza razmytiya obraza [Identification and detection of external defects of the upper track structure using the aggregated method based on stereo vision and image blur analysis]. Vnedrenie sovremennykh konstruktsiy i peredovykh tekhnologiy v putevoe khozyaystvo, 2017, Vol. 11, no. 11, pp. 96 – 100.Локтев А. А., Локтев Д. А. Выявление и детектирование внешних дефектов верхнего строения пути агрегированным методом на основе стереозрения и анализа размытия образа // Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство. 2017. Т. 11. № 11. С. 96 – 100.Loktev D. A., Bykov Yu. A., Kovalenko N. I. Ispol'zovanie metoda analiza razmytiya izobrazheniya dlya opredeleniya vneshnikh defektov zheleznodorozhnogo puti [Using the image blur analysis method to determine the external defects of a railway track]. Science and Technology in Transport, 2016, no. 1, pp. 69 – 75.Локтев Д. А., Быков Ю. А., Коваленко Н. И. Использование метода анализа размытия изображения для определения внешних дефектов железнодорожного пути // Наука и техника транспорта. 2016. № 1. С. 69 – 75.Tkachenko V. I., Pogosyan A. A. Kompleksnaya sistema prostranstvennykh dannykh infrastruktury zheleznodorozhnogo transporta pri provedenii remontno-putevykh rabot [Integrated spatial data system of railway transport infrastructure during repair and track works]. Sovremennye problemy sovershenstvovaniya raboty zheleznodorozhnogo transporta, 2017, no. 13, pp. 3 – 6.Ткаченко В. И., Погосян А. А. Комплексная система пространственных данных инфраструктуры железнодорожного транспорта при проведении ремонтно­путевых работ // Современные проблемы совершенствования работы железнодорожного транспорта. 2017. № 13. С. 3 – 6.Loktev A. A., Korolev V. V., Shishkina I. V., Gridasova E. A., Nikiforov P. A., Tal'skikh K. Yu. Issledovanie mikrostruktury rel'sovoy stali pri vysokochastotnykh dinamicheskikh vozdeystviyakh [Study of the microstructure of rail steel under high-frequency dynamic effects]. Railway Track and Facilities, 2019, no. 5, pp. 11 – 15.Исследование микроструктуры рельсовой стали при высокочастотных динамических воздействиях / А. А. Локтев [и др.] // Путь и путевое хозяйство. 2019. № 5. С. 11 – 15.Loktev A. A., Korolev V. V., Loktev D. A., Shukyurov D. R., Gelyukh P. A., Shishkina I. V. Perspektivnye konstruktsii mostovykh perekhodov na transportnykh magistralyakh [Perspective constructions of bridge overpasses on transport main lines]. Vestnik VNIIZhT [Vestnik of the Railway Research Institute], 2018, Vol. 77, no. 6, pp. 331 – 336. DOI: http://dx.doi.org/10.21780/2223-9731-2018-77-6-331-336.Перспективные конструкции мостовых переходов на транспортных магистралях / А. А. Локтев [и др.] // Вестник ВНИИЖТ. 2018. Т. 77. № 6. С. 331 – 336. DOI: http://dx.doi.org/10.21780/2223-9731-2018-77-6-331-336.Loktev A. A., Tal'skikh K. Yu, Stepanov K. D. Razrabotka matematicheskoy modeli zheleznodorozhnogo puti peremennoy zhestkosti [Development of a mathematical model of a railway track of variable stiffness]. Vnedrenie sovremennykh konstruktsiy i peredovykh tekhnologiy v putevoe khozyaystvo, 2016, Vol. 9, no. 9, pp. 26 – 38.Разработка математической модели железнодорожного пути переменной жесткости / А. А. Локтев [и др.] // Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство. 2016. Т. 9. № 9. С. 26 – 38.Loktev A. A., Sycheva A. V., Zapol'nova E. V. Issledovanie osobennostey dinamicheskoy reaktsii verkhnego stroeniya zheleznodorozhnogo puti ot podvizhnogo sostava na osnove modeli transversal'no-izotropnoy plastiny na deformiruemom osno vanii [Study of dynamic response of the upper structure of the railway track from rolling stock on the basis of a model of transversely isotropic plate on a deformable base]. Engineering and automation problems, 2018, no. 2, pp. 55 – 65.Исследование особенностей динамической реакции верхнего строения железнодорожного пути от подвижного состава на основе модели трансверсально­изотропной пластины на деформируемом основании / А. А. Локтев [и др.] // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2018. № 2. С. 55 – 65.Loktev A. A. Non-elastic models of interaction of an impactor and an Uflyand-Mindlin plate. International Journal of Engineering Science, 2012, Vol. 50, no. 1, pp. 46 – 55.Loktev A. A. Non­elastic models of interaction of an impactor and an Uflyand­Mindlin plate // International Journal of Engineering Science. 2012. Vol. 50. No. 1. P. 46 – 55.Loktev A. A., Vinogradov V. V., Buchkin V. A. Modeli vzaimodeystviya kolesa i rel'sa pri vysokikh skorostyakh dvizheniya [Models of wheel and rail interaction at high speeds]. World of Transport and Transportation, 2016, Vol. 14, no. 1, pp. 54 – 60.Локтев А. А., Виноградов В. В., Бучкин В. А. Модели взаимодействия колеса и рельса при высоких скоростях движения // Мир транспорта. 2016. Т. 14. № 1. С. 54 – 60.Loktev D. A., Loktev A. A. Development of a user interface for an integrated system of video monitoring based on ontologies. Contemporary Engineering Sciences, 2015, Vol. 8, no. 20, pp. 789 – 797.Loktev D. A., Loktev A. A. Development of a user interface for an integrated system of video monitoring based on ontologies // Contemporary Engineering Sciences. 2015. Vol. 8. No. 20. P. 789 – 797.Loktev D. A., Loktev A. A. Diagnostics of external defects of railway infrastructure by analysis of its images. Global Smart Industry Conference (GloSIC 2018): proc. of a meeting held 13–15 November 2018, Chelyabinsk, Russia. [S. l], 2018, art. no. 8570083. DOI: 10.1109/GloSIC.2018.8570083.Loktev D. A., Loktev A. A. Diagnostics of external defects of railway infrastructure by analysis of its images // Global Smart Industry Conference (GloSIC 2018): proc. of a meeting held 13–15 November 2018, Chelyabinsk, Russia. [S. l], 2018. Art. no. 8570083. DOI: 10.1109/GloSIC.2018.8570083.Sychev V. P. Povyshenie informativnosti otsenki soderzhaniya zheleznodorozhnogo puti [Improving the information content of the assessment of the railway track maintenance]. World of Transport and Transportation, 2017, Vol. 15, no. 2, pp. 20 – 31.Повышение информативности оценки содержания железнодорожного пути / В. П. Сычёв [и др.] // Мир транспорта. 2017. Т. 15. № 2. С. 20 – 31.Повышение информативности оценки содержания железнодорожного пути / В. П. Сычёв [и др.] // Мир транспорта. 2017. Т. 15. № 2. С. 20 – 31.

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