Статья: МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ГОРОДСКОГО РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТА НА ОКРУЖАЮЩУЮ ЗАСТРОЙКУ (2023)

Местный размыв грунта у опор мостов является довольно распространенным и опасным дефектом, несвоевременное обнаружение которого может привести к возникновению аварийных ситуаций с тяжелыми последствиями. Обоснованы возможности организации системы мониторинга частот свободных колебаний и углов наклона конструкций с целью своевременного обнаружения размывов опор. Описан процесс образования местного размыва опор мостов, параметры, влияющие на глубину размыва. Также представлен обзор существующих методов диагностики местных размывов опор, в основе которых лежит контроль изменений динамических параметров. Описаны результаты исследований влияния других факторов (например, уровня воды, прочности грунта, места установки датчиков) на динамические параметры конструкции. По результатам анализа установлено, что для диагностики размыва опор наиболее информативными динамическим параметрами являются частоты собственных колебаний. С учетом результатов обзора существующих методов диагностики авторами проведены натурные исследования. В качестве объекта исследования были выбраны идентичные друг другу по конструкции промежуточные опоры двухпутного железнодорожного моста (одна из опор с размывом около 1,5 м, две другие опоры без размыва). Натурные измерения проведены с помощью датчиков-акселерометров и инклинометров измерительной системы «Тензор МС». Результаты натурных исследований показали высокую чувствительность измеряемых параметров (частоты свободных колебаний и наклона верха опоры) при различном уровне грунта у опоры. По результатам исследований теоретически и практически подтверждена актуальность и возможность организации системы периодического или постоянного автоматизированного мониторинга динамических параметров конструкций с целью своевременного обнаружения размывов опор.

Завершение строительства железной дороги до Нижнего Бестяха коренным образом изменило сложившуюся транспортно-логистическую систему и сделало возможным круглогодичную доставку грузов вне зависимости от летней навигации. В связи с происходящими изменениями транспортно-логистической схемы завоза, обусловленной строительством железной дороги и мостового перехода через реку Лену, а также с учетом сложившейся структуры и пропускной способности дорожной сети Якутска потенциально возникает ряд проблем, связанных с растущим транзитом, хранением и перевалкой грузов, поступающих через грузовые терминалы железнодорожной инфраструктуры в пос. Нижний Бестях. Анализ проблем транспортной инфраструктуры городской агломерации «город Якутск», изученных в статье, ориентирован на разработку предложений по формированию транспортной инфраструктуры, способной обеспечить беспрепятственный и безопасный пропуск и перераспределение грузопассажирских потоков, обеспечивая достижение целей устойчивого развития не только территории агломерации, но и региона в целом. Объектами исследования являются: транспортный комплекс Республики Саха (Якутия), транспортные потоки на территории городской агломерации Якутска. Предметы исследования: процессы формирования, развития, оценки, прогнозирования объемов грузовых и пассажирских перевозок; процессы функционирования и взаимодействия автомобильного, железнодорожного, внутреннего водного и воздушного транспорта. Изучение проблем выполнено на основе обобщения и анализа статистических данных по объемам перевозок грузов, расчетных прогнозных объемов транзита грузов, интенсивности и напряженности движения на объектах улично-дорожной сети Якутска. Выполнен сбор статистических данных по объемам перевозок грузов различными видами транспорта, тяготеющими к зоне влияния железнодорожной станции Нижний Бестях. Собраны данные об интенсивности движения, составе и распределении транспортных потоков по направлениям движения в ключевых транспортных узлах улично-дорожной сети Якутска.

На основе анализа топографических планов г. Якутска и современных исследований изучены особенности эволюции городской дорожной сети и определены перспективы развития её транзитного потенциала. Выявлены два этапа развития улично-дорожной сети. На первом этапе сеть формировалась по логистическим принципам организации дорожного движения и грузопассажирских перевозок, осуществляемых гужевым транспортом. Переход ко второму этапу фиксируется по резкому увеличению городской территории и росту количества единиц автомобильного транспорта. Каркас дорожной инфраструктуры г. Якутска на втором этапе составляют дороги, основанные в начале XIX в. Автомобильный транспорт вытеснил из городского пространства гужевой транспорт. Одновременно в инфраструктуре и самой дорожной сети произошел ряд принципиальных изменений, проявившихся в необходимости разделения пешеходных и автомобильных потоков, введения обязательной регулировки транспортных и пешеходных потоков; организации движения общественного транспорта, включая строительство остановок; создании дневных, ночных и зимних стоянок и гаражей для личного и общественного транспорта; формирования площадей и станций технического обслуживания автомобильного транспорта; строительства заправочных станций. Все изменения оказали крайне негативное влияние на возможности городской дорожной сети, касающиеся её пропускной способности, интенсивности движения и транзитного потенциала. Нормативные требования по организации дорожного движения автомобильного транспорта привели к уменьшению ширины проезжей части городских улиц в два раза, а регулирование движения на перекрестках уменьшило пропускную способность улиц также в два раза. Особую проблему для развития улично-дорожной сети представляют системы городского тепло-, водо- и газоснабжения, в первую очередь, магистральные и межквартальные трубопроводы, расположенные на поверхности. Установлено, что дорожная инфраструктура города по своей пропускной способности исчерпала свои возможности и не сможет обеспечить транзит грузов после строительства мостового перехода через р. Лену.

