автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Научное обоснование требований к подплитному основанию монолитного безбалластного пути, обеспечивающих трещиностойкость несущей плиты под поездной нагрузкой

На правах рукописи

СИДОРЕНКО Александр Андреевич

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ПОДПЛИТНОМУ ОСНОВАНИЮ МОНОЛИТНОГО БЕЗБАЛЛАСТНОГО ПУТИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ НЁСУЩЕЙ ПЛИТЫ ПОД ПОЕЗДНОЙ НАГРУЗКОЙ

Специальность 05.22.06-Железнодорожный путь, изыскание и

проектирование железных дорог

Автореферат Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 3 НОЯ 2014

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2014

005555025

005555025

Диссертация выполнена на кафедре «Строительство дорог транспортного комплекса» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I» (ФГБОУ ВПО ПГУПС).

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент КОЛОС Алексей Федорович

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук АШПИЗ Евгений Самуилович

заведующий кафедрой «Путь и путевое хозяйство» ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет путей сообщения»

Кандидат технических наук, доцент ПУПАТЕНКО Виктор Викторович

доцент кафедры «Железнодорожный путь и проектирование железных дорог» ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный университет путей сообщения»

Защита состоится 19 декабря 2014 г. в 15 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 218.008.03 на базе ФГБОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I» по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9, ауд. 7-520.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I» ("www.pgups.rul на сайте Минобрнауки России (www.vak.ed.gov.ru).

Автореферат разослан «22» октября 2014 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу ученого совета университета.

Ученый секретарь Татьяна Михайловна Петрова

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности.

Железнодорожное сообщение в нашей стране на сегодняшний день было и остается важнейшей и самой крупной составляющей транспортной системы. В перспективе роль железнодорожного транспорта не изменится, и он будет оставаться основным видом сообщения, обеспечивающим массовые грузовые и пассажирские перевозки.

Мировой опыт показывает экономическую эффективность создания железнодорожных линий с высокоскоростным движением пассажирского транспорта. Общая протяженность высокоскоростных линий в мире достигает десятки тысяч километров. В России существует одна высокоскоростная линия Москва — Санкт — Петербург, где скорость достигает 250 км/ч.

В России запланировано строительство высокоскоростной железнодорожной магистрали «Москва — Казань - Екатеринбург». Проект предполагает обеспечение высочайшего уровня надежности и безопасности обеспечения перевозок, создание необходимого комфорта для пассажиров. Решение указанных задач возможно только на основе использования самых современных технологий, в частности использования безбалластных конструкций верхнего строения пути.

На сегодняшний день в России сертифицированными конструкциями

безбалластного верхнего строения пути являются монолитные

конструкции ЯНЕВА2000 и 1Л'Т. Опытный участок конструкции

1ЩЕОА2000 длиной I км был уложен на магистральной линии Санкт-

Петербург — Москва, перегон Саблино-Тосно. Трехлетний опыт

подконтрольной эксплуатации показал, что путь имеет стабильные

эксплуатационные показатели по ширине колеи, подуклонке рельсов и по

уровню. Однако, в тоже время были выявлены проблемы, связанные с

эксплуатацией конструкции, в частности появление на поверхности

1

несущей бетонной плиты многочисленных силовых трещин. Беспокойство вызывает наличие поперечных трещин, развивающихся от углов полушпал к центру плиты и к её торцу. Развитие этих трещин приводит к коррозии арматурного каркаса, что уменьшает срок службы конструкции, и как следствие, повышает затраты на её эксплуатацию в течение жизненного цикла. В основном трещины появлялись на участках земляного полотна, в основании которого залегали грунты с пониженными деформативными характеристиками. При движении подвижного состава наличие данных грунтов в основании приводило к образованию на поверхности несущей бетонной плиты повышенных растягивающих напряжений, которые превосходили предел прочности бетона при растяжении. Таким образом, безбалластные конструкции типа 1ШЕОА2000 должны укладываться с учетом деформативных свойств подплитного основания и проектироваться, в том числе, по условию образования трещин на поверхности несущей бетонной плиты.

