Статья: МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЕ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ОТ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ МОРСКОЙ ВОДНОЙ СРЕДЫ (2024)

В данной статье рассматривается применение виброматов на железобетонных пролетных строениях железнодорожных мостов с ездой на балласте и сопрягаемых участках земляного полотна. Проведены численные эксперименты на железобетонных пролетных строениях мостов с использованием конечноэлементного моделирования в программном комплексе Midas FEA. Представлены результаты расчета жесткости различных типов подрельсового основания, включая разную конструкцию рельсошпальной решетки, балластный слой с разным модулем упругости и уложенные под балласт виброматы. Построены пространственные эпюры вертикального давления по поверхности плиты балластного корыта с учетом жесткости подрельсового основания, представляющие собой графики распределения давления через элементы верхнего строения пути в толще балластного слоя. Установлено, что жесткость подрельсового основания при наличии виброматов снижается, это приводит к уменьшению величины ординат пространственной эпюры вертикального давления по плите балластного корыта путем включения в работу большего по длине участка рельсошпальной решетки. Выполнен расчет грузоподъемности плиты балластного корыта при наличии виброматов, в результате которого отмечено увеличение минимальных классов по грузоподъемности плиты балластного корыта до 30 % за счет снижения давления под шпалой в подрельсовом сечении. Динамический расчет свидетельствует о наличии просадок не более 20 мм при наработке тоннажа до 330 млн т брутто на равноупругом пути с матами на пролетном строении и подходах, что обеспечивает равноупругость пути, отсутствие «предмостовых ям» и равноресурсность пути в зоне сопряжения насыпи с мостовым сооружением.

В целях улучшения транспортной инфраструктуры Республики Узбекистан начато использование технологии монолитного строительства мостов и путепроводов. В статье приведен расчет монолитного путепровода длиной 120 м, расположенного в районе 8-балльной сейсмичности по MSK-64 в г. Джизаке, над высокоскоростной железнодорожной линией Ташкент - Самарканд. Численным решением задачи сейсмостойкости путепровода определяется изменение его напряженно-деформированного состояния во времени. Представлены результаты расчета монолитного путепровода от динамической нагрузки по записям реальных акселерограмм Газлийского (Узбекистан) землетрясения, интенсивностью более 9 баллов по шкале MSK-64. Проанализированы результаты расчетов изменения нормального напряжения в верхней и нижней частях пролетного строения по длине путепровода. Проведенные расчеты показывают, что путепровод имеет запас прочности для 9-балльного землетрясения. С целью обеспечения гарантированной сейсмической безопасности мостовых сооружений требуется провести проектные расчеты по наборам записей произошедших землетрясений, близких по доминантным частотам к характеристикам площадки строительства.

Вантовые мосты являются одними из наиболее сложных сооружений с точки зрения проектирования, строительства и эксплуатации. Ванты - это гибкие несущие стальные элементы с низким уровнем конструкционного демпфирования. Колебания вант со значительной амплитудой могут вызывать их усталостные повреждения, что снижает безопасность и надежность конструкции. Эффективным способом демпфирования колебаний вант является применение гидравлических демпферов.

В статье представлен опыт разработки, монтажа и испытаний первой отечественной вантовой системы СТС из параллельных семипроволочных прядей на мосту через р. Оку на трассе М-12 в г. Муроме.

Целью исследования является опытная верификация методики назначения характеристик гидравлических демпферов для достижения требуемого логарифмического декремента колебаний вант после их установки. Сама методика теоретического расчета характеристик демпферов в данном исследовании не рассматривается.

Для реализации цели разработана программа испытаний. Установлено, что выбранный метод вибродиагностики для динамических испытаний вант применим для подтверждения логарифмических декрементов колебаний вант с демпферами. Выявлена зависимость значений логарифмического декремента колебаний от амплитуды колебаний. Для всех испытанных вант доказана работоспособность демпферных установок.

Значения логарифмического декремента колебаний вант до установки демпферов находятся в диапазоне от 0,5 до 3,0 %; после монтажа демпферов - от 5,45 до 11,85 %, что больше минимального требуемого значения 5 %.

Получены редкие для вантового мостостроения и ценные с научной точки зрения фактические значения логарифмического декремента вант из параллельных прядей, полученные на одних и тех же вантах до и после включения демпферов в работу при одинаковых постоянных нагрузках на пролетном строении. Ключевые слова: ванты, гидравлические демпферы, вибродиагностика, демпфирование колебаний Для цитирования: Результаты определения логарифмического декремента колебаний вант из параллельных прядей до и после установки демпферов / В. С. Горячкин, М. С. Марченко, В. Р. Камалтдинов,

В работе рассмотрен подход к определению коэффициента интенсивности напряжений (КИН) в вершине усталостной трещины на базе принципов термодинамики. В основе предложенного подхода лежит модель Вестергаарда: изменение величины КИН ЛК! за цикл наблюдений (например, за время прохождения поезда по мосту) определяется по данным о напряженном состоянии вокруг вершины трещины. Такие данные получают методом инфракрасной термографии с использованием зависимости Кельвина между изменением суммы главных напряжений и изменением температуры поверхности вблизи вершины трещины. При этом знания длины трещины для вычисления КИН не требуется.

