Оценка деформаций конструкции участка переходной жесткости земляного полотна и ИССО высокоскоростной магистрали. Shape * MERGEFORMAT Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

партии продажная цена реализации выросла на 20% по сравнению с ранее оговоренной именно за счет предоставления покупателю объективной информации.

Следует признать, что данный метод практически не применим при анализе состава биметаллов с близкими значениями плотности, например углеродистая и нержавеющая стали. Но существует достаточно много сочетаний, где метод может с успехом применяться. Широко распространено армирование алюминиевых сплавов стальным каркасом, сочетание сталь-титан в коррозионностойких и облегченных конструкциях. Представляет интерес определение составляющих в изношенных биметаллах подшипников скольжения.

ВЫВОДЫ:

Метод измерения плотности сложных биметаллических конструкций для определения количественного соотношения составляющих является наиболее универсальным в случае достаточной разности плотности составляющих;

Применение денситометрического метода является эффективным инструментом для анализа и

Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) #3 (60), 2019 переработки вторичных металлов. Реализация метода может быть простой и экономичной.

Список литературы

1. ГОСТ 3882 - 74 .Сплавы твердые спеченные. Марки. - Москва: Изд-во стандартов, 2008. -10 с.

2. Марочник сталей и сплавов. / ред. Ю.Г. Драгунов, А.С. Зубченко. - 4-е изд., переработ. и доп. - М.: 2014. - 1216 с.

3. Михайлов Н.П. К вопросу использования биметаллов в нагревательных приборах //Технико-технологические проблемы сервиса. - 2010. - № 4 (14). — С. 26-28.

4. Середа Н. Г., Муравьев В. М. Основы нефтяного и газового дела: учебник для вузов / Н.Г. Середа, В.М. Муравьев.- 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Недра, 1980. - 287 с.

5. Сиротенко Л.Д. Применение биметаллических материалов в машиностроении / Л.Д. Сиротенко, Е.С. Шлыков, .Р. Абляз // Современные проблемы науки и образования. - 2015. - № 2. - С. 163170.

EVALUATION DEFORMATIONS OF THE TRANSITIONAL ZONE BETWEEN EMBANKMENT

AND BRIDGE FOR HIGHSPEED RAILWAY.

Ulanov I.S.

First vice chief engineer «China Railway Eryuan Engineering Group» Co.Ltd, Moscow

Gorlov A. V. Lead engineer-geotechnical «China Railway Eryuan Engineering Group» Co.Ltd, Moscow

ОЦЕНКА ДЕФОРМАЦИЙ КОНСТРУКЦИИ УЧАСТКА ПЕРЕХОДНОЙ ЖЕСТКОСТИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА И ИССО ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ МАГИСТРАЛИ.

Уланов Иван Сергеевич

Первый заместитель главного инженера ООО Китайская Инженерная Железнодорожная Корпорация «ЭР ЮАНЬ»,

г. Москва

Горлов Александр Вячеславович

Ведущий инженер-геотехник ООО Китайская Инженерная Железнодорожная Корпорация «ЭР ЮАНЬ»,

г. Москва

SUMMARY.

The article is about the calculation of deformation in the structural and exploitational period on the transitional zone between embankment and bridge for highspeed railway. The calculations are performed by the numerical method in the Plaxis program, taking into account the mutual settlement of bridge supports and approach embankment. The particular cases are considered for the design of highspeed railway Moscow-Kazan. Based on the research, made recommendations for construction solutions of transitional zones between embankment and bridge.

АННОТАЦИЯ.

Статья посвящена расчетам деформаций, возникающих в строительных и эксплуатационный периоды на участках переходной жесткости с земляного полотна на искусственное сооружение - мост в условиях высокоскоростного движения поездов. Расчеты выполняются численным методом в программном комплексе Plaxis с учетом взаимного влияния осадок устоев и промежуточных опор мостов и насыпей на подходах. Рассмотрены конкретные случаи на проектируемой высокоскоростной магистрали ВСМ Москва-Казань. На основе произведенных исследований выдвинуты рекомендации по назначению конструктивных решений на участках переходной жесткости.