На сегодняшний день отсутствует нормативные документы определяющие методику расчета несущих бетонных конструкций монолитного безбалластного железнодорожного пути при действии динамических нагрузок от движущихся поездов.

Целью исследования является обоснование требований к подплитному основанию безбалластной монолитной конструкции верхнего строения пути с учетом действия поездной динамической нагрузки по условию образования трещин на поверхности несущей бетонной плиты.

Для достижения поставленной цели в диссертации сформулированы и решены следующие задачи:

1. Выявлены зависимости распространения вертикальных напряжений в теле земляного полотна при монолитной безбалластной конструкции верхнего строения пути.

2. Определены границы рабочей зоны подплитного основания при монолитной безбалластной конструкции верхнего строения пути.

3. Исследовано напряженно — деформированное состояние несущей бетонной плиты конструкции RHEDA 2000 при действии поездной динамической нагрузки.

4. Разработана теория и методика расчета напряженно — деформированного состояния несущей бетонной плиты при действии поездной динамической нагрузки.

5. Обоснованы требования к конструкции подплитного основания монолитного безбалластного пути, обеспечивающие трещиностойкость несущей плиты под поездной нагрузкой.

Научная новизна выполненных исследований заключается в следующем:

1. Получены аналитические зависимости, описывающие затухание вертикальных напряжений по глубине подплитного основания при монолитной безбалластной конструкции верхнего строения пути.

2. Впервые выявлена и научно обоснована глубина рабочей зоны подплитного основания монолитной безбалластной конструкции верхнего строения пути при действии поездной динамической нагрузки.

3. На основе экспериментальных исследований впервые выявлено напряженно — деформированное состояние несущей бетонной плиты в зависимости от типа подвижного состава и скорости его движения.

4. Разработана математическая модель расчета напряженно -деформированного состояния несущей бетонной плиты безбалластной конструкции верхнего строения пути, учитывающая деформативные характеристики грунтов подплитного основания и параметры обращающегося подвижного состава.

Теоретическая ценность работы заключается в выявлении аналитических зависимостей описывающих напряженно -деформированное состояние несущей бетонной плиты и грунтов подплитного основания под действием поездной динамической нагрузкой на участках укладки безбалластной монолитной конструкции верхнего строения пути. На основе полученных зависимостей предложена математическая модель, описывающая работу несущей бетонной плиты под поездами.

Практическая значимость работы заключается в том, что разработанная методика расчета напряженно - деформированного состояния несущей бетонной плиты позволяет проектным организациям обосновано проектировать конструкцию подплитного основания безбалластного верхнего строения пути по условию трещиностойкости под действием поездной динамической нагрузки. Сформулированы научно -обоснованные требования к конструкции подплитного основания на участках укладки монолитного безбалластного верхнего строения пути, обеспечивающие трещиностойкость несущей плиты под поездной нагрузкой.

Методология и методы исследований. Для решения поставленных задач были выполнены натурные эксперименты и теоретические исследования. Натурные эксперименты выполнялись на магистрали Санкт-Петербург - Москва, перегон Саблино-Тосно, II главный путь ПК 455+00 и на экспериментальном кольце ВНИИЖТ в г. Щербинка Московской области на опытных участках укладки монолитной безбалластной конструкции верхнего строения пути RHEDA 2000. На основе проведенных экспериментальных исследований и известных теорий механики сплошной среды построена математическая модель и разработана методика расчета напряженно - деформированного состояния

несущей бетонной плиты безбалластной конструкции верхнего строения пути при действии динамической поездной нагрузки. Для реализации предложенной методики разработана программа для ЭВМ. В работе выполнены многовариантные расчеты с использованием ЭВМ по оценке влияния грунтов подплитного основания на напряженно -деформированное состояние несущей бетонной плиты безбалластной монолитной конструкции верхнего строения пути под поездной динамической нагрузкой.

. Положения, выносимые на защиту.

1. Аналитические зависимости распространения вертикальных напряжений в подплитном основании монолитного безбалластного верхнего строения пути при движении подвижного состава.

2. Функциональные зависимости, описывающие напряженно — деформированное состояние несущей бетонной плиты монолитного безбалластного верхнего строения пути при действия поездной динамической нагрузки.

