Взаимодействие элементов пути в условиях засорения, увлажнения балласта и подмыва грунтового основания

• Автор: Пейч, Юрий Леонидович
• Шифр специальности: 05.22.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 312 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1 Взаимодействие элементов верхнего строения пути в условиях засорения и увлажнения балласта

1.2 Взаимодействие сооружений нижнего строения пути в условиях

подмыва грунтового основания

1.3. Постановка задачи

2 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ПУТИ

2.1 Энергетический метод интегральных характеристик механических

свойств пути

2.1.1 Вертикальные вязкоупругие деформации рельса

2.1.2 Выбор обобщенной координаты
2.1.3 Общий вид интегральной характеристики конструкции пути
2.1.4 Интегральные характеристики конструкции пути при гармонической нагрузке
2.2 Взаимосвязь параметров подрельсового основания
2.2.1 Безразмерные показатели подобия
2.2.2 Совершенствование показателя подобия на основе интегральных
характеристик
2.2.3 Совершенствование показателя подобия на основе экстремума силы упругости
2.2.4 Оценка влияния на динамические качества колебательной системы
безразмерных комплексов
2.2.5 Рациональное соотношение параметров подрельсового основания
2.3 Нестационарное напряженнодеформированное состояние рельса в
зоне стыка
2.3.1 Расчетная схема вязкоупругих деформаций рельса
2.3.2 Частотные характеристики вязкоупругих деформаций рельса
2.3.3 Нестационарные процессы в стыке рельсов от действия движущихся динамических сил
2.4 Согласование механических параметров пути с использованием
частотных характеристик
2.4.1 Частотные характеристики неравнодеформируемой конструкции
2.4.2 Частотные характеристики равнодеформируемой по спектру частот
конструкции пути
2.4.3 Коэффициенты динамики по спектру частот для различных конструкций пути
2.5 Нестационарное напряженнодеформированное состояние элементов консгрукции пути в зоне стыка рельсов
2.5.1. Нестационарная динамическая сила воздействия экипажа на рельс
в зоне стыка
2.5.2. Нестационарный прогиб стыка рельсов
2.5.3. Напряжсшюдеформированное состояние узла скрепления, шпалы,
поверхности балласта
2.6. Совершенствование механических параметров элементов конструкции пути в зоне стыка рельсов
2.6.1. Уточнение допустимой жесткости стыка рельс на кручение
2.6.2. Совершенствование вертикальной жесткости поверхности балласта
и узла скрепления
2.6.3. Динамика элементов конструкции пути в зоне болтового и сварного стыков рельсов
2.6.4. Эффективность совершенствования механических параметров
2.7 Выводы по главе 2
3. ИЛПРЯЖЕШЮДЕФОРМИРОВЛННОЕ СОСТОЯНИЕ И
ДИНАМИЧЕСКИЙ ВЛЛГОПЕРЕНОС В БАЛЛАСТНОМ СЛОЕ
3.1. Динамическая упруго пластичная модель балластного слоя
3.1.1. Общие положения
3.1.2. Уравнение состояния и смещения балластного слоя
3.1.3. Безразмерные показател и
3.1.4. Нестационарное напряженно деформированное состояние
3.1.5. Совершенствование механических параметров балласта на основе единичных переходных функций
3.1.6. Определение коэффициета упругости балластного слоя
3.1.7. Сопоставление с экспериментом
3.2 Совершенствование параметров упруго пластичной модели балластного слоя на основе метода интегральных характеристик
3.2.1. Выбор обобщенных координат
3.2.2 Определение интегральной характеристики балласта
3.2.3. Совершенствование механических параметров
3.2.4. Расчет интегральных характеристик балласта
3.3. Гипотеза равновесного состояния балластного слоя
3.3.1. Коэффициент динамики балластного слоя
3.3.2. Статическая линейно деформируемая модель балластного слоя
.3. Динамическая упругопластичная модель
3.3.4. Сопоставление величин равновесных давлений
3.3.5. Определение числа Ньютона градиента равновесного давления.
3.4 Гипотеза неравновесного состояния балластного слоя
3.4.1. Гипотеза неравновесного напряженнодеформированного состояния балластного слоя
3.4.2. Градиент неравновесной составляющей давления
3.4.3. Число Ньютона и динамическая добавка к градиенту равновесного давления
3.4.4. Определение ударного давления в балластном слое
3.4.5. Совершенствование параметров балласта при отсутствии дисперсии
3.5. Динамический влагоперснос засорителя в балласте при неравновесном состоянии
3.5.1. Основное уравнение динамического влагопереноса
3.5.2. Гидродинамический удар в балластном слое
3.5.3. Кинематика увлажненного загрязнителя в поровом пространстве щебня
3.6. Особенности динамического влагопереноса в деятельном слое балласта под шпалой
3.6.1. Кумулятивновибрационная гипотеза выплеска
3.6.2. Оценка механических параметров кумулятивного выплеска
3.7. Динамическая жесткость грунтового основания пути
3.8. Выводы по 3 главе
4. СОДЕРЖАНИЕ БАЛЛАСТНОГО СЛОЯ В МЕЖРЕМОНТНЫЙ
ПЕРИОД
4.1. Математическая модель накопления остаточных деформаций засоренного и увлажненного балласта различной прочности
4.1.1. Остаточные деформации балласта различной прочности
4.1.2. Сопоставление теоретической зависимости с эмпирическими формулами
4.1.3. Расчет необходимого модуля деформации и остаточных деформаций при засорении и увлажнении балласта в межремонтный период
4.2. Периодичность и рациональные среднесетевые схемы глубокой
очистки щебня.
4.2.1. Определение периода засорения при различной толщине слоя щеб
4.2.2. Расчетные значения скорости поступления загрязнителя и периода
засорения щебня
4.2.3. Периодичность очистки щебня различной толщины для среднесетевых условий
4.2.4. Соответствие между количеством выплесков и засорением щебеночного балласта
4.2.5. Статистические данные межремонтных сроков очистки балласта
4.3. Эксперементальные исследования технических характеристик балласта
4.3.1. Скорость распространения ударного воздействия в балласте
4.3.2. Логарифмический декремент затухания и коэффициент демпфирования
4.3.3. Интенсивность истирания щебня в стендовых условиях
Модуль и остаточные деформации щебня под подошвой шпалы Исследования послойного уплотнения щебня Рациональные схемы глубокой очистки щебня Выводы по 4 главе
ВОЗДЕЙСТВИЕ ВОДНЫХ И ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ НА ГРУНТОВОЕ ОСНОВАНИЕ ПУТИ Устройства для отвода поверхностных вод Теоретические основы определения формы канав максимальной пропускной способности
Математическая модель равномерного движения воды у плоской стенки
Стабилизация водоотводных лотков в сложных условиях эксплуатации
Предельное динамическое равновесие грунта при воздействии водного и воздушного потоков
Допускаемые скорости потока воды для грунтов и укреплений Допускаемые скорости потока воды для не дренирующей поверхности балласта в криволинейных участках пути Дефляция поверхности балласта при скоростном движении поездов Повышение уровня воды при ледоставе Нестационарный местный размыв грунта Теоретические основы процесса местного размыва Методика расчета при установившемся движении воды Методика расчета при неустановившемся движении воды Выводы по 5 главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА


