Несущая способность подшпального основания железнодорожного пути на участках обращения поездов с осевыми нагрузками до 300 кН тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.06, кандидат наук Морозова, Анастасия Андреевна

• Морозова, Анастасия Андреевна
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Морозова, Анастасия Андреевна

Оглавление

Введение

1 Анализ состояния исследуемого вопроса

1.1 Напряженное состояние верхнего строения пути и земляного полотна в условиях движения поездов с повышенными осевыми нагрузками

1.2 Вибродинамическое воздействие поездов на балластный слой

1.3 Существующие методы расчёта напряжений в балласте и определения прочности балластного слоя

1.4 Выводы по главе 1

2 Натурные исследования колебательного процесса в балластном слое при повышенных осевых нагрузках

2.1 Условия проведения исследований

2.2 Методика проведения испытаний

2.2.1 Аппаратура и приборы

2.2.2 Методика проведения экспериментов

2.2.3 Обработка результатов исследований

2.3 Исследование распространения виброускорений в балластном слое при осевых нагрузках до 294 кН

2.3.1 Исследование распределения вертикальных и горизонтальных виброускорений на глубине 10 см под подошвой шпалы

2.3.2 Исследование распределения вертикальных и горизонтальных виброускорений на глубине 55 см под подошвой шпалы

2.3.3 Исследование распространения вертикальных и горизонтальных виброускорений в поперечном сечении балластной призмы

2.3.4 Затухание виброускорений в вертикальном и горизонтальном направлениях

2.4 Выводы по главе 2

3 Напряженное состояние балластной призмы при воздействии подвижного состава с повышенными осевыми нагрузками

3.1 Условия проведения исследований

3.2 Методика проведения испытаний

3.2.1 Аппаратура и приборы

3.2.2 Технология проведения экспериментов

3.2.3 Обработка результатов исследований

3.3 Распределение вертикальных и горизонтальных напряжений в подшпальном основании железнодорожного пути

3.4 Исследование распределения вертикальных напряжений в поперечном сечении балластной призмы

3.5 Исследование затухания вертикальных напряжений по глубине балластного слоя

3.6 Выводы по главе 3

4 Методика расчёта несущей способности подшпального основания при повышенных осевых нагрузках

4.1 Общие положения

4.2 Решение системы дифференциальных уравнений задачи о несущей способности балластного слоя

4.3 Методика определения несущей способности подшпального основания железнодорожного пути при действии повышенных осевых нагрузок от подвижного состава

4.3.1 Исходные данные и граничные условия для расчёта несущей

способности подшпального основания пути в поперечной плоскости

4.3.2 Исходные данные и граничные условия для расчёта несущей способности подшпального основания пути в продольной полуплоскости

125

4.3.3 Решение нелинейной системы дифференциальных уравнений первого порядка методом конечных разностей

4.3.4 Выбор схемы для расчета несущей способности подшпального основания железнодорожного пути с учетом повышенных осевых нагрузок подвижного состава

4.4 Анализ влияния различных факторов на несущую способность подшпального основания

4.4.1 Зависимость величины несущей способности подшпального основания от прочностных характеристик щебня

4.4.2 Зависимость величины несущей способности подшпального основания от толщины балласта

4.4.3 Зависимость величины несущей способности подшпального основания от толщины подбалластного защитного слоя из щебеночно-

песчано-гравийной смеси

4.5 Требования к материалу и конструкции балластного слоя железнодорожного пути по условию обеспечения несущей способности на участках обращения поездов с осевыми нагрузками до 300 кН

4.6 Выводы по главе 4

Библиографический список

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Несущая способность подшпального основания железнодорожного пути на участках обращения поездов с осевыми нагрузками до 300 кН»

Введение

Актуальность темы исследования и степень её разработанности.

Стратегией развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года [100] установлены перспективные направления развития железных дорог, в числе которых повышение грузооборота за счет увеличения провозной способности линий. Эту задачу можно решать путём увеличения массы обращающихся поездов за счёт ввода в обращение поездов с повышенными осевыми нагрузками до 300 кН.

Как показывает опыт отечественных и зарубежных железных дорог, для обеспечения безопасной и бесперебойной работы линий с повышенными осевыми нагрузками требуется специальная подготовка пути [80, 12, 86]. Это вызвано, в том числе, увеличением вибродинамического воздействия на верхнее строение пути и земляное полотно, обусловленным ростом осевых нагрузок подвижного состава. Опыт эксплуатации железных дорог с высокими осевыми нагрузками подвижного состава показывает, что увеличение осевых нагрузок поездов приводит к росту интенсивности накопления остаточных деформаций пути.

Рост количества расстройств пути при увеличении осевых нагрузок подвижного состава свидетельствует о снижении прочностных и деформативных характеристик грунтов балластного слоя и земляного полотна, а значит, о снижении способности воспринимать передаваемое воздействие без значительных деформаций и разрушений. Так, исследованиями И.В. Прокудина [88, 89], Г.Н. Жинкина [89], В.В.Виноградова [16], Л.П. Зарубиной [34], А.Ф. Колоса [46, 99, 115], А.И. Кистанова [39], И.В. Колос [47], А.В. Петряева [82], Г.М. Стояновича [99], Г.М. Шахунянца [121] и многих других ученых доказан факт снижения прочностных характеристик грунтов балластного слоя и земляного полотна при действии вибродинамических нагрузок.

Следует ожидать, что повышение осевой нагрузки с 225 до 294 кН приведет к значительному росту уровня вибродинамического воздействия на

балласт и земляное полотно, что однозначно приведёт к снижению несущей способности подшпального основания.

Существующие теоретические, методологические и практические основы определения несущей способности подшпального основания были разработаны Н.И. Ананьевым [5, 6], В.Ф. Барабошиным [6], JI.C. Блажко [13, 14], М.Ф. Вериго [18], A.M. Голованчиковым [21], А .Я. Коганом [41, 42, 43], Г.Г. Коншиным [49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56], B.C. Лысюком [68, 69, 70], А.Н. Марготьевым [72, 73, 74], И.В. Прокудиным [87, 88, 89, 90], В.В. Соловьевым [95], В.П. Титовым [70, 101], и другими учеными.

Однако, в предлагаемых расчетных схемах и теориях расчета не учитывается ряд факторов, которые в условиях повышения осевой нагрузки могут привести к существенному снижению несущей способности подшпального основания. К таким факторам относятся:

1. Влияние прочностных характеристик грунтов земляного полотна на несущую способность подшпального основания.

2. Снижение прочностных характеристик грунтов подшпального основания при вибродинамическом воздействии при обращении подвижного состава с осевыми нагрузками до 300 кН.

3. Увеличение сил инерции, воздействующих на грунты балластного слоя и земляного полотна, вызванное ростом осевых нагрузок поездов до 300 кН.

Таким образом, для организации пропуска подвижного состава с осевыми нагрузками до 300 кН необходимо разработать теорию и методику определения несущей способности подшпального основания с учетом изложенных выше факторов.

На основе полученных решений представляется возможным обосновать требования к материалу балластного слоя и конструкции подшпального основания на участках пути с обращением поездов с осевыми нагрузками до 300 кН.

Эти требования могут быть использованы при разработке нормативных документов, предназначенных для проектирования новых и реконструкции существующих железных дорог, намечаемых к обращению поездов с осевыми нагрузками до 300 кН.

Таким образом, целью настоящего исследования является разработка теоретической базы и методологии определения несущей способности подшпального основания железнодорожного пути при действии повышенных инерционных сил, повышенного динамического воздействия на балластный слой и земляное полотно в условиях движения поездов с нагрузкой на ось от 225 до 294 кН.

Для достижения поставленной цели, в данном исследовании решены следующие задачи:

1. На основании теоретического решения разработана методика расчета несущей способности подшпального основания железнодорожного пути при повышенных осевых нагрузках подвижного состава с учетом вибродинамического воздействия, основанная на теории предельного равновесия сыпучей среды.

2. Определены зависимости, описывающие распространение виброускорений в грунтах подшпального основания при движении поездов с осевыми нагрузками от 225 до 294 кН.

3. Выявлено и исследовано напряженное состояние балластного слоя и основной площадки земляного полотна при обращении поездов с осевыми нагрузками до 294 кН.

4. Определены требования к прочностным характеристикам материала балластного слоя и к конструкции подшпального основания в условиях обращения поездов с нагрузкой на ось до 300 кН.

Научная новизна исследования определяется следующим:

1. Впервые получены аналитические зависимости, описывающие распространение виброускорений в балластном слое и земляном полотне при обращении подвижного состава с осевыми нагрузками до 294 кН.

2. На основе экспериментальных исследований впервые выявлены величины вертикальных напряжений, возникающих в балластном слое и земляном полотне при обращении поездов с осевыми нагрузками до 294 кН. Установлены аналитические зависимости, описывающие распространение напряжений в подшпальном основании в условиях движения поездов с повышенными осевыми нагрузками.

