Дослідження впливу прискорень грунту різних напрямків на будівлю в зоні руху залізничних потягів
DOI:
https://doi.org/10.32347/2522-4182.16.2025.77-86Ключові слова:
динаміка, метод скінченних елементів, рухомий склад, прискорення грунту, багатоповерховий каркасний будинокАнотація
У статті приділено увагу впливу навантаження від рухомого складу на стан баластової призми, розповсюд-женню вібрацій в основі та їх впливу на динамічну поведінку багатоповерхової каркасно-монолітної будівлі.
Досліджено динамічну поведінку 17-поверхового монолітно-каркасного житлового будинку, що розташований поблизу руху залізничних потягів у міській забудові. Будівля видовжена у плані, має різноповерхові ділянки, що може вплинути на напружено-деформований стан каркасу при різних напрямках коливань грунту. Також проаналізовано вплив вібрацій грунту на каркас в залежності від орієнтації будинку відносно залізничних колій.
Для моделювання динамічної поведінки багатоповерхової будівлі при дії навантаження від рухомого складу застосовано двоетапний підхід: спочатку сформована скінченно-елементна модель баластової призми і ґрунту у вигляді плоского пружнопластичного напівпростору довжиною 200 м. і глибиною 60 м. Навантаження від рухомого складу подано у вигляді вертикального періодичного збурення, зосередженого в центрі мас системи, що складається з рами візка, колісних пар вагону вантажного потягу та баластової призми.
Вплив навантаження від рухомого складу на основу досліджено в нелінійній статичній постановці методом Ньютона-Рафсона. Модальний аналіз основи і баластової призми виконано методом Ланцоша. Динамічна поведінка основи досліджена методом Рунге-Кутти четвертого порядку. Отримані горизонтальні і вертикальні прискорення грунту на різних відстаннях і глибинах моделі основи. На другому етапі сформована 3D модель будинку.
За допомогою спектрального методу досліджено напружено-деформований стан будівлі при дії розрахункових навантажень та кінематичного збурення ґрунту, прикладеного по висоті фундаменту будинку у вигляді векторів прискорень.
Перевірені умови надійності і конструктивної безпеки будівлі при дії комбінації навантажень, що включає вплив вібрації грунту основи від рухомого складу. А також проаналізовано пріоритетний напрямок орієнтації будівлі стосовно залізничних колій.
Посилання
Ustenko O.V. (2021) Osnovy teorii kolyvan ta stiykosti ruhomogo skladu [Fundamentals of the theory of vibrations and stability of rolling stock]: posibnyk, Kharkiv: 130 s. [in Ukrainian]
I.Bondarenko, V.Lukoševičius, R.Kersys, L.Neduzha. Investigation of Dynamic Processes of Rolling Stock–Track Interaction: Experimental Realization – MDPI - Mar 2023 .− 20 p.
https://www.mdpi.com/2071-1050/15/6/5356
V.Sluganović, S.Lakušić, D.Lazarević (2019) Track ballast modelling by discrete element method – GRAĐEVINAR 71 (7), P. 589-600.
http://www.casopis-gradjevinar.hr/archive/article/2350
L. Dyachenko (2017) An assessment of the dynamic interaction of the rolling stock and the long-span bridges on high-speed railways / L. Dyachenko, A. Benin // MATEC Web of Conferences, 107.
https://www.matec-conferences.org/articles/matecconf/pdf/2017/21/matecconf_dyn2017_00014.pdf
X. Sheng, C. J. C. Jones, M. Petyt (1999) Ground vibration generated by a load moving along a railway track // Journal of Sound and Vibration 228(1), P.129 – 156.
M. F. M. Hussein and H. E. M. Hunt (2006) A power flow method for evaluating vibration from underground railways, // Journal of Sound and Vibration 293, no. 3-5, pp. 667–679.
P. Coulier, G. Degrande, K. A. Kuo, and H. E. M. Hunt (2010) A comparison of two models for the vibration response of piled foundations to inertial and underground-railway-induced loadings, in 17th International Congress on Sound and Vibration (ICSV17), Cairo.