В работе представлены результаты экспериментальных исследований развития усталостной трещины на образце, который имитирует работу участка стенки балки металлического пролетного строения, подкрепленной ребром жесткости с вырезом у вершины сварного шва. Для таких участков характерно развитие усталостных трещин типа Т-9, Т-10.

В статье рассмотрены условия применения метода инфракрасной термографии для определения поля напряжений вокруг вершины трещины, определены границы области выбора напряжений для вычисления КИН, а также требования к улучшению отношения сигнал/шум при использовании термографии.

Результаты исследования представлены в виде сопоставления значений КИН для экспериментального образца при различной длине усталостной трещины, рассчитанных известным методом линейной механики разрушения и разработанным на основе термодинамического подхода методом, показано хорошее их совпадение.

Техническое состояние мостовых сооружений в виде ферм, используемых под железнодорожное движение, стало в настоящее время предметом широких научных дискуссий. Обеспечение данного технического состояния - достаточно существенная научная проблема, решение которой приобретает все большее практическое значение. Очевидно, что одним из наиболее действенных инструментов по управлению техническим состоянием подобных сооружений является мониторинг инженерных конструкций. В статье выполнен краткий технико-эксплуатационный анализ железнодорожных ферм, выделены основные проблемы их содержания с использованием непрерывных систем мониторинга инженерных конструкций. Осуществлен обзор существующих систем (подсистем) мониторинга с кратким описанием принципов их работы. Даны предложения по совершенствованию существующих решений и подходов к мониторингу. Актуальность рассмотрения данного вопроса особенно важна при обосновании оптимального числа контролируемых параметров. Он постоянно возникает во время прохождения государственной экспертизы проектной документации, а также общения с заказчиком при обосновании затрат. Особенно важно на этапе разработки программы мониторинга учитывать необходимость производить анализ сооружения с точки зрения его представления объектом мониторинга. Очевидно, это требует перехода от субъективного определения точек контроля по идеальной модели сооружения к строгим математическим зависимостям. Состояние сооружения в этом случае характеризуется количеством и типом дефектов, а также оцениваются постоянные и временные воздействия. В качестве примера приведены данные по обследованию двух мостовых сооружений под железную дорогу с пролетными строениями в виде ферм.

В работе представлены некоторые результаты измерений относительных деформаций и напряжений в среднем сечении железобетонных пролетных строений железнодорожного путепровода от воздействия статических нагрузок, полученные с применением аппаратно-программного комплекса «ТЕНЗО», реализующего интерпретацию и обработку цифровой записи первичных преобразователей. Получены зависимости напряженно-деформированного состояния балочных пролетных строений железнодорожного путепровода при статическом приложении испытательной нагрузки, состоящей из сплотки трех тепловозов ТЭМ-18 и двух загруженных полувагонов (до 25 тонн на ось). Целью настоящего исследования являлось обеспечение надежной и безопасной эксплуатации искусственных сооружений и приведение их в соответствие с требованиями Правил технической эксплуатации железных дорог Республики Казахстан. Периодические измерения деформаций конструкции пролетного строения в течение 3-5 лет позволили произвести прогноз изменения его состояния во времени и определить остаточный ресурс по несущей способности и грузоподъемности. Зафиксированные различия в численных значениях напряжений в элементах железнодорожного путепровода (в правом и левом блоке) являются следствием неравномерного износа конструкций от воздействия климатических факторов. Результаты исследования рекомендуется использовать для проведения обследований и испытаний типовых балочных пролетных строений мостов, а также мониторинга их технического состояния при увеличении эксплуатационных нагрузок. Безопасность объектов транспортной инфраструктуры зависит от применения прогрессивных технологий и научных методов осуществления мониторинга для решения технических вопросов на всех стадиях эксплуатации. Использование цифровых аппаратно-программных комплексов при испытаниях балочных пролетных строений мостов позволит значительно сократить затраты на текущее содержание искусственных сооружений.

Анкерная зона преднапряженного арматурного элемента является критически важной областью железобетонной конструкции. Производитель системы преднапряжения несет ответственность только за локальную зону - область бетона, для которой подбирается косвенное армирование. Выполненный авторами анализ отечественной и иностранной литературы показал, что при использовании сложных форм анкерных устройств косвенное армирование затруднительно подбирать аналитическими методами, а изменения в его конструкции необходимо подтверждать натурными испытаниями.

