veststuВестник Сибирского государственного университета путей сообщенияBulletin of Siberian State University of Transport1815-9265Сибирский государственный университет путей сообщения10.52170/1815-9265-2025-77-100veststu-221Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРАBUILDING AND ARCHITECTUREОсобенности динамической работы пролетных строений пешеходных путепроводов над путями высокоскоростных железнодорожных магистралейDynamic performance of pedestrian overpass superstructures over high-speed railway tracksЛабутинН. А.LabutinN. A.

Никита Андреевич Лабутин, кандидат технических наук, инженер испытательной лаборатории «Мостовая лаборатория» кафедры «Мосты»; главный инженер проектов

Санкт-Петербург, Россия

Nikita A. Labutin – Candidate of Engineering, Engineer of the Bridge Testing Laboratory, Bridges Department; Chief Project Engineer

labutin@ebs-spb.techЛангА. В.LangA. V.

Андрей Владимирович Ланг, инженер испытательной лаборатории «Мостовая лаборатория» кафедры «Мосты»; главный инженер проектов

Санкт-Петербург, Россия

Andrey V. Lang – Engineer of the Bridge Testing Laboratory, Bridges Department; Chief Project Engineer

lang@ebs-spb.techВасютинаТ. В.VasutinaT. V.

Таисия Владимировна Васютина, инженер

Санкт-Петербург, Россия

Taisia V. Vasutina – Engineer

t_vasutina@ebs-spb.techКасаджикЮ. П.KasadzhikYu. P.

Юлия Петровна Касаджик, ведущий инженер

Санкт-Петербург, Россия

Yulia P. Kasadzhik – Leading Engineer

kasadzhik@ebs-spb.techПетербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I; «Инженерное бюро искусственных сооружений»РоссияEmperor Alexander I Petersburg State Transport University; Engineering Bureau of Artificial Structures, LLCRussian Federation«Инженерное бюро искусственных сооружений»РоссияEngineering Bureau of Artificial Structures, LLCRussian Federation20253012202505100110Copyright © Лабутин Н.А., Ланг А.В., Васютина Т.В., Касаджик Ю.П., 20252025Лабутин Н.А., Ланг А.В., Васютина Т.В., Касаджик Ю.П.Labutin N.A., Lang A.V., Vasutina T.V., Kasadzhik Y.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikstu.ru/jour/article/view/221

Пешеходные путепроводы над путями высокоскоростных железнодорожных магистралей являются одними из наиболее подверженных аэродинамическому воздействию высокоскоростных поездов сооружений. Ввиду знакопеременного волнового характера аэродинамического воздействия движущегося подвижного состава и относительно малой массы и жесткости рассматриваемых сооружений в последних может возникнуть существенная динамическая реакция. Установлено, что аэродинамическое воздействие от движущегося поезда имеет сложный двухкомпонентный характер, состоящий из первичного возбуждения конструкции головной воздушной волной и вторичного возбуждения, связанного с периодичностью головной, хвостовой и промежуточной (для сдвоенных поездов) воздушных волн. Совпадение какой-либо из собственных частот конструкции с частотой первичного и/или вторичного возбуждения способно вызвать значительный динамический отклик конструкции, прямо влияющий на возможность его безопасной и комфортной эксплуатации. В статье приводятся результаты исследований динамической реакции пешеходных путепроводов на аэродинамическое воздействие методами численного моделирования на примере проектируемого сооружения в составе вокзального комплекса высокоскоростной магистрали Санкт-Петербург – Москва. По результатам моделирования были определены максимальные величины ускорений, перемещений и динамических коэффициентов конструкции как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. Установлено, что величина динамической реакции конструкции определяется не только ее собственными характеристиками, но и параметрами высокоскоростного поезда (длиной и конфигурацией). Также выявлена недостаточность существующей нормативной базы в части нормирования предельных ускорений в уровне прохожей части пешеходных мостов и путепроводов и вынесены предложения по актуализации существующей нормативной базы с выполнением соответствующих научно-исследовательских работ профильными институтами.

Pedestrian overpasses over high-speed railway tracks are among the most aerodynamically exposed to high-speed trains. Due to the familiar wave nature of the aerodynamic action of moving rolling stock and the relatively small mass and rigidity of the structures under consideration, a significant dynamic reaction may occur in the latter The aerodynamic effect of a moving train is found to have a complex two-component nature, consisting of the primary excitation of the head air wave structure and secondary excitation related to the periodicity of the head, tail and intermediate (for double trains) Air waves. The coincidence of any of the design frequencies with the primary and/or secondary excitation frequency may cause a significant dynamic response of the design to the effect, directly affecting the possibility of its safe and comfortable operation. The article provides results of studies of dynamic reaction of pedestrian overpasses to aerodynamic impact by numerical modelling methods on the example of a planned structure in the train station complex of high-speed railway track Saint-Petersburg – Moscow. The maximum values of acceleration, displacement and dynamic coefficients in both horizontal and vertical directions were determined from the simulation results. It was established that the magnitude of the dynamic reaction of the structure is determined not only by its own characteristics, but also by the parameters of the high-speed train (length and configuration). It was also revealed the inadequacy of the existing regulatory framework for the normalization of maximum accelerations at the level of the passage of pedestrian bridges and overpasses, with proposals to update the existing regulatory framework with the implementation of appropriate scientific research work by relevant institutes.