Key words: Highspeed railway, deformations, settlement, transitional zone, embankment, bridge, numerical simulation.

Ключевые слова: высокоскоростная магистраль, деформации, осадка, участок переходной жесткости, земляное полотно, мост, численное моделирование.

Постановка проблемы: Основные предпосылки развития ВСМ - это безопасность, надежность и комфортность, которые обеспечивается высоким качеством и надежностью всех элементов системы железной дороги. Опыт эксплуатации и результаты многочисленных исследований показывают, что резкое изменение жесткости подрельсо-вого основания на стыке земляного полотна и искусственного сооружения (далее ИССО) приводит к неравномерным осадкам конструкции и прогибам поверхности катания головки рельса, что в свою очередь значительно снижает плавность хода подвижного состава. Особенно это актуально в условиях высокоскоростного движения. В свете реализации международного проекта высокоскоростного движения «Один пояс - один путь» настоящие исследования в области деформативности конструкции переходного участка являются особенно актуальными.

Анализ последних исследований в области изучения влияния неравномерности жесткости на стыке земляного полотна и ИССО.

Большая работа по исследованию деформатив-ности и рациональной конструкции участка переменной жесткости системы «земляное полотно-мост» для ВСМ [1] была выполнена в Юго-Западном транспортном университете в г. Ченду профессором Ло Цян и Цай Ин. В данной работе проводился анализ динамических характеристик высокоскоростного поезда, проходящего через участок переменной жесткости с учетом динамического взаимодействия большой системы «поезд-рельсы-земляное полотно».

Результаты работы показали значительное влияние неравномерной осадки на высокоскоростное движение и динамические параметры взаимодействия подвижного состава и рельса. На основе исследований были получены методы определения предела деформаций и длины участка переменной жесткости.

Выделение нерешенных ранее частей общей проблемы. Однако, ранее не были решены вопросы оценки и анализа совместной деформации устоя и земляного полотна на подходе к ИССО. Поэтому, исходя из вышеупомянутых положений, перед нами стояла задача определения осадок земляного полотна и устоя моста, при их совместной работе как в строительный период с учетом этапности

сооружения конструкции, так и в период эксплуатации с учетом взаимодействия с безбалластной конструкцией верхнего строения пути.

Цель работы заключалась в оценке деформа-тивности конструкции участка переходной жесткости (далее УПЖ) земляного полотна и ИССО при безбалластной конструкции верхнего строения пути.

Для этого было выполнено численное моделирование в программном комплексе Plaxis поэтапного возведения конструкции УПЖ и примыкающих элементов, моделирование нагружения конструкции УПЖ для условий высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва - Казань -Екатеринбург и моделирование периода эксплуатации.

Моделирование проводилось при различных типах основания (с усилением сваями CFG; без усиления). В статье приведены результаты расчетов, затухания вертикальных деформаций в конструкции УПЖ земляного полотна при различных типах основания.

Была выполнена проверка запроектированной конструкции УПЖ высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва - Казань - Екатеринбург определенной СТУ «Земляное полотно участка Москва - Казань высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва - Казань - Екатеринбург, с учётом требований по деформативности земляного полотна и обеспечения заданных геометрических параметров земляного полотна.

Расчетные модели для численного моделирования участков сопряжения земляного полотна и устоев были выполнены на основе двух характерных продольных сечений примыкания земляного полотна к устою мостового перехода:

1) Участок переходной жесткости перед устоем на км 439, при этом земляное полотно, примыкающее к устою на данном участке располагается на композитном основании усиленном сваями.

2) Участок переходной жесткости перед устоем на км 426 без усиления основания земпо-лотна на подходе.

Переменная жесткость земляного полотна создается за счет отсыпки насыпи на подходе к искусственному сооружению из грунта улучшенных свойств переменной толщины в виде трапеции с меньшим основанием по подошве (Рисунок 1).

Обратная засыпка

Рисунок 1. Совместная конструкция участка переходной жесткости без балластного верхнего строения пути и земляного полотна

Первый защитный слой переходного участка соответствует требованию первого защитного слоя стандартной насыпи с содержанием 5% цемента.

Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) #3 (60), 2019 Для нижней части переходного участка применяется ЩПГС с примесью 3% цемента. Параметры грунтов участка переменной жесткости соответствуют таблице 1.

КМ Высота насыпи Толщина первого защитного слоя Толщина второго защитного слоя Крутизна откосов насыпи Ширина основной площадки Ширина конструкции БВСП Длина УПЖ Заложение УПЖ Длина свай СБв

Нн, м Ьзс1, м Ьзс2, м 1:т Ь, м Ьвсп, м 1упж.> м 1:т Ьсв, м

Км 439 8,00 0,4 2,3 1:1,75 14,2 3,2 27,6 1:3 18

Км 426 8,01 0,4 2,3 1:1,75 14,2 3,2 26,6 1:3 -

Рисунок 2. Расчетные сечения участка переходной жесткости км 439

Рисунок 3. Расчетное сечение участка переходной жесткости км 426

Таблица 1. Параметры грунтов участка переменной жесткости_

_Место заполнения__Первый защитный слой__Переходной участок_

Сортамент заполнителей__ЩШ С с примесью 5% цемента ЩПГС с примесью 3% цемента

Вторичный модуль деформации, >120 >80

_МПа___

Коэффициент уплотнения__>1.0__>1.0_

Геометрические параметры, принятые для расчетных сечений приведены в таблице 2. Продольные и поперечные профили, принятые для численного моделирования приведены на рисунках 2-3.

Таблица 2. Геометрические параметры, принятые для расчетных сечений

Таблица 3. Параметры промежуточных опор и устоев, принятые для расчетные в расчетах

Км 439 Км 426

Параметры промежуточной опоры, принятые в расчете: - количество свай БНС - 6 шт.; - длина БНС - 37 м; - несущая способность БНС - 905 т.с.; - расчетная нагрузка по подошве - 809 т.с. Параметры устоя, принятые в расчете: - количество свай БНС - 9 шт.; - длина БНС - 23 м; - несущая способность БНС - 755 т.с.; - расчетная нагрузка по подошве - 686 т.с. Параметры промежуточной опоры, принятые в расчете: - количество свай БНС - 11 шт.; - длина БНС - 25 м; - несущая способность БНС - 597 т.с.; - расчетная нагрузка по подошве - 540 т.с. Параметры устоя, принятые в расчете: - количество свай БНС - 9 шт.; - длина БНС - 27 м; - несущая способность БНС - 684 т.с.; - расчетная нагрузка по подошве - 661 т.с.

На участке переходной жесткости перед устоем на км 439 в основании насыпи были смоделированы буронабивные сваи CFG диаметром 0,5м с шагом 1,5м между осями свай с укладкой гибкого ростверка (рисунки 2, 3). Гибкий свайный ростверк представляет собой два слоя георешетки с засыпкой щебеночно-песчано-гравийной смеси (ЩПГС) между слоями. Толщина слоев ЩПГС - 0,2 м.

Нагрузки от верхнего строения пути: принята модель конструкции БВСП типа CRTS III RUS.

Конструкция БВСП приведена на рисунке 4. Поперечное сечение конструкции БВСП приведено на рисунке 9.

Рисунок 8 Конструкция БВСП

Рисунок 9 Поперечное сечение конструкции БВСП

При создании модели БВСП учитывалась геометрия конструкции верхнего строения пути и характеристики материалов.

При расчетах продольного сечения принимался вес от БВСП, приведенный на всю ширину основной площадки земляного полотна.

Расчеты периода эксплуатации выполнялись при нагружении временной распределенной нагрузкой (нагружение расчетной нагрузкой от высокоскоростного подвижного состава типа CRH380 со скоростью 350 км/ч).