Улучшение взаимодействия элементов конструкции пути под воздействием поездной нагрузки требует выбора рациональных механических параметров элементов конструкции при различных условиях эксплуатации. Выбор механических параметров следует проводить с использованием безразмерных показателей распределенных колебательных систем рельса на инерционном вязкоупругом основании и инерционного вязкоупругого балласта. Следует разработать метод, оптимизирующий амплитуду и скорость вертикальных колебаний. Требуется создать математическую модель инерционного вязкоупругого балластного слоя и установить соответствие математических моделей колебаний прогиба балласта, совпадающее по форме с уравнением колебаний прогибов рельса на вязкоупругом основании. На основе энергетических методов определить интегральные характеристики конструкции от спектра пиковых частот колебательной системы. Наибольшие значения напряжений и упругих деформаций в элементах конструкции пути при взаимодействии с подвижным составом наблюдаются в зоне силовых неровностей, коротких разрывов поверхности катания в зоне стыка рельсов. В этой зоне распространяются ударные силовые воздействия с частотой порядка 0 Гц и более. Зона стыка рельсов принята к рассмотрению в качестве расчетной, поскольку в наибольшей степени приводит к расстройству элементов конструкции пути. Это не противоречит основной перспективной конструкции бесстыкового пути, поскольку сварные стыки, болтовые звеньевого пути, стыки уравнительных пролетов, составляют в сумме около 4 млн. РФ. Совершенствование механических параметров следует производить на основании уравнения вертикальных колебаний рельса с упругим шарниром стык рельсов на инерционном вязко упругом основании, которое допускает различную комбинацию и широкий диапазон значений заданных конструктивных механических параметров изгибная жесткость и продольная сила в рельсе для подрельсового основания распределенные по протяжению масса, коэффициент демпфирования, коэффициент упругости. Балластный слой воспринимает нестационарную нагрузку в зоне удара с частотой . Гц. Физикомеханические параметры, включая скорость распространения ударных волн, изменяются в зависимости от степени увлажнения и загрязнения, времени года, поэтому требуется разработать модель инерционного вязко упругого балластного слоя. Влияние сил инерции и демпфирования в работе конструкции пути неразрывно связано с концепцией неравновесного напряженного состояния. В балласте и грунтовом его основании силовое воздействие между частицами и слоями происходит за конечные интервалы времени и с конечной скоростью. Наличие в расчетной схеме подрельсового основания наряду с модулем упругости, также массы и демпфирования, позволяет определить основные параметры пути как колебательной системы, поставить вопрос о выборе рациональных величин механических параметров. Засоренный и увлажненный щебеночный балласт и его основание в виде накопленных отложений щебнегрунтовой смеси следует считать средой стратифицированной слоистой, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. В процессе наработки тоннажа, особенно в зоне стыка рельсов происходит неравномерное уплотнение балласта на вертикалях под шпалами плотность упаковки частиц выше по сравнению с междушпальным пространством. Создается вертикальная стратификация плотности засоренного неравномерно уплотненного балласта , что позволяет использовать распределенную в вертикальном направлении нестационарную модель основания. Засоренный увлажненный балластный слой следует определить как однородный инерционный вязкоупругий континуум, в котором скелетообразующая фаза упругопластичная компонента УПК состоит из частиц щебня с распределенными вязкоупругими связями, определяющими несущую способность с одной стороны и инертная пластичная компонента ПК фаза увлажненного мигрирующего в поровом пространстве загрязнителя. Математическая модель должна определять динамические и кинематические параметры нестационарного движения УПК , а также кинематические характеристики движения ПК. Миграция ПК определяет динамический влагоперенос загрязнителя в балласте.