Напряженно-деформированное состояние сталефибробетонной полушпалы пути пониженной вибрации
https://doi.org/10.33979/2073-7416-2026-123-1-16-32
Аннотация
В статье рассматривается решение актуальной проблемы ограничения трещинообразования в полушпалах, предназначенных для путей с пониженной вибрацией. В качестве эффективной конструктивной меры предлагается применение сталефибробетона, обладающего повышенными прочностными и деформативными характеристиками. Исследование, проведённое в два этапа, включало экспериментальные методы на натурных образцах и численное моделирование напряженно-деформированного состояния. В результате установлено, что сталефибробетонная полушпала превосходит традиционную железобетонную по несущей способности на 198 %. Также наблюдается многократный рост трещиностойкости: сопротивление образованию нормальных трещин увеличивается на 300 %, а наклонных — на 679 %. Полученные результаты подтверждают, что применение сталефибробетона позволяет не только выполнить строгие нормативные требования по трещиностойкости, но и существенно повысить общую надёжность и долговечность конструкции в условиях эксплуатации.
Об авторах
И. Т. Мирсаяпов
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
Россия
Россия
Илшат Талгатович Мирсаяпов, доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой железобетонных и каменных конструкций
г. Казань
М. Н. Павлов
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
Россия
Россия
Максим Николаевич Павлов, аспирант
г. Казань
Список литературы
1. Чурсанова И.А., Емельянова Г.А. Применение конструкции пути сниженной вибрации в России // Проблемы науки. 2023. № 4. С. 51-56. https://elibrary.ru/item.asp?id=54795730
2. Гешка А., Лаборенц П. Резиноармированная железобетонная полушпала для метрополитена: пат. RU186427U1 № 2018140003; заявл. 2018. https://yandex.ru/patents/doc/RU186427U1_20190121?ysclid=meahryy9a559042449
3. Цинле Х., Цай Ч., Чжу Ш., Цзявэй Чж., Чжай В. Динамические характеристики бесстыкового пути с низким уровнем вибрации на совместной высокоскоростной пассажирской и грузовой железной дороге // Транспорт. 2018. Т. 33. С. 669-678. https://doi.org/10.3846/16484142.2018.1457569
4. Чжиу Ю., Ин С., Чжи С., Сяо Л. Усталостные характеристики бесстыковой пути конструкции типа CRTS III под нагрузкой от высокоскоростного поезда на основе закона конститутивного повреждения бетона при усталости // Современные бетонные технологии. 2018. Т. 16. С. 233-249. https://doi.org/10.3151/jact.16.233
5. Го В., Цзэн З., Ли С., Ван В., Шуайбу А.А., Чэнь З. Экспериментальное исследование механических свойств тяжеловесного пути с низкой вибрацией под статической нагрузкой поезда // Научный прогресс и исследования. 2020. Т. 103. https://doi.org/10.1177/0036850420927249
6. Цзайвэй Л., Сяочжоу Л., Хунъяо Л., Юэлэй Х., Юньлай Чж. Обнаружение поверхностных трещин в предварительно изготовленных плитах пути для высокоскоростного рельсового транспорта с помощью инфракрасной термографии // Материалы. 2020. Т. 13. https://doi.org/10.3390/ma13214837
7. Хэ Ю., Шэнь Ц., Ли Чж., Лу Х. Фрактальные характеристики распространения поперечных трещин в плитах пути типа CRTS II // Математические задачи в инженерии. 2019. Т. 10. С. 1-9. https://doi.org/10.1155/2019/6587343
8. Чжан Л., Ли Чж., Ма Х. Исследование параметрических характеристик модели Муни-Ривлина для резины // Шум и вибрация: материалы конференции и выставки. 2018. Т. 38. С. 427-430. https://doi.org/10.4261/2018-01-11250
9. Сяоан Л., Цзявэй Ш., Ихун О., Вэньбинь Я.С. Идентификация параметров модели Муни-Ривлина для резинового амортизатора на основе суррогатной модели // Шум и вибрация: материалы конференции и выставки. 2023. Т. 13. https://doi.org/10.4271/2023-01-1150
10. Цзэн З., Ху Г., Хуан С., Ван В., Кахтан А.А.С., Шуайбу А.А., Ван Ц. Статические характеристики пути с низкой вибрацией для тяжеловесных железных дорог при различных условиях нагружения с использованием метода конечных элементов // Научный прогресс. 2021. Т. 104. С. 1-19. https://doi.org/10.4271/2023-01-1150