3. Впервые разработана математическая модель, описывающая предельное напряженное состояние грунтов балластного слоя и земляного полотна, базирующаяся на системе дифференциальных уравнений гиперболического типа, учитывающих распространение повышенных инерционных сил и снижение прочностных характеристик грунтов подшпального основания при обращении подвижного состава с осевыми нагрузками до 300 кН.

4. Для решения системы дифференциальных уравнений, описывающих предельное напряженное состояние грунтов подшпального основания, предложена и обоснована расчётная схема, учитывающая появление дополнительных зон предельного напряженного состояния, наличие которых определяется особенностями геометрического очертания исследуемой области и граничных условий на поверхности.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. На основе предложенной математической модели разработана методика расчёта несущей способности подшпального основания железнодорожного пути при действии повышенных инерционных сил и снижении прочностных характеристик грунтов в условиях движения поездов с осевыми нагрузками до 300 кН.

2. Обоснованы требования к прочностным характеристикам материалов балластного слоя и конструкции подшпального основания в условиях обращения поездов с нагрузкой на ось до 300 кН в зависимости от осевой нагрузки подвижного состава.

Методология и методы исследования.

Для решения задач, поставленных в настоящей работе, были выполнены натурные и теоретические исследования. Натурные эксперименты выполнялись на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ в г. Щербинка Московской области. Результаты данных исследований позволили выявить зависимости распространения виброускорений и напряжений в грунтах подшпального основания при обращении подвижного состава с осевыми нагрузками до 294 кН, которые были использованы при выводе дифференциальных уравнений, описывающих предельное напряженное состояние грунтов подшпального основания. При разработке методики расчета несущей способности подшпального основания использовались результаты отечественных и зарубежных исследователей в области механики и динамики грунтов подшпального основания железнодорожного пути. На основе теоретического решения задачи о несущей способности подшпального основания железнодорожного пути при осевых нагрузках до 300 кН выявлены требования к прочностным характеристикам материалов балластного слоя и конструкции подшпального основания.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Зависимости распространения вертикальных и горизонтальных виброускорений в балластном слое железнодорожного пути при движении поездов с осевыми нагрузками до 300 кН.

2. Зависимости распространения и затухания вертикальных напряжений в грунтах подшпального основания железнодорожного пути при обращении поездов с осевыми нагрузками до 300 кН.

3. Математическая модель, описывающая предельное напряженное состояние грунтов подшпального основания железнодорожного пути с учетом распространения повышенных инерционных сил и снижения прочностных характеристик грунтов подшпального основания при обращении подвижного состава с осевыми нагрузками до 300 кН.

4. Методика расчёта несущей способности подшпального основания железнодорожного пути в условиях движения поездов с осевыми нагрузками до 300 кН.

Степень достоверности результатов определяется корректностью математических выводов и хорошей сходимостью результатов расчётов, выполненных с использованием разработанной математической модели, с данными натурных экспериментов.

Реализация исследований.

Результаты теоретических и практических исследований применялись в ПГУПС при проектировании модернизации участков пути направления Санкт-Петербург - Мурманск Октябрьской железной дороги.

Апробация результатов.

Основные положения и результаты работы были доложены на следующих конференциях:

1. Международная научно-практическая интернет-конференция "Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте и образовании '201 Iм (20-27 дек. 2011 г.; Одесса).

2. Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути: X научно-техническая конференция с международным участием (чтения, посвященные 190-летию проф. Г.М.Шахунянца). Москва, МИИТ, 2013.

3. Применение геоматериалов при строительстве и реконструкции транспортных объектов: III международная научно-техническая конференция. Санкт-Петербург, ПГУПС, 2013.

4. Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты: УШ-я международная научно-техническая конференция. Санкт-Петербург, ПГУПС, 2013.

5. XI международная научно-техническая конференция «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации

железнодорожного пути», посвященная памяти профессора Г. М. Шахунянца. Москва, МИИТ, 2014.

6. Международная научно-практическая интернет-конференция "Современные направления теоретических и прикладных исследований'2014". Одесса, Украина, 2014.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 статей, в том числе 2 статьи в изданиях, входящих в перечень, рекомендованный Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы, списка иллюстративного материала и приложений. Общий объём работы составляет 186 страниц машинописного текста, в том числе 159 страниц основного текста, 61 рисунок, 16 таблиц. Список литературы включает 123 отечественных и зарубежных источника.

1 Анализ состояния исследуемого вопроса

Повышение осевых нагрузок обращающихся поездов является приоритетным направлением развития железнодорожного транспорта и одним из способов решения проблемы повышения грузооборота на сети железных дорог. Создание перспективных полигонов обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками предусмотрено Стратегией развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года [100]. Значение этих направлений в дальнейшем значительно возрастёт в связи с планируемым увеличением перевозок экспортных грузов в порты СевероЗападного и Южного регионов, а также с ростом объёма внутренних перевозок. В частности, это касается доставки угля для предприятий энергетического комплекса, расположенных на Урале и в Центральном регионе. В [100] приводятся следующие перспективные полигоны обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками:

• Кузбасс - Санкт-Петербург-Сортировочный, Мурманск;

• Череповец - Костомукша, Ковдор, Оленегорск;

• Кузбасс - Свердловск - Агрыз - Москва - Смоленск;

• Кузбасс - Челябинск - Сызрань - порты Азово-Черноморского бассейна;

• Аксарайская - Волгоград;

• Стойленская - Чугун;

• Заозерная - Красноярск;

• Тайшет - Тында - Комсомольск - Советская Гавань;

• восточная часть Транссибирской железнодорожной магистрали.

Для обеспечения безопасности и бесперебойности перевозок

конструкция верхнего строения пути и земляного полотна должна

воспринимать передаваемое подвижным составом воздействие без значительных деформаций и разрушений.

Работа верхнего строения пути и земляного полотна при движении поездов с повышенными осевыми нагрузками характеризуется особенностями напряженного состояния элементов конструкции пути и колебаний, возникающими при проходе подвижного состава.

1.1 Напряженное состояние верхнего строения пути и земляного полотна в условиях движения поездов с повышенными осевыми нагрузками

Движение поездов с повышенными осевыми нагрузками увеличивает силовое воздействие на элементы верхнего строения пути и земляное полотно, а значит, увеличиваются и напряжения в элементах конструкции пути. Этот факт подтверждается, в том числе, приведенными ниже результатами исследований отечественных и зарубежных ученых.

Рассмотрим напряженное состояние рельсов при движении поездов с повышенными осевыми нагрузками.

Рельс является самым нагруженным элементом пути. Он передает нагрузку на шпалы, балласт и нижнее строение пути. Воспринимаемая рельсами колесная нагрузка усугубляется перегрузом и дефектами подвижного состава, состоянием поверхности катания колесных пар и рельсов. При движении поездов с повышенными осевыми нагрузками циклы повышенных изгибающих и контактных напряжений в рельсах обладают большей частотой и скоростью.

Л.С. Блажко выполнен широкий спектр исследований работы железнодорожного пути в условиях движения поездов с осевыми нагрузками до 300 кН [14]. В частности, автором выявлена зависимость напряжений изгиба и кручения в кромках подошвы рельса от осевой нагрузки (рисунок 1.1) для среднеисполненных нагрузок до 264 кН.

а)

»

аз

С ^

8 & {3

4J

<13 М LO

Я Й

£ W W о

у

* si

ct s

РГ о

240 < 200 160 120 80 40

тс

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

с

107 220 256 264

Средняя статическая осевая нагрузка, кН

Рисунок 1.1 - Напряжения изгиба и кручения в кромках подошвы рельса: 1-рельсы Р65, 2 - рельсы Р50. I 1 - средние значения, - максимально

вероятные значения.

Действующими на российских железных дорогах нормами [75] установлены допускаемые напряжения в кромке подошвы рельса в зависимости от грузонапряженности пути. Для особогрузонапряженных линий допускаемые напряжения от локомотива составляют 190 МПа, от вагона - 150 МПа. Для железных дорог I категории с грузонапряженностью 25-50 млн ткм брутто на км в год допускаемые напряжения определены соответственно на уровне 200 и 160 МПа. Данные рисунка 1.1 по средним значениям напряжений не превышают допускаемые, в отличие от максимально вероятных значений. При осевых нагрузках более 220 кН и рельсах типа Р50 отмечается перенапряжение. Для рельсов типа Р65 перенапряжение происходит при осевых нагрузках более 264 кН.

Исследования, проведенные на индийских железных дорогах [123] при разных типах рельсов, скоростях движения и осевых нагрузках, позволили оценить уровень напряжений в рельсах (таблица 1.1).