высокоскоростные магистралиаэродинамикадинамикавысокоскоростной поездпешеходный путепроводчисленное моделированиеhigh-speed railway tracksaerodynamicsdynamicshigh-speed trainpedestrian overpassnumerical modelingReferencesСмирнов В. Н., Дьяченко А. О., Дьяченко Л. К. Особенности проектирования мостов на высокоскоростных железнодорожных магистралях // Бюллетень результатов научных исследований. 2017. № 3. С. 69–81.Smirnov V. N., Diachenko L. K., Diachenko A. O. The peculiarities of constructing bridges at high-speed railway tracks. Bulletin of Scientific Research Results. 2017;(3):69–81. (In Russ.).Лабутин Н. А., Дьяченко Л. К., Ланг А. В. Экспериментальные измерения аэродинамики подвижного состава // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2022. № 3 (62). С. 40–48.Labutin N.A. Investigation of the aerodynamic effect of a high-speed train on pedestrian overpasses. The Siberian Transport University Bulletin. 2023;(62):28–40. (In Russ.).Лазаренко Ю. М., Капуксин А. Н. Аэродинамическое воздействие высокоскоростного электропоезда «Сапсан» на пассажиров на платформах и на встречные поезда при скрещении // Вестник ВНИИЖТ. 2012. № 4. С. 11–14.Lazarenko Yu. M., Kapustin A. N. Aerodynamic effect of the high-speed electric train Sapsan for passengers on platforms and on oncoming trains when crossing. Bulletin of the Research Institute of Railway Transport. 2012;(4):11–14. (In Russ.).Baker С. J. A review of train aerodynamics. Part 1. Fundamentals // The Aeronautical Journal. 2014. Vol. 118. Р. 201–228.Baker С. J. A review of train aerodynamics. Part 1. Fundamentals. The Aeronautical Journal. 2014;118:201–228.Baker C. J. A review of train aerodynamics. Part 2. Application // The Aeronautical Journal. 2014. Vol. 118. Р. 345–382.Baker C. J. A review of train aerodynamics. Part 2. Application. The Aeronautical Journal. 2014;118:345–382.Full-scale experiment of transient aerodynamic pressures acting on a bridge noise barrier induced by the passage of high-speed trains operating at 380–420 km/h / Xiao-Hui Xiong, Bo Yang, Kai-Wen Wang [et al.] // Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics. 2020. Vol. 204. Р. 1–9.Xiong Xiao-Hui, Yang Bo, Wang Kai-Wen [et al.]. Full-scale experiment of transient aerodynamic pressures acting on a bridge noise barrier induced by the passage of high-speed trains operating at 380-420 km/h. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics. 2020;(204):1–9.Лабутин Н. А. Исследование аэродинамического воздействия высокоскоростного поезда на пешеходные путепроводы // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2023. № 3 (66). С. 28–40.Labutin N. A. Research of the aerodynamic effect of a high-speed train on pedestrian overpasses. The Siberian Transport University Bulletin. 2023;(66):28–40. (In Russ.).Experimental and numerical studies on aerodynamic loads on an overhead bridge due to passage of high-speed train / Na Yang, Xiu-Kai Zheng, Jian Zhang [et al.] // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2015. Vol. 140. P. 19–33.Yang Na, Zheng Xiu-Kai, Zhang Jian. Experimental and numerical studies on aerodynamic loads on an overhead bridge due to passage of high-speed train. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2015;140:19–33. (In Russ.).On the aerodynamic loads when a high-speed train passes under an overhead bridge / Xi-Feng Liang, Xiao-Bai Li, Guang Chen [et al.] // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2020. Vol. 202. P. 1–11.Liang Xi-Feng, Li Xiao-Bai, Chen Guang. On the aerodynamic loads when a high-speed train passes under an overhead bridge. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2020;202:1–11.Лапин А. В. Актуальные вопросы компоновки поперечных сечений пролетных строений пешеходных мостов // Ученые заметки ТОГУ. 2015. № 2. С. 6–18.Lapin A. V. Actual issues of cross-section layout of pedestrian bridge spans. Scientific notes of Pacific National University. 2015;(2):6–18. (In Russ.).Лабутин Н. А. Разработка численной модели аэродинамического взаимодействия высокоскоростного поезда, воздушной среды и объектов инфраструктуры // Мир транспорта. 2022. № 4. С. 6–16.Labutin N. A. Development of a numerical model of the aerodynamic interaction of a high-speed train, the air environment and infrastructure facilities. World of Transport and Transportation. 2022;(4):6–16. (In Russ.).Heinemeyer C., Butz C., Keil A. [et al.] Design of lightweight footbridges for human induced vibrations. EUR 23984 EN / ed. G. Sedlacek, C. Heinemeyer, C. Butz, M. Geradin. Luxembourg (Luxembourg) : European Commission, 2009. JRC53442.Design of Lightweight Footbridges for Human Induced Vibrations: scientific report / European Committee for standardization. Luxemburg, 2009. 97 p.EN 1990:2002. Eurocode: Basis of structural design / European committee for standardization. 2002.European Standart EN 1990.2002: Eurocode – Basis of structural design. European committee for standardization, 2002.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.