756

Л.А.Полиновский

Приравняем первую производную суj по lj к нулю и найдем соответствующее

Рассмотрим тестовый пример. Пусть проводится два вида ремонтных работ. Численные значения в условных единицах приведены в таблице.

Исходные данные и результаты расчета ремонтных затрат для тестового примера

Значения lj*, суj рассчитывались согласно (5), (6). Рассмотрим вариант кратности ремонтов 1 : 2.

При Срсj/Срj = 0,6; m1 = 1; m2 = 2; N1 = 2; kс1 = 0,8.

Дляизделия:

Расчетные значения l*, су для принятой схемы ремонтов рассчитывались согласно (7), (8) и приведены в таблице в скобках.

Рассмотрим пример оптимизации системы технического обслуживания и ремонта электровозов путем минимизации суммарных удельных затрат на плановый ремонт с учетом расходов, вызванных необходимостью проведения неплановых ремонтов и затрат,связанныхсизъятиемлокомотивовизэксплуатациидляпроведениявсехвидов работпообслуживаниюиремонту.Периодичностьремонтовэлектровозовпланируется по пробегу и зависит от условий эксплуатации. Исходные данные, в том числе стоимостные оценки, взяты из монографии А.В. Горского и А.А. Воробьева [1], в которой приведены результаты многолетних наблюдений. Оптимизация проводилась поминимумуудельныхзатратнаединицунаработкивтысячахкилометровмежремонтного пробега. Рассматривалась структура ремонта электровозов ВЛ 80к.

Первый вид ремонта— обточкаколесных пар соответствует ТО4, второй — смена вкладышей моторно-осевых подшипников (может включать первый вид ремонта и

51

ВестникСГУПСа.Выпуск28

соответствуеттекущемуремонтуТР).Притретьемвидеремонтакромеуказанныхиряда дополнительных работ производится смена бандажей колесных пар.

Минимальным значениям удельных затрат на каждый из трех видов ремонта соответствуют пробеги 90, 240 и 490 тыс. км. Рациональным вариантом кратности ремонтовявляетсяотношениенаработкикак1 : 3 : 6.

Доля уменьшения расходов на ремонт меньшего объема при его совмещении с ремонтом большего объема Срсj/Срj = 0,7.

Тогда эффективные значения коэффициентов снижения затрат k1 = 0,9; k2 = 0,95. Зависимости удельных затрат от наработки имеют вид:

с1 = [50 + 0,01( lБ – 50)2]/lБ,

с2 = [700 + 0,025(3lБ – 160)2]/3lБ, с3 = [2800 + 0,02(6lБ – 370)2] /6lБ.

Базоваянаработка,соответствующаяминимальнымудельнымзатратам:lБ*=83тыс. км. Минимальным затратам соответствуют наработки l1 = 83; l2 = 250 и l3 = 500 тыс. км.

Метод перебора возможных значений является более трудоемким и, как правило, позволяет определить оптимальное значение наработки с большей погрешностью. Предложенныйметодможетприменятьсяприоптимизацииремонтныхциклов,состоящихизразногочисларемонтов.Примеррасчетапоказалэффективностьпредложенного метода планирования системы ремонта.

Библиографический список

1.ГорскийА.В.,ВоробьевА.А.Оптимизациясистемыремонталокомотивов.М.:Транспорт,1994.208 с.

2.ПолиновскийЛ.А.Оптимизационноемоделированиеприпроектировании,изготовлении,эксплу-

атациииремонтеизделий.Новосибирск:Изд-воСГУПСа,2009.246с.

L.A.Polinovsky.EfficientRepairPlanning.

Thearticleanalysesthemethodtodeterminetheefficientrepairregularity.Lowexpendituresis acriterionforchoosinganefficientsystemofrepair.Theresearchconsidersaneffectivecycleof locomotiverepairasanexample.

Key words: planning, maintenance, optimization and cost.

52

Ю.П. Смолин, Д.А. Разуваев

РАЗДЕЛ II. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ДОРОГ, МОСТОВ И ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ

СмолинЮрийПетровичокончилХабаровскийинститутинженеров железнодорожного транспорта в 1961 г., работал в научноисследовательскоминститутепостроительствудляКрайнегоСевера в Красноярске. В настоящее время является профессором кафедры «Геология, основания и фундаменты» СГУПСа, доктор технических наук. Опубликовано более 90 научных работ, в том числедвемонографии.

Областьнаучныхинтересов—прочностьжелезнодорожныхнасы- пей, воспринимающих воздействиединамических нагрузок.

Е-mail:yurijsmolin@bk.ru

Разуваев Денис Алексеевич окончил Сибирский государ-

ственный университет путей сообщения в 2010 г., работает в научно-исследовательскойлаборатории«Геология,основания,фун- даменты и земляное полотно» СГУПСа. Является аспирантом кафедры«Геология,основанияифундаменты»СГУПСа.