Таблица 1.1 — Растягивающие напряжения в кромках подошвы рельсов, измеренные на путях индийских железных дорог, МПа

Тип рельса / Осевая нагрузка и скорость 75 км/ч 100 км/ч

210 кН 230 кН 250 кН 300 кН 210 кН 230 кН 250 кН

ЖБ 52 Кё 212,4 231,5 252,31 - 230,5 251,33 273,99

1ЛС 60 180,5 195,9 212,7 264,4 189,4 205,7 223,4

1ЛС 68 К^ - - - 248,3 - - -

ТЛС 71 - - - 237,3 - - -

Установленные на индийских железных дорогах допускаемые напряжения в кромках подошвы рельсов составляют 247,7 МПа. Таким образом, рельсы массой 52 кг/м не подходят для обращения поездов с осевыми нагрузками 250 кН при скорости 75 км/ч, а рельс массой 60 кг не подходит для обращения поездов с осевой нагрузкой 300 кН при скорости 75 км/ч в условиях индийских железных дорог [121, 123].

Результаты исследований на отечественных и зарубежных железных дорогах показали, что повышение осевых нагрузок вызывает рост напряжений в рельсах. Эксплуатация рельсов легких типов (Р50, ШБ 52 К^) при осевых нагрузках более 250 кН и скоростях до 75 км/ч вызывает их перенапряжение. При обращении поездов с нагрузкой более 264 кН по пути с рельсами массой 65 кг/м действующие напряжения в кромках подошвы рельсов превышают допускаемые. Это позволяет сделать вывод, что при осевых нагрузках более 260 кН и скорости движения подвижного состава 75 км/ч и более рекомендуется использовать рельсы тяжелых типов массой более 65 кг/м.

Рассмотрим далее работу шпал в условиях обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками.

Индийскими исследователями были определены контактные напряжения между рельсом и шпалой для рельсов различной массы и шпал с различной эпюрой. Данные представлены в таблице 1.2 [121]:

Таблица 1.2 - Контактные напряжения между рельсом и шпалой

Погонная масса рельса, кг/м Расстояние между осями шпал, см Контактные напряжения между рельсом и шпалой, МПа

52 65 6,4249

52 60 6,0199

60 65 5,5077

60 60 5,1661

60 43 4,0046

Допускаемые контактные напряжения составляют 4 МПа. Из данных, представленных в таблице 2, авторами сделан вывод, что в случае обращения поездов с нагрузками 300 кН применима только конструкция с рельсами массой 60 кг на шпалах 60 кг с шагом 43 см между осями шпал по условию непревышения допускаемых контактных напряжений между рельсом и шпалой. Как было показано ранее, рельсы массой 60 кг испытывают повышенные кромочные напряжения в подошве при скорости движения 75 км/ч. Поэтому применение рельсов такого типа в условиях индийских железных дорог целесообразно при снижении скорости движения поездов или осевой нагрузки.

Отметим, что на российских железных дорогах установлены допускаемые напряжения на смятие в деревянных шпалах (в прокладках на

железобетонных шпалах) под подкладками, осредненные по площади подкладки. Минимальные напряжения допускаются на особогрузонапряженных линиях и для локомотивов составляют 1,2 МПа, для вагонов — 1,1 МПа. Максимально допускаемые напряжения на смятие в шпалах установлены для линий с грузонапряженностью менее 10 млн ткм на км в год и составляют 3 МПа для локомотивов и 2,7 для вагонов. Таким образом, требования ОАО «РЖД» к напряжениям в подрельсовом основании значительно жёстче.

На сети железных дорог Российской Федерации в настоящее время укладываются только железобетонные шпалы, а деревянные разрешено применять только по согласованию. В мировой практике широко применяются шпалы из различных материалов. Рассмотрим опыт железных дорог США по эксплуатации шпал при повышенных осевых нагрузках.

На железных дорогах Соединенных Штатов Америки наиболее широко распространены деревянные шпалы. По результатам испытаний на полигоне FAST при осевой нагрузке 350 кН/ось, основным видом расстройства пути на деревянных шпалах является уширение колеи, при этом срок службы шпал до достижения предельного уширения колеи можно увеличить путем усовершенствования рессорного подвешивания тележек. Шпалы из твердых пород древесины (дуба) лучше удерживают ширину колеи, чем шпалы из мягких пород древесины. Применение упругих рельсовых скреплений снижает уширение колеи в 5 раз по сравнению с костыльными [37, 81]. Испытания многослойных дубовых шпал на шипах и клееных сосновых шпал показали, что обращение подвижного состава со стандартным рессорным подвешиванием вызывает появление трещин, надцергивание костылей, значительное уширение колеи и необходимость замены шпал после пропуска 180 млн. т брутто [114].

На железных дорогах США также укладываются железобетонные шпалы. Они обеспечивают большую равноупругость подрельсового

основания и устойчивость рельсов по сравнению с деревянными шпалами. Повышенная масса пути с железобетонными шпалами и надежное прикрепление к ним рельсов увеличивают поперечную устойчивость пути. Результаты испытаний на полигоне FAST свидетельствуют о хорошей работе железобетонных шпал в пути при обращении вагонов с осевой нагрузкой 350 кН/ось [37, 81]. С повышением осевой нагрузки изгибные напряжения в средней части шпал возрастают, но не достигают предельных значений, при которых возможно появление трещин [114].

Анализ работы пластиковых шпал в пути при осевой нагрузке 350 кН/ось показал необходимость изменения конструкции шпал - гладкая боковая поверхность неудовлетворительно сопротивлялась сдвигу. На торцах и у подошвы шпалы были устроены бортики, что повысило поперечную устойчивость пути в 3,5 раза. Испытания показали, что пластиковые шпалы чувствительны к размеру отверстий для шурупов - малый диаметр вызывал трещины, большой приводил к расшатыванию шурупов [37, 81, 114].

Стальные шпалы долговечны и лучше деревянных обеспечивают стабильность ширины рельсовой колеи [81, 114], но плохо воспринимают динамические нагрузки, что может приводить к изменению положения шпал по уровню и износу балласта. Так, выправка пути на стальных шпалах требовалась после пропуска каждых 6,3 млн.т брутто. При этом, на соседнем участке на деревянных шпалах выправка не требовалась [37, 81].

Испытательной станцией путевых конструкций Технического университета Мюнхена выполнены исследования [48] зависимости контактных напряжений между шпалой с установленными упругими элементами и балластом от количества циклов нагружения. В исследованиях использовались упругие покрытия типа G04 компании Getzner с нетканым материалом V05 в качестве защитного слоя (мягкое покрытие) и покрытия типа РМ компании Paul Müller (жесткое покрытие). Известно, что величина контактных напряжений зависит от силы в зоне опоры и площади

контакта.Оба параметра изменяются с увеличением числа нагрузочных циклов. Исследования показали, что с ростом числа циклов нагружения для всех рассмотренных вариантов конструкции пути площадь контакта подошвы шпалы и балласта увеличивается быстрее, чем сила в зоне опоры, что приводит к уменьшению контактных напряжений. В начале измерений контактные напряжения составили 2,8 МПа для материала в04 и 6,1 МПа для материала РМ, что значительно меньше, чем у шпал без покрытия подошвы -32,3 МПа. После 3 млн циклов нагружения установившиеся контактные напряжения между шпалами с упругой подошвой и балластом, равные 1,3 МПа (материал в04) и 3,9 МПа (материал РМ), были меньше, чем у шпал без покрытия. После 3 млн нагрузочных циклов у шпал с упругим покрытием в04 напряжения уменьшились в 9 раз по сравнению с напряжениями у шпал без покрытия. При этом контактные напряжения уменьшились в 3 раза при выборе более жесткого материала покрытия (РМ). Уменьшение контактных напряжений не только положительно влияет на шпалы с упругим покрытием и балласт, но и увеличивает интервалы между подбивками шпал и срок службы всего верхнего строения пути.

Рассмотрим далее результаты исследований напряженного состояния балластной призмы при движении поездов с повышенными осевыми нагрузками, полученные отечественными и зарубежными учеными.

Путеиспытательной лабораторией Октябрьской железной дороги были выполнены исследования [62] по измерению напряжений в балласте в кривой радиусом 300 м на звеньевом пути при осевых нагрузках до 250 кН. В зоне стыка на глубине 40 см от нижней постели шпалы наружной нити они в среднем составили 0,06 МПа при скорости движения поездов до 50 км/ч. По внутренней нити среднее значение напряжений на той же глубине составило 0,102 МПа. На участке измерений наблюдались деформации балластной призмы и земляного полотна. Авторами было предложено увеличить толщину балласта под шпалой до 70 см с учетом песчаной подушки

толщиной 20 см и отмечено, что увеличение расхода щебня на 1 км пути на

л

800 м экономичнее частой выправки пути в плане и профиле и ликвидации балластных гнёзд и мешков [62].

