Колебания предварительно напряженного пролетного строения железобетонного железнодорожного моста при движении осциллятора

В данной работе рассмотрены особенности расчета на прочность железобетонных железнодорожных мостов при подвижной нагрузке и подвижном осцилляторе. Использованы методы конечных элементов и конечных разностей.
Рассмотрена одна балка пролетного строения, которая смоделирована балкой Тимошенко с учетом предварительного напряжения. При этом учтено место контакта балки с опорной частью, а также неподвижный и подвижный шарниры в точках контакта с опорой.
В качестве примера для изучения железнодорожного моста были приняты пролетные строения длиной 23,6 м. При численном решении задачи о колебаниях системы с распределенными параметрами под действием движущейся сосредоточенной силы и массы устранены паразитные осцилляции подбором шага по времени в зависимости от скорости движения нагрузки. Вычисления проводились по неявной схеме Ньюмарка для движущейся сосредоточенной силы со скоростью 25 м/с с шагом по времени 0,008 с; при 50 м/с – с шагом 0,004 с; при 75 м/с – с шагом 0,00267 с; при 100 м/с – с шагом 0,002 с; при 200 м/с – с шагом 0,001 с.
Изучены колебания системы мост – подвижная нагрузка. Исследование проводилось на примере локомотива Talgo в качестве подвижного груза или массы. Определена скорость движения нагрузки, ниже которой можно использовать модель движущейся силы. С ростом горизонтальной скорости осциллятора прогиб балки увеличивается, также увеличиваются вертикальные колебания массы.

1. Comparison of different approaches for considering vehicle-bridge-interaction in dynamic calculations of highspeed railway bridges / L. Bettinelli, B. Glatz, A. Stollwitzer, J. Fink // Engineering Structures. 2022. Vol. 270. P. 114897. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2022.114897.

2. Мирзаев И., Шермухамедов У. З., Аскарова Д. С. Влияние податливости основания на сейсмостойкость железнодорожных мостов // Путевой навигатор. 2023. № 52 (82). С. 60–67.

3. Мирзаев И., Аскарова Д. С. Влияние предварительно напряженного состояния пролетного строения на колебания железобетонного железнодорожного моста во время землетрясения // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2024. № 4 (71), спецвыпуск. С. 6–14.

4. El Amrani A., Mataich H., El Amrani B. Stability of Beam Bridges under Bridge-Vehicle Interaction // WSEAS transactions on applied and theoretical mechanics. 2024. https://doi.org/10.37394/232011.2024.19.6.

5. Xie Q., Han W., Yuan Y. Refined Vehicle-Bridge Interaction Analysis Using Incompatible Solid Finite Element for Evaluating Stresses and Impact Factors // Advances in Civil Engineering. 2020. P. 1–15. https://doi.org/10.1155/2020/7032460.

6. The Influence of Different Loads on the Footbridge Dynamic Parameters / A. Kilikevicius, D. Bacinskas, J. Selech [et al.] // Mechanical Engineering. 2020. Vol. 12 (4). https://doi.org/10.3390/sym12040657.

7. Eshkevari S. S., Matarazzo T. J., Pakzad S. N. Simplified Vehicle-Bridge Interaction for Medium to Long-span Bridges Subject to Random Traffic Load // Journal of Civil Structural Health Monitoring. 2020. Vol. 10. P. 693–707. https://doi.org/10.1007/s13349-020-00413-4.

8. Vertical dynamic interaction of trains and rail steel bridges / Y. Q. Sun, C. Cole, M. Spiryagin, M. Dhanasekar // Electronic Journal of Structural Engineering. 2013. Vol. 13 (1). P. 88–97. http://dx.doi.org/10.56748/ejse.131641.

9. Yang Y. B., Yau J. D., Yang Y. B. Vehicle-bridge interaction dynamics: with applications to high-speed railways // World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. 2004.

10. Yang Y. B., Lin C. W. Vehicle–bridge interaction dynamics and potential applications // Journal of Sound and Vibration. 2005. Vol. 284. P. 205–226. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2004.06.032.

11. Динамика деформируемых систем, несущих движущиеся нагрузки (обзор публикаций и диссертационных исследований) / С. И. Герасимов, В. И. Ерофеев, Д. А. Колесов, С. И. Лисенкова // Вестник научнотехнического развития. 2021. № 160. С. 25–47. https://doi.org/10.18411/vntr2021-160-3.

12. Прикладные задачи сейсмодинамики сооружений. Книга 2 / Т. Р. Рашидов, С. В. Кузнецов, Б. М. Мардонов, И. Мирзаев. Ташкент : Навруз, 2021. 172 с.

13. Mirzaev I., Askarova D. Spatial oscillations of a railway bridge under the impact of a real earthquake // V Central Asian Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. 2022. P. 91–95.

14. Киселев В. А. Строительная механика. Москва : Стройиздат, 1980. 616 с.

15. Исаков А. Л., Машуков В. И., Корнеев Д. А. Анализ распределения напряжений и деформаций в балластной призме и земляном полотне в окрестности головной части движущегося поезда // Железные и автомобильные дороги в условиях Сибири : сборник научных трудов. Новосибирск : Изд-во СГУПСа, 2006. 154 с.

16. Revisiting the moving force problem / A. V. Pesterov, B. Yang, L. A. Bergman, C. A. Tan // Journal of Sound and Vibration. 2003. Vol. 261. P. 75–91. https://doi.org/10.1016/S0022-460X(02)00942-2.