Транспортным сооружениям, в частности мостам, в связи с прогрессирующим в текущее время развитием инфраструктуры на территории Российской Федерации уделяется большое внимание. Конструкциям мостов, особенно железобетонным, приходится работать в крайне неблагоприятных условиях. В первую очередь влияют различного рода агрессивные воздействия окружающей среды (хлоридное воздействие, карбонизация, перепады температуры, воздействие микроорганизмов, противогололёдных реагентов и т. д.). Также не стоит забывать о статических и динамических нагрузках и воздействиях, оказывающих влияние на мостовые сооружения в процессе их эксплуатации, часто интенсифицирующих процесс коррозионного износа конструктивных элементов транспортных сооружений. Для решения проблемы коррозии железобетонных сооружений было решено применить комплексный подход - использовать совместно базальтовую фибру и комплексную пластифицирующе-гидрофобизирующую добавку. Целью является повышение прочностных характеристик, а также показателей долговечности железобетонных конструкций, работающих в агрессивных условиях северной части Российской Федерации. Посредством эксперимента были определены эффекты применения базальтового дисперсно-армирующего компонента совместно с комплексной пластифицирующе-гидрофобизирующей добавкой Basf MasterCast 414. В качестве основного объекта исследования выступают физико-механические показатели цементного камня с добавлением комплексной пластифицирующей и гидрофобизирующей добавки и базальтового дисперсно-армирующего компонента (базальтовой фибры). К методам, применяемым для проведения эксперимента, относятся: аналитический метод с вариативностью выбора компонентов, сравнительный метод с соотношением показателей полученных данных, лабораторный эксперимент с применением специального оборудования в соответствии с нормативными документами. Основными результатами исследования являются выводы о возможности комплексного использования базальтовой фибры и комплексной пластифицирующей и гидрофобизирующей добавки, показатели прочности на сжатие и прочности на растяжение при изгибе, а также рассчитываемый коэффициент трещиностойкости образцов кубиков и балок.

При решении задач распределения температуры в дорожной конструкции, в том числе при определении глубины промерзания, необходимо уделить особое внимание слою снежного покрова, расположенного на откосах и у основания насыпи автомобильной дороги. Дорожная конструкция промерзает неравномерно. Снег имеет малую теплопроводность, что способствует защите грунта от глубокого промерзания. В течение зимнего периода с проезжей части производят механизированную уборку снега, в то время как на откосах и у основания насыпи происходит накопление снежного массива на протяжении всего зимнего периода. Это создает сложную картину промерзания и существенно влияет на распределение изотермы 0 °C внутри дорожной конструкции. В связи с этим необходимо определить характеристики снежного покрова на территории Пермского края для получения более точной картины промерзания конструкции. Характеристики снежного покрова существенно зависят от внешних климатических факторов и условий местности. Произведен анализ климатических характеристик на восьми метеостанциях Пермского края. Выявлено различие между нормативными и фактическими значениями температуры наружного воздуха в период с октября по апрель. Определена средняя месячная высота снежного покрова, а также вероятность установления снежного покрова в осенние месяцы и вероятность сохранения снежного покрова в апреле. Проанализирован опыт исследования теплофизических характеристик снежного покрова российских и зарубежных ученых и выбраны необходимые значения плотности и теплопроводности снега. Рассчитана удельная теплоемкость снежного покрова толщиной до 30 см.

На полигонах твердых коммунальных отходов (ТКО) основным видом отходов, требующим утилизации, являются полимеры различного строения. В статье показано на конкретном примере переработки вторичных полимеров в виде пластиков и резины автомобильных покрышек, как технико-экономические показатели технологии, рыночная конъюнктура и экологические риски определяют выбор технологии переработки. Значительную часть пластиков можно переработать в гранулы вторичного пластика, но проблемными остаются фракции с высоким уровнем загрязнения либо смесь пластиков, которую трудно или невозможно разделить на отдельные виды пластика. Показано, что низкая удельная теплотворная способность таких видов пластика препятствует применению их по энергетической схеме. Предложено перерабатывать неутилизируемые пластики в бескислородное жидкое топливо. Обсуждаются пути утилизации автомобильных покрышек. В связи с тем, что автомобильные покрышки являются композиционным материалом, показана экологическая опасность их переработки по энергетическому пути и предложено использовать материальный потенциал покрышек для производства битумоподобных материалов. Для всех рассмотренных видов вторичных полимерных материалов рассмотрены технико-экономические показатели различных технологических решений.

