Учет неоднородности земляного полотна железнодорожного пути при определении его напряженно-деформированного состояния
Loading...
Date
2018
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
RUS: Цель. Увеличение скорости движения и грузоподъемности поездов приводит к увеличению нагрузки на железнодорожный путь и, в свою очередь, нагрузки на земляное полотно. Это вызывает необходимость уточнения методов расчета, как верхнего строения, так и земляного полотна железнодорожного пути. Целью работы является разработка метода определения напряженно-деформированного состояния земляного полотна железнодорожного пути на основании учета ограниченной распределительной способности, конечности зоны деформирования по глубине земляного полотна и его неоднородности. Методика. На основании смешанного метода Б. Н. Жемочкина, согласно с которым действительную криволинейную эпюру отпоров по нижней постели шпал заменяют ступенчатой, рассмотрена совместная работа рельсо-шпальной решетки и земляного полотна железнодорожного пути. Результаты. Дано развитие осесимметричной столбчатой модели грунтового основания, которая учитывает такие важные его свойства, как ограниченная распределительная способность, конечность зоны деформирования и неоднородность (слоистость). На основании дискретного метода Л. П. Винокурова и осесимметричной столбчатой модели грунтового основания получены уравнения для перемещений и напряжений для i-го слоя основания. В результате решения системы дифференциальных уравнений дискретного метода численным методом, в котором функции от матриц представляют рядами, определены вертикальные и радиальные перемещения слоистого основания, после чего определены нормальные и касательные напряжения в основании. Реализация смешанного метода Б. Н. Жемочкина позволяет определить отпор по подошве шпал и прогибы центральных сечений балок-шпал. Научная новизна. Разработан метод расчета напряженно-деформированного состояния земляного полотна железнодорожного пути при их совместной работе на основании осесимметричной столбчатой модели. При этом учтены ограниченная распределительная способность, конечность зоны деформирования и неоднородность по глубине грунтового основания. Практическая значимость. Полученные результаты позволяют повысить точность решений при проектировании земляного полотна железнодорожного пути, что, в свою очередь, приведет к повышению его надежности и долговечности.
UKR: Мета. Збільшення швидкості руху й вантажопідйомності потягів призводить до збільшення навантаження на залізничну колію і, у свою чергу, навантаження на земляне полотно. Це викликає необхідність уточнення методів розрахунку як верхньої будови, так і земляного полотна залізничної колії. Метою роботи є розробка методу визначення напружено-деформованого стану земляного полотна залізничної колії на підставі врахування обмеженої розподільної здатності, кінцевості зони деформації по глибині земляного полотна і його неоднорідності. Методика. На підставі змішаного методу Б. Н. Жемочкіна, згідно з яким дійсну криволінійну епюру відпору по нижній площині шпал замінюють ступінчастою, розглянута спільна робота рейко-шпальної решітки й земляного полотна залізничної колії. Результати. Отримала розвиток вісесиметрична стовпчаста модель ґрунтової основи, яка враховує такі важливі її властивості, як обмежена розподільна здатність, кінцевість зони деформування й неоднорідність (шаруватість). На підставі дискретного методу Л. П. Винокурова й вісесиметричної стовпчастої моделі ґрунтової основи отримані рівняння для переміщень і напружень для i-го шару основи. У результаті розв’язання системи диференціальних рівнянь дискретного методу чисельним методом, в якому функції від матриць представляють рядами, визначені вертикальні й радіальні переміщення шаруватої основи, після чого визначені нормальні й дотичні напруження в основі. Реалізація змішаного методу Б. Н. Жемочкіна дозволяє визначити відпору по підошві шпал та прогини центральних перерізів балок-шпал. Наукова новизна. Розроблений метод розрахунку напружено-деформованого стану земляного полотна залізничної колії при їх спільній роботі на підставі вісесиметричної стовпчастої моделі. При цьому враховані обмежена розподільна здатність, кінцевість зони деформування й неоднорідність по глибині ґрунтової основи. Практична значимість. Отримані результати дозволяють підвищити точність рішень під час проектування земляного полотна залізничної колії, що, у свою чергу, призведе до підвищення її надійності й довговічності.
ENG: Purpose. Increase of the speed and train carrying capacity causes the increase in the load on the railway track and, in turn, loads on the subgrade. This makes it necessary to clarify the calculation methods, both the upper structure and the subgrade of the railway track. The purpose of the paper is the development of a method for determining the stress-strain state of railway subgrade on the basis of taking into account the limited distribution capacity, the extremity of the deformation area along the subgrade depth and its heterogeneity. Methodology. Based on the mixed method of B. N. Zhemochkin, according to which the actual curvilinear resistance diagram on the lower flat of the sleepers is replaced by a stepwise one, the joint operation of the rail-sleeper grate and the subgrade of the railway track is considered. Findings. The development of an axisymmetric columnar model of the subgrade is considered, which takes into account such important properties of the subgrade as the limited distribution capacity and the extremity of the deformation area on heterogeneous (layered) base. Based on the discrete method of L. P. Vinokurov and the subgrade axisymmetric columnar model, the equations for displacements and stresses for i-th foundation layer have been obtained. As a result of differential equation system solution of the discrete method by a numerical method in which the functions of the matrices are represented by series, the vertical and radial dis-placements of the layered base are determined, after which the normal and shearing stresses at the base are deter-mined. The implementation of B. N. Zhemochkin mixed method allows to determine the resistance from the bottom of sleepers and the deflections of the central sections of the sleepers-beams. Originality. Method for calculating the stress-strain state of railway subgrade during their joint operation on the basis of an axisymmetric columnar model has been developed. At this the limited distribution capacity, the extremity of the deformation area and the heterogeneity according to the depth of the base have been taken into account. Practical value. The results obtained make it possible to increase the accuracy of design solutions in the design of the railway subgrade, which in turn, resulting in increased reliability and service life of the railway track.
