vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2020-22-6-154-166vestniktgasu-856Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ДОРОГ, МЕТРОПОЛИТЕНОВ, АЭРОДРОМОВ, МОСТОВ И ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙENGINEERING AND CONSTRUCTION OF ROADS, SUBWAYS, AIRDROMES, AND TUNNELSМОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МОСТОВFINITE ELEMENT MODEL OF DYNAMIC TRAIN-BRIDGE INTERACTIONhttps://orcid.org/0000-0003-2916-1732ЕфимовС. В.EfimovS. V.

Ефимов Стефан Васильевич, канд. техн. наук, доцент

630049, г. Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук, 191

Stefan V. Efimov, PhD, A/Professor

191, Dusi Koval'chuk Str., 630049, Novosibirsk

esvmt@mail.ruЖуневК. О.ZhunevK. O.

Жунев Кирилл Олегович, аспирант

630049, г. Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук, 191

Kirill O. Zhunev, Research Assistant

191, Dusi Koval'chuk Str., 630049, Novosibirsk

junev.kirill@yandex.ruСибирский государственный университет путей сообщенияРоссияSiberian State Transport UniversityRussian Federation202023112020226154166Copyright © Ефимов С.В., Жунев К.О., 20202020Ефимов С.В., Жунев К.О.Efimov S.V., Zhunev K.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/856

На сети железных дорог России продолжается активное внедрение инновационных тяжеловесных вагонов с нагрузкой на ось 25 - 27 тс и организация движения грузовых поездов повышенной массы и длины. Новые условия эксплуатации сооружений неизбежно приводят к необходимости оценки несущей способности, долговечности, скорости накопления усталостных повреждений и надежности этих конструкций. Кроме того, для железнодорожных мостов важными контролируемыми параметрами являются динамические характеристики (частоты и формы собственных колебаний, скорость их затухания, динамическая жесткость).

В статье рассмотрены особенности динамического взаимодействия неоднородных по структуре и разных по общему весу и длине поездов с мостовым сооружением при помощи численного моделирования в программном комплексе Midas Civil. Верификация расчетной модели осуществлена по динамическим параметрам пролетных строений (частотам собственных колебаний), которые были определены при обследовании моста с помощью системы Тензор-МС.

Innovative heavy wagons with a 25–27 tf axle load and the freight train movement organization having a higher weight and length are being put into operation in Russia. New operating conditions of railway bridges require an assessment of bearing capacity, durability, accumulation rate of fatigue damage and reliability. The important parameters are the dynamic properties of railway bridges (frequencies and modes of natural vibrations, decay rate, dynamic stiffness).

The aim of this work is to determine the dynamic interaction of trains having different structure, weight and length with a railway bridge using numerical modeling in the midas Civil bridge software. The proposed model is verified by the dynamic parameters of spans (natural vibration frequencies), which are determined during the bridge inspection using a Tensor-MS system.

The modal analysis is given to the finite element model. The lowest natural modes of the bridge are determined. Based on numerical simulation of the interaction between the train and the bridge unfavorable speed of trains is calculated leading to an increase in the oscillation amplitude of the bridge span as well as in the bridge dynamic coefficient with regard to the design features of the train structure and composition.