Л.С. Блажко выполнены исследования по определению напряжений в балластном слое и на основной площадке земляного полотна [13, 14] при среднеисполненной осевой нагрузке 264 кН/ось и скоростях движения поездов от 5 до 50 км/ч. Так, при скорости 50 км/ч максимальные вертикальные напряжения в подрельсовом сечении в зоне стыка на глубине 15 см от нижней постели шпалы составили 0,27 МПа, на глубине 30 см -0,195 МПа, на основной площадке земляного полотна на глубине 45 см под шпалой - 0,11 МПа, на основной площадке в середине звена — 0,07 МПа.

Графики полученных зависимостей приведены на рисунке 1.2.

В ходе исследований работы балласта при обращении поездов с повышенными осевыми нагрузками Л.С. Блажко [14] было выявлено, что средние значения напряжений на глубине 45 см под шпалой (на уровне основной площадки земляного полотна) в сечении, удаленном от стыка на 8,0 м при скорости движения 40 км/ч превосходят допускаемые (0,08 МПа) только при осевой нагрузке 270 кН, а в стыковой зоне превышают допускаемые при осевой нагрузке 210 кН. В связи с этим Л.С. Блажко предложила при расчете балластной призмы для нагрузок, превышающих 210 кН/ось, учитывать фактическую несущую способность грунтов земляного полотна, рассчитанную по теории предельного равновесия с учетом снижения прочностных характеристик грунтов при вибродинамическом воздействии [88]. Автором были получены необходимые по условию прочности соотношения осевых нагрузок и толщины балластного слоя для участков массового обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками (таблица 1.3).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Морозова, Анастасия Андреевна, 2014 год

Библиографический список

1 Абдукамилов, Ш. Ш. Несущая способность земляного полотна, отсыпанного барханными песками, воспринимающими вибродинамическую нагрузку : дис. ... к. техн. наук : 05.22.06 / Абдукамилов Шавкат Шухратович; Петерб. гос. ун-т путей сообщения.- Санкт-Петербург, 2011.- 161 с.

2 Абдукаримов, A.M. Несущая способность земляного полотна, отсыпанного лессовыми грунтами, воспринимающими вибродинамическую нагрузку : дис. ... к.техн.наук : 05.22.06 / Абдукаримов Абдувахоб Макамбаевич; Петербургский гос.ун-т путей сообщения. - Санкт-Петербург, 2011. - 148 с.

3 Акашов, А.Н. Конструктивно-технологические и организационные решения по повышению стабильности геометрии рельсовой колеи на участках обращения поездов повышенного веса и длины : дис. ... к.техн.наук : 05.22.06 / Акашов Аслан Нургалиевич; Московский гос. ун-т путей сообщения. - Москва, 2010.- 134 с.

4 Анами, Т. Профилактическое шлифование рельсов в Японии [Текст] / Т. Анами// Железные дороги мира. - 2005. - №3. - С. 70-72.

5 Ананьев, Н.И. О вибронагруженности элементов пути при работе динамического стабилизатора [Текст] / Н.И. Ананьев // Вестник ВНИИЖТ. - 1985. - № 1. - С. 47-50.

6 Барабошин, В.Ф. Повышение стабильности пути в зоне рельсового стыка [Текст] / В.Ф. Барабошин, Н.И. Ананьев. - М.: "Транспорт", 1978. - 46 с.

7 Бахвалов, Н.С. Численные методы [Текст] / Н.С. Бахвалов, Н.П. Жидков, Г.М. Кобельков. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013 г. - 636 с.

8 Белых, К.Д. Исследование напряжений в балласте и на основной площадке земляного полотна от воздействия сталевозов и чугуновозов [Текст] / К.Д. Белых, М.И. Уманов, И.К. Белых [и др.] // Вопросы работы промышленных железных дорог : межвуз.сб.тр. - JI. : ЛИИЖТ. - 1980. С. 81-87.

9 Березанцев, В.Г. Расчет оснований сооружений [Текст] / В.Г. Березанцев // М.: Издательство литературы по строительству. - 1970. -207 с.

10 Березанцев. Осесимметричная задача теории предельного равновесия сыпучей среды [Текст] / В.Г. Березанцев // М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы. - 1952 г. - 120 с.

11 Берестяный, Ю.Б. Прочность высоких железнодорожных насыпей из глинистых грунтов при воздействии поездов с повышенными осевыми и погонными нагрузками в условиях дальневосточной железной дороги : дисс. канд. техн.наук : 05.22.06 / Берестяный Юрий Борисович; Лен.ин-т инж. ж.д. тр-та. - Л., 1990. - 180 с.

12 Беседин, И.С. Развитие тяжеловесного движения на железных дорогах мира [Текст] / И.С. Беседин, Л.А. Мугинштейн, С.М. Захаров // Железные дороги мира. - 2006. - № 9. - С.39-48.

13 Блажко, Л.С. Геоматериалы при высоких осевых нагрузках [Текст] / Л.С. Блажко // Путь и путевое хозяйство. - 2002. -№10. - С. 36-37.

14 Блажко, Л.С. Технико-экономическое обоснование усиления конструкции пути на участках обращения подвижного состава с осевыми нагрузками до 300 кН : дис. ... д. техн. наук : 05.22.06 / Блажко Людмила Сергеевна; Петерб. гос. ун-т путей сообщ. - СПб, 2003.-331 с.

15 Бузев, Е. Путь эффективности [Текст] / Е. Бузев // Гудок. - 2012. - №

54 (25015).-C.l-2.

16 Виноградов, B.B. Прогнозирование и обеспечение надежной работы железнодорожных насыпей: дисс... докт.техн.наук : 05.22.06. - М., 1991.-398 с.

17 Великотный В.П. Исследование деформируемости глинистых грунтов железнодорожного земляного полотна при вибродинамических нагрузках: дисс. канд.техн.наук: 05.22.06. -Д., 1980.-211 с.

18 Вериго, М.Ф. Расчет напряжений в балластном слое и на основной площадке земляного полотна [Текст] / М.Ф. Вериго // Взаимодействие пути и подвижного состава и вопросы расчетов пути : Сб. трудов. Вып. 97. - М. : Государственное транспортное железнодорожное издательство, 1955. - С. 326-352.

19 Влияние ширины железобетонных шпал на износ балласта [Текст] // Железные дороги мира. - 2005. - №2. - С. 70 - 73.

20 Воробьёв, В.Б. Моделирование физических процессов в элементах конструкции железнодорожного пути [Текст] / В. Б. Воробьёв // Вестник РГУПС. - 2008. - № 3. - С. 106-112.

21 Голованчиков, A.M. Вертикальные нормальные напряжения в балластной призме железнодорожного пути [Текст] / A.M. Голованчиков // Расчёт и конструирование балластной призмы железнодорожного пути. Труды ЦНИИ МПС. Вып. 387. - 1970. - С. 81-112.

22 Гольдштейн М.Н., Лапидус Л.С., Резников О.М., Стороженко В.И., Синаевский Н.И. Особенности динамических свойств грунтов при действии пульсирующей нагрузки на поверхности [Текст] // Материалы международного конгресса по механике грунтов и

фундаментостроению. - М.: Стройиздат, 1973. - С. 329-331.

23 ГОСТ 24346-80. Вибрация. Термины и определения [Текст]. - М.: Стандартинформ, 2007. - 5 с.

24 ГОСТ Р 54747-2011. Шпалы железобетонные для железных дорог колеи 1520 мм. Общие технические условия [Текст]. - М. Стандартинформ, 2011. -10 с.

25 ГОСТ Р 54748-2011 «Щебень из плотных горных пород для балластного слоя железнодорожного пути» [Текст]. - М. Стандартинформ, 2011. -10 с.

26 Гречаник, A.B. Осевые нагрузки и состояние пути [Текст] / A.B. Гречаник // Путь и путевое хозяйство. - 2010. - № 2. - С.6 -8.

27 Грицык, В.И. Влияние динамических воздействий на состояние подбалластной зоны железнодорожного пути [Текст] / В.И. Грицык, М.В. Окост // Транспорт Урала. - 2007. - № 3 (14). - с. 78-82.

28 Грицык, В.И. Стабильный путь для скоростного и тяжеловесного движения [Текст] / В.И. Грицык // Путь и путевое хозяйство. - 2013. -№3. - С. 28-30.

29 Дыдышко, П.И. Осадки пути и горизонтальные перемещения рельсов под поездной нагрузкой [Текст] / Дыдышко П.И., Макаров В.В. // Вестник ВНИИЖТ. - 2010. - №1. - С. 19-21.

30 Еремушкин, A.A. Методические основы выбора способов текущего содержания пути на участках высокой грузонапряженности : дис. ... к.техн.наук : 05.22.06 / Еремушкин Александр Алексеевич; Московский гос. ун-т путей сообщения. - Москва, 2004. - 134 с.