Таблица 4. Характеристики грунтов основания

Наименование грунта ИГ Э Удельный вес грунта Удельный вес водонасыщен-ного грунта Коэффиц. фильтрации Модуль общ. деформации Коэффиц. Пуассона Удельное сцепление Угол внутр. трения Эфф. угол дилатансии, Плотность грунта Плотность частиц грунта Коэфф. пористости Удельный вес грунта, взвеш. в воде

УитаЬ кН/м3 У а кН/м3 к, м/су т Е, МП а V с, кН/ м2 Ф, О V• О P, г/см 3 р^ г/см3 е кН/м3

Км 439

Суглинок лег- 10 ж2 0, 36 2 0

кий полутвер- 18,91 20,16 0,05 22 23 0 1,93 2,69 0,61 10,16

дый

Суглинок лег- 10 ж3 0, 36 1 8

кий тугопла- 18,82 19,92 0,05 18 16 0 1,92 2,7 0,66 9,92

стичный

Супесь пластичная 10е 2 18,72 20,23 0,2 14 0, 34 12 1 7 0 1,91 2,69 0,6 10,23

Глина полутвердая 23з 2 17,93 19,20 0,005 31 0, 4 38 1 8 0 1,83 2,72 0,81 9,20

Км 426

Песок мелкий 0, 3 3 2

средней плот- 3б2 18,82 19,45 1,49 21 5 2 1,92 2,66 0,7 9,45

ности

Глина полутвердая 23з А2 19,11 19,41 0,000 1 30 0, 4 43 2 1 0 1,95 2,74 0,79 9,41

Известняк 23ц 6 0, 31

низкой проч- 18,20 - - 270 - - 0 - - 1 -

ности

В качестве расчетной нагрузки от высокоскоростного подвижного состава принята полосовая распределенная нагрузка равная 40,4 кН/м2, передающаяся на основную площадку земляного полотна, согласно ТВ 10106-2010. При расчетах продольного сечения принималась поездная нагрузка, приведенная на всю ширину основной площадки земляного полотна.

Характеристики грунтов основания приведены в таблице 4.

Расчет выполнен с использованием метода конечных элементов, реализованным в программном комплексе Р1ах1Б 2Б.

В расчетной схеме реализована совместная работа участка переменной жесткости и примыкающих к нему устоя и участка земляного полотна.

Для проверки адекватности модели были выполнены расчеты по поперечному сечению 1-1(см. рисунок 2-3). Положение данного сечения принято на таком расстоянии, при котором исключено влияние устоя, так как в данной плоскости (поперечное

сечение земляного полотна) невозможно учесть ограничение горизонтальных перемещений в зоне устоя за счет наличия жесткого тела (устоя). Поэтому для проверки принято сечение (1-1 рис.2-3), которое и в продольном и в поперечном направлении работает одинаково.

Этапы моделирования при выполнении расчетов соответствуют этапности возведения конструкции, согласно технологии строительства ВСМ.

До начала моделирования строительства вводится период консолидации этот период необходим

Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 3 (60), 2019 для того, чтобы рассеялось избыточное поровое давление в грунтах основания и основание было заведомо консолидировано («слежавшееся»).

Моделирование состоит из двух периодов -строительный период и период ввода поездной нагрузки (эксплуатационный). Строительный период включает 8 этапов:

- устройство свай и ростверка под устой и промежуточную опору (50 суток);

- устройство устоя и опоры (30 суток);

- устройство свайного основания земляного полотна (14 суток);

Таблица 5. Результаты численного моделирования

Максимальные осадки основной площадки земляного полотна от поездной нагрузки в период эксплуатации не превышают максимально допустимые, регламентируемые СТУ [2].

Согласно расчетам, максимальная накопленная остаточная деформация основной площадки

- устройство гибкого свайного ростверка (3 суток);

- отсыпка и уплотнение тела насыпи, защитных слоев, (30 суток);

- период консолидации (180 суток);

- установка пролетных строений (2 суток);

- устройство ВСП, обкатка (30 суток).

Итого строительный период составил 339 дней.

Период эксплуатации включает 1 этап: - ввод поездной нагрузки (100 лет).

Результаты расчетов сведены в таблице 5, отчеты расчетов приведены на рисунках 10-13.

участка переходной жесткости за весь срок ее полезного использования обеспечивает возможность устранения просадок путем регулировки креплений и не превышает 15 мм.