Областьнаучныхинтересов —укреплениеземляногополотнаи дорожных одежд автомобильных дорог стабилизирующими полимернымидобавками.

Е-mail:nilgeo@sgups.stu.ru

УДК 625.731.2:624.138

Ю.П. СМОЛИН, Д.А. РАЗУВАЕВ

К ВОПРОСУ РАСЧЕТА ГРУНТОВ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД НА СДВИГОУСТОЙЧИВОСТЬ ПРИ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ

Согласно мировому опыту одним из методов повышения качества и снижения стоимости дорог является применение технологии стабилизации грунтов. Для оценки применения данной технологии в условиях Сибири возведен экспериментальный участок, на котором, в частности, были проведены опытные экспериментальные исследования параметров виброускорений и динамических напряжений от воздействия транспорта. Полученные экспериментальные данные в дальнейшем могут быть учтены при назначении прочностных характеристик укрепленных стабилизатором грунтов с учетом воздействия динамических нагрузок.

Ключевые слова: стабилизатор, земляное полотно, дорожная одежда, динамические воздействия.

Российскаядорожнаяотрасльсегоднятребуетповышениякачествастроительства, ремонта и текущего содержания дорог. Для этого необходимы инновации в виде нормативного обновления стандартов качества с внедрением научно-технических новинок, обеспечивающих реализацию качества строительства дорог.

Дороги воспринимают различные нагрузки, порой значительно превышающие предельно допустимые значения. Это приводит к разрушению конструктивных слоев дорожныходежд.

53

ВестникСГУПСа.Выпуск28

КодномуизтакихпримеровможноотнестиавтодорогуОяш—Тогучинсдорожной одеждойпереходноготипа.Загодыэксплуатациидорогавотдельныхместахполучила большие деформации в виде глубокой колеи, затрудняющей передвижение легковых автомобилей.Вэтойсвязидорогубылорешенореконструировать,приэтомдорожную одеждупредусматривалось выполнить также переходного типа с щебеночным покрытием, устроенным по способу заклинки. Для увеличения плотности и гидрофобности верхней части (мощностью 20 см) рабочего слоя земляного полотна было принято решение применить современную полимерную (пластифицирующего и гидрофобного действия)добавку«Perma-Zyme11X».

Но так как долговременного опыта эксплуатации стабилизированного этой полимернойдобавкойгрунтаврабочемслоеземляногополотнанет,былоприняторешение организовать на этой дороге экспериментальный участок длиной 200 м и в течение осенне-зимне-весенних периодов оценить работу стабилизатора.

Авторами были проведены опытные экспериментальные исследования по определению параметров виброускорений и динамических напряжений (от воздействия на автодорогу большегрузного автотранспорта) в стабилизированном слое земляного полотна.

Для записи ускорений колебаний грунта в дорожной одежде использовался комплектаппаратуры,состоящийизвибродатчиков,изготовленныхнаосновеакселеромет-

ров типа ADXL 203 фирмы Analog Devices, АЦП 14-140 типа L-Card с усилителем и портативногокомпьютера.Поступающийотдатчикасигналотвоздействиятранспорта на дорожную одежду преобразовывался из механических величин в электрические. Далее этот сигнал поступал на переносной компьютер и там транслировался в виде осциллограмм.

Для исследований параметров виброускорений на закрепленном участке дороги откапывались приямки на глубину 20 см ниже дорожной одежды (в уровне подошвы стабилизированного конструктивного слоя) и в них помещались вибродатчики. Для жесткой фиксации датчика в грунте датчик фиксировался гипсовым раствором. Такой способ установки датчика в грунте учитывал вносимые в процесс его установки нарушения естественного сложения грунта.

Обработка записанного сигнала в виде осциллограмм производилась в программе PowerGraph.Прианализеопытныхданныхнаосциллограммевыбиралисьхарактерные участки, которые подлежали дальнейшей обработке. Что касается выбора участков сигнала ускорения по интервалам времени, то выбирались такие участки, которые соответствовали прохождению автомобиля с наибольшим динамическим воздействием на дорогу.

На рис. 1 приведены осциллограммы вертикальных и горизонтальных ускорений колебаний стабилизированного полимерной добавкой участка дороги при движении груженого самосваласо скоростью 60 км/ч.

Изосциллограммвидно,чтовеличинывертикальныхигоризонтальныхускорений колебаний в стабилизированном конструктивном слое составляют 2,25 и 0,9 м/с2 соответственно.Максимальнаяплотностьчастотыколебанийвколебательномпроцессе приходится на частоту 35 Гц.