31 Ершов, В.А., Костюков И.Н. Колебания грунтов в железнодорожных насыпях [Текст] / В.А. Ершов, И.Н. Костюков // Труды ЛИСИ. - 1970. -№61.-С. 41-57.

32 Желнин, Г.Г. Влияние осевых нагрузок на путь [Текст] / Г.Г. Желнин, В.В. Кузнецов // Путь и путевое хозяйство. - 2001. - №5. - С. 26-27.

33 Замуховский, A.B. Оценка методов снижения деформативности подшпального основания [Текст] / A.B. Замуховский, A.B. Гречаник, А.П. Шмаков // Путь и путевое хозяйство. - 2010. - № 3. - С. 17—18.

34 Зарубина, Л.П. Исследование влияния динамических нагрузок на прочностные свойства глинистых грунтов земляного полотна: дисс. ... канд. техн.наук : 05.22.06. - Л., 1969. - 169 с.

35 Иванов, П.В. Повышение несущей способности железнодорожного земляного полотна, воспринимающего вибродинамическую нагрузку, искусственным укреплением грунтов основной площадки : дис. ... к. техн. наук : 05.22.06 / Иванов Павел Владимирович; Петерб. гос. ун-т путей сообщения.- Санкт-Петербург, 1999.- 189 с.

36 Инструкция о устройству подбалластных защитных слоев при реконструкции (модернизации) железнодорожного пути : Утв. расп. ОАО "РЖД" от 12.12.2012 г. № 2544р.

37 Испытания шпал под высокой осевой нагрузкой [Текст] // Железные дороги мира. - 2005. - № 4. - С.72 - 74.

38 Кейзик Л.М. К вопросу повышения устойчивости глинистых грунтов железнодорожного земляного полотна : дисс. ... канд.техн.наук. - Л, 1970. - 288 с.

39 Кистанов, А.И. Исследование вибродинамического воздействия поездов на глинистые грунты земляного полотна : дис. ... канд. техн.наук : 05.22.06 / Кистанов Анатолий Иванович; Лен. ин-т инженеров ж.д. транспорта. - Ленинград, 1968. -170 с.

40 Клименко, В .Я. Исследование напряженного состояния балластного слоя и земляного полотна под малогабаритными рамами [Текст] /

B.Я. Клименко, А.И. Фесечко // Вестник ВНИИЖТ. - 1980. - №2. - С. 51-54.

41 Коган, А.Я. Взаимодействие колеса и рельса при качении [Текст] / А.Я. Коган // Вестник ВНИИЖТ. - 2004. - №5. - С. 33-40.

42 Коган, А.Я. Напряжённо-деформированное состояние грунтового подшпального основания от воздействия динамической нагрузки [Текст] / А.Я. Коган, Ю.Л. Пейч // Вестник ВНИИЖТ. - 2002. - №3. -

C. 24-30.

43 Коган, А.Я. Расчет нестационарного напряженно-деформированного состояния элементов конструкции пути в зоне стыка рельсов [Текст] / А.Я. Коган, Ю.Л. Пейч // Вестник ВНИИЖТ. - 2002. - №2. - С. 31-40.

44 Козлов, И.С. Влияние конструкции промежуточных рельсовых скреплений на несущую способность земляного полотна скоростных железнодорожных линий : дисс. ... к. техн. наук : 05.22.06 / Козлов Иван Сергеевич; Петерб. гос. ун-т путей сообщения.- Санкт-Петербург, 2009. - 166 с.

45 Колос, А.Ф. Оценка чувствительности путевого щебня к действию вибродинамической нагрузки [Текст] / А.Ф. Колос, Д.С. Николайтист, A.A. Морозова // Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути : материалы Х-й научно-технической конференции с международным участием (чтения, посвященные 190-летию проф. Г.М.Шахунянца) / М.: МИИТ, 2013 - С.164-166.

46 Колос, А.Ф. Противодинамическая стабилизация железнодорожного земляного полотна путем цементации грунтов основной площадки : дис. ... к.техн.наук : 05.22.06 / Колос Алексей Федорович; Петербургский гос. ун-т путей сообщения. - Санкт-Петербург, 2000. -160 с.

47 Колос, И.В. Несущая способность основания земляного полотна, сложенного иольдиевыми глинами : дис. ... к.техн.наук : 05.22.06 / Колос Ирина Владимировна; Петербургский гос. ун-т путей сообщения. - Санкт-Петербург, 2004. - 168 с.

48 Контактные напряжения между упругой подошвой шпалы и балластом [Текст] // Железные дороги мира. - 2012. - №3. - С. 70-75.

49 Коншин, Г.Г. Вибрации грунта земляного полотна [Текст] / Г.Г. Коншин, А.П. Шмаков // Путь и путевое хозяйство. — 2011,-№ 11.— С. 31-34.

50 Коншин, Г.Г. Напряжения и упругие деформации в земляном полотне под воздействием поездов [Текст] / Г.Г. Коншин, В.П. Титов, В.И. Хромов [и др.] // Труды ЦНИИ МПС. Вып. 460. - 1972. - 128 с.

51 Коншин, Г.Г. Новый метод определения динамических напряжений [Текст] / Г.Г. Коншин // Путь и путевое хозяйство. - 2000. - №9. - С. 30-34.

52 Коншин, Г.Г. Поездные нагрузки на путь в кривых [Текст] / Г.Г. Коншин // Путь и путевое хозяйство. - 2002. - №2. - С. 34-37.

53 Коншин, Г.Г. Работа земляного полотна под поездами [Текст] / Г.Г. Коншин. - М.: ФГБОУ "Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте". - 2012. - 208 с.

54 Коншин, Г.Г. Рабочая зона в насыпи [Текст] / Г.Г. Коншин // Путь и путевое хозяйство. - 2001. - №2. - С. 32-36.

55 Коншин, Г.Г. Ударно-динамические напряжения на основной площадке [Текст] / Г.Г. Коншин // Путь и путевое хозяйство. - 1999. -№12. - С. 16-21.

56 Коншин, Г.Г. Упругие деформации земляного полотна под поездами [Текст] / Г.Г. Коншин // Путь и путевое хозяйство. - 2013. - №3. - С.

57 Краснов, О.Г. Влияние ударных сил на вибрации в балластном слое [Текст] / О.Г. Краснов, М.Г. Акашев, A.B. Ефименко [и др.] // Путь и путевое хозяйство. - 2013. - №3. - С. 5-10.

58 Крюковский, Д.В. Несущая способность основания земляного полотна, сложенного торфом, при действии вибродинамических нагрузок : дис. ... к. техн. наук : 05.22.06 / Крюковский Дмитрий Валентинович; Петерб. гос. ун-т путей сообщения.- Санкт-Петербург, 2013. - 160 с.

59 Ксенофонтов, А.И. О распределении напряжений в двухслойном основании [Текст] / А.И. Ксенофонтов // Труды МИИТа. - Вып.75. -М., Трансжелдориздат. - 1951

60 Кузнецов, В.В. Исследование способов повышения надёжности пути в зоне рельсовых стыков при повышенных осевых нагрузках : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.22.06 / Кузнецов Владимир Владимирович. - М., 2002. - 27 с.

61 Лагойский А.И. Исследование тиксотропных изменений глинистых грунтов в железнодорожном земляном полотне: дисс. ... канд.техн. наук. - Л., 1962. -171 с.

62 Лапидус, Т.А. Влияние повышенных осевых нагрузок [Текст] / Т.А. Лапидус, Н.В. Войцеховская, А.Е. Протасов // Путь и путевое хозяйство. - 1990. - №2. - С. 13-14.

63 Левинзон, М.А. Возможность и условия обращения грузовых вагонов с повышенными осевыми и погонными нагрузками (по данным диагностического поезда ВНИИЖТ) [Текст] / М.А. Левинзон, Ю.М. Лазаренко, В.Л.Крылов, В.В. Семерханов и др. // Вестник ВНИИЖТ. - 2002. - №4. - С. 37-41.

64 Левинзон, М.А. Диагностический поезд ВНИИЖТа [Текст] / М.А. Левинзон, Ю.М. Лазаренко, В.Л. Крылов [и др.] // Путь и путевое хозяйство. - 2002. - №10. - С. 24-25.

65 Леманский, А.П. Упругие свойства щебеночного балласта при статическом нагружении [Текст] / А.П. Леманский // Вестник ВНИИЖТ. - 2003. - №4. - С. 30-32.

66 Леманский, А.П. Экспериментальные исследования деформативных свойств щебня фракции 25...60 мм в лабораторных условиях [Текст] /

A.П. Леманский // Вестник ВНИИЖТ. - 2003. - №5. - С.20-23.