метод конечных элементовчисленное моделированиеподвижная нагрузкадинамическое воздействиеэкспериментальные исследованияжелезнодорожный мостсталежелезобетонное пролетное строениесварное пролетное строениеfinite element modelnumerical simulationmoving loaddynamic loadexperimental researchrailway bridgesteel-reinforced concrete spanweld-fabricated spanReferencesГоликова Ю.А. Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта в России // Вестник СИБИТа. 2015. № 3. С. 32–37.Golikova Yu.A. Problemy i perspektivy razvitiya zheleznodorozhnogo transporta v Rossii [Problems and prospects of railway transport in Russia]. Vestnik SIBITa. 2015. V. 3. Pp. 32–37. (rus)Гапанович В.А. Вопросы взаимодействия подвижного состава и инфраструктуры при тяжеловесном движении // Железнодорожный транспорт. 2016. № 10. С. 9–15.Gapanovich V.A. Voprosy vzaimodeistviya podvizhnogo sostava i infrastruktury pri tyazhelovesnom dvizhenii [Train-bridge interaction in heavy traffic]. Zheleznodorozhnyi transport. 2016. V. 10. Pp. 9–15. (rus)Бокарев С.А., Мурованный Ю.Н., Прибытков С.С., Усольцев А.Н. Условия обеспечения движения тяжеловесных поездов по искусственным сооружениям // Железнодорожный транспорт. 2017. № 7. С. 64–67.Bokarev S.A., Murovannyi Yu.N., Pribytkov S.S., Usol'tsev A.N. Usloviya obespecheniya dvizheniya tyazhelovesnykh poezdov po iskusstvennym sooruzheniyam [Conditions for heavy train operation on engineering structures]. Zheleznodorozhnyi transport. 2017. V. 7. Pp. 64–67. (rus)Бокарев С.А., Прибытков С.С., Ефимов С.В. Остаточный ресурс железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2018. № 3. С. 169–183.Bokarev S.A., Pribytkov S.S., Efimov S.V. Ostatochnyi resurs zhelezobetonnykh proletnykh stroenii zheleznodorozhnykh mostov [Residual life of reinforced concrete superstructures of railway bridges]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta – Journal of Construction and Architecture. 2018. V. 2. No. 3. Pp. 169–183. (rus)Глушков С.П., Соловьев Л.Ю., Соловьев А.Л. Экспериментальная оценка долговечности сварных металлических пролетных строений мостов методом инфракрасной термографии // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2018. № 2. С. 63–71.Glushkov S.P., Solov'ev L.Yu., Solov'ev A.L. Eksperimental'naya otsenka dolgovechnosti svarnykh metallicheskikh proletnykh stroenii mostov metodom infrakrasnoi termografii [Infrared thermography of weld-fabricated bridge durability]. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo universiteta putei soobshcheniya. 2018. V. 2. Pp. 63–71. (rus)Кирян В.И., Мальгин М.Г. Пути обеспечения нормативного ресурса пролетных строений мостов // Вестник Днепропетровского национального университета железнодорожного транспорта. 2011. № 39. С. 55–60.Kiryan V.I., Mal'gin M.G. Puti obespecheniya normativnogo resursa proletnykh stroenii mostov [Ways to ensure the bridge span life]. Vestnik Dnepropetrovskogo natsional'nogo universiteta zheleznodorozhnogo transporta. 2011. V. 39. Pp. 55–60. (rus)Viswanath K., Kumar R. Fatigue analysis of railway steel bridge // International journal of engineering and technology. 2018. V. 7. P. 1098–1101.Viswanath K., Kumar R. Fatigue analysis of railway steel bridge. International Journal of Engineering and Technology. 2018. V. 7. Pp. 1098–1101.Kossakowski P.G. Fatigue strength of an over one hundred year old railway bridge // The Baltic journal of road and bridge engineering. 2013. V. 8. P. 166–173.Kossakowski P.G. Fatigue strength of an over one hundred year old railway bridge. The Baltic Journal of Road and Bridge Engineering. 2013. V. 8. Pp. 166–173.Дьяченко Л.К., Смирнов В.Н. Динамическое взаимодействие высокоскоростного подвижного состава и пролетных строений мостов // Путь и путевое хозяйство. 