Комплексна методика оцінювання напружено-деформованого стану сталезалізобетонних мостів при дії змінних температур навколишнього середовища

This paper reports the full-scale experimental measurements of temperature distribution over the surfaces of bridges' steel-concrete beams under the influence of positive and negative ambient temperatures. It has been established that the temperature is distributed unevenly along the vertical direction of a bridge's steel-concrete beam. It was found that the metal beam accepted higher temperature values. The maximum registered temperature difference between a metal beam and a reinforced concrete slab at positive ambient temperatures was +9.0 °C, and the minimum temperature difference was −2.1 °C. The mathematical models for calculating a temperature field and a thermally strained state of bridges' steel-concrete beams under the influence of variable climatic temperature changes in the environment have been improved, taking into consideration the uneven temperature distribution across a bridge's reinforced concrete beam. The possibility has been established to consider a one-dimensional problem or to apply the three-dimensional estimated problem schemes as the estimation schemes for determining the thermo-elastic state of reinforced concrete bridges. The temperature field and the stressed state of bridges' reinforced concrete beams were determined. It was found that the maximum stresses arise at the place where a metal beam meets a reinforced concrete slab. These stresses amount to 73.4 MPa at positive ambient temperatures, and 69.3 MPa at negative ambient temperatures. The amount of stresses is up to 35 % of the permissible stress values. The overall stressed-strained state of a bridge's reinforced concrete beams should be assessed at the joint action of temperature-induced climatic influences and loads from moving vehiclesПроведены натурные экспериментальные измерения распределения температуры на поверхностях сталежелезобетонных балок мостов при воздействии положительных и отрицательных температур окружающей среды. Установлено, что температура распределяется неравномерно в вертикальном направлении сталежелезобетонные балки моста. Установлено, что высокие значения температуры имеет металлическая балка. Максимальная зафиксированная разница температур между металлической балкой и железобетонной плитой при положительных температурах окружающей среды составила +9,0 °С, а минимальная разница температур между балками при отрицательных значениях температур окружающей среды составила –2,1 °С. Усовершенствована математическая модель расчета температурного поля и термоупругого состояния сталежелезобетонных балок мостов при действии переменных климатических температурных перепадов окружающей среды с учетом неравномерного распределения температуры сталежелезобетонной балкой моста. Установлено, что в качестве расчетных схем определения термоупругого состояния сталежелезобетонных мостов можно рассматривать одномерную задачу, или применять трехмерные расчетные схемы задачи. Проведено определение температурного поля и напряженного состояния сталежелезобетонных балок мостов. Установлено, что максимальные напряжения возникают в месте объединения металлической балки с железобетонной плитой. Величина этих напряжений составляет 73,4 МПа при положительных температурах и 69,3 МПа при отрицательных температурах окружающей среды. Величина напряжений составляет до 35 % от допустимых значений напряжений. Общее напряженно-деформированное состояние сталежелезобетонных балок моста следует оценивать при совместном действии температурных климатических воздействий и нагрузок от подвижных единиц транспортных средствПроведено натурні експериментальні вимірювання розподілу температури на поверхнях сталезалізобетонних балок мостів при дії додатних та від’ємних температур навколишнього середовища. Встановлено, що температура розподіляється нерівномірно у вертикальному напрямі сталезалізобетонної балки моста. Встановлено, що вищі значення температури має металева балка. Максимальна зафіксована різниця температур між металевою балкою та залізобетонною плитою при додатних температурах навколишнього середовища склала +9,0 °С, а мінімальна різниця температур склала –2,1 °С. Удосконалено математичні моделі розрахунку температурного поля та термонапруженого стану сталезалізобетонних балок мостів при дії змінних кліматичних температурних перепадів навколишнього середовища із врахуванням нерівномірного розподілу температури сталезалізобетонною балкою моста. Встановлено, що у якості розрахункових схем визначення термопружного стану сталезалізобетонних мостів можна розглядати одновимірну задачу, або застосовувати тривимірні розрахункові схеми задачі. Проведено визначення температурного поля та напруженого стану сталезалізобетонних балок мостів. Встановлено, що максимальні напруження виникають у місці об’єднання металевої балки із залізобетонною плитою. Величина цих напружень складає 73,4 МПа при додатних температурах і 69,3 МПа при від’ємних температурах навколишнього середовища. Величина напружень становить до 35 % від допустимих значень напружень. Загальний напружено-деформований стан сталезалізобетонних балок моста слід оцінювати при сумісній дії температурних кліматичних впливів і навантажень від рухомих одиниць транспортних засобі

Development of an algorithm for investigation of technical state of wagons’ running gears during their derailment

A freight wagon is a collection of a large number of parts and assemblies that form a single structure. During wagon operation, there are gradual changes in the characteristics and parameters of its structural elements. That is, the parameters of its constituent elements change – their numerical values increase or decrease that result in a change of the unit’s technical state, and, in turn, affects the totality of its performance. Gradually accumulating, the changes in the parameters of the structural elements of a wagon reach such a level that radical, sometimes abrupt qualitative change occurs. A malfunction that has not been repaired timely may lead to a failure of a wagon structural element, which, in turn, may result in rolling stock derailment. It has been established that the loss of stability of freight wagons during their movement is most often due to their unsatisfactory dynamic properties, which can be explained by design features and technical state of running gears. In this regard, the authors of the article have developed an algorithm for investigation technical state of running gears of freight wagons and determined the effect of their parameters’ deviation on rolling stock operation with possible further derailment

Stability of the Railway Subgrade under Condition of Its Elements Damage and Severe Environment