67 Лысюк, B.C. Влияние жесткости и неровностей пути на деформации, вибрации и силы взаимодействия его элементов [Текст] // Труды ВНИИЖТа, вып. 370, 1969, 168 с.

68 Лысюк, B.C. Важные эксперименты на кольце [Текст] / B.C. Лысюк, Г.Г. Желнин, A.A. Еремушкин [и др.] // Путь и путевое хозяйство. -2002. - № 12. - С. 8-9.

69 Лысюк, B.C. Испытания при повышенных осевых нагрузках [Текст] /

B.C. Лысюк, Г.Г. Желнин, A.A. Еремушкин [и др.] // Путь и путевое хозяйство. - 2002. - № 10. - С. 11-12.

70 Лысюк, B.C. Методика расчета несущей способности эксплуатируемого земляного полотна [Текст] / B.C. Лысюк, Б.И. Поздняков, В.П. Титов // Труды ЦНИИ МПС. Вып. 451. - М.: Транспорт, 1971. - 110 с.

71 Лысюк, B.C. Прочный и надежный железнодорожный путь [Текст] / B.C. Лысюк , В.Н. Сазонов , Л.В. Башкатова. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. - 589 с.

72 Марготьев, А.Н. Определение рациональной толщины балластного слоя [Текст] / А.Н. Марготьев // Вестник ВНИИЖТ. - 1983. - №6. -

73 Марготьев, А.Н. Оценка прочности балластного слоя и земляного полотна по предельному состоянию [Текст] / А.Н. Марготьев. - М.: Изд-во "Транспорт". - 1970. - 149 с.

74 Марготьев, А.Н. Расчёт предельного давления шпалы на балласт из условий прочности основной площадки земляного полотна [Текст] / А.Н. Марготьев // Расчёт и конструирование балластной призмы железнодорожного пути. Труды ЦНИИ МПС. Вып. 387. - 1970. - С. 113 - 120.

75 Методика оценки воздействия подвижного состава на путь по условиям обеспечения его надежности : № ЦПТ 52-14 : Утв. МПС России 16.06.2000 г. / М-во путей сообщ. Рос. Федерации, Департамент пути и сооружений ; рук. разработки Г. Г. Желнин. - М. : ПТКБ ЦП МПС, 2000. - 40 с.

76 Мэнли, Р. Анализ и обработка записей колебаний [Текст] / Р. Мэнли. - М. : Машиностроение. - 1972 г. - 368 с.

77 На путейской секции научно-технического совета [Текст] / ред. Е.Б. Васюкевич // Путь и путевое хозяйство. - 2011. - №3. - С. 2-8.

78 Николайтист, Д.С. Влияние различных факторов на прочностные характеристики щебня [Текст] / А.В. Щукин, И.С. Козлов // Международный научно-практический семинар, посвященный 100-летию со дня рождения профессора Амелина C.B. (4-5 июня 2009 г.) Сборник научных трудов. СПб.: ПГУПС. - 2009. - С. 114-118.

79 Николайтист, Д.С. Чувствительность щебеночного балласта к вибродинамическому воздействию [Текст] / Д.С. Николайтист, И.С. Козлов // Сборник научных трудов Sworld. - 2011. - Т. 2. - № 4. - С. 23-24.

80 Обобщение мирового опыта тяжеловесного движения. Конструкция и содержание железнодорожной инфраструктуры [Текст] / пер.с англ. под ред. С.М. Захарова. - М.: Интекст, 2012. - 568 с.

81 Оптимизация конструкции и содержания пути для высоких осевых нагрузок [Текст] // Железные дороги мира. - 2007. - №6. - С.70-76.

82 Петряев, A.B. Основы методики расчета несущей способности железнодорожного земляного полотна при оттаивании грунтов, воспринимающих вибродинамическую нагрузку : дис. канд.техн.наук 05.22.06 / Петряев Андрей Владимирович; Лен. ин-т инженеров ж.д. транспорта. - Ленинград, 1989. - 190 с.

83 Пешков, П.Г. Методические указания по усилению основания пути при подготовке его к пропуску пассажирских поездов с повышенными скоростями (для опытного применения) [Текст] / П.Г. Пешков, A.B. Сычева // М.: Изд-во Центра внедрения новой техники и технологий "Транспорт" МПС РФ. -2001.-82 с.

84 Повышение несущей способности основания пути [Текст] // Железные дороги мира. - 2013. - №2. - С. 71-74.

85 Попов, С.Н. О допускаемых напряжениях на балласт [Текст] / С.Н. Попов // Взаимодействие пути и подвижного состава и вопросы расчетов пути : Сб. трудов. Вып. 97. - 1955. - С. 353 - 384.

86 Проблемы содержания пути при высоких осевых нагрузках [Текст] // Железные дороги мира. - 2005. - № 2. - С.66-70.

87 Прокудин И.В. Исследование изменения прочностных характеристик пластичномерзлых глинистых грунтов железнодорожного земляного полотна при действии вибродинамической нагрузки: Дис. ... канд.техн.наук. - Л., 1970. -288 с.

88 Прокудин, И.В. Прочность и деформативность железнодорожного земляного полотна из глинистых грунтов, воспринимающих вибродинамическую нагрузку : дис. ... д. техн. Наук: 05.22.06 / Прокудин Иван Васильевич; ЛИИЖТ. - Л., 1982. - 455 с.

89 Прокудин, И.В. Результаты лабораторных исследований прочностных характеристик глинистых грунтов при динамических нагрузках [Текст] / И.В. Прокудин // Сборник трудов ЛИИЖТа, вып.387. Вопросы проектирования и сооружения железнодорожного земляного полотна. - 1975. - С.3-51.

90 Прокудин, И.В. Чувствительность щебеночного балласта к вибродинамическому воздействию [Текст] / И.В. Прокудин, А.Ф. Колос, И.С. Козлов, Д.С. Николайтист // Конструкция железнодорожного пути и вопросы технического обслуживания высокоскоростных магистралей: сб. науч. тр. Междунар. науч.-практ. семинара (3-4 июня 2010 г.; СПб.)/ ред. : Л. С. Блажко. - СПб.: ПГУПС.-2010.-С. 71-72.

91 Работа шпалы под нагрузкой при различных условиях [Текст] / Перевод с англ.яз. V главы "Передача давления в балласте " второго доклада специальной комиссии по напряжениям в железнодорожном пути. НИИ НКПС, сб.15. - М. - 1933.

92 Свинцов, Е.С. Железнодорожный комплекс наземной инфраструктуры космодрома "Байконур" [Текст] / Е.С. Свинцов, Е.П. Дудкин, C.B. Шкурников // Транспорт Российской Федерации. - 2009. - № 3-4 (22-23). - С. 62-65.

93 СНиП 2.01.07-85* Актуализированная редакция, СП 20.13330.2011 "Нагрузки и воздействия". - М., Стандартинформ. - 2011. - 30 с.

94 Соколовский, В.В. Статика сыпучей среды [Текст] / В.В. Соколовский. - М. : Гос. изд-во физ.-матем. литературы. - 1960 г. -

95 Соловьев, В.В. Размеры двухслойной балластной призмы на участках обращения поездов с осевыми нагрузками 250-270 кН : дис. ... к.техн.наук : 05.22.06 / Соловьев Вячеслав Васильевич; Лен. ин-т инженеров ж.д. транспорта. - Ленинград, 1990. - 143 с.

96 СП 22.13330.2011 ОСНОВАНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83* [Текст]. - М., Стандартинформ, 2011. - 30 с.

97 СТН Ц 01-95 "Железные дороги колеи 1520 мм" [Текст]. - М. МПС РФ. - 1995. - 86 с.

98 Стороженко В.И. Вопросы прочности и деформативности связных грунтов при действии циклических нагрузок [Текст] // Вопросы геотехники. - М.: Транспорт, 1965.-№9.-С. 68-78.

99 Стоянович, Г.М. Прочность и деформативность железнодорожного земляного полотна при повышенной вибродинамической нагрузке в упругопластической стадии работы грунтов: дисс....докт.техн.наук : 05.22.06 / Стоянович Геннадий Михайлович. Хабаровск, 2002. - 360 с.

100 Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года [Электронный ресурс] : утв. Распоряжением Правительства РФ от 17 июня 2008 г. № 877-р. - Документ в электронном виде ФАПСИ, НТЦ "Система", "Собрание законодательства РФ", 21.07.2008, N 29 (ч. И), ст. 3537.

101 Титов, В.П. Перемещения и деформации в конструкциях железнодорожного пути [Текст] / В.П. Титов // Вестник ВНИИЖТ. -1994. - №6. - С.8-16.

102 Третьяков, B.B. Влияние характеристик подбалластного основания на интенсивность накопления расстройств пути в вертикальной плоскости : дис. ... к. техн. наук : 05.22.06 / Третьяков Василий Владимирович; ОАО «ВНИИЖТ». - Москва, 2008. - 150 с.