3. Теория и методика расчета напряженно - деформированного состояния несущей бетонной плиты монолитного безбалластного верхнего строения пути под поездной нагрузкой.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректностью математических выводов, а так же хорошей сходимостью результатов замеров напряжённо — деформированного состояния несущей бетонной плиты с данными теоретических расчетов, выполненных по разработанной математической модели.

Апробация результатов. Основные положения и результаты работы были доложены на следующих конференциях:

1. III международная научно-техническая конференция: Применение геоматериалов при строительстве и реконструкции транспортных объектов, СПб: ПГУПС, 2013.

2. X научно-техническоя конференция с международным участием: Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути, Москва, МИИТ, 2013.

3. III международная конференция по железнодорожному делу. Строительство и текущее содержание железнодорожной инфраструктуры в сложных условиях (ICRE2014), Пекин, Китай, Август, 2-3, 2014.

Реализация исследований. Результаты исследований нашли практическое применение при разработке специальных технических условий «Земляное полотно участка Москва — Казань высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва — Казань — Екатеринбург. Технические нормы и требования к проектированию и строительству».

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 статей, в том числе 2 статьи в изданиях, входящих в перечень, рекомендованный ВАК Минобразования и науки Российской Федерации.

Cmpwmvva и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 143 страницы машинописного текста, в том числе 127 страницы основного текста, 66 рисунков, 22 таблицы. Список литературы включает 72 работы российских и зарубежных авторов.

Основное содержание работы

Введение посвящено обоснованию актуальности диссертационной

работы, постановке цели и задач, обоснованию научной новизны и практической ценности результатов исследования, изложению основных положений методики исследования.

Первая глава посвящена мировому опыту применения безбалластной

монолитной конструкции верхнего строения пути, а также проблемам,

6

возникающим при ее эксплуатации. Проанализированы требования к подплитному основанию безбалластного верхнего строения пути на участках обращения скоростного и высокоскоростного подвижного состава в Германии, Франции и Китае. Опыт эксплуатации безбалластных конструкций верхнего строения пути показывает, что путь имеет стабильные эксплуатационные показатели по ширине колеи, подуклонке рельсов и по уровню. Однако данные конструкции не лишены проблемы образования трещин на поверхности несущей плиты.

Исследования Ашпиза Е.С., Власова В.З., Давыдова С.С., Жемочкина Б.Н., Колоса А.Ф., Коншина Г.Г, Петряева A.B., Пупатенко В.В., Прокудина И.В., Синицина А.П, Шахунянца Г.М., Bastin R., Baxter M., Hardt D., Huesmann H., Lechner В., Liu J., Michas G., Sunil К., Wang S.R., Wang P., Wei J., Zao P. и других позволяют сделать вывод, что под воздействием поездной нагрузки в несущей бетонной плите образуется изгибающий момент, который приводит к появлению растягивающих напряжений на ее поверхности, значения которых могут превышать предел прочности бетона на растяжение.

За 40 лет эксплуатации и строительства безбалластного верхнего строения пути в разных странах были сформулированы требования к подплитному основанию, которые позволяют проектировать конструкции подобного рода в различных инженерно - геологических условиях.

Анализ литературных источников свидетельствует о том, что на сегодняшний день в России отсутствуют нормативные требования к подплитному основанию из условия трещинообразования несущей плиты. Также не решена задача об оценке напряженно - деформированного состояния несущей плиты монолитной безбалластной конструкции верхнего строения пути при действии поездной нагрузки. Решение данной

задачи возможно только при проведении дополнительных полевых и теоретических исследований.

Вторая глава посвящена результатам натурных исследований напряженно — деформированного состояния несущей бетонной плиты и подплитного основания при действии поездной нагрузки. Несущая бетонная пяшва Исследование напряженного

состояния подплитного основания осуществлялось с использованием мессдоз с гидропреобразователем. Для определения вертикальных перемещений поверхности

Лолушлояа

Рисунок 1 - Схема регистрации

напряженного состояния несущей несущей бетонной плиты под действием бетонной плиты.