11. Юй Чж., Се Ю., Се Ю., Ли С. Усталостные характеристики бесстыковой пути конструкции типа CRTS III под нагрузкой от высокоскоростного поезда на основе закона конститутивного повреждения бетона при усталости // Современные бетонные технологии. 2018. Т. 16. С. 233-249. https://doi.org/10.3151/jact.16.233
12. Чжипин Чж., Сяньфэн Х., Сяньфэн Х., Куньтэн Чж. Экспериментальное исследование механических характеристик плиты пути CRTS II под вертикальной нагрузкой от поезда // Железнодорожная наука и инженерия. 2015. Т. 40. https://doi.org/10.2991/icache-15.2015.96
13. Боян М., Жарко П., Марина М., Слободан Р. Механические характеристики самоуплотняющегося бетона, изготовленного с крупным заполнителем, полученным при переработке сборных железобетонных элементов // Румынский журнал материалов. 2016. Т. 46. С. 167-174. https://www.researchgate.net/publication/305320567_Mechanical_characteristics_of_selfcompacting_concrete_made_with_coarse_aggregate_obtained_from_concrete_prefabricated_elements_recycling
14. Куньтэн Чж., Чжипин Чж., Бинь В., Бинь Л. Исследование основных механических характеристик бесстыкового пути типа CRTS III // Международная конференция по мехатронике, электронике, промышленности и управлению (MEIC 2015). 2015. https://doi.org/10.2991/meic-15.2015.338
15. Цзюнь Л., Шэнъян Чж., Ваньмин Чж. Передовая пространственно-связанная модель динамики системы «поезд-плита»: теоретические методы и численные приложения // Звук и вибрация. 2021. Т. 501. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2021.116059
16. Ван В.Дж., Го Х.М., Ду Х., Го Ц., Лю Ц.Ю., Чжу М.Х. Исследование механизма повреждения и предотвращения повреждений рельсов на тяжеловесных железных дорогах // Анализ инженерных отказов. 2013. Т. 35. С. 206–218. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2013.01.033
17. Ваньмин Чж., Цзяньминь Г., Пэнфэй Л., Кайюнь В. Снижение бокового износа рельсов на кривых участках тяжеловесных железных дорог на основе динамического взаимодействия колеса и рельса // Международный журнал динамики транспортных систем. 2014. Т 52. С. 440-454. https://doi.org/10.1080/00423114.2014.906633
18. Чжипин Чж., Ван Ц., Шэнь Ш., Пин Л., Шуайбу А.А., Ван В. Экспериментальное исследование эволюции механических свойств бесстыкового пути типа CRTS III под усталостной нагрузкой // Строительные материалы. 2019. Т. 210. С. 639-649. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.03.080
19. Чжун В., Ху Ц., Шэнь П., Ван Ч., Лю Ц. Экспериментальное исследование связи между усталостью при контактном нагружении и износом рельсов для высокоскоростных и тяжеловесных железных дорог и выбор материала рельса // Износ. 2011. Т. 271. С. 2485–2493. https://doi.org/10.1016/j.wear.2010.12.053
20. Цзэн З., Сяо Ю., Ван В., Хуан Чж., Вэй В., Худу Ш.Б. Исследование динамических характеристик бесстыкового пути типа CRTSIII в условиях длительной эксплуатации // Материалы. 2022. Т. 15. https://doi.org/10.3390/ma15062033
21. Цай Ч., Сюй П. Динамическое оптимизационное проектирование структурных параметров пути с низкой вибрацией // Железные дороги Китая. 2011. Т. 33. С. 73–79. https://doi.org/10.3846/16484142.2018.1457569
22. Цзэн З., Пэн Г., Го В., Хуан С., Ван В., Ху Ц., Ли С., Шуайбу А.А., Юань Ю., Ду Х. Исследование механических характеристик усовершенствованного пути с низкой вибрацией и анализ его применимости для тяжеловесных железных дорог // Прикладные науки. 2021. Т. 11. С. 10232. https://doi.org/10.3390/app112110232
23. Цзэн З., Ван Ц., Инь Х., Шэнь Ш., Шуайбу А.А., Ван В. Экспериментальное исследование виброгасящих характеристик оптимизированного пути с низкой вибрацией для тяжеловесных железных дорог // Удар и вибрация. 2019. Т. 3. С. 1-17. https://doi.org/10.1155/2019/1539564