103 ТУ-5711-284-01124323-2012 Щебеночно-гравийно-песчаная смесь [Текст] : утв. расп. ОАО "РЖД" от 20.12.2012 г. №2640р

104 Турсунов, Х.И. Исследование колебательного процесса в балластной призме, засоренной барханными песками [Текст] / Х.И. Турсунов // Инженерный вестник Дона. - 2012. - № 3 (21). - С. 358-389.

105 Флорин, В.А. Основы механики грунтов [Текст] / В.А. Флорин // Т.1.

- М.: Госстройиздат, 1959. - 357 с.

106 Флорин, В.А. Основы механики грунтов [Текст] / В.А. Флорин // Т.2.

- М.: Госстройиздат, 1959. - 543 с.

107 Хействер, Б.Д. О допускаемых напряжениях на земляное полотно [Текст] / Б.Д. Хействер // Взаимодействие пути и подвижного состава и вопросы расчетов пути : Сб. трудов. Вып. 97. - М. : Государственное транспортное железнодорожное издательство, 1955.

- С. 326-352.

108 Хюнш, М. Улучшение характеристик и повышение надежности рельсов [Текст] / М. Хюнш // Железные дороги мира. - 2005. - №3. -С. 72-76.

109 ЦПИ-36 Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна. Утв. Департаментом пути и сооружений 30.01.2004 г.

110 Цытович, H.A. Механика грунтов [Текст] / H.A. Цытович // М.: Высшая школа. - 1976. - 280 с.

111 Черников, А.К. Теоретические основы геомеханики : учебное пособие

[Текст] /А.К. Черников. - СПб: ПГУПС, 1994. - 187 с.

112 Шахунянц, Г.М. Железнодорожный путь [Текст] / Г.М. Шахунянц // М.: Транспорт. - 1969. - 535 с.

113 Широкие сварные швы под высокой осевой нагрузкой [Текст] // Железные дороги мира. - 2012. - №2. - С. 68-70.

114 Шпалы из альтернативных материалов в условиях высокой осевой нагрузки [Текст] / Железные дороги мира. - 2005. - №3. - С. 76-78.

115 Яковлева, Е.В. Напряженное состояние основной площадки земляного полотна в зоне неровности [Текст] / Е.В. Яковлева // Проблемы изысканий, проектирования, строительства железных дорог и содержания железнодорожного пути : межвуз.сб.науч.трудов. - М. : МИИТ. - Вып. 835. - 1990. - С. 48-51.

116 Allen, R. Оптимизация конструкции и содержания пути для высоких осевых нагрузок [Текст] / R. Allen // Железные дороги мира. - 2007. -№6. - С.70 - 76.

117 Hongyan, Zh. Динамическое воздействие тяжеловесных поездов на путь [Текст] / Zh. Hongyan // Железные дороги мира. - 2008. - №12. -С.72-76.

118 Kleiner, О. Исследование напряжений в контакте колесо-рельс [Текст] / О. Kleiner // Железные дороги мира. - 2011. - №1. - С. 54-58.

119 Klotzinger, Е. Щебеночный балласт [Текст] / Е. Klotzinger // Железные дороги мира. - 2009. - №3. - С. 65 - 77.

120 Li D., LoPresti, J. Determine and Mitigate Effects of Heavy Axle Loads on Track Structure [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://www.uic.Org/cdrom/2008/l l_wcrr2008/pd£/I.2.2.1.2.pdf.

121 Ram В., Singh J. Implications and solutions for running of 30t axle load on dedicated route of Indian Railways [Электронный ресурс]. —

Режим доступа: http://wiki.iricen.gov.in/doku/lib/exe/fetch.php

?media=525:3 implication.pdf.

122 Rose, G.J. International Design Practices, Applications, and Performances of Asphalt/Bituminous Railway Trackbeds [Электронный ресурс] / Режим доступа : https://online.tugraz.at/tug_online/voe_main2.getVollText?pDocumentNr= 217808&pCurrPk=60611.

123 Singh S. Rails for Heavy Axle Load Operations / Sovir Singh, Satya Prakash [Электронный ресурс]. - Режим доступа :

http ://wiki.iricen. gov. in/doku/lib/ехе/ fetch.php?media=ipwe_seminar_201 1 :sonvir_singh.pdf.

Список иллюстративного материала

1.1 Напряжения изгиба и кручения в кромках подошвы Стр. 14 рельса

1.2 Вертикальные напряжения в подрельсовом сечении в Стр. 21 балластном слое и на основной площадке земляного полотна при среднеисполненной нагрузке 264 кН/ось

1.3 Распределение вертикальных напряжений oz на глубине Стр. 22 10 см под подошвой шпалы при полном и частичном опирании шпалы на балласт

1.4 Зависимость вертикальных напряжений az от скорости Стр. 23 движения поездов в подрельсовом сечении на глубине

10 см под подошвой шпалы

1.5 Зависимость вертикальных напряжений на глубине 15 Стр. 24 см под подошвой деревянной шпалы от осевой нагрузки

1.6 Затухание вертикальных напряжений по глубине Стр.25 балластного слоя со слоем щебня

1.7 Значения динамических напряжений од на основной Стр. 27 площадке в зоне стыка при движении полувагона с осевой нагрузкой 250 кН

1.8 Зависимость напряжений в подрельсовом сечении на Стр.28 основной площадке от осевых нагрузок вагонов

1.9 Зависимость вертикальных виброускорений в балласте Стр. 34 на глубине 10 см от скорости движения поездов

1.10 Схема передачи давлений от трёх смежных шпал на Стр.41 расчётную площадку балластной призмы

1.11 Схема передачи давления на балласт от трёх шпал Стр. 47

2.1 Поперечный профиль железнодорожного пути в месте Стр. 53

установки датчиков

2.2 Принципиальная схема установки для регистрации Стр. 55 виброускорений

2.3 Схема установки акселерометров в подшпальном Стр. 564 основании железнодорожного пути

2.4 Образец записи вертикальных виброускорений в Стр. 60 балласте в подрельсовом сечении на глубине 10 см под шпалой

2.5 Образец записи горизонтальных виброускорений в Стр. 61 балласте в сечении на расстоянии 0,55 м от оси рельса в сторону оси пути

2.6 Распределение вертикальных виброускорений под Стр. 62 подошвой шпалы при движении подвижного состава со скоростью 70 км/ч

2.7 Распределение горизонтальных виброускорений под Стр. 64 подошвой шпалы при движении подвижного состава со скоростью 70 км/ч

2.8 Виброускорения на глубине 0,55 м под подошвой Стр. 65 шпалы в сечении у торца шпалы при осевой нагрузке от

225 до 294 кН и скорости подвижного состава 70 км/ч

2.9 Распределение вертикальных ускорений в балластной Стр. 66 призме на глубине 10 см под шпалой при движении подвижного состава со скоростью 70 км/ч и осевыми нагрузками

2.10 Распределение горизонтальных ускорений в Стр. 68 балластной призме на глубине 10 см под щпалой при движении подвижного состава со скоростью 70 км/ч и осевыми нагрузками

2.11 Затухание вертикальных ускорений по глубине Стр. 69 балластного слоя при различных величинах осевой

нагрузки

2.12 Затухание горизонтальных ускорений по глубине Стр.69 балластного слоя при различных величинах осевой

нагрузки

2.13 Графики зависимости относительного изменения Стр.71 ускорений по глубине

2.14 Изменение коэффициентов затухания виброускорений Стр.72 по глубине в полулогарифмической шкале

2.15 Графики зависимостей коэффициентов затухания Стр.73 вертикальных и горизонтальных виброускорений от расстояния от оси рельса

2.16 Изменение коэффициентов затухания виброускорений Стр.73 в горизонтальном направлении в полулогарифмической

шкале

3.1 Мессдоза М-70/11 -4 конструкции ЦНИИСК Стр. 81

3.2 Пример графика для определения тарировочного Стр. 82 коэффициента мессдозы

3.3 Принципиальная схема измерительного оборудования Стр.82 для регистрации напряжений

3.4 Схема установки мессдоз в подшпальном основании Стр.83 железнодорожного пути

3.5 Образец записи вертикальных напряжений в балласте Стр.86 на глубине 10 см под шпалой в подрельсовом сечении

3.6 Величины вертикальных напряжений в балласте на Стр. 87 глубине 10 см под шпалой

3.7 Величины вертикальных напряжений в балласте на Стр. 88 глубине 55 см под шпалой

3.8 Распределение вертикальных напряжений в балластном Стр.90 слое на глубине 10 см под подошвой шпалы при