Tisal Lakshitha Edirisinghe, James P. Talbot (2021) A power-flow based investigation into the response of buildings to ground-borne vibration from underground railways // MERCon 2021 - 7th International Multidisciplinary Moratuwa Engineering Research Conference, Proceedings.
S. Jones, K. A. Kuo, M. F. M. Hussein, and H. E. M. Hunt (2012) Prediction uncertainties and inaccuracies resulting from common assumptions in modelling vibration from underground railways, Proc. Inst.. Mech. Eng. F J. Rail Rapid Transit, vol. 226, no. 5, pp. 501–512.
Costa PA, Arcos R, Soares P, Colaço A. (2019) Hybrid approach for the assessment of vibrations and re-radiated noise in buildings due to railway traffic: concept and preliminary validation. In: Advances in engineering materials, structures and systems: innovations, mechanics and applications - proceedings of the 7th international conference on structural engineering. Mechanics and Computation; p. 79–84.
E. Ntotsios, M.F.M. Hussein, D.J. Thompson (2014) A comparison between two approaches for calculating power spectral densities of ground-borne vibration from railway trains. Eurodyn 2014, Porto, Portugal. 30 Jun - 02 Jul 2014. 8 pp.
G. Lombaert, G. Degrande, S. Francois and D.J. Thompson (2013) Groundborne vibration due to railway traffic. Proceedings of the 11th International Workshop on Railway Noise, IWRN11, J. Nielsen et al. (Eds), Uddevalla, Sweden, 266-301, September 2013.
X. Sheng, C.J.C. Jones, and D.J. Thompson (2004) A theoretical model for ground vibration from trains generated by vertical track irregularities. Journal of Sound and Vibration, 272(3-5), 937–965.
G. Lombaert and G. Degrande (2009). Ground-borne vibration due to static and dynamic axle loads of InterCity and high speed trains. Journal of Sound and Vibration, 319(3-5), 1036–1066.
M.G.R. Toward, J. Jiang, A. Dijckmans, P. Coulier (2014) Mitigation of railway induced vibrations by using subgrade stiffening and wave impeding blocks // Proceedings of the 9th International Conference on Structural Dynamics, EURODYN 2014 Porto, Portugal, 30 June - 2 July.
Lukianchenko O.O., Kostina O.V., Geraschenko O.V. (2014) Influence of loading is from a rolling stock on the dynamic behavior of multi-storey buildings// Strength of Materials and Theory of Structures. – Issue. 93. – Р. 100-109. http://opir.knuba.edu.ua/files/zbirnyk-93/14.pdf
MSC NASTRAN 2021 Reference Guide November 29, 2020.
SCAD Office. Versia 23. Vychislitelnyi komplex SCAD++ [Computing complex SCAD++] V.S. Karpilovskyi, E.Z. Kriksunov, А.А. Malyarenko, А.V. Perelmuter, М.А. Perelmuter, S.Y. Fialko. — Izdatelstvo «SCAD SOFT» , 2024.— 992 s. [in Russian]
Ministerstvo regionlnoho rozvytku ta budivnytstva Ukrainy (2020) ДБН В.1.2-2:2006. Навантаження і впливи. Норми проектування [Loads and influences. Design standards]. Kyiv – 68 s. [in Ukrainian]
Minregion Ukrainy (2022) ДБН В.1.2-14:2018. Система забезпечення надійності та безпеки будівельних об’єктів. Загальні принципи забезпечення надійності та конструктивної безпеки будівель і споруд [DBN V.1.2-14:2018. System for ensuring the reliability and safety of construction sites. General principles for ensuring the reliability and structural safety of buildings and structures. Kyiv, – 35 s. [in Ukrainian]
Bazhenov V.A., Luk’yanchenko O.A., Vorona Yu.V., Kostina E.V. (2018) On Stability of Parametric Oscillations of a Shell in the Form of Hyperbolic Paraboloid // International Applied Mechanics, Volume 54, №3. – P. 36-49.
Lukianchenko O.O., Kostina O.V. (2022) Kolyvannia parametrychno zbudzenyh pruznyh obolonok [Vibrations of parametric excited elastic shells]. – Kyiv: Vyd-vo ”Karavela” – 164 s. [in Ukrainian]