UKR: Мета. Збільшення швидкості руху й вантажопідйомності потягів призводить до збільшення навантаження на залізничну колію і, у свою чергу, навантаження на земляне полотно. Це викликає необхідність уточнення методів розрахунку як верхньої будови, так і земляного полотна залізничної колії. Метою роботи є розробка методу визначення напружено-деформованого стану земляного полотна залізничної колії на підставі врахування обмеженої розподільної здатності, кінцевості зони деформації по глибині земляного полотна і його неоднорідності. Методика. На підставі змішаного методу Б. Н. Жемочкіна, згідно з яким дійсну криволінійну епюру відпору по нижній площині шпал замінюють ступінчастою, розглянута спільна робота рейко-шпальної решітки й земляного полотна залізничної колії. Результати. Отримала розвиток вісесиметрична стовпчаста модель ґрунтової основи, яка враховує такі важливі її властивості, як обмежена розподільна здатність, кінцевість зони деформування й неоднорідність (шаруватість). На підставі дискретного методу Л. П. Винокурова й вісесиметричної стовпчастої моделі ґрунтової основи отримані рівняння для переміщень і напружень для i-го шару основи. У результаті розв’язання системи диференціальних рівнянь дискретного методу чисельним методом, в якому функції від матриць представляють рядами, визначені вертикальні й радіальні переміщення шаруватої основи, після чого визначені нормальні й дотичні напруження в основі. Реалізація змішаного методу Б. Н. Жемочкіна дозволяє визначити відпору по підошві шпал та прогини центральних перерізів балок-шпал. Наукова новизна. Розроблений метод розрахунку напружено-деформованого стану земляного полотна залізничної колії при їх спільній роботі на підставі вісесиметричної стовпчастої моделі. При цьому враховані обмежена розподільна здатність, кінцевість зони деформування й неоднорідність по глибині ґрунтової основи. Практична значимість. Отримані результати дозволяють підвищити точність рішень під час проектування земляного полотна залізничної колії, що, у свою чергу, призведе до підвищення її надійності й довговічності.
ENG: Purpose. Increase of the speed and train carrying capacity causes the increase in the load on the railway track and, in turn, loads on the subgrade. This makes it necessary to clarify the calculation methods, both the upper structure and the subgrade of the railway track. The purpose of the paper is the development of a method for determining the stress-strain state of railway subgrade on the basis of taking into account the limited distribution capacity, the extremity of the deformation area along the subgrade depth and its heterogeneity. Methodology. Based on the mixed method of B. N. Zhemochkin, according to which the actual curvilinear resistance diagram on the lower flat of the sleepers is replaced by a stepwise one, the joint operation of the rail-sleeper grate and the subgrade of the railway track is considered. Findings. The development of an axisymmetric columnar model of the subgrade is considered, which takes into account such important properties of the subgrade as the limited distribution capacity and the extremity of the deformation area on heterogeneous (layered) base. Based on the discrete method of L. P. Vinokurov and the subgrade axisymmetric columnar model, the equations for displacements and stresses for i-th foundation layer have been obtained. As a result of differential equation system solution of the discrete method by a numerical method in which the functions of the matrices are represented by series, the vertical and radial dis-placements of the layered base are determined, after which the normal and shearing stresses at the base are deter-mined. The implementation of B. N. Zhemochkin mixed method allows to determine the resistance from the bottom of sleepers and the deflections of the central sections of the sleepers-beams. Originality. Method for calculating the stress-strain state of railway subgrade during their joint operation on the basis of an axisymmetric columnar model has been developed. At this the limited distribution capacity, the extremity of the deformation area and the heterogeneity according to the depth of the base have been taken into account. Practical value. The results obtained make it possible to increase the accuracy of design solutions in the design of the railway subgrade, which in turn, resulting in increased reliability and service life of the railway track.
Description
Л. Телипко: ORCID 0000-0003-3165-3920, Л. Мамаев: ORCID 0000-0002-6421-4396, С. Ракша: ORCID 0000-0002-4118-1341
Keywords
напряженно-деформированное состояние, земляное полотно, железнодорожный путь, напряжения, перемещения, осадка, напружено-деформований стан, земляне полотно, залізнична колія, напруження, переміщення, осідання, stress-strain state, subgrade, railway track, stress, displacement, settling, КПММ
Citation
Телипко, Л. П. Учет неоднородности земляного полотна железнодорожного пути при определении его напряженно-деформированного состояния / Л. П. Телипко, Л. М. Мамаев, С. В. Ракша // Наука та прогрес транспорту. – 2018. – № 6 (78). – С. 101–117. – doi: 10.15802/stp2018/152920.