Науказанномвышеопытномучасткедляисследованиядинамическихнапряжений в рабочем слое земляного полотнаприменялись месдозы. В качестве регистрирующей аппаратуры напряжений использовались контроллеры, конверторы, источники питания фирмы ICP CON, компьютер с программным обеспечением. Перед опытами месдозы тарировались в латке с использованием эталонного датчика силы.

54

Ю.П. Смолин, Д.А. Разуваев

Рис.1.Осциллограммывертикальных(а)игоризонтальных(б)амплитудускоренийколебанийв стабилизированном рабочем слое земляного полотна при движении груженого самосвала

В местах установки датчиков на поверхности дороги устанавливались метки для того, чтобы автомобили своими колесами проезжали по меткам, при этом создавалось бымаксимальноедавлениенамесдозу.Допроездамашинойпометкам(рис.2)машина останавливалась примерно нарасстоянии 150–200 мот установленных меток. Водителю давались рекомендации о скорости движения машины и по возможности точного проезда по меткам.

Рис. 2. Установка меток над месдозой (а) и момент замера напряжений от движущегося транспорта (б)

Замер напряжений производился от различного грузового транспорта. Скорости движения транспорта преимущественно составляли 60…70 км/ч.

55

ВестникСГУПСа.Выпуск28

Нарис. 3 приведенаосциллограммас максимальнымииззамеренныхзапериод мВ наблюдения напряжений (при движении груженого щебнем самосвала модели «SCANIA»сприцепом).Наосциллограмме видно, что замеренное давление от транспорта составляет примерно 4,5 мВ, что соответствует по тарировочным данным месдозы давлению в рабочем слое земляного полотна (стабилизированная зонамощностью20см),равному165кПа. При лабораторном определении прочностных характеристик грунтов рабочего слояземляногополотна,стабилизированного вышеуказанной полимерной добав-

Полученные при исследовании натурные экспериментальные данные возможно использовать при назначении прочностных характеристик грунтов, обработанных полимерной добавкой «Perma-Zyme 11X»при динамических воздействиях, что позволит корректно производить расчет на сдвигоустойчивость подстилающего грунта рассматриваемой дорожной одежды. Для этого необходимо провести лабораторные опыты по определению динамических параметров угла внутреннего трения и удельного сцеплениянавибростабилометреприосевомдавлении,равном165Кн кПа,приускорениях 2,5 м/с2 с частотой колебаний 35 Гц.

Библиографический список

1.СНиП2.02.01–83*.Основаниязданийисооружений.М.:ГУПЦПП,1998.48с.

Y.P.Smolin,D.A.Razuvaev.TheResearchonDisplacementofSoilPavementStabilized bySyntheticPolymer.

Accordingtotheinternationalexperiencethesoilstabilizationtechnologyisthewaytoimprove qualityandtoreducetheexpenses.ToevaluatetheapplicationofthistechnologyinSiberiaan experimental plot is built. Pilot research focuses on thevibration acceleration parameters and transportdynamicstress.Thefindingsshouldbeconsideredwhilesettingstrengthpropertiesof stabilizedsoiltakingintoaccountthedynamicloadeffects.

Key words: stabilizer, roadbed, pavement, dynamic loads.

56

К.В. Королев, А.А. Верховская

КоролевКонстантинВалерьевич—кандидаттехническихнаук,

доцент кафедры «Геология, основания и фундаменты» СГУПСа. В 2000 г.окончилфакультет«Мостыитоннели»СГУПСа.Авторболее

60научныхработ.

Основнаяобластьнаучныхинтересов—теорияпредельногорав-

новесиягрунтов.

Е-mail: krolev_kv@mail.ru

ВерховскаяАлександраАндреевна—аспиранткафедры«Гео-

логия,основанияифундаменты»СГУПСа.В2011г.окончилафакультет «Строительство железных дорог» СГУПСа. Автор трех научных работ.

Область научных интересов — расчеты устойчивости откосов земляногополотна.

УДК 624.131.52

К.В. КОРОЛЕВ, А.А. ВЕРХОВСКАЯ

О ПОСТРОЕНИИ ПАСПОРТА УСТОЙЧИВОСТИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА РАЗЛИЧНЫМИ МЕТОДАМИ

В статье приводится анализ результатов построения паспорта устойчивости земляного полотна тремя методами — методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения, методом конечных элементов и симплекс-методом. Показано, что при малых значениях угла внутреннего трения все три метода дают близкие оценки устойчивости. При значениях угла внутреннего трения более 20 градусов наиболее обоснованную оценку устойчивости позволяет получить симплекс-метод.

Ключевые слова: земляное полотно, Терцаги, МКЭ, симплекс-метод, паспорт устойчивости.

Необходимость усиления насыпей при эксплуатации пути возникает, как правило, вследствие недостаточной ширины основной площадки, завышенной крутизны откосов, малой эффективности укрепительных и защитных сооружений, возникающих деформаций и повреждений (сплывов, просадок и т.п.).

