Статья: ПРИМЕНЕНИЕ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ ДОЛГОВЕЧНОСТИ БАЛОК ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ МОСТОВ (2025)

В последние десятилетия технологии информационного моделирования стали неотъемлемой частью строительной индустрии. Новые технологии предоставляют мощные инструменты для управления проектами, моделирования, оптимизации ресурсов и повышения точности и качества проектирования. Несмотря на очевидные преимущества, внедрение новых технологий управления процессами строительства сталкивается с рядом проблем в нашей стране, в частности с отсутствием библиотек типовых элементов мостовых сооружений.

В статье рассматривается необходимость взаимосвязи института типового проектирования и технологий информационного моделирования. Приведен анализ проектов эксплуатируемых конструкций железобетонных пролетных строений и промежуточных опор автодорожных мостовых сооружений. Установлен набор атрибутивной информации и параметров цифровой информационной модели, необходимых на стадии разработки проектной документации на ремонт и эксплуатации сооружения. Выявлены наиболее распространенные типовые проекты железобетонных пролетных строений и опор, для отдельных типоразмеров конструкций которых разработаны цифровые информационные модели с высокой степенью детализации, включающей рабочее и конструктивное армирование элементов. Данные модели экспортированы в открытый формат данных, что повышает их совместимость с различными программными продуктами и способствует широкому внедрению в практику.

Результаты работы могут стать основой для создания в ближайшие годы полного каталога эксплуатируемых железобетонных пролетных строений и опор автодорожных мостов. Внедрение таких решений не только сократит временные и ресурсные затраты, но и обеспечит переход отечественной инфраструктуры на качественно новый уровень цифровизации.

При строительстве транспортных объектов в криолитозоне кардинально нарушается температурный режим многолетнемерзлых грунтов. В процессе эксплуатации Байкало-Амурской магистрали в основании земляного полотна на отдельных участках в районах распространения высокотемпературных мерзлых грунтов образовались так называемые чаши протаивания. Они представляют собой зоны оттаявших многолетнемерзлых грунтов, расположенные непосредственно под железнодорожными насыпями, даже при соблюдении первого принципа строительства. Главным образом это касается насыпей, сложенных дренирующими грунтами. В этом случае формированию таких чаш в первую очередь способствует инфильтрация атмосферных осадков в тело земляного полотна. Расчетным путем оценить эффект от влияния атмосферных осадков на отепляющий эффект основания земляного полотна весьма проблематично в связи с хаотическим характером фильтрационных процессов, происходящих в теле земляного полотна.

В данной работе сделана попытка использования нетрадиционного подхода к решению этой проблемы, а именно предложено ввести поправку к летним значениям коэффициента теплопроводности, учитывающую теплообмен фильтрующихся теплых атмосферных вод с твердыми частицами дренирующего грунта. Для определения данной оправки был использован эмпирический подход. Он заключается в коррекции коэффициента теплопроводности в процессе численных расчетов с ориентацией на реальную глубину верхней границы многолетней мерзлоты под насыпью, полученную при инженерно-геологических изысканиях. Подобранный таким образом коэффициент теплопроводности можно использовать для дальнейших расчетов в схожих условиях. С помощью предложенного подхода обоснована эффективная конструкция насыпи из дренирующих грунтов. Также показано, что использование такого приема для предотвращения деградации грунтов основания насыпи является эффективным при строительстве земляного полотна под вторые пути в криолитозоне.

В статье приведены результаты исследований несущей способности, трещиностойкости и выносливости железобетонных шпал со стержневым армированием, которые изготовлены по итальянской автоматизированной технологии OLMI. Рассчитаны два типа шпал: Ш3-Д 4*10 и Ш3-ДПГ 4*10. Шпалы Ш3-ДПГ 4*10 отличаются от шпал Ш3-Д 4*10 дополнительным косвенным армированием в торцевой части сечения в виде спиралей на концах арматуры и зачеканенными бетонным раствором торцевыми отверстиями. При этом класс бетона по прочности на сжатие у шпал Ш3-Д 4*10 принят не менее В55, а у шпал Ш3-ДПГ 4*10 - не менее В60.

