ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ НА БАЛЛАСТИРОВАННЫХ МОСТОВЫХ КОНСТРУКЦИЯХ И ЗЕМЛЯНЫХ НАСЫПЯХ ПРИ БОЛЬШИХ НАГРУЗКАХ НА ОСЬ

Аннотация

Быстрое развитие большегрузных железнодорожных перевозок значительно увеличило динамическую нагрузку, действующую на железнодорожные пути и мостовые конструкции. Несмотря на то, что динамика железных дорог была тщательно исследована с использованием численных моделей, всесторонние полномасштабные экспериментальные сравнения поведения балластированного пути на обычных насыпях и железобетонных мостовых конструкциях остаются ограниченными. Поэтому надежные полевые данные необходимы для проверки численных моделей и разработки систем мониторинга состояния конструкций на основе вибрации. В этом исследовании экспериментально исследуется и сравнивается динамическое поведение балластированного железнодорожного пути на обычных насыпях и железобетонных мостовых конструкциях под нагрузкой большегрузных локомотивов, а также определяются параметры вибрации, подходящие для оценки состояния инфраструктуры. Полевые эксперименты проводились на действующей железнодорожной линии с использованием мобильной системы измерения вибрации. При прохождении грузовых локомотивов KZ8A и VL80 были одновременно зафиксированы вертикальные вибрации рельсов и железобетонных шпал. Более 200 проходов поездов на скоростях от 45 до 103 км/ч были проанализированы с использованием методов временной и частотной областей, включая анализ пиковых значений, среднеквадратичное значение (RMS), быстрое преобразование Фурье (FFT) и анализ спектральной плотности. Амплитуда колебаний железобетонного моста была значительно выше, чем у обычной насыпи. Максимальное смещение рельсов на мосту составило 846 мкм по сравнению с 390 мкм на насыпи. Доминирующие частоты перемещения (4,2–7,2 Гц) точно соответствовали частотам возбуждения локомотива, в то время как спектры ускорения содержали высокочастотные компоненты (160-661 Гц), связанные с жесткостью рельсовых опор и состоянием балласта. Результаты также показали, что характеристики подвески локомотива могут оказывать такое же существенное влияние на динамику пути, как и нагрузка на ось. Исследование представляет собой редкое полномасштабное сравнение динамики железнодорожного пути в идентичных условиях эксплуатации большегрузных поездов. Предлагаемые индикаторы вибрации могут использоваться для мониторинга состояния конструкций, оценки состояния балласта, диагностики мостов, валидации численных моделей и технического обслуживания железнодорожной инфраструктуры большегрузных поездов на основе данных о состоянии.