Model belki na podłożu lepkosprężystym w zagadnieniu mechaniki nawierzchni i podtorza drogi szynowej

• Autorzy: Zbiciak Artur , Szczygieł Mateusz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0055.0136

Warianty tytułu

EN

A beam on viscoelastic foundation model in the mechanics of railway track superstructure and trackbed

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule omówiono zagadnienie modelowania drogi szynowej jako belki odwzorowującej szynę na podłożu lepkosprężystym złożonym z pozostałych elementów nawierzchniowych, takich jak przytwierdzenia, podkłady, podsypka oraz podtorze. Przedstawiono analizę rzeczywistej nawierzchni wraz z podtorzem kolejowym na podłożu sprężystym i lepkosprężystym w podejściu quasistatycznym oraz dynamicznym. Wyznaczono parametry mechaniczne założonej nawierzchni kolejowej, a następnie przeprowadzono obliczenia, których efektem są wartości ugięć, momentów zginających oraz sił poprzecznych. Przeprowadzone obliczenia wykazały, że dla podłoża sprężystego wartości ugięć i sił wewnętrznych, w przypadku quasi-statycznym i dynamicznym są bardzo zbliżone, a dla modelu lepkosprężystego w przypadku dynamicznym występuje zjawisko usztywnienia podłoża. W zagadnieniu dynamiki belki na podłożu lepkosprężystym wartości maksymalne ugięć zmniejszają się wraz z prędkością, wzrastają zaś wartości ujemnych ugięć, co jest istotne przy analizie zmęczeniowej nawierzchni kolejowej.

EN

The paper discusses the problem of modelling a railway track as a beam representing the rail on a viscoelastic foundation composed of other superstructure elements such as fastening systems, sleepers, ballast, and substructure. An analysis of the actual track superstructure along with the railway substructure on elastic and viscoelastic foundations in quasi-static and dynamic approaches is presented. Mechanical parameters of the assumed railway track superstructure were determined, followed by calculations yielding values of deflections, bending moments, and shear forces. The conducted calculations showed that for an elastic foundation, the values of deflections and internal forces in both quasi-static and dynamic cases are very similar, whereas for a viscoelastic foundation in the dynamic case, a phenomenon of foundation stiffening occurs. In the dynamic analysis of the beam on a viscoelastic foundation, the maximum values of deflections decrease with speed, while the values of negative deflections increase, which is significant in the fatigue analysis of the railway track superstructure.

Słowa kluczowe

PL

tor kolejowy; belka na podłożu sprężystym; modelowanie; podłoże lepkosprężyste; analiza quasi-statyczna; analiza dynamiczna; transformata Fouriera

EN

railway track; modelling; viscoelastic beam; visco-elastic foundation; quasi-static analysis; dynamic analysis; Fourier transform

• Wydawca: Fundacja Polskiego Związku Inżynierów i Techników Budownictwa
• Czasopismo: Inżynieria i Budownictwo
• Rocznik: 2025
• Tom: R. 81, nr 1
• Strony: 58--64
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Zbiciak Artur

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej

• https://orcid.org/0000-0001-8882-2938

autor

Szczygieł Mateusz

• Egis Poland sp. z o.o.

• https://orcid.org/0009-0000-6122-0056

Bibliografia

• [1] Standardy Techniczne szczegółowe warunki techniczne dla modernizacji lub budowy linii kolejowych do prędkości Vmax ≤ 250 km/h Tom I - załącznik ST-T1-A8 konstrukcja nawierzchni kolejowej. PKP Polskie Linie Kolejowe S.A., Warszawa 2023.
• [2] Szcześniak W.: Inercyjne obciążenia ruchome na belkach i płytach. Prace Naukowe PW Budownictwo, z. 112, OW PW, Warszawa 1990.
• [3] Szcześniak W.: Wybrane zagadnienia dynamiki płyt poddanych inercyjnym obciążeniom ruchomym. Prace Naukowe PW Budownictwo, z. 119, OW PW, Warszawa 1992.
• [4] Szcześniak W.: Wybrane zagadnienia belek i powłok poddanych inercyjnym obciążeniom ruchomym. Prace Naukowe PW Budownictwo, z. 125, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1994.
• [5] Szcześniak W.: Wybrane zagadnienia kolejowe. Wzajemne oddziaływania w układzie pojazd-tor kolejowy-podtorze-podłoże gruntowe. Prace Naukowe PW, Budownictwo, z. 129, Warszawa 1995.
• [6] Szcześniak W.: Problemy ruchomych obciążeń w Polsce. Przegląd podstawowych pozycji literatury. Theoretical Foundations of Civil Engineering. Polish-Ukrainian Transactions, OW PW, Warszawa 1993, pp. 191-198.
• [7] Strzyżakowski Z.: Dynamika układu mechanicznego pojazd-tor-otoczenie modelowanego układem dyskretno-ciągłym. Prace Instytutu Transportu, z. 31, Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1992.
• [8] Strzyżakowski Z.: Modelowanie zjawisk dynamicznych w układach transportowych. Wydawnictwo Instytutu Technologii Eksploatacji - PIB, Radom 2007.
• [9] Pang T.: Metody obliczeniowe w fizyce. Fizyka i komputery. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2001.
• [10] Sancewicz S.: Nawierzchnia kolejowa. Kolejowa Oficyna Wydawnicza, Warszawa 2010.
• [11] Praca zbiorowa pod redakcją Sysak J.: Drogi kolejowe. Państwowe Wydawnictwo Naukowe. Warszawa 1982.
• [12] Towpik K.: Infrastruktura drogi kolejowej. Obciążenia i trwałość nawierzchni. Wydawnictwo Instytutu Technologii Eksploatacji - PIB. Warszawa 2006.
• [13] Dec T., Glinicki S.P.: Obliczanie fundamentów pasmowych opartych na podłożu sprężystym. Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, Białystok 1991.
• [14] Chudyba Ł.: Sprężyste systemy przytwierdzeń do podkładów struno-betonowych - porównanie cech eksploatacyjnych systemów przytwierdzeń typu SB oraz W14. Przegląd Komunikacyjny, 2017; 72:27-32.
• [15] Sołkowski J.: Problemy obliczania wytrzymałości toru w świetle technicznych specyfikacji interoperacyjności 1299/2014. Zeszyty naukowo-techniczne SITK RP, oddział w Krakowie, 2017.
• [16] Wiłun Z.: Zarys geotechniki. Wyd. 8 (dodruk). Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2008.
• [17] Ataman M.: Analiza drgań nawierzchni i podtorza pod wpływem obciążeń ruchomych z dużymi prędkościami. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2019.
• [18] Zbiciak A.: Dynamika materiałów i konstrukcji o nieklasycznych charakterystykach sprężysto-dyssypacyjnych. Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej, Budownictwo, z. 152, s. 1-156, OWPW, Warszawa 2010.
• [19] Grzesikiewicz W., Osiecki J., Piotrowski J.: Podstawy dynamiki pojazdów szynowych. Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1974.
• [20] Grzyb A., Bogacz R.: Wspomagana komputerowo analiza dynamiczna pojazdów szynowych. Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 2015.
• [21] Skrzyński E.: Podtorze kolejowe. Kolejowa Oficyna Wydawnicza, Warszawa 2010.
• [22] Sołkowski J.: Efekt progowy w nawierzchniach szynowych. Wydawnictwa Politechniki Krakowskiej, Kraków 2013.