2018. № 11. С. 16–21.D'yachenko L.K., Smirnov V.N. Dinamicheskoe vzaimodeistvie vysokoskorostnogo podvizhnogo sostava i proletnykh stroenii mostov [Dynamic interaction of train and railway bridge spans]. Put' i putevoe khozyaistvo. 2018. V. 11. Pp. 16–21. (rus)Жунев К.О. Динамическое воздействие подвижной нагрузки на сварные пролетные строения // Наука и практика в решении стратегических и тактических задач устойчивого развития России : материалы конференции. 2019. С. 9–12.Zhunev K.O. Dinamicheskoe vozdeistvie podvizhnoi nagruzki na svarnye proletnye stroeniya [Dynamic effect of moving load on welded spans]. Materialy konferentsii “Nauka i praktika v reshenii strategicheskikh i takticheskikh zadach ustoichivogo razvitiya Rossii” (Proc. Sci. Conf. „Science and Practices of Sustainable Development in Russia‟). Saint-Petersburg, 2019. Pp. 9–12. (rus)Sun Y.Q., Cole C. Spiryagin M., Dhanasekar M. Vertical dynamic interaction of trains and rail steel bridges // Electronic journal of structural engineering. 2013. V. 13. P. 88–97.Sun Y.Q., Cole C. Spiryagin M., Dhanasekar M. Vertical dynamic interaction of trains and rail steel bridges. Electronic Journal of Structural Engineering. 2013. V. 13. Pp. 88–97.Zhai W., Han Z., Chen Z., Ling L., Zhu S. Train–track–bridge dynamic interaction: a state-of-the-art review // International journal of vehicle mechanics and mobility. 2019. V. 57, P. 984–1027.Zhai W., Han Z., Chen Z., Ling L., Zhu S. Train–track–bridge dynamic interaction: a state-of-the-art review. International Journal of Vehicle Mechanics and Mobility. 2019. V. 57. Pp. 984–1027.Smirnov V.N., Shestakova E.B., Chizhov S.V., Antonyuk A.A., Lediaev L.A., Indeykin I.A., Evtukov E.S. Dynamic interaction of high-speed trains with span structures and flexible support // Magazine of Civil Engineering. 2017. V. 76. P. 115–129.Smirnov V.N., Shestakova E.B., Chizhov S.V., Antonyuk A.A., Lediaev L.A., Indeykin I.A., Evtukov E.S. Dynamic interaction of high-speed trains with span structures and flexible support, Magazine of Civil Engineering. 2017. V. 76. Pp. 115–129.Круговова Е.А. Оценка влияния колебаний моста на динамику поезда в программном комплексе «Универсальный механизм» // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2012. № 6. С. 16–23.Krugovova E.A. Otsenka vliyaniya kolebanii mosta na dinamiku poezda v programmnom komplekse „Universal'nyi mekhanizm‟ [Bridge fluctuations and train dynamics calculated in Universal Mechanism software]. Fundamental'nye i prikladnye problemy tekhniki i tekhnologii. 2012. V. 6. Pp. 16–23. (rus)Midas Civil. Getting Started. MIDAS IT, 2015. 240 p.Midas Civil. Getting Started. MIDAS IT, 2015. 240 p.Бондарь Н.Г, Козьмин Ю.Г., Ройтбурд З.Г., Тарасенко В.П., Яковлев Г.Н. Взаимодействие железнодорожных мостов с подвижным составом. Москва : Транспорт, 1984. 272 с.Bondar' N.G, Koz'min Yu.G., Roitburd Z.G., Tarasenko V.P., Yakovlev G.N. Vzaimodeistvie zheleznodorozhnykh mostov s podvizhnym sostavom [Bridge-train interaction]. Moscow: Transport, 1984. 272 p. (rus)Бокарев С.А., Яшнов А.Н., Снежков И.И., Слюсарь А.В. Малогабаритные автоматизированные системы для диагностики ИССО // Путь и путевое хозяйство. 2007. № 9. С. 25–26.Bokarev S.A., Yashnov A.N., Snezhkov I.I., Slyusar' A.V. Malogabaritnye avtomatizirovannye sistemy dlya diagnostiki ISSO [Small automated systems for engineering structure diagnostics]. Put' i putevoe khozyaistvo. 2007. V. 9. Pp. 25–26. (rus)Князев Б.А., Черкасский В.С. Дискретное преобразование Фурье – как это делается // Вестник НГУ. Серия: Физика. 2008. № 4. С. 74–86.Knyazev B.A., Cherkasskii V.S. Diskretnoe preobrazovanie Fur'e – kak eto delaetsya [Fast Fourier transform – calculation and interpretation]. Vestnik NGU. Seriya: Fizika. 2008. V. 4. Pp. 74–86. (rus)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.