Параметр Участок км 439 (сваи в основании ЗП) Участок км 426 Требования СТУ «Земляное полотно» [1]

Суммарная осадка УПЖ за строительный период в сечении у устоя, мм 50,2 72,8 -

Суммарная осадка устоя за строительный период, мм 41,0 64,2 -

Суммарная осадка за строительный период в сечении в конце участка переходной жесткости, мм 97,5 79,5 -

Осадка УПЖ за эксплуатационный период в се- 6,9 2,8 < 15

Осадка устоя за эксплуатационный период, мм 4,9 1,0 < 15

Разница в осадках земляного полотна и ИССО зоне их сопряжения за период эксплуатации, мм

2,0 1,8 < 5

Осадка за эксплуатационный период в сечении в конце участка переходной жесткости, мм

13,7 8,6 < 15

Уклон отвода эксплуатационной осадки, %о 0,25 0,22 < 0,25

Общая осадка УПЖ на период окончания моделирования в сечении у устоя, мм 57,1 77,3 -

Общая осадка на период окончания моделирования в сечении в конце участка переходной жесткости, мм 111,3 88,5

Output Version 2018.0.0.0

■10,00 0,00 10,00 20,00 30,00 -10,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 110,00 120,00 [ЧО^т]

Phase displacements Puy (Time 36.84*103 day)

Maximum value = 1,781*10"3 m (Element 4101 at Node 62467) Minimum value = -0,01485 m (Element 5 at Node 164)

-п.-.--. -1ТГТ:-

Рисунок 10. Изолинии вертикальных деформаций за период эксплуатации участка переходной жесткости на км 439.

Output VereiOT 2018 0-0-0

Рисунок 11. Эпюра осадок основной площадки за период эксплуатации участка переходной жесткости на км 439.

Output Version 2018.0 0.0

-20,00 -10,00 0,00 10,00 20,00 30,00 -10,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 110,00 120,00 сю*3 m]

=__» X -900

Phase displacements Puy (Time 323,0 day)

Maximum value = 2,366*10"3 m (Element 1951 at Node 27497) Minimum value = -8,846*10"3 m (Element 118 at Node 106)

Рисунок 12. Изолинии вертикальных деформаций за период эксплуатации участка переходной жесткости на км 426.

Output Vereion 2018 0.0 О

Phase displacements Puy (scaled jp 500 times) (Time 323,0 day)

Maximum value = -1,058*10"3 m Minimum value = -8,840*10"3 m

Рисунок 13. Эпюра осадок основной площадки за период эксплуатации участка переходной жесткости

на км 426.

Разница в осадках земляного полотна и ИССО в зоне их сопряжения на момент окончания срока эксплуатации не превышает 5 мм и составляет 2 мм.

Прослеживается зависимость снижения оса-дочности земляного полотна на участке переходной

жесткости. В продольном направлении: уклон, вызванный осадкой, равен 0,25 %о, что соответствует требованиям СТУ [1].

Расчеты по поперечным сечениям выполнены для проверки адекватности моделей (Рисунок 1415).

Output Version 2018.0.0.0

0,00 8,00 16,00 24,00 32,00 40,00 48,00 56,00 64,00 72,00 80,00 88,00 96,00 104,00 112,00 120,00 [ЧО"3 m]

Phase displacements Puy (Time 36,77*103 day)

Maximum value = 0,5044*10"3 m (Element 3117 at Node 5498) Minimum value = -6,999*10"3 m (Element 49 at Node 31926)

Рисунок 14. Изолинии вертикальных деформаций за период эксплуатации участка переходной жесткости на км 439. (Проверочное поперечное сечение)

Output Version 2018.0.0.0

-10,00 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 110,00 120,00 рю"3 m]

. I I I I I i I . I I I I I I i l i l I . I ... I .... I . . I I il. I I < m

Phase displacements Puy (Time 36,74*10"' day)

Maximum value = 0,000 m (Element 2562 at Node 4713) Minimum value = -0,01201 m (Element 25 at Node 337)