динамической поездной нагрузки использовались индуктивные преобразователи. Исследование напряженного состояния несущей бетонной плиты осуществлялось электротензометрическим способом по полумостовой схеме подключения тензорезисторов, наклеенных на поверхность несущей бетонной плиты в соответствии со схемой, представленной на рисунке 1. Запись осуществлялась в цифровом формате с помощью многофункциональной станции «Геркулес» и персонального компьютера.

Анализ выполненных экспериментальных исследований (рисунок 2) показывает, что при монолитной безбалластной конструкции верхнего строения пути распространение вертикальных напряжений в грунтах подплитного основания в подрельсовой зоне описывается экспоненциальной зависимостью (1).

<*г — &0 * е /:г, где (1)

Сто - напряжение на основной площадке в подрельсовой зоне, кПа;

X — коэффициент затухания вертикальных напряжений, который

составляет 0,67 1/м и не зависит от типа подвижного состава и скорости

его движения, что является отличительной особенностью данной

конструкции. При классической конструкции пути с железобетонными шпалами на балласте коэффициент к составляет 0,82 - 1,26 1/м в зависимости от скорости подвижного состава. Следовательно, затухание вертикальных напряжений происходит менее интенсивно в среднем на 50% (рисунок 3), чем при классической конструкции пути.

Вертикальные напряжения в подрельсовой зоне, кП* 10 20 30 40 50

Рисунок 2 - Затухание вертикальных напряжений в Рисунок 3 - Относительное изменение

подрельсовой зоне при различных типах вертикальных напряжений в подрельсовой зоне

подвижного состава: 1 - «Сапсан» (90 км/ч), при различных типах верхнего строения пути:

2 - Чс-2т (40 км/ч); 3 - ВЛ-10 (40 км/ч) 1 - путь на балласте с железобетонными шпалами

(а - 130 км/ч, 6-70 км/ч, в - 40 км/ч); 2 — безбалластная конструкция пути.

Экспериментальными замерами установлено, что вертикальные напряжения в подрельсовой зоне на основной площадке увеличивается прямо пропорционально с ростом скорости движения (рисунок 4). Прирост составляет 2 % с ростом скорости на 10 км/ч, что в 1,5 - 2 раза ниже, чем при традиционной конструкции верхнего строения пути.

Анализ выполненных экспериментальных исследований (рисунок 5) показывает, что при движении подвижного состава на поверхности несущей бетонной плиты образуются знакопеременные напряжения.

Характер эпюры распределения продольных (вдоль оси пути) напряжений свидетельствует о действии на бетонную плиту изгибающего момента от поездной во юо но 180 220 нагрузки.

Скорость, км/ч

Рисунок 4- Вертикальные напряжения на основной Максимальные значения

площадке в подрельсовой зоне при различных видах

подвижного состава: «

1-«Сапсан»; 2-чс-2т;3-вл-ю. растягивающих напряжении на

поверхности несущей плиты возрастают прямо пропорционально с ростом скорости движения (рисунок 6).

грукекьм

Ж»

Ее^ЕЕНЖиНЬ

Рисунок 5 - Эпюра распределения продольных напряжений у угла полушпалы (точка 2), ( 40 кмч ).

Полученные результаты свидетельствуют о том, что прирост продольных

растягивающих напряжений на поверхности несущей бетонной

плиты не зависит от типа подвижного состава и составляет 3% с ростом скорости на 10 км/ч для всех типов подвижного состава.

Анализ продольных напряжений

максимальных растягивающих на поверхности

40 «0 80 100 Скорость, км/ч Рисунок 6 - Распределение максимальных растягивающих продольных напряжений у угла полушпалы (точка 2): 1 - Эг-2; 2 - ЧС-2т; 3 - ВЛ-10 ;4 - ВЛ-80

несущей оетоннои плиты в разных сечениях показывает, что значения напряжений в сечении 1-1 на 1520% больше, чем в сечении 2-2. Максимальные значения растягивающих напряжений при всех типах подвижного состава регистрировались у у г.Та полушпалы в сечении 1-1 (точка 2) и составляли при движении ВЛ-10 - 2,2 МПа, для ЧС-2т - 1,8 МПа, для ВЛ-80 - 2,3 МПа, для электропоезда - 1,3 МПа. На экспериментальном кольце ВНИИЖТа обращался состав с гружеными полувагонами, максимальные значения растягивающих напряжений также фиксировалось в точке 2 и составили 3,6 МПа. Полученные результаты свидетельствуют о том, что точка 2 является наиболее вероятным местом образования трещины, что подтверждается результатами неоднократных осмотров безбалластной конструкции верхнего строения пути на перегоне Саблино — Тосно и на экспериментальном кольце ВНИИЖТа.