Расчет несущей способности выполнен согласно методу расчета изгибаемых элементов любых форм сечений, направлений действия внешнего момента и любом армировании по общему случаю расчета нормальных сечений изгибаемых элементов. Специфика работы железобетонных шпал под нагрузкой требует обязательного расчета на трещиностойкость и выносливость, поскольку воздействие на шпалу многократно повторяющейся нагрузки вызывает значительный перепад напряжений в бетоне или в растянутой арматуре при большом числе циклов в течение эксплуатационного периода.

По результатам проведенных расчетов определено, что увеличение класса бетона по прочности на сжатие с в55 до В60 практически не влияет на трещиностойкость и несущую способность, а значит не приведет к уменьшению дефектности железобетонных шпал со стержневым армированием на грузонапряженных участках Среднесибирской магистрали.

В статье рассмотрена задача о предельном равновесии свода обрушения, формирующегося над подземными конструкциями криволинейного очертания. Приведен развернутый критический анализ нормативной методики. Показано, что данная методика имеет ряд недостатков, связанных с невозможностью определить коэффициент крепости иначе как по описательной шкале М. М. Протодьяконова или по формулам, отсылающим к этой же шкале. Далее приведен обзор некоторых решений задачи о своде обрушения в скальных грунтах, а именно: задачи о своде предельного равновесия (обрушения) над горной выработкой, рассмотренной В. Риттером (1879); задачи Я. О. Стахнёва (2023), в которой решение В. Риттера получило развитие, прежде всего в плане учета не только нормальных, но и касательных напряжений, действующих по контуру свода обрушения; также проанализировано полученное ранее авторами решение задачи о предельном равновесии свода обрушения в скальных грунтах, полученное по схеме Риттера - Стахнёва, но с применением методов вариационного исчисления. Это решение было получено в замкнутом виде. Отличительной чертой полученных результатов является отказ от понятия коэффициента крепости в пользу стандартных характеристик прочности скальных грунтов. Далее в теоретической части статьи дается решение задачи о своде обрушения над криволинейными подземными конструкциями (над калоттой) как задачи вариационного исчисления. В работе показано, что наличие калотты не влияет на очертание свода обрушения, но снижает нагрузку от горного давления на подземные конструкции. В качестве результатов исследования приведено описание практического метода расчета давления грунта на криволинейные подземные конструкции.

В статье представлены результаты исследований по разработке и установке системы инженерно-геокриологического мониторинга эксплуатируемых насыпей линейных транспортных сооружений в условиях изменения климата на примере участка земляного полотна на территории Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО). Определены этапы обоснования системы инженерно-геокриологического мониторинга эксплуатируемых насыпей линейных транспортных сооружений в рассматриваемых условиях.

По результатам визуально-инструментального и геотехнического обследования сформирована схема особенностей деформирования характерного для рассматриваемых условий участка эксплуатируемой насыпи, а также построен поперечный геокриологический профиль. Для обработки полученных результатов обследований разработана и применена универсальная система зонирования эксплуатируемого земляного полотна, полосы отвода и прилегающей территории, учитывающая влияние криогенных процессов и факторов.

На основании выполненных исследований сформулированы особенности геокриологического состояния характерного для условий ЯНАО участка эксплуатируемой насыпи, необходимые для обоснования системы инженерно-геокриологического мониторинга. Обоснована схема установки системы инженерно-геокриологического мониторинга, разработан и изготовлен комплекс измерительных средств для объективного контроля теплового и деформированного состояния геотехнической системы «насыпь - основание» на характерном для условий ЯНАо участке эксплуатируемой насыпи. Выполнена установка системы инженерногеокриологического мониторинга, а также нулевой и первый циклы наблюдений, которые подтвердили работоспособность системы и отсутствие необходимости корректировки ее параметров.