скорости движения поездов 70 км/ч 3.9 Распределение вертикальных напряжений в балластном Стр. 91 слое на глубине 25 см под шпалой при скорости движения поездов 70 км/ч ЗЛО Распределение вертикальных напряжений в балластном Стр.92 слое на глубине 40 см под шпалой при скорости движения поездов 70 км/ч

3.11 Распределение вертикальных напряжений в балластном Стр. 93 слое на глубине 55 см под шпалой при скорости

движения поездов 70 км/ч

3.12 Затухание вертикальных напряжений по глубине Стр.96 балластного слоя в подрельсовом сечении при скорости движения поездов 70 км/ч

3.13 Затухание вертикальных напряжений по глубине Стр. 97 балластного слоя в сечении у торца шпалы при

скорости движения поездов 70 км/ч

3.14 Относительное изменение вертикальных напряжений Стр.98 по глубине балластного слоя при скорости движения

поездов 70 км/ч

3.15 Относительное изменение вертикальных напряжений Стр.99 по глубине балластного слоя при скорости движения

поездов 70 км/ч в полулогарифмических координатах

3.16 Относительное изменение вертикальных напряжений в Стр.100 поперечном направлении при скорости движения

поездов 70 км/ч

3.17 Относительное изменение вертикальных напряжений в Стр. 100 поперечном направлении при скорости движения

поездов 70 км/ч в полулогарифмических координатах 4.1 Взаиморасположение главных площадок, линий Стр.109

скольжения и компонентов напряжения

4.2 Расчетная схема для определения несущей способности Стр. 118 подшпального основания, представленная полуплоскостью в поперечном оси пути направлении

4.3 Расчетная схема для случая выдавливания балласта в Стр.118 междушпальное пространство

4.4 Схема к определению граничных условий для насыпи Стр.121

4.5 Расчетная схема к определению условий на границе на Стр. 124 нулевом месте

4.6 Расчетная схема к определению граничных условий в Стр. 124 выемке

4.7 Расчетная схема к определению граничных условий Стр. 126 при расчёте несущей способности подшпального

основания пути в продольной полуплоскости

4.8 Общая схема расчета несущей способности грунтового Стр. 128 сооружения по трём зонам

4.9 Зоны расчёта несущей способности подшпального Стр. 129 основания пути

4.10 Сравнение предельных вертикальных напряжений Стр.136

4.11 График зависимости несущей способности Стр.140 подшпального основания от прочностных

характеристик балластного материала при осевой нагрузке 225 кН

4.12 График зависимости несущей способности Стр.141 подшпального основания от прочностных

характеристик балластного материала при осевой нагрузке 245 кН

4.13 График зависимости несущей способности Стр.142 подшпального основания от прочностных

характеристик балластного материала при осевой нагрузке 265 кН

4.14 График зависимости несущей способности Стр.143 подшпального основания от прочностных

характеристик балластного материала при осевой нагрузке 294 кН

4.15 График зависимости несущей способности Стр.145 подшпального основания от осевой нагрузки при

различных прочностных характеристиках щебня

4.16 Применение асфальтобетонных слоев на железных Стр.148 дорогах США

4.17 Схематичный поперечный профиль железнодорожного Стр.149 пути с применением асфальтобетонного слоя на линии

Рим — Флоренция

Г.Щербинка Экспериментальное кольцо ОАО «ВНЙИЖТ»

НАТУРНЫЙ ЛИСТ ПОЕЗДА Локомотив_ВЛ80-1284 2 путь дата 1.12.11г.

№ п/п № вагона Т на ось вес буксы примечание № п/п № вагона Т на 4 ось вес буксы примечание

1 69104859 25 102,8 к 52 68799584 25 102,8 к

2 69103554 25 102,8 к 53 68799246 25 •102,8 ; к ,

3 69104289 25 102,8 к 54 ' 68825876 23 94,8 к

4 68799238 25 101,8 к 55 62655816 22 90,8 р

5 64384621 22 90,8 Р 56 68799287 25 102,8 р

6 68799311 25 101,8 к 57 64353618 22 90,8 р

7 68826064 25 101,8 к 58 65561227 22 90,8 р

8 68825587 27 110,8 к 59 65058711 22 89,8 р

9 65551822 22 90,8 р 60 64804057 22 90,8 р

10 60278306 22- 90,8 р 61 64005168 22 89,8 р

11 61255618 22 90,8 р 62 60705662 22 90,8 р

12 64365273 22 90,8 р 63 66035734 22 90,8 р •

13 63293609 22 90,8 р 64 64982911 22 89,8 р

14 63325971 22 90,8 р 65 68800150 25 102,8 к

15 66010851 22 90,8 р 66 61318929 22 90,8 р

16 61523221 22 90,8 р 67 64088289 22 89,8 р

17 68826353 25 102,8 к 68 63789929 22 89,8 р

18 61889606 22 90,8 р 69 65614539 22,5 95,8 к

19 61230934 22 89,8 р 70 62794946 22 89,8 р

20 62376637 22 89,8 р 71 64209034 22 90,8 р

21 62367511 22 90,8 р 72

22 62726476 22 90,8 р 73

23 68799477 25 102,8 к 74

24 65065526 - 22 90,8 р 75 г

25 60706306 22 90,8 р 76

26 67199885 22 89,8 р 77

27 61825428 22 90,8 р 78

28 62199468 22 89,8 р 79

29 64356868 22 90,8 р 80

30 63789911 22 89,8 р 81

31 68800051 27 109,8 к 82

32 63280788 22 90,8 р 83

33 61584462 22 89,8 р 84

34 66113135 22 90,8 р 85

35 61278412 22 90,8 р 86

36 65056806 22 90,8 р 87

37 64885718 22 90,8 р 88

38 64399066 22 90,8 р 89

39 63293583 22 90,8 р 90

40 64047749 22 89,8 р 91

41 62305156 22 89,8 р 92

42 65102709 22 90,8 р 93

43 66473513 22 90,8 р 94

44 61416681 22 90,8 , р 95

45 64744642 22 90,8 р 96

46 64826613 22 89,8 р 97

47 62109939 22 90,8 р 98

48 65090953 22 90,8 р 99

49 64742737 22 89,8 р 100

50 63297154 22 90,8 р 101

51 68799956 25 101,8 к 102

К-во вагонов осей Вес поезда нажатие

71 284 6 630,80 1988

У слов, обозн. подшипнов: к - кассетный, р - роликовый, кб- кассетный в буксе, сб - сборный

Г.Щербинка Экспериментальное кольцо ОАО «ВНИИЖТ»

НАТУРНЫЙ ЛИСТ ПОЕЗДА Локомотив_ВЛ80-1200 2 путь " дата 18.06.12г.

№ п/п Л*; вагона Т на ось вес буксы примечание № п/п № вагона т на ось вес буксы примечание

1 69104859 25 100 к 52 67199885 22 88 р

2 69103554 25 100 к 53

3 69104289 25 100 к 54 -

4 60706280 23,5 94 р ч/", У 55

5 63325971 22 88 р 56

6 68826353 25 100 к 57

7 68799477 25 100 к • 58

8 68825876 23 92 к 59

9 60696358 23,5 94 р 60

10 60706439 23,5 94 р 61

11 68800150 25 100 к 62

12 68799246 25 100 к 63

13 64996235 22 88 р 64

14 64365273 22 88 р 65

15 68759364 23,5 94 р 66

16 65561227 22 88 р 67

17 68984921 23,5 94 р 68

18 60706033 23,5 94 р 69

19 68773589 23,5 94 р 70

20 65065526 22 88 р 71

21 62376637 22 88 р 72

22 60706264 23,5 94 р 73

23 61318929 22 88 р 74

24 62726476 22 88 р 75

25 68799311 25 100 к 76

26 62199468 22 88 р 77

27 68799238 25 100 к 78

28 61278412 22 88 р 79

29 61889606 22 88 р 80

30 64744642 22 88 р 81

31 64005168 22 88 р 82

32 65563447 25 100 р 83

33 64399066 22 88 р 84

34 66113135 22 88 р 85

35 68826064 25 100 к 86

36 66035734 22 83 р 87

37 62367511 22 88 р 88

38 68800051 27 108 к 89

39 62794946 22 88 р 90

40 62484126 23,5 94 р 91

41 65058711 22 88 р 92

42 68799956 25 100 к 93

43 61523221 22 88 р 94

44 64742737 22 88 р 95

45 65551848 23,5 94 р 96

46 63789929 22 88 р 97

47 64353618 22 88 р 98

48 65551822 22 88 р 99

49 65090953 22 88 р 100

50 63293583 22 88 р 101

51 64384621 22 88 р 102

К-во вагонов осей Вес поезда нажатие

52 208 4 804,00 1456

У слов. обозн. нодшипнов: к - кассетный, р - роликовый, кб- кассетный в буксе, сб - сборный

| '"

Алгоритм расчёта несущей способности подшпального основания

железнодорожного пути