Экспериментально полученные значения поперечных (поперек оси пути) напряжений на поверхности несущей бетонной плиты свидетельствуют о том, что на поверхности несущей бетонной плиГы возникают только напряжения сжатия, значения которых не превышают 0,5 МПа (рисунок 8).

Расстояние от оси пути, м -I -0,5 (I О.5

1,5

Рясстоянис от оси пути, м -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0

3,0

Рисунок 7 - Зависимость максимальных продольных растягивающих напряжений при движении локомотива ВЛ — 80 (70 км/ч).

Рисунок 8 - Зависимость максимальных поперечных напряжений при движении локомотива ВЛ - 80 (70 км/ч).

В ходе экспериментов определена величина вертикальной деформации несущей бетонной плиты при движении подвижного состава, максимальные значения которой зафиксировано по оси пути и составило 1,95 мм. Анализ полученных результатов показывает, что при движении поезда перед локомотивом образуется волна, которая создает растянутую область в верхней части плиты (рисунок 9). Эти данные хорошо согласуются с результатами замеров продольных напряжений на поверхности несушей бетонной плиты (рисунок 5).

Волна

Локомотив 'X" ВЛ-80

груженый полувагон

Расстояние от оси путч, м -I -0.5 0 0,5 .1

...

Рисунок 9 - Запись деформации по оси пути при проходе грузового состава с локомотив ВЛ-80 (40 км/ч).

Рисунок 10 - Деформация поверхности несущей бетонной плиты в поперечном сечении при проходе локомотива ВЛ-80.

Под поездной нагрузкой несущая плита приобретает вогнутое поперечное очертание (рисунок 10), поэтому в поперечном направлении должны фиксироваться только сжимающие напряжения, что полностью согласуется с полученными результатами (рисунок 8).

Третья глава посвящена разработке методики расчета напряженно -деформированного состояния несущей бетонной плиты при безбалластной конструкции верхнего строения пути с учетом поездной нагрузки.

Расчет производится в два этапа. На первом этапе определяются деформации нейтральной линии плиты согласно закону о минимуме потенциальной энергии. На втором этапе по найденным деформациям нейтральной оси через дифференциальное уравнение изогнутой оси балки определяются напряжения на поверхности несущей бетонной плиты.

Для решения поставленных задач и получения достоверных результатов необходимо задаваться корректными граничными условиями. Одним из таких условий является зона существования деформаций по глубине или, в данном случае, рабочая зона подплитного основания.

Глубина рабочей зоны определена на основании полученной в ходе эксперимента зависимости затухания вертикальных напряжений в грунтах подплитного основания и составила 3,5 м.

Расчетная схема для определения вертикальных

деформаций несущей плиты представляет собой упругое полупространство, разбитое на / треугольных симплекс элементов. Длина области • определяется длиной расчетного подвижного состава, глубина - рабочей зоной. Для учета воздействия локомотива и вагонов вводятся 2 типа нагрузки (нагрузка А и нагрузка В). В качестве граничных условий по горизонтальным и вертикальным перемещениям области принято: отсутствие горизонтальных и вертикальных перемещений на нижней границе расчетной области; отсутствие горизонтальных перемещений на границах расчетной области справа и слева. Вертикальные и горизонтальные перемещения внутри

Рисунок 11 - Принципиальная расчетная схема для определения деформаций несущей бетонной плиты. 1 - несущая бетонная плита; 2 - гидравлически связанный слой; 3 - защитный слой; 4 - тело насыпи; 5 - основание насыпи.