Для предупреждения деформаций или устранения их последствий чаще всего выполняют уширение насыпей с уположиванием откосов, а также устройством контрбанкетов.

Физико-механическиехарактеристикигрунтовтеланасыпииоснованияземляного полотна приведены в табл. 1.

Расчет устойчивости ведут графоаналитическим методом по упрощенной схеме, предполагающей рассмотрение одной из нескольких возможных круглоцилиндрическихповерхностейскольжения.

Крутизна откосов назначается по нормативам для насыпи типового профиля и для глинистых грунтов зависит от показателя текучести.

57

ВестникСГУПСа.Выпуск28

Таблица 1

Физико-механические характеристики грунтов

Примечание.ОбозначениявданнойтаблицесоответствуютпринятымвСП[1].

Определяют высотуфиктивного столбика грунта насыпи, заменяющего поездную нагрузкуи вес верхнего строения пути,

гдер0 —расчетноезначениенагрузкиотподвижногосостава;bвс-1 —ширинаполосовой нагрузки от веса верхнего строения пути на двухпутном участке, м; Рвс — среднее давлениеот весаверхнегостроенияпути, кПа; b0 —длинашпалы,м; —удельныйвес грунта насыпи.

Фиктивные столбики высотой 6,78 м и шириной 2,75 м строятся на основной площадке насыпи по оси каждого пути. Соединяют подошву откоса бермы с одной из точекосновнойплощадкииизсерединыполученнойпрямойвосстанавливаютперпендикуляр, являющийся линией центров кривых смещения. Затем проводят вспомогательную прямую под углом 36° к поверхности фиктивного столбика грунта, точка пересечения которой с перпендикуляром О1 является центром кривой смещения. Из этогоцентрапроводятдугурадиусомR=36,8м.Полученныйблоксмещенияразбивают на8отсеков.Длякаждогоотсекарасписываемсистемусил.Расчетнаясхемаприведена на рис. 1.

радиусВертикальный R= м36,84

Рис. 1. Схема к расчетуустойчивости земляного полотна

58

К.В. Королев, А.А. Верховская

Расчетведетсявпредположениикруглоцилиндрическойповерхностивозможного смещения с использованием формулы К. Терцаги и с учетом подтопления насыпи:

гдеКст —коэффициентустойчивостипристатическомсостояниигрунтавтеленасыпи;

n m

Mi уд и Mi сдв — соответственно сумма моментов сил, удерживающих откос от

i 1 i 1

смещения и сдвигающих его, кН; п—суммарноеколичество отсековблокасмещения; т — количество отсеков блока смещения, в которых действуют удерживающие касательные,составляющиесилывеса;Ni иTi —нормальнаяикасательнаякоснованиюi-го отсека, составляющие силы его веса, кН.

Ni Qi cos i и Ti Qi sin i ,

где Qi вес i-го отсека, кН,

n

Qi i i1м iI I iII II 1м,

i 1

где iI, iII —площадичастейотсека,находящихсявпервом,второмитретьемслояхблок смещения, м2; i — угол наклона основания отсека к горизонту.

Величина гидродинамической силы D0, кН, определяется по формуле

D0 wI01м k iI iII , i 1

где w — удельный вес воды, равный 9,81 кН/м3.

ДаннаязадачабылареализованавсредеPLAXISv.8.2.Этотпрограммныйпродукт также основан на методе конечных элементов и был специально разработан для решения геотехнических задач. Приведенная методика расчета методом конечных элементов обеспечивает выполнение граничных условий.

Основные положения моделирования и последовательность расчета

1.Вводгеометрииихарактеристиквыделенныхинженерно-геологическихэлемен- тов. Поскольку расчет выполнялся в упругопластической постановке (идеально-упру- гопластическаямодельбезучетадилатансиисусловиемпрочностиКулона—Мора),то здесь такжевводились прочностныехарактеристики грунта для тела насыпи и основания. Насыпь моделировалась с помощью набора элементов Plates.

2.Закреплениеграницрасчетнойобластибылопринятопоумолчанию,т.е.жесткое закрепление нижней границы и запрет горизонтальных смещений по боковым границам.

3.Ввод основных характеристик грунта. Для тела насыпи — супесь тяжелая пылеватая, для основания — суглинок тяжелый.

Диаграмма общих смещений грунта в откосах насыпи приведена на рис. 2.

Надиаграммеприращениядеформацийвовсехузлахпоказаныспомощьюстрелок, длинакоторыхсоответствуетотносительнойвеличинедеформации.Диаграммаприращения деформаций показана на рис. 3. На рис. 4 приведена диаграмма полных смещений.

59

ВестникСГУПСа.Выпуск28

Рис. 2. Деформированное состояние насыпи

Рис. 3. Диаграмма приращения деформаций

Рис. 4. Диаграмма полных смещений

60