Оценка возможности использования окологабаритного пространства для железнодорожных мостов

Введение. Наиболее популярные конструктивные решения мостовых переходов на железных дорогах представляют собой или балочные конструкции с достаточно большой высотой поперечного сечения, которое расположено ниже уровня приложения поездной нагрузки, или фермы, высота которых зависит от длины пролетного строения и чаще всего существенно превышает высоту железнодорожного габарита. Поэтому перспективным и актуальным является разработка конструктивных решений, которые позволили бы использовать пространство непосредственно вокруг транспортного габарита и не увеличивать высоту поперечного сечения снизу или сверху от плоскости приложения динамической нагрузки. Поскольку подвижная нагрузка от экипажа является знакопеременной и высокоциклической, то потребуется контролировать сжимающие и растягивающие напряжения вверху и внизу поперечного сечения пролетного строения. Цель работы — обоснование возможности использования геометрического пространства, непосредственно примыкающего к габариту транспортных средств, при разработке поперечного профиля пролетного строения искусственного сооружения.

Материалы и методы. Напряженно-деформированное состояние балочного пролетного строения определялось путем анализа изгибающих моментов и экстремальных нормальных напряжений, зная которые можно выбрать армирование железобетона или геометрические характеристики стальной балки. В качестве критериев оценки предлагается использовать нормальное напряжение, которое может быть как сжимающим, так и растягивающим, в зависимости от местоположения колесных пар на линиях влияния.

Результаты. Проведен анализ существующих подходов к оценке включения элементов поперечного сечения балочной конструкции, расположенных выше плоскости приложения нагрузки от колесных пар (например, бортов балластного корыта). Получены графические зависимости для момента инерции поперечного сечения с различными геометрическими параметрами, который фактически представляет собой целевую функцию, позволяющую увязать геометрические размеры балочного пролета вдоль и поперек движения экипажа с главными напряжениями и определить оптимальное положение поверхности приложения нагрузки относительно верха и низа поперечного сечения.

Обсуждение и заключение. Предлагаемый подход может быть использован как для открытых двутавровых сечений, так и для коробчатых с бортами, которые в настоящее время активно применяются при проектировании мостовых переходов для высокоскоростных железнодорожных магистралей. Существенный эффект может быть достигнут за счет увеличения бортов пролетного строения и расположения нижней полки коробчатой части поперечного сечения. В условиях многоуровневых развязок при одинаковых размерах пролета предлагаемые конструктивные решения позволят уменьшить расстояние между уровнями приложения подвижной нагрузки.

1. Влияние высокочастотного нагружения на структуру малоуглеродистой стали / Е. А. Гридасова [и др.] // Наука и техника транспорта. 2017. № 2. С. 82–91. EDN: https://www.elibrary.ru/ysphyv.

2. Loktev A., Korolev V., Shishkina I., Illarionova L., Loktev D., Gridasova E. Perspective Constructions of Bridge Crossings on Transport Lines. Advances in Intelligent Systems and Computing. 2020;1116:209-218. https://doi.org/10.1007/978-3-030-37919-3_20.

3. Ланис А. Л., Разуваев Д. А., Ломов П. О. Сопряжение подходных насыпей с мостами и путепроводами // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. 2016. № 2 (48). С. 110–120. EDN: https://www.elibrary.ru/vtnxnz.

4. Поляков В. Ю. Синтез оптимальных пролетных строений для высокоскоростной магистрали // Строительная механика и расчет сооружений. 2016. № 3 (266). С. 35–42. EDN: https://www.elibrary.ru/vzycph.

5. Baragetti S. Notch Corrosion Fatigue Behavior of Ti-6Al-4V. Materials. 2014;7(6):4349-4366. https://doi.org/10.3390/ma7064349.

6. Ivanchenko I. I. Method of calculating plates subjected to an inertial load moving at a variable speed. Mechanics of Solids. 2022;57(8):2111-2122. https://doi.org/10.3103/s0025654422080167.

7. Иванченко И. И. Динамика транспортных сооружений. Высокоскоростные подвижные, сейсмические и ударные нагрузки. М., 2011. 574 с. EDN: https://www.elibrary.ru/qnxtxp.

8. Matsumoto N., Asanuma K. Some experiences on track-bridge interaction in Japan. In: Calcada R., Delgado R., Campos A. et al. (eds) Track-Bridge Interaction on High-Speed Railways. London: CRC Press; 2008. p. 80–97. https://doi.org/10.1201/9780203895399.

9. Fryba L. Dynamic of railway bridges. Praha: Academia; 1996. 330 p.

10. Chen Y. H., Li C. Y. Dynamic response of elevated high-speed railway. Journal of Bridge Engineering (ASCE). 2000;5(2):124-130. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1084-0702(2000)5:2(124).

11. Иванченко И. И. Метод расчета стержневых систем на взаимодействие с инерционной нагрузкой при переменной скорости движения // Строительная механика и расчет сооружений. 2023. № 4 (309). С. 2–14. https://doi.org/10.37538/0039-2383.2023.4.2.14.

12. Loktev A. A. Dynamic contact of a spherical indenter and a prestressed orthotropic Uflyand-Mindlin plate. Acta Mechanica. 2011;222(1-2):17-25. https://doi.org/10.1007/s00707-011-0517-8.

13. Иванченко И. И. Метод расчета пластин на взаимодействие с инерционной нагрузкой при переменной скорости движения // Прикладная математика и механика. 2022. Т. 86, № 5. С. 695–709. https://doi.org/10.31857/S0032823522050101.

14. Egorov S. B., Kapitanov A. V., Loktev D. A. Modern methods and technological solutions for effective processing of gear wheels. Materials Science Forum. 2016;870:397-403. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.870.397.

15. Перспективные конструкции мостовых переходов на транспортных магистралях / А. А. Локтев [и др.] // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2018. Т. 77, № 6. С. 331–336. https://doi.org/10.21780/2223-9731-2018-77-6-331-336.

16. Egorov S., Kapitanov A., Loktev D. Turbine Blades Profile and Surface Roughness Measurement. In: Radionov A., ed. International Conference on Industrial Engineering, ICIE, 16–19 May 2017, St. Petersburg. St. Petersburg; 2017. p. 1476–1481. (Procedia Engineering; Vol. 206). https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.664.

17. Локтев А. А., Королев В. В., Шишкина И. В. Особенности оценки состояния и поведения низководных мостов // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2021. Т. 80, № 6. С. 334–342. https://doi.org/10.21780/22239731-2021-80-6-334-342.

18. Особенности работы пролетного строения мостового перехода при смещении оси рельсошпальной решетки / В. В. Королев [и др.] // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2020. Т. 79, № 3. С. 127–138. https://doi.org/10.21780/2223-9731-2020-79-3-127-138.

19. Инновационные средства обеспечения управляемости технологических процессов / Д. А. Локтев [и др.] // Инновации. 2016. № 8 (214). С. 113–119. EDN: https://www.elibrary.ru/ypowqq.