симплекс - элемента задавались полиномом первого порядка. Конечный вид уравнения для определения деформаций несущей бетонной плиты имеет вид:

^ = 1и*е&е[В]еТ[0]е[В]е[б]е-1.Ыо[Г11=0;ТД.С (2)

П - потенциальная энергия системы;

[5] - матрица перемещений узлов симплекс — элемент;

I — толщина симплекс — элемента, м;

А — площадь симплекс - элемента, м2;

[Г] — матрица внешних сил.

Матрицы [В] и [О] определяются равенством (3) и (4) соответственно:

Уг-Уъ О У3-У1 О У1-У2 0 1

О Х3-х2 0 0 (3)

|-*2 У2-У3 У3-У1 *2-*1 У1-У21

где X/, х2, х3,у/, у2, уз — координаты узлов симплекс — элемента, м.

и-, |Г(1-")

1 /(/(1-ц) 0

1 О

0 0 (1-2м)/2С1-/0

(4)

где Е - модуль упругости материала внутри рассматриваемого симплекс — элемента, МПа;

- коэффициент Пуассона внутри рассматриваемого симплекс -элемента.

На втором этапе производится вычисление эпюры продольных напряжений на поверхности несущей плиты. Так как высота балки мала по сравнению с ее длиной, то несущая бетонная плита и гидравлически связанный слой подчиняются закону плоских сечений. Из теории упругости известно, что при чистом изгибе между кривизной (деформациями) балки и её напряженным состоянием существует зависимости вида:

° = Еу,/Р (5)

1/р = у", где (б)

р — радиус кривизны, 1/м;

у5 — расстояние от нейтральной оси до расчетной точки, м.

у — вертикальная деформация нейтральной оси безбалластной конструкции верхнего строения пути, м.

Решение выражения (5) и (6) производилось методом конечных разностей. В результате были получены значения напряжений на поверхности несущей бетонной плиты.

Для совместного решения уравнений (2-6) по принятой расчетной схеме (рисунок 11) в рамках диссертационной работы было разработано программное обеспечение, на которое получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014615600 «Оценка напряженно — деформированного состояния плитной конструкции верхнего строения железнодорожного пути».

Предложенная математическая модель дает хорошую сходимость с экспериментальными замерами напряженно - деформированного состояния поверхности несущей бетонной плиты при монолитной безбалластной конструкции верхнего строения пути. Максимальная погрешность составила 18%.

Четвертая глава посвящена изучению влияния конструкции подплитного основания на напряженное состояние несущей плиты.

В соответствии с проведенными расчетами по предложенной методике для исключения образования силовых трещин на поверхности несущей плиты необходимо обеспечить модуль упругости подплитного основания на глубину рабочей зоны не менее 160 МПа (рисунок 12).

мо^ль упругое™ разбей зовы, ми« Полученное значение модуля

21) 60 100 140 ISO

Я 6

упругости сложно достичь с

использованием

только

естественных песчаных и

Рисунок 12 - Зависимость максимальных растягивающих напряжений на поверхности несущей бетонной плиты от модуля упругости рабочей зоны и типа подвижного состава. 1 - «ЧС200»; 2 - «Сапсан»; 3 - «ВЛ-10».

глинистых грунтов. Для таких грунтов значение модуля упругости не превышает 130 МПа.

При проектировании и строительстве монолитных

безбалластных конструкций

верхнего строения пути за рубежом земляное полотно устраивается с двумя защитными слоями. Верхний защитный слой земляного полотна сооружают из щебеночно-песчано-гравийных смесей (ЩПГС) с заданным гранулометрическим составом. Нижний защитный слой устраивается как для обеспечения прочности и требуемого уровня деформативности основной площадки земляного полотна, так и для предотвращения грунтов тела земляного полотна от морозного пучения.

Для разных типов

подстилающих грунтов была определена минимальная толщина второго защитного слоя (из песка средней крупности) в зависимости от толщины первого защитного слоя из ЩПГС. Результаты представлены в таблице 1 и на рисунке 13.

Сформулированные в рамках диссертации требования к конструкции подплитного основания обеспечивают трещиностойкость несущей бетонной плиты при действии поездной нагрузки.