Investigation of damages of the subgrade slope in combination with its overwetting and rolling stock loading, which significantly affects safety traffic of the railway transport, has been carried out. The complex method of slope stability estimation of the subgrade is developed, which includes calculation of loads and vibration action of rolling stock on the main site of the subgrade, as well as the dynamic model of vibrations propagation in the body of the subgrade embankment and the model of plastic deformations accumulation. Dynamic and nonlinear plastic models are based on a finite-element model of the cross section of the subgrade. The plastic model takes into account the characteristics of soil strength of the subgrade, depending on the area of the vibration load impact. The developed method allows to carry out the estimation of external and internal factors impact on occurrence of subgrade destruction, which is of practical value for safety state estimation of the railway transport

Визначення впливу діаметру склопластикової труби на деформований стан транспортної споруди «насип-труба» залізничної колії

This paper has analyzed the use of fiberglass pipes in the body of the railroad embankment by a method of pushing them through the subgrade. A flat rod model has been improved for assessing the deformed state of the transport structure "embankment-fiberglass pipe" by a method of forces when replacing the cross-section of the pipe with a polygonal one. The analytical model accounts for the interaction between the pipe and soil of the railroad embankment. To this end, radial and tangential elastic ligaments are introduced into the estimation scheme, which make it possible to simulate elastic soil pressure, as well as friction forces that occur when the soil comes into contact with the pipe. The deformed state of the transport structure "embankment-fiberglass pipe" was calculated by the method of forces and by a finite-element method under the action of load from the railroad rolling stock, taking into consideration the different cross-sections of the pipe. It has been established that with an increase in the diameter of the fiberglass pipe, the value of deformations of the subgrade and fiberglass pipe increases. With a pipe diameter of 1.0 m, the deformation value in the vaulted pipe is 2.12 mm, and with a pipe diameter of 3.6 m – 4.16 mm. At the same time, the value of deformations of the subgrade under the sleeper is 5.2 mm and 6.0 mm, respectively. It was determined that the maximum deformations of the subgrade, which occur above the pipe, with a pipe diameter of 3.6 m, are 4.46 mm. At the same time, the maximum vertical deformations of a fiberglass pipe arise in the pipe vault and, with a pipe diameter of 3.6 m, are 4.16 mm. It has been established that the maximum horizontal deformations of the subgrade occur at points of horizontal diameter of the fiberglass pipe while the minimal horizontal deformations of the subgrade occur at points lying on the vertical diameter of the pipeПроведено аналіз застосування склопластикових труб у тілі насипу залізничної колії методом продавлювання земляного полотна. Удосконалено плоску стержневу модель для оцінки деформованого стану транспортної споруди «насип-склопластикова труба» методом сил при заміні поперечного перерізу труби полігональним. В аналітичній моделі враховано взаємодію труби з ґрунтом насипу залізничної колії. Для цього у розрахункову схему вводяться радіальні та тангенціальні пружні в’язі, які дозволяють моделювати пружний відпір ґрунту, а також сили тертя, які виникають при контакті ґрунту з трубою. Проведено розрахунок деформованого стану транспортної споруди «насип-склопластикова труба» методом сил та методом скінченних елементів при дії навантаження від залізничного рухомого складу із врахуванням різного поперечного перерізу труби. Встановлено, що із збільшенням діаметру склопластикової труби величина деформацій земляного полотна та склопластикової труби збільшується. При діаметрі труби 1,0 м величина деформації у склепінні труби становить 2,12 мм, а при діаметрі труби 3,6 м–4,16 мм. При цьому величина деформацій земляного полотна під шпалою становить 5,2 мм та 6,0 мм відповідно. Встановлено, що максимальні деформації земляного полотна, які виникають над трубою, при діаметрі труби 3,6 м становлять 4,46 мм. При цьому максимальні вертикальні деформації склопластикової труби виникають у склепінні труби і при діаметрі труби 3,6 м становлять 4,16 мм. Встановлено, що максимальні горизонтальні деформації земляного полотна виникають в точках горизонтального діаметру склопластикової  труби, а мінімальні горизонтальні деформації земляного полотна виникають в точках, що лежать на вертикальному діаметрі труб

A Comprehensive Procedure for Estimating the Stressed-strained State of A Reinforced Concrete Bridge Under the Action of Variable Environmental Temperatures

This paper reports the full-scale experimental measurements of temperature distribution over the surfaces of bridges' steel-concrete beams under the influence of positive and negative ambient temperatures. It has been established that the temperature is distributed unevenly along the vertical direction of a bridge's steel-concrete beam. It was found that the metal beam accepted higher temperature values. The maximum registered temperature difference between a metal beam and a reinforced concrete slab at positive ambient temperatures was +9.0 °C, and the minimum temperature difference was −2.1 °C. The mathematical models for calculating a temperature field and a thermally strained state of bridges' steel-concrete beams under the influence of variable climatic temperature changes in the environment have been improved, taking into consideration the uneven temperature distribution across a bridge's reinforced concrete beam. The possibility has been established to consider a one-dimensional problem or to apply the three-dimensional estimated problem schemes as the estimation schemes for determining the thermo-elastic state of reinforced concrete bridges. The temperature field and the stressed state of bridges' reinforced concrete beams were determined. It was found that the maximum stresses arise at the place where a metal beam meets a reinforced concrete slab. These stresses amount to 73.4 MPa at positive ambient temperatures, and 69.3 MPa at negative ambient temperatures. The amount of stresses is up to 35 % of the permissible stress values. The overall stressed-strained state of a bridge's reinforced concrete beams should be assessed at the joint action of temperature-induced climatic influences and loads from moving vehicle