Рисунок 15. Изолинии вертикальных деформаций за период эксплуатации участка переходной жесткости на км 426. (Проверочное поперечное сечение)

Значения осадок по продольным и попереч- Значения осадок в продольном и поперечном

ным сечениям на обоих участках сведены в таблицу сечениях на обоих участках имеют незначительные 6 для возможности оценить расхождения. расхождения. Данные расхождения связаны с не-

Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 3 (60), 2019 возможностью учета в продольном сечении откосов насыпи, которые учтены в поперечном сечении, а также в поперечном сечении не учитывается влияние наклона слоев насыпи на участке переходной

Таблица 6. Результаты проверочных расчетов

Выводы и предложения:

По результатам численного моделирования определено, что конструкция переходного участка сопряжения земляного полотна и ИССО (см. рисунок 1), соответствуют требованиям СТУ [2] и высоким стандартам плавности хода предъявляемым к ВСМ. Рассмотренная конструкция может быть принята в качестве типовой при проектировании высокоскоростных магистралей с безбалластным верхним строением пути для скорости движения 350 км/ч.

Список использованных источников

1. Ло Цян, Цай Ин, «Исследование предела деформации и рациональной длины участка переменной жесткости системы «земляное полотно-мост» ВСМ» Railway Standard Design. 2000 г. - с. 2-4.

2. Специальные технические условия «Земляное полотно участка Москва - Казань высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва -Казань - Екатеринбург. Технические нормы и требования к проектированию и строительству»

3. СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*.

жесткости. Тем не менее значения сопоставимы, что подтверждает полученные значения в ходе моделирования.

4. А.И. Голубев, А.В. Селецкий, «Выбор модели грунта и её параметров в расчётах геотехнических объектов», [Электронный ресурс] 2006. N 4. URL: http://www.nipinfor.ru/publications/10063/ (дата обращения: 07.06.2010).

5. Уланов И.С., Филиппов Ю.И. Земляное полотно высокоскоростных магистралей//Транспорт-ное строительство. -2017.-№10-11. - С.17-19.

6. Ivan S. Ulanov, Denis V. Dolgov, Alexander M. Cherkasov, Problems of quality management of the subgrade construction of high-speed railway// Quality Management, Transport and Information Security, Information Technologies - 2017, 443-445.

7. Уланов И.С. Горлов А.В. Филиппов Ю.И. Особенности расчетов осадок земляного полотна при решении геотехнических задач на этапе проектирования ВСМ «Москва-Казань.// Материалы международной научно-технической конференции «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути», Москва, 2018

Участок км 439 (сваи в основании ЗП) Участок км 426

Суммарная осадка за строительный период в сечении в конце участка переходной жесткости, мм 97,5 108,8 11,3 79,5 65,6 13,9

Осадка за эксплуатационный период в сечении в конце участка переходной жесткости, мм 13,7 6,9 6,8 8,6 11,9 3,3

Общая осадка на период окончания моделирования в сечении в конце участка переходной жесткости, мм 111,3 115,7 4,4 88,5 77,6 10,9

ДИССИПАТИВНАЯ ФУНКЦИЯ В ДИФФУЗИОННОМ БАРОМЕМБРАННОМ ПРОЦЕССЕ

Хабибова Наталья Замиловна

к.т.н., доцент кафедры процессов и аппаратов химической технологии Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева,

г. Москва

Москвичев Станислав Сергеевич

ассистент кафедры физической химии Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева,

г. Москва

DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2019.3.60.55-60

АННОТАЦИЯ.

В статье обсуждается метод расчета диссипативной функции как количественной меры необратимости процессов. Основное внимание уделяется постановке задач и изложению методов их решения, исходя из теоретической модели. Приводится численный пример расчета локальной и интегральной диссипации в диффузионном баромембранном процессе.

ABSTRACT.

The article discusses the method of calculating the dissipative function as a quantitative measure of the irreversibility of processes. The focus is on the formulation of problems and the presentation of methods for solving them, based on a theoretical model. A numerical example of the calculation of local and integral dissipation in a diffusion baromembrane process is given.