Исследование деформирования железобетонной шпалы, опирающейся на основание неравномерной жесткости
Путь и путевое хозяйство. 2025, № 8. С. 15—17.
Railway Track and Facilities. 2025;(8): 15—17.
КОНСТРУКЦИИ И СООРУЖЕНИЯ
Научная статья
УДК 691.328:539.37
Исследование деформирования железобетонной шпалы, опирающейся на основание неравномерной жесткости
Тихомиров Виктор Михайлович1, Пичкурова Наталья Сергеевна2, Астахов Юрий Владимирович3
1проф., д-р техн. наук, кафедра «Строительная механика», Сибирский государственный университет путей сообщения. г. Новосибирск, Россия. twm@stu.ru, SPIN-код: 6662-1441.
2канд. техн. наук, кафедра «Здания, строительные конструкции и материалы», Сибирский государственный университет путей сообщения. г. Новосибирск, Россия. nataliapich@mail.ru, SPIN-код: 2666-1675.
3канд. техн. наук, кафедра «Здания, строительные конструкции и материалы», Сибирский государственный университет путей сообщения. г. Новосибирск, Россия. yur.astahoff@yandex.ru, SPIN-код: 1204-1357.
Аннотация. При эксплуатации шпал подтипа Ш3-Д 4х10 в течение двух-трех лет на грузонапряженных участках выявлены характерные дефекты, приводящие к разрушению верхнего строения пути. С целью определения возможных причин разрушения таких шпал проведены исследования их деформирования методом конечных элементов (МКЭ). Получены расчетные зависимости максимальных изгибающих моментов при разных распределениях жесткости основания. Выявлены неблагоприятные условия эксплуатации шпал. При моделировании шпалы как плиты на упругом основании получено распределение напряжений в подрельсовом сечении, где при эксплуатации наблюдаются трещины. Сравнение результатов МКЭ и расчета по линейной теории изгиба балок показало достаточную сходимость.
Ключевые слова: железобетонная шпала, балка на упругом основании, метод конечных элементов, неравномерная жесткость, трещиностойкость.
DESIGN AND CONSTRUCTION
Original article
STUDY OF DEFORMATION OF REINFORCED CONCRETE SLEEPER BASED ON A BASE OF UNEVEN RIGIDITY
Tikhomirov Viktor1, Pichkurova Natalia2, Astakhov Yuriy3
1D.Sci., Professor, Department of Structural mechanics, Siberian Transport University. Novosibirsk, Russia. twm@stu.ru
2Ph.D., Department of Buildings, Building Structures and Materials Siberian Transport University. Novosibirsk, Russia. nataliapich@mail.ru
3Ph.D., Department of Buildings, Building Structures and Materials Siberian Transport University. Novosibirsk, Russia. yur.astahoff@yandex.ru
Abstract. During the operation of sleepers of Sl3-D 4х10 subtype for two-three years on the over-stressed sections, characteristic defects leading to the destruction of the track structure were revealed. In order to determine the possible causes of such sleepers’ failure, the research of their deformation by the finite element method (FEM) was carried out. Calculated dependences of maximum bending moments at different distributions of the base stiffness are obtained. Unfavorable conditions of sleeper’s operation are revealed. When modeling a sleeper as a slab on an elastic base, the stress distribution in the under-rail section, where cracks are observed during operation, is obtained. Comparison of the results of FEM and linear bending theory of beams showed sufficient convergence.
Keywords: reinforced concrete sleeper, beam on elastic base, finite element method, non-uniform stiffness, crack resistance.
Список источников
1. Зарецкий Л.М., Харитонов В.А., Дремин Ю.А. Новый вид арматуры для железобетонных изделий верхнего строения пути // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2012. № 10. С. 20–21.
2. Величко Д.В., Севостьянов А.А., Карюкин М.А. Анализ отказов железобетонных шпал в условиях Транссибирской и Среднесибирской магистралей: отчет о НИР. Тема № 2021-004. Новосибирск: СГУПС. 95 с.
3. Зенкевич О., Чанг И. Метод конечных элементов в теории сооружений и в механике сплошных сред: пер. с англ. М.: Недра, 1974. 239 с.
4. Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов (к СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции»): утв. ЦНИИпромзданий Госстроя СССР: в двух частях. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.
5. Горбунов-Посадов М.И., Маликова Т.А., Соломин В.И. Расчет конструкций на упругом основании. М.: Стройиздат, 1984. 678 с.
6. Золотарский А.Ф., Евдокимов Б.А., Исаев Н.М. Железобетонные шпалы для рельсового пути. М: Транспорт, 1980. 270 с.
7. COSMOSM User Guide. Vol. 4: Advanced Modules. — Santa Monica (CA): Structural Research and Analysis Corporation, 2007. 278 p.
8. Карелин Т.Д., Полянская А.В., Тихомиров В.М. Влияние неравномерности осадки железнодорожного пути на взаимодействие рельса и шпал// Дни науки - 2023: Материалы Регионального форума. Новосибирск: СГУПС, 2023. С. 180–185.
9. Александров А.И., Петросян С.К., Тихомиров В.М. Моделирование напряженно-деформированного состояния подрельсовой подкладки как пластины на упругом основании // Интеллектуальный потенциал Сибири: Сборник научных трудов 29-й Региональной научной студенческой конференции, посвященной году науки и технологий в России. Часть 5. Новосибирск: НГТУ, 2021. С. 296–301.