Рис. 4.1 – Схема результатов вибродинамического воздействия движущегося поезда на многолетнемерзлый грунт: 1 – рельсошпальная...

Информация о документе:

Дата добавления: 03/09/2015 в 10:47
Количество просмотров: 12
Добавил(а): Леся Иванчик
Название файла: ris_4_1_shema_rezultatov_vibrodinamicheskogo_vozde.docx
Размер файла: 101 кб
Рейтинг: 0, всего 0 оценок

Рис. 4.1 – Схема результатов вибродинамического воздействия движущегося поезда на многолетнемерзлый грунт: 1 – рельсошпальная...

4.2 Определение результатов вибродинамического воздействия подвижного состава на многолетнюю мерзлоту

Многолетней мерзлотой называется слой грунта, залегающий на некоторой глубине от дневной поверхности, имеющий отрицательную температуру, воду в виде льда и находящийся в таком состоянии от трех и более лет.

Земляное полотно, передающее нагрузки от подвижного состава на естественное основание, является наиболее сложной частью железнодорожного пути. В процессе его сооружения и эксплуатации необходим учет, контроль и регулирование большого количества как внешних факторов, так и параметров внутреннего состояния, обеспечивающих его прочность устойчивость и стабильность.

При проектировании и сооружении земляного полотна на многолетней мерзлоте необходимо учитывать свойства грунтов насыпей и их оснований. Правильное их использование при проектировании и производстве работ позволяет обеспечить как прочность и устойчивость самого полотна, так и его основания и прилегающей территории.

При строительстве железных дорог на мерзлых грунтах применяется один из принципов: либо оттаивание высокотемпературного многолетнемерзлого грунта, либо сохранение низкотемпературного мерзлого основания.

На основе закона сохранения энергии решается задача при движении нагруженного колеса по рельсу. Механизм динамического действия колеса на систему рельс – шпала – балласт - земляное полотно - основание представляет собой процесс распространения волны деформаций, имеющей на своем фронте сжимающее напряжение (рис.4.1). Скорость распространения волны деформаций и сжимающее напряжение в различных элементах железнодорожного пути различны.





Новый рисунок (4)

Рис. 4.1 – Схема результатов вибродинамического воздействия движущегося поезда на многолетнемерзлый грунт: 1 – рельсошпальная решетка, 2 – балласт, земляное полотно,4 – граница многолетнемерзлого грунта, 5 – фронт волн деформаций.



Численный анализ формулы расчета величины (r) сжимающих напряжений с учетом эффекта трения в балласте и земляном полотне позволил получить инженерную формулу расчета напряжений, Па, между головкой рельса и поверхностью мерзлоты в виде:



, (4.1)



где - масса части железнодорожного вагона, действующей на данное колесо;

- скорость поступательного движения колеса;

- радиус колеса;

- ширина шпалы;

- ускорение свободного падения;

- показатель деформируемости балласта;

- модуль упругости горной породы балласта;

- высота балласта;

- показатель деформируемости земляного полотна;

- - модуль упругости земляного полотна;

- высота земляного полотна;

- расстояние от контакта колесо-рельс до рассматриваемой точки;

- показатель деформируемости основания;

- модуль упругости основания;

- коэффициент трения между частицами в балласте;

- коэффициент трения в земляном полотне.



Величина (r) определена при взаимодействии одного колеса, однако взаимодействие волн деформаций от колес в паре вдвое увеличивает (r) в основании, поэтому:



, (4.2)



Растягивающее (тангенциальное) напряжение:



, (4.3)

где - коэффициент Пуассона.

Величина относительных деформаций в массиве многолетнемерзлых грунтов, проявляющихся за счет вибродинамического воздействия поезда, определяется по формуле:

, (4.4)

где -величина сжимающих напряжений, возникающих в слое мерзлоты.

Величина абсолютных деформаций при динамическом воздействии железнодорожного состава зависит от количества пар колес в вагоне и количества вагонов в подвижном составе:



, (4.5)

где - высота рассматриваемого участка;

- количество вагонов в поезде.

Величина превышения температуры после прохода одного поезда определяется по формуле:



, (4. 6)



где - количество вагонов в поезде;

- объемная масса мерзлого грунта;

- удельная теплоёмкость мерзлого грунта.

4.2.1 Исходные данные

кг; м/с; ; м; м; м/с2;

; ;Па; м; ;;Па;

м; м; мерзлый грунт – суглинок с Па;;; м; кг/м3 ; Дж/кгºС; .

4.2.2 Решение

Величина сжимающего напряжения на расстоянии м от головки рельса, на границе земляного полотна и ММГ определена по формуле 4. 1



Па.

Величина сжимающего напряжения от пары колес определена по формуле 4. 2

Па.

Растягивающее напряжение определено по формуле 4. 3

Па.

Величина относительных деформаций в массиве многолетнемерзлых грунтов, проявляющихся за счет вибродинамического воздействия поезда, определена по формуле 4. 4

Па.

Величина абсолютных деформаций в ММГ сразу под земляным полотном определена по формуле 4. 5

м.

Превышение температуры после прохождения одного поезда в ММГ определим по формуле 4.6

ºС



  1. Выводы

В результате расчетов после прохождения одного поезда сделаны следующие выводы:

  • Величина сжимающего напряжения в верхней части мерзлоты составляет Па, что ниже предела прочности на сжатие мерзлого суглинка.

  • Величина абсолютных деформаций составляет 3,2 мм, что при последовательном движении поездов приведет к существенным осадкам земляного полотна.

  • Превышение температуры на верхней границе массива мерзлого суглинка составляет 0.07ºC, что при последовательном движении поездов приведет к смещению границы ММГ вниз.

В целом можно сказать, что вибродинамическое воздействие проходящих поездов обеспечивает нагревание многолетней мерзлоты с расплавлением льда, ее разупрочнение и потерю устойчивости.