24. ГОСТ 33320-2015. Шпалы железобетонные для железных дорог. Общие технические условия. М.: Стандартинформ, 2016. https://docs.cntd.ru/document/1200124225
25. Зыков Ю. Шпала композитобетонная: пат. RU177753U1 № 2017139725; заявл. 2017. https://yandex.ru/patents/doc/RU177753U1_20180312
26. Байчорова, А. А. Исследование напряженно деформированного состояния полушпалы метрополитена из базальтового бетона / А. А. Байчорова, Д. С. Ноздрин, М. Харун // Системные технологии. – 2023. – № 3(48). – С. 54-61. https://doi.org/10.55287/22275398_2023_3_54
27. Леонович, И. А. Влияние упругих характеристик композитного материала на свойства фибробетона / И. А. Леонович, А. А. Леонович // Вестник Белорусско-Российского университета. – 2007. – № 3(16). – С. 148-155. https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-uprugih-harakteristik-kompozitnogo-materiala-na-svoystva-fibrobetona
28. Жаворонков, М. И. Определение характеристик разрушения и модуля упругости фибробетона / М. И. Жаворонков // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. – 2015. – № 3(33). – С. 114-120. https://cyberleninka.ru/article/n/opredelenie-harakteristik-razrusheniya-i-modulya-uprugostifibrobetona
29. Ю. В. Пухаренко. Прочность и деформативность полиармированного фибробетона с применением аморфной металлической фибры / Ю. В. Пухаренко, Д. А. Пантелеев, В. И. Морозов, У. Х. Магдеев // Academia. Архитектура и строительство. – 2016. – № 1. – С. 107-111. https://elibrary.ru/item.asp?id=25576066
30. Е. М. Щербань. Влияние вида заполнителя и дисперсного армирования на деформативность виброцентрифугированных бетонов / Е. М. Щербань, С. А. Стельмах, М. Г. Холодняк [и др.] // Вестник евразийской науки. – 2018. – Т. 10, № 5. – С. 72. – EDN YTRWNF. https://esj.today/PDF/51SAVN518.pdf
31. Мирсаяпов Илшат Т., Павлов М.Н., Хайруллин Р.Р., Мирсаяпов А.И., Исследование напряженнодеформированного состояния полушпал для метрополитена // Известия КГАСУ, No 2(72), с. 108-123. https://izvestija.kgasu.ru/ru/nomera-zhernala/arkhiv-zhurnala?sod=sod2_2025&idizv=18
32. Мирсаяпов И.Т., Рахимов М., Хорев Н., Хорьков Е., Лим В. Арматурный каркас железобетонной полушпалы для метрополитена: пат. RU230832U1 № 2024110369; заявл. 2024. https://elibrary.ru/item.asp?id=76433464
33. Мирсаяпов, И. Т. Численный анализ нелинейного поведения железобетонных конструкций на твердотельных моделях / И. Т. Мирсаяпов, Г. Т. Апхадзе, В. Д. Симаков. – Казань: Казанский государственный архитектурно-строительный университет, 2023. – 211 с. https://st.kgasu.ru/iblock/536/p6bqjc2w8hcyr8vcaa2bposov8gj97qi/Monografiya.-CHislennyy-analiz-nelineynogopovedeniya-zhelezobetonnykh-konstruktsiy-na-tverdotelnykh-modelyakh.pdf
34. СП 360.1325800.2017. Конструкции сталефибробетонные. Правила проектирования. М., 2017. https://docs.cntd.ru/document/550566433
35. Дмитриев А., Новижилов И., Михалюк Д., Лалин В. Калибровка и валидация конститутивной модели Менетри-Вильяма для бетона // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2020. № 88. https://doi.org/10.18720/CUBS.88.4
36. СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003. М., 2018. https://docs.cntd.ru/document/554403082
37. Мирсаяпов И., Антаков А., Павлов М. Моделирование работы кирпичной кладки при сжатии // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2024. № 113. https://doi.org/10.4123/CUBS.113.8
Рецензия
Для цитирования:
Мирсаяпов И.Т., Павлов М.Н. Напряженно-деформированное состояние сталефибробетонной полушпалы пути пониженной вибрации. Строительство и реконструкция. 2026;(1):16-32. https://doi.org/10.33979/2073-7416-2026-123-1-16-32
For citation:
Mirsayapov I.T., Pavlov M.N. Stress-strain state of a steel-fiber-concrete half-sleep of a low-vibration track. Building and Reconstruction. 2026;(1):16-32. (In Russ.) https://doi.org/10.33979/2073-7416-2026-123-1-16-32
Просмотров:
123
JATS XML
Послать статью по эл. почте 