Проектирование мостовых переходов с учетом распределения изгибной и крутильной жесткости по высоте пролетного строения

Введение. В настоящее время развитие транспортных магистралей достаточно строго привязано к городским агломерациям, а также региональным и международным логистическим коридорам, в связи с чем растет актуальность создания многоуровневых транспортных развязок вблизи магистральных узлов и хабов. При этом важным является обеспечение статических и кинематических габаритов в различных уровнях путепроводных и тоннельных развязок. В статье предлагается вместо типового использования балочных, арочных или ферменных пролетных конструкций рассмотреть возможность применения двухопорной пролетной конструкции как элемента, нагрузка на который от транспорт ного средства прикладывается в среднюю часть по высоте поперечного сечения.
Материалы и методы. Рассмотрены несколько типовых конструкций пролетного строения для автомобильного и железнодорожного видов транспорта, и на основании имеющихся инженерных решений были выработаны предложения по разделению поперечного сечения пролетного строения на верхнюю и нижнюю часть относительно плоскости приложения поездной динамической нагрузки. При этом параметры жесткости пролетного сечения представляются в виде функции от ортогональных пространственных координат. Использован метод линеаризации искомых функций на элементарных временных интервалах, применяемых для решения определяющих дифференциальных уравнений.
Результаты. Получены динамические вертикальные перемещения точек поперечного сечения пролетного строения в зависимости от типа сечения и распределения функции жесткости по высоте. Варьирование геометрическими параметрами поперечного сечения пролетного строения моста в интервале допустимых значений позволяет изменять максимальные перемещения точек сечения для удержания их в коридоре нормативных величин, что может быть востребовано при расчете конструкции по первой и второй группе предельных состояний.
Обсуждение и заключение. Представленная модель является упрощенной и не учитывает ряд факторов, таких как демпфирование в материале конструкции, неровности на поверхности проезжей части и особенности взаимодействия колес подвижного состава с пролетным строением. Дальнейшие исследования в данной области могут быть направлены на разработку более точных математических моделей, учитывающих широкий спектр факторов, влияющих на динамическое поведение мостовых переходов. Также представляется перспективным проведение экспериментальных исследований на реальных конструкциях, что позволит верифицировать полученные расчетные данные и разработать практические рекомендации по оптимизации конструкции мостовых переходов с учетом распределения изгибной и крутильной жесткости по высоте пролетного строения.

1. Гридасова Е. А., Никифоров П. А., Локтев А. А., Гришин А. В., Сухорада А. Е. Влияние высокочастотного нагружения на структуру малоуглеродистой стали // Наука и техника транспорта. 2017. № 2. С. 82–91. EDN: https://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. EDN: https://elibrary.ru/ynivet.

3. Ланис А. Л., Разуваев Д. А., Ломов П. О. Сопряжение подход­ ных насыпей с мостами и путепроводами // Вестник Сибирской го­ сударственной 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. Локтев А. А., Сычев В. П., Поддаева О. И., Потапов А. В., Та­ лашкин Г. Н. Моделирование мостотоннеля для пропуска легково­ го транспорта через объекты инфраструктуры // Наука и техника транспорта. 2017. № 1. С. 73–78. EDN: https://www.elibrary.ru/yhwpmt.

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

8. Matsumoto N., Asanuma K. Some experiences on track-bridge in­ teraction 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. Frýba L. Dynamics 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. Loktev A. A. Non-elastic models of interaction of an impactor and an Uflyand-Mindlin plate. International Journal of Engineering Science. 2012;50(1):46–55. https://doi.org/10.1016/j.ijengsci.2011.09.004. EDN: https://elibrary.ru/pdghrv.

12. Loktev A. A. Dynamic contact of a spherical indenter and a pre­ stressed orthotropic Uf lyand-Mindlin plate. Acta Mechanica. 2011;222(1–2): 17–25. https://doi.org/10.1007/s00707-011-0517-8. EDN: https://elibrary.ru/pegxlp.

13. Glusberg B., Savin A., Loktev A., Korolev V., Shishkina I., Ale­ xandrova D., Loktev D. New lining with cushion for energy efficient rail­ way turnouts. Advances in Intelligent Systems and Computing. 2020;982: 556–570. https://doi.org/10.1007/978-3-030-19756-8_53. EDN: https://elibrary.ru/hmgycb.

14. Loktev A. A., Korolev V. V., Shishkina I. V., Basovsky D. A. Mo­ deling the dynamic behavior of the upper structure of the railway track. Procedia Engineering. 2017;189:133–137. https://doi.org/10.1016/j.pro­eng.2017.05.022. EDN: https://elibrary.ru/zfbjvx.

15. Локтев А. А., Королев В. В., Локтев Д. А., Шукюров Д. Р., Ге­ люх П. А., Шишкина И. В. Перспективные конструкции мостовых переходов на транспортных магистралях // Вестник Научно-иссле­ довательского института железнодорожного транспорта. 2018. Т. 77, № 6. С. 331–336. https://doi.org/10.21780/2223-9731-2018-77-6-331-336. EDN: https://elibrary.ru/yqnwwd.

16. Lyudagovsky A., Loktev A., Korolev V., Shishkina I., Alexan­ drova D., Geluh P., Loktev D. Energy ef f iciency of temperature distri­ bution in electromagnetic welding of rolling stock parts. In: E3S Web of Conferences: International Science Conference on Business Technologies for Sustainable Urban Development, SPbWOSCE-2018, 10–12 December, 2018, St. Petersburg. EDP Sciences Publ. 2019;110:01017. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201911001017. EDN: https://elibrary.ru/okfkse.

17. Локтев А. А., Королев В. В., Шишкина И. В. Особенности оценки состояния и поведения низководных мостов // Вестник На­ учно-исследовательского института железнодорожного транспор­ та. 2021. Т. 80, № 6. С. 334–342. https://doi.org/10.21780/2223-9731-2021-80-6-334-342. EDN: https://elibrary.ru/jypqer.

18. Королев В. В., Локтев А. А., Шишкина И. В., Гридасова Е. А. Особенности работы пролетного строения мостового перехода при смещении оси рельсошпальной решетки // Вестник Научно-ис­ следовательского института железнодорожного транспорта. 2020. Т. 79, № 3. С. 127–138. https://doi.org/10.21780/2223-9731-2020-79-3-127-138. EDN: https://elibrary.ru/mnblbm.

19. Локтев А. А., Сычева А. В. Моделирование работы железно­ дорожного пути // Путь и путевое хозяйство. 2014. № 7. С. 10–12. EDN: https://www.elibrary.ru/silwih.