В статье представлен опыт подбора косвенного армирования для анкера стаканного типа ОС-55 компании ООО «СТС», имеющего сложную форму и использующегося в системе предварительного напряжения защитной оболочки АЭС. Приведены требования к испытаниям анкерных зон. Выполнено описание расчетных схем с указанием применяемых моделей и свойств материалов, допущений в расчете. Описана методика испытания согласно европейским нормам, с указанием этапов нагружения, контролируемых параметров и схемой установки измерительных приборов. Приведены результаты расчетов, испытаний и их сравнение. Разница между расчетными и экспериментальными значениями перемещений опорной поверхности стакана составила не более 2,9 % при уровнях нагружения 80-105 % от разрывного усилия арматурного элемента. По методикам двух отечественных нормативных документов определены расчетные значения ширины раскрытия трещин на уровне нагрузки 80 % от разрывного усилия. Проведено сравнение теоретических и фактических значений, разница составила не более 3,5 %.

На основе сравнения результатов расчетов с экспериментальными данными, полученными при испытании, сделан вывод об успешной верификации принятой методики расчета анкерных зон.

Вопросы, связанные с эксплуатацией искусственных сооружений (ИССО) в северной строительно-климатической зоне, которая охватывает 40 % территории Российской Федерации и 80 % территории Дальнего Востока России, являются важными во всех аспектах. При этом речь идет не только о существующих искусственных сооружениях транспортной инфраструктуры, но и о строящихся, а также об объектах, строительство которых планируется. К примеру, на территории, находящейся в ведении Дальневосточной железной дороги, на 1 км пути приходится один объект, относящийся к малым ИССО; данные объекты расположены в криолитозоне, что накладывает дополнительные требования по контролю за техническим состоянием и проведению дополнительных мероприятий, направленных на предотвращение перехода конструкций объекта в аварийное состояние. Существующие на сегодняшний день способы мониторинга технического состояния позволяют контролировать и с высокой степенью достоверности прогнозировать возможные условия, причины и последствия возникновения инцидентов, тем не менее, с учетом роста возможности цифрового моделирования, визуализации и прогнозирования, целесообразно использовать все имеющиеся возможности для формирования информационных моделей объектов ИССО для наиболее эффективного сохранения их работоспособного состояния.

В статье рассматривается пример численного моделирования основания и фундамента ИССО, приведено решение численной задачи по распределению тепловых полей, выполнено решение численной задачи с прогнозом изменения во временной перспективе. Целью настоящего исследования являлась оценка возможных негативных событий на различных этапах жизненного цикла ИССО и построение цифровой модели для прогноза безопасной эксплуатации.

В результате получена цифровая модель фундаментов, которая может быть использована для решения различных задач, приведено обоснование целесообразности построения информационных моделей сооружений транспортной инфраструктуры.

В данной работе рассматриваются особенности расчета сейсмостойкости железобетонных железнодорожных мостов по реальным записям землетрясений. Методами конечных элементов и конечных разностей производится дискретизация задачи при учете взаимодействия фундаментов опор моста с грунтом по модели Винклера и предварительного напряжения пролетного строения, которое обеспечивается напряженными элементами рабочей арматуры. Коэффициенты матрицы жесткостей взаимодействия рассчитываются по площадям контактных поверхностей висячих свай с грунтом.

На примере расчета трехпролетного железобетонного железнодорожного моста на реальные сейсмические воздействия землетрясений показано влияние предварительно напряженного состояния пролетного строения. Железнодорожный мост длиной 53,2 м расположен в 7-балльном по сейсмической интенсивности районе между станциями Шават - Гурлен на участке железной дороги Шават - Гурлен - Джумуртау - Кипчак -Койбакли. Численное решение задачи сейсмостойкости моста показало изменение его напряженно-деформированного состояния во времени. Результаты расчета железнодорожного железобетонного моста получены на основании реальной записи землетрясения Boshroyeh (Иран) интенсивностью 7 баллов по шкале MSK-64. По результатам расчетов сделан вывод, что нормальные напряжения в пролетных строениях без учета предварительно напряженной арматуры с одной стороны становятся растягивающими. Поскольку бетон на растяжение работает плохо, это вызывает постепенное растрескивание пролетного строения, в результате чего сокращается его срок службы. В соответствии с полученными результатами без предварительного напряжения арматуры железнодорожного моста вычисленные значения напряжений на растяжение оказались выше допустимых по нормативным документам на 0,45 МПа. С учетом предварительного напряжения арматуры были получены значения напряжений, соответствующие принятым в нормативном документе.