Experimental research of the stress-strain state of the railway track metal corrugated structures

Abstract

Розроблено наукові засади нового пристрою для вимірювання та оцінювання напружено-деформованого стану транспортних споруд при змінних температурах та навантаженнях. Технічна задача полягає у прийнятті за результатами моніторингу транспортних споруд науково-обгрунтованих рішень щодо потреби у відновлювальному ремонті того чи іншого елемента, контролю поступового зниження несучої спроможності цих елементів конструкції, встановленні їх фактичного технічного стану та залишкового ресурсу. В основі нового пристрою лежить вимірювання деформацій за допомогою аналого-цифрового перетворювача (АЦП) та аналогового вимірювального моста – тензометра. Перевагою пропонованого пристрою є те, що точність вимірювань, виконаних за його допомогою, не залежить від довжини з’єднувальних провідників та напруги джерела живлення. За його допомогою можна оцінювати та враховувати деформації, спричинені також і температурними впливами на транспортні споруди. Проаналізовано проблеми адаптації закордонних нормативних документів щодо проектування металевих гофрованих конструкцій на залізничних та автомобільних дорогах України. Наведено результати експериментальних і теоретичних розрахунків несучої здатності металевих гофрованих конструкцій. При динамічних експериментальних випробуваннях встановлено, що максимальна вертикальна відносна деформація труби зафіксована при проходженні вантажного поїзда і становить 2,74 мм. При цьому залишкова деформація становила 0,21 мм; горизонтальна відносна деформація при проходженні вантажного поїзда – 0,77 мм. При цьому залишкова деформація становила 0,038 мм. Максимальні фіброві напруження від дії динамічного навантаження у верхній частині труби у визначених точках становили 10,7 МПа.

In the paper the scientific principles of a new device for the measurement and evaluation of the stress-strain state of transportation facilities under changing temperatures and loads have been developed. The technical problem solved by this paper deals with the making evidence-based decisions on the need for renewal of the element, control of the gradual reduction of the bearing capacity of the structural elements, determination of their real technical condition and residual life according to the transport facilities monitoring. In the heart of the new device is measuring of strain using analog-to-digital converter (ADC) and analog measuring bridge - tenzometer. The advantage of the proposed device is that the accuracy of measurements made by it does not depend on the length of the connecting conductors and supply voltage. The deformations caused by the temperature effects on transport facilities can be estimated and taken into account too. The problems of adapting of foreign regulations on the design of metal corrugated structures at the Ukraine railways and motor roads were analyzed. The results of experimental and theoretical calculations of bearing capacity of metal corrugated structures were presented. During dynamic experimental testing it was found: maximum relative vertical deformation of the pipe was registered for a freight train and equals 2.74 mm. In this case, residual deformation was 0.21 mm; relative horizontal deformation for a freight train equals 0.77 mm, here residual deformation being 0.038 mm. The maximum fibre stresses under the dynamic loading at the top of the pipe in specified points equal 10.7 MPa.