Бетон анкерной зоны предварительно напряженного железобетонного элемента находится в сложном напряженно-деформированном состоянии. Область бетона, расположенная за анкерным устройством, испытывает значительные местные растягивающие напряжения - напряжения раскалывания, направленные поперек продольного усилия от предварительного обжатия. В большинстве случаев анкерные зоны в главных балках пролетных строений мостовых конструкций расположены у опорных сечений. Таким образом, в рассматриваемой области может находиться густое армирование для восприятия поперечной силы, а также крутящего момента. Однако, помимо армирования, предусмотренного в рамках общей работы главной балки в составе пролетного строения, необходимо дополнительное поперечное армирование для восприятия местных напряжений раскалывания. Действующие отечественные нормативные документы при подборе армирования данных зон требуют от проектировщика учитывать напряженно-деформированное состояние, однако не приводят методику расчета. В данной статье представлен метод подбора поперечного армирования на восприятие напряжений раскалывания для предварительно напряженной железобетонной главной балки путепровода с большим количеством анкеров стаканного типа АКС-19 (ООО «СТС», Москва) на торце. Рассмотрено два расчетных случая: при расположении анкерной зоны над опорной частью (учитывается влияние опирания главной балки на напряженно-деформированное состояние бетона анкерной зоны) и на границе секций бетонирования пролетного строения (напряженно-деформированное состояние бетона анкерной зоны определяется непосредственно предварительным напряжением пучков высокопрочного армирования). Выполнено описание применяемых расчетных схем с указанием предпосылок и допущений в расчете. Приведены результаты расчетов усилий и подбора дополнительного поперечного армирования.

В статье рассмотрена сущность нагельного крепления для обеспечения устойчивости стен глубоких котлованов, откосов оврагов или крутых склонов поверхности земли. Для реализации этого прогрессивного вида крепи, особенно в стесненных условиях строительства, при «точечной застройке» в городских условиях, рассматриваются возможности применения кольцевой пневмоударной машины типа ПУМ. На основе анализа особенностей конструкции, рабочего цикла этих машин и производственных испытаний выявлены резервы увеличения эксплуатационной производительности при работе ударной системы в целом.

Расчеты показали, что даже при незначительной подвижности забиваемого в грунт стержневого элемента большая часть энергии первой волны ударного импульса (более 75 %) не расходуется на совершение полезной работы. Кроме этого, теряется достаточно много времени (до 20 % времени цикла забивки) на восприятие реактивной силы отдачи, т. е. ручное поджатие машины к забою в начале внедрения стержня. Имеются дополнительные потери времени на замену клиновых кулачков по мере их износа.

Обоснована целесообразность разработки и внедрения податчика - устройства для создания внешней поджимающей силы на корпус ударной машины, которая позволяет выбрать все возникающие в ударной системе зазоры и создать оптимальные условия для работы зажимного механизма. Предложена конструкция быстроразборного клинового зажимного механизма, позволяющего в течение 5…7 мин произвести замену кулачков.

Многообразие природных и техногенных факторов и сложность железобетона с точки зрения расчета делают проблему определения срока службы железобетонных пролетных строений многогранной и комплексной. Наряду с этим в России дан старт строительству высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва - Санкт-Петербург, что делает проблему долговечности железобетонных пролетных строений мостов еще более актуальной. Выполнение требования СП 453.1325800 об обеспечении срока службы в 100 лет является на данный момент для проектировщика труднодостижимым, кроме того, нет способов проверки выполнения этого требования. Железобетонные мосты в условиях ВСЖМ будут подвергаться значительным динамическим воздействиям, что в совокупности с агрессивной средой может значительно снизить срок службы сооружения. В данной статье рассматривается модель расчета коррозионноусталостной долговечности как одного из аспектов методики прогнозирования срока службы моста с учетом динамической нагрузки. Данный вид деградации железобетона вызывается комбинированным действием питтин-говой коррозии арматуры и циклической нагрузки, которое приводит к зарождению и росту усталостной трещины в арматурном стержне. Проанализированы способы расчета времени роста трещины в арматуре до критической величины, выделен закон Пэриса как широко применяемый в механике разрушения. Проблема применения закона Пэриса заключается в коэффициентах материала, определяемых эмпирическим путем. При анализе зарубежной литературы обнаружено, что коэффициенты могут зависеть не только от материала, но и от конкретного сплава. Была поставлена задача провести эксперимент, позволяющий определить коэффициенты закона Пэриса для арматурной стали марки 25Г2С, которая широко используется в пролетных строениях мостов. Испытание проводилось с использованием вибромашины и образцов арматуры с начальным концентратором напряжений. По результатам эксперимента были определены коэффициенты уравнения Пэриса для арматурной стали 25Г2С, что позволит использовать их в методике предсказания развития усталостной трещины.