Представлены инновационные способы укрепления и стабилизации грунтов. Рассматривается современная технология укрепления глинисто-гравийных и песчаных грунтов автомобильных дорог с применением отходов пластика и отработанной керамической пыли. Проведено исследование по определению оптимального процентного содержания керамической пыли и пластиковых отходов в исследуемом грунте, которое составило 20 и 1 % соответственно. Приведена технология утилизации ПЭТ-бутылок из-под воды и использование их в качестве армирующего материала для улучшения свойств песчаных грунтов. Результаты исследования показали, что армирование пластиковыми отходами способствовало повышению прочности, сдвигоустойчивости и коэффициента CBR песчаного грунта. Также представлено исследование возможности армирования грунта частицами из восстановленного полиэтилена высокой плотности (HDPE). Испытания показали, что армированный песчаный грунт с использованием восстановленных фрагментов HDPE повышает его устойчивость к деформации и увеличивает прочность. Приведены результаты эксперимента по укреплению и стабилизации глинистого грунта с помощью отходов ПЭТ-бутылок. Результаты эксперимента показали, что произошло значительное улучшение параметров сдвигоустойчивости исследуемого грунта. Технология укрепления глинисто-гравийных и песчаных грунтов автомобильных дорог с применением пластиковых отходов и отработанной керамической пыли позволяет улучшить прочностные характеристики грунтовых дорожных оснований, а также утилизировать отходы пластмасс с сохранением их материального ресурса, что поможет снизить негативное воздействие пластиковых отходов на объекты окружающей среды. Данную технологию можно рассматривать как биопозитивную и климатически-нейтральную, так как она не требует организации сложной технологической линии по подготовке отходов, и значительного расхода энергии на подготовку отходов пластмасс к использованию. При этом в процессе производства стабилизатора для грунта, а также во время эксплуатации дорожного полотна не образуется вторичной эмиссии загрязняющих веществ в атмосферу.

Большое количество регионов РФ испытывают дефицит качественных каменных материалов, что определяет их высокую стоимость и, как следствие, увеличение стоимости дорожного строительства. Снизить стоимость строительства конструктивных слоев дорожной одежды автомобильных дорог возможно за счет использования в качестве конструктивного слоя укрепленных грунтов из местных материалов. Такой подход позволяет не только снизить стоимость строительства, а также и повысить эксплуатационные качества автомобильной дороги в целом. Показано, что замещение части слоев дорожной одежды укрепленными грунтами приводит к снижению стоимости строительства автомобильных дорог на 15-25 %. Рассмотрено использование минеральных и органических вяжущих для консолидации частиц грунта, особенности возникающих при этом связей. Показано, что с увеличением объемов промышленного производства, расширением номенклатуры крупнотоннажных отходов появилась возможность вовлечения различных отходов (шлаки металлургии и химического производства, золы от сжигания топлива, шламы химических производств и т. п.) в дорожное строительство, при этом возможно эффективно влиять на структурообразование в грунтобетонах. Проведенные предварительные аналитические исследования на кафедре «Автомобильные дороги и мосты» Пермского национального исследовательского политехнического университета показали, что для этих целей можно использовать отходы АО «Березниковский содовый завод», АО «Минерально-химическая компания ЕвроХим», АО «СИБУР-Химпром, ПАО «МЕТАФРАКС»: в мелкодисперсном состоянии отходы данных предприятий можно применять для повышения несущей способности грунта за счет управления химических, физических и механических процессов взаимодействия отходов и грунта. Предварительно проведенные исследования по использованию высокоосновных отходов показали хорошие результаты при укреплении суглинков Березниковского района Пермского края.

Тенденции развития автомобильного транспорта - переход к снижению углеродного следа. Применение электрической силовой установки является наиболее перспективным для решения поставленной задачи. Не исключение в данном случае спортивные автомобили, в том числе картинг. Проведен анализ актуальности электрокартинга на сегодняшний день, определены преимущества над традиционным картом с двигателем внутреннего сгорания, рассмотрено, в каких сферах применяется электрокартинг, а также осуществлено исследование международной классификации картингов, где определено, в каком классе лучше всего принимать участие. Рассмотрены основные производители спортивных электрокартингов в мире, изучены особенности их конструкции, исследовано расположение силовой установки и построение рамы. Определены пути перевода традиционного карта с двигателем внутреннего сгорания на электрическую тягу. Выбрана электрическая силовая установка, которая будет устанавливаться на место традиционного двигателя. Было сделано 3D-сканирование из облака точек для дальнейшего реверс инжиниринга и построение твердотельной модели, рассчитаны и разработаны основные узлы для установки электрического мотора на раму карта класса KF2. По полученным расчетам была построена твердотельная модель, которая устанавливается на раму болида без изменения конструкции для сохранения её прочностных свойств. Для проверки расчетов и твердотельной модели выбрана программа «КОМПАС APM FEM», где были заданы нагрузки на твердотельную модель. Проверка показала, что твердотельная модель может использоваться на данном болиде без внесения изменения в конструкцию рамы. Построена твердотельная модель болида, на которой расположен электродвигатель.