Особенности динамической работы пролетных строений пешеходных путепроводов над путями высокоскоростных железнодорожных магистралей

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.

1. Смирнов В. Н., Дьяченко А. О., Дьяченко Л. К. Особенности проектирования мостов на высокоскоростных железнодорожных магистралях // Бюллетень результатов научных исследований. 2017. № 3. С. 69–81.

2. 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.

3. 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.

4. Baker С. J. A review of train aerodynamics. Part 1. Fundamentals // The Aeronautical Journal. 2014. Vol. 118. Р. 201–228.

5. Baker C. J. A review of train aerodynamics. Part 2. Application // The Aeronautical Journal. 2014. Vol. 118. Р. 345–382.

6. 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.

7. Лабутин Н. А. Исследование аэродинамического воздействия высокоскоростного поезда на пешеходные путепроводы // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2023. № 3 (66). С. 28–40.

8. 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.

9. 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.

10. Лапин А. В. Актуальные вопросы компоновки поперечных сечений пролетных строений пешеходных мостов // Ученые заметки ТОГУ. 2015. № 2. С. 6–18.

11. Лабутин Н. А. Разработка численной модели аэродинамического взаимодействия высокоскоростного поезда, воздушной среды и объектов инфраструктуры // Мир транспорта. 2022. № 4. С. 6–16.

12. 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.

13. EN 1990:2002. Eurocode: Basis of structural design / European committee for standardization. 2002.