Обеспечение стабильности геометрии рельсовой колеи является неотъемлемой частью текущего содержания железнодорожного пути. На выправку пути приходится треть от всех трудозатрат на дистанции пути, состояние геометрии рельсовой колеи влияет на уровень безопасности движения поездов и определяет оценку эффективности работы структурного подразделения. Выправка пути по уровню, в плане и профиле осуществляется как вручную бригадой монтеров пути, так и за счет работы машинного комплекса в рамках планово-предупредительной выправки пути. В условиях дефицита рабочих кадров встает закономерный вопрос о снижении затрат труда путем машинизации основных технологических процессов по содержанию пути.

В данной работе представлены результаты исследования по анализу зависимости периодичности планово-предупредительной выправки и состояния геометрии рельсовой колеи, в том числе с учетом потребных трудозатрат на выправку пути вручную. Для анализа выбраны участки Среднесибирского хода с величиной пропущенного тоннажа от 300 до 1 200 млн т, с разной периодичностью проведения машинной выправки. Для обработки исходных данных использовался язык программирования Python, что позволило автоматизировать процесс расчета потребных трудозатрат на выправку пути вручную. В статье приведены зависимости трудозатрат на содержание пути от величины пропущенного тоннажа с учетом периодичности планово-предупредительной выправки. Определена степень эффективности выправки пути машинным комплексом в зависимости от величины пропущенного тоннажа и количества выправок. Отмечено, что в условиях дефицита рабочих кадров для назначения планово-предупредительной выправки рационально использовать дополнительный критерий - величину трудозатрат на выправку пути, так как этот параметр напрямую отражает трудоемкость содержания рельсовой колеи на линейном участке.

Для успешной организации перевозочного процесса необходимо обеспечить рациональную эксплуатацию тяговых ресурсов. Размеры требуемого парка локомотивов грузового движения определяются при разработке плановых технических норм на месяц в среднесуточном исчислении. В связи с перестройкой логистики и неравномерностью перевозок использование плановых технических норм затруднительно, поскольку даже незначительное повышение объемов грузоперевозок может привести к избытку или недостатку локомотивного парка на участках. Грамотная реализация объективной методики оперативного управления позволяет качественно выполнять грузовую и поездную работу с минимальными эксплуатационными затратами. Поэтому крайне важно определить возможные варианты оперативного планирования тяговых ресурсов, выполнение которых приведет к эффективной эксплуатации локомотивов, а также к своевременной постановке тягового подвижного состава на техническое обслуживание, ремонты и экипировку. Выполненный авторами анализ статистических данных за длительный период показал, что существующая методика расчета показателей оперативного планирования локомотивного парка не учитывает отдельные факторы, влияющие на определение реальных размеров требуемого локомотивного парка.

В статье рассмотрены реальные примеры организации работы корпоративного локомотивного парка в пределах Западно-Сибирской железной дороги. При планировании перевозок не учитывается место нахождения станции погрузки на Кузбассе, а вследствие этого и расстояние, проходимое порожним, а потом груженым составом, так как следование поездопотоков производится не всегда по кратчайшему пути (в зависимости от оперативной обстановки).

Также следует уделить внимание отставленным от движения поездам. Наиболее распространенными причинами, по которым поезда отставляют на станциях Западно-Сибирской железной дороги, являются простои поездов на промежуточных станциях более 6 ч, неприем поездов грузополучателями, а также отсутствие локомотива перевозчика. Большое скопление таких составов на станциях может привести к трудностям при пропуске поездов и дополнительной работе локомотивного парка.

Целью исследования является определение зависимости объемов требуемого локомотивного парка от изменения организации его использования в грузовом движении с учетом дополнительных факторов.