~ 0 0,5 I 1,5 I 2,5 3 3.5 Толщнйй элшкпшго слоя в» песка средней крупное! и, м Рисунок 13 - Зависимость максимальных растягивающих напряжений на поверхности несущей плиты от толщины 2-ого защитного слоя при модуле упругости нижележащего грунта: 1 - 60 МПа; 2-70 МПа; 3-80 МПа (толщина 1 -ого защитного слоя 0,4 м)

Таблица 1 - Минимальная толщина 2 - ого защитного слоя из песка средней кру пности, м, обеспечивающая трещиностойкость несущей плиты.

Модуль упругости грунтов под подошвой 2-ого защитного слоя, МПа Толщина 1 - ого защитного слоя из ЩПГС, м

0,3 0,4 0,5

80 2,3 1,8 1,3

70 2,4 2,0 1.5

60 2.5 2,1 1,6

Основные выводы по работе

1. Распространение вертикальных напряжений в подрельсовой зоне подплитного основания описывается экспоненциальной зависимостью (1). Коэффициент затухания вертикальных напряжений для безбалластной конструкции верхнего строения пути не зависит от скорости движения, типа подвижного состава и составляет 0,67 1/м, что в среднем 50% меньше, чем при традиционной конструкции пути с ездой на балласте.

2. Обоснована глубина зоны проявления динамических напряжений в подплитном основании при безбалластной конструкции верхнего строения пути в условиях движения поездов, составившая 3,5 метра от низа гидравлически связанного слоя.

3. При движении подвижного состава в несущей бетонной плите образуются продольные растягивающие напряжения, изменяющиеся в диапазоне от 1,0 МПа до 3,6 МПа. Наибольшие растягивающие продольные напряжения на поверхности несущей бетонной плиты при всех типах подвижного состава и скоростях движении образуются у края полу шпалы.

4. Разработана теория и методика расчета напряженно -деформированного состояния несущей бетонной плиты при монолитной безбалластной конструкции верхнего строения пути

5. Для обеспечения трещиностойкости несущей бетонной плиты необходимо обеспечить модуль упругости грунтов рабочей зоны не менее 160 МПа.

6. Сформулированы требования к конструкции подплитного основания, предусматривающие устройство защитных слоев, толщина которых определяется деформативными характеристиками нижележащих грунтов.

Основные результаты исследования опубликованы в работах:

Публикации в рецензируемых научных изданиях:

1) А.Ф. Колос, Т.М. Петрова, A.A. Сидоренко «Проблемы эксплуатации безбалластной конструкции верхнего строения пути RHEDA 2000 на железнодорожной магистрали». Вестник института проблем естественных монополий: Техника железных дорог. Москва. - 2013. — № 2. - С. 42-47.

2) А.Ф. Колос, A.A. Сидоренко, C.B. Соловьев «Особенности напряженного состояния грунтов подплитного основания при безбалластной конструкции верхнего строения пути». Инженерный вестник Дона. - 2014. - № 2.

Другие публикации:

1) А.Ф. Колос, A.A. Сидоренко, A.B. Щукин «Определение глубины активной зоны при расчете деформаций безбалластной конструкции RHEDA 2000». 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.

2) А.Ф. Колос, A.A. Сидоренко «Напряженное состояние грунтов земляного полотна при безбалластной конструкции верхнего строения пути». Применение геоматериалов при строительстве и реконструкции транспортных объектов: материалы III международной научно-технической конференции / СПб: ПГУПС, 2013. - С. 117-120.

3) А.Ф. Колос, A.A. Сидоренко «Затухание вертикальных напряжений в подрельсовой зоне при безбалластной конструкции верхнего строения железнодорожного пути». Сборник научных трудов SWorld : по материалам Международной научно-практической Интернет-конференции "Современные направления теоретических и прикладных исследований'2014" / . - Одесса, Украина : КУПРИЕНКО, 2014. - Вып. 1, Т. 2 : Транспорт.

4) А.Ф. Колос, A.A. Сидоренко Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014615600 «Оценка напряженно -деформированного состояния плитной конструкции верхнего строения железнодорожного пути».

Подписано к печати 16.10.2014 Печ.л.-1,0

Печать - ризография Бумага для множит, апп Формат 60x84 1/16

Тираж 100 экз._Заказ № 340-_

Тип. ПГУПС 190031, С.-Петербург, Московский пр., д. 9.