Было установлено, что при оперативном планировании поездной работы в грузовом движении с помощью автоматизированных программ системы «ПРОГРЕСС» на основании расчетов оборота локомотивов используемым повсеместно аналитическим методом не учтены дополнительные составляющие затрат времени, связанные со сложившейся на полигоне оперативной обстановкой. Предложено дополнить методику определения оборота локомотивов элементами, учитывающими реальную ситуацию, в частности дополнительную работу локомотивного парка.

В работе исследуется акустическое загрязнение селитебных территорий от сортировочной горки железнодорожной станции И с целью снижения негативного воздействия шума на население. В рамках поиска приемлемых решений этой задачи рассматриваются особенности генерации звука в источнике и специфика распространения шума на территории.

Процесс роспуска подвижного состава, а особенно генерация звука в момент прохождения обода колеса через тормозную позицию, является основной причиной значительного акустического загрязнения прилегающей зоны жилой застройки. Скорость и расстояние передачи звука зависят от многих факторов: периода года, времени суток, температуры и влажности воздуха, наличия рядом водоема и отражающих акустическую волну преград, архитектурно-планировочной организации территории, рельефа местности.

Ранее мы рассматривали особенности распространения звуковой волны при различных атмосферных состояниях. Данная статья посвящена изучению влияния рельефа местности и архитектурного плана территории на интенсивность акустического загрязнения селитебной территории.

Высота расположения источника шума и объектов защиты (жилые дома) во многом определяет конфигурацию и конструкцию защитных экранов - искусственных преград на пути распространения звуковой волны. Основной задачей является построение изолиний, наглядно отображающих зоны соответствия (несоответствия) предельно допустимым уровням шума непосредственно на карте местности. Для этого использовался программный модуль «ЭРА-шум», позволяющий на основании проведенных измерений построить карты-схемы. Они являются основой для проектирования защитных экранов на местности: правильного расположения экрана; его размера, высоты и конфигурации; материалов конструкции. Дополнительное затухание звуковой волны можно обеспечить за счет повышения защищенности самого объекта - шумопоглощающей облицовки лицевой стороны зданий, шумозащитных жалюзи и др.

Результаты работы могут быть использованы при создании комплексных проектов системы защиты от шума, которые могут включать в себя защиту в источнике возникновения и на пути распространения, а также повышение защищенности объектов селитебной территории (жилых и общественных зданий). Выбор необходимой комбинации защиты напрямую может зависеть от рельефа и архитектурно-планировочной организации местности.

Для оценки качества эксплуатационной работы железных дорог используется ряд показателей, одним из которых является участковая скорость движения грузовых поездов. На данный показатель, от которого зависит выполнение других показателей эксплуатационной работы, оказывает влияние большое количество факторов, учесть которые, используя общепринятые аналитические зависимости, затруднительно. Это препятствует объективному установлению планового задания по участковой скорости, а также оценке допускаемых при выполнении потерь.

Поэтому была предложена методика, позволяющая оценить потери участковой скорости, которая основана на учете всего разнообразия факторов, оказывающих на нее влияние. Методика базируется на наличии статистической взаимосвязи участковой скорости с рабочим парком грузовых вагонов. Величина рабочего парка, в свою очередь, формируется под влиянием всех факторов, приводящих к замедлению пропуска вагонопотоков.

В статье с использованием инструментов теории вероятностей и математической статистики рассмотрено влияние рабочего парка грузовых вагонов на отдельных территориальных управлениях железной дороги на участковую скорость движения грузовых поездов по железной дороге. Целью настоящего исследования явилось повышение точности определения потерь участковой скорости движения грузовых поездов при затруднениях в пропуске вагонопотоков.

В ходе исследования, выполненного на статистических данных Горьковской железной дороги за 20222023 гг., установлено, что если изменением рабочего парка грузовых вагонов по железной дороге объяснялось 85 % вариабельности участковой скорости по железной дороге, то при переходе на рабочие парки грузовых вагонов отдельных территориальных управлений железной дороги степень объяснения вариабельности итогового показателя выросла до 90 %. По результатам исследования составлено уравнение регрессии для определения потерь участковой скорости, позволившее снизить погрешность прогнозирования в 2,5 раза.