У статті викладені результати чисельного моделювання температурного режиму вічній підстав малих і середніх залізничних мостів, експлуатуються в південних районах поширення вічній грунтів і побудованих за принципом I. підвищена деформативність опор малих і середніх мостів, розташований в районах поширення вічній грунтів (Північна будівельно-кліматична зона) обумовлена ​​підвищенням температури вічній грунтів і їх деградацією внаслідок особливостей впливу природно-кліматичних, конструктивно-технологічних і техногенних факторів. Для забезпечення експлуатаційної надійності малих і середніх мостів на транспортних магістралях необхідно виконувати прогноз температурного режиму вічній грунтів в районі розташування споруди. Розробка моделі мостового переходу малого моста виконується в середовищі «AutoCAD», а власне теплотехнічний розрахунок з використанням програмного комплексу «Permafrost 3D», що дозволяє вирішувати великорозмірного завдання теплоі масообміну в тривимірній постановці, і володіє прийнятним для практичних цілей швидкодією. Розроблену модель цілком можливо з достатньою точністю і адекватністю використовувати для прогнозування температурного режиму підстав малих і середніх мостів, що експлуатуються в південних районах поширення вічної мерзлоти Далекосхідного регіону, за різними сценаріями зміни природно-кліматичних і техногенних факторів. Модель може бути використана в практиці експлуатації мостових споруд для цілей прогнозу їх деформативності та своєчасного прийняття управлінських рішень, спрямованих на забезпечення нормального технічного стану і вантажопідйомності штучних споруд.

Анотація наукової статті з будівництва та архітектури, автор наукової роботи - Смишляєв Б. Н., Швець Я. А., Кауркін В. Д., Гнатюк І. І.


MATHEMATICAL MODELING OF TEMPERATURE REGIME OF PERMAFROST PILLAR BASES OF SMALL AND MEDIUM-SIZE BRIDGES USING PERMAFROST 3D SOFTWARE

The article describes the results of the numerical modeling of temperature regime of permafrost pillar bases of small and medium-size bridges that are built and maintained in the south areas of permafrost. The bridge pillars are constructed in accordance with Principle I (permanently frozen soil during the whole maintenance period of artificial structures). Increase of pillar deformations of small and mid-sized bridges located in the permafrost areas (the North climatic zone) is due to in elevation of permafrost temperature and its degradation. It is caused by the influence of climatic, structural, technological and technogenic factors. To ensure maintenance reliability of small and medium-size bridges on major traffic arteries, it is necessary to forecast the thermal regime of permafrost soils in the bridge area. Models of the bridge are developed in AutoCAD software. Thermotechnical calculation is performed using Permafrost 3d software, which allows one to calculate oversized three-dimensional problems of heat exchange and mass transfer. This program has an acceptable performance for practical purposes. The developed model can be used to precisely and adequately enough predict the temperature regime of pillar bases of small and medium-size bridges that are maintained in the south areas of permafrost of Far East region, considering different changes in climatic and man-made factors. The model can be used in the practice of maintenance of bridges to predict their deformability and to make timely managerial decisions ensuring the good technical state and carrying capacity of artificial structures.


Область наук:

  • Будівництво та архітектура

  • Рік видавництва: 2019


    Журнал: Сучасні технології. Системний аналіз. моделювання


    Наукова стаття на тему 'МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМУ вічній ПІДСТАВ ОПОР МАЛИХ І СЕРЕДНІХ МОСТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ПРОГРАМНОГО КОМПЛЕКСУ «PERMAFROST 3D»'

    Текст наукової роботи на тему «МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМУ вічній ПІДСТАВ ОПОР МАЛИХ І СЕРЕДНІХ МОСТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ПРОГРАМНОГО КОМПЛЕКСУ« PERMAFROST 3D »»

    ?транспорт

    Modern technologies. System analysis. Modeling, 2019, Vol. 64, No. 4

    16. Zakaryukin V.P., Kryukov A.V., Buyakova N.V. Improvement of Electromagnetic Environment in Traction Power Supply Systems. The power grid of the future. Proceeding No. 2. Otto-von-Guericke University Magdeburg. Magdeburg. 2013, pp. 39-44.

    17. Buyakova N., Zakarukin V., Kryukov A. Imitative Modelling of Electromagnetic Safety Conditions in Smart Power Supply Systems. Advances in Intelligent Systems Research. Vol. 158. V International workshop "Critical infrastructures: contingency management, intelligent, agent-based, cloud computing and cyber security" (IWCI 2018), 2018. pp. 20-25.

    18. Buyakova N., Zakaryukin V., Kryukov A., Nguyen T. Electromagnetic Safety Enhancing in Railway Electric Supply Systems. E3S, Web of Conferences 58, 01006 (2018) RSES 2018, pp. 1-6.

    19. Buyakova N.V., Zakaryukin V.P., Kryukov A.V. Modeling of electrical fields in railway engineering structures. Advances in Engineering Research. Vol. 158. International Conference on Aviamechanical Engineering and Transport (AviaENT 2018). 2018, pp. 219-225.

    20. Kats R.A., Perel'man L.S. Raschet elektricheskogo polya trekhfaznoi linii elektroperedachi [Calculation of the electric field of a three-phase power line]. Elektrichestvo [Electricity], No. 1. 1978, pp. 16-19.

    Інформація про авторів

    Authors

    Буякова Наталія Василівна - к. Т. Н., Доцент, Ангарський державний технічний університет, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Крюков Андрій Васильович - д. Т. Н., Професор, Іркутський державний університет шляхів сполучення; Іркутський державний технічний університет, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Середкин Дмитро Олександрович - аспірант, Іркутський державний університет шляхів сполучення, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Natal'ya Vasil'evna Buyakova - Ph.D. in Engineering Science, Associate Professor, Angarsk State Technical University, email: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Andrei Vasil'evich Kryukov - Doctor of Engineering Science, Professor, Irkutsk State Transport University; Irkutsk National Research Technical University, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Dmitrii Aleksandrovich Seredkin - Ph.D. student, Irkutsk State Transport University, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    для цитування

    For citation

    Буякова Н. В. Моделювання електромагнітних полів, що виникають в місцях перетину тягових мереж і повітряних ліній електропередачі / Н. В. Буякова, А. В. Крюков, Д. А. Середкин // Сучасні технології. Системний аналіз. Моделювання. - 2019. - Т. 64, № 4. - С. 138-147. -DOI: 10.26731 / 1813-9108.2019.4 (64). 138-147

    Buyakova N. V., Kryukov A. V., Seredkin D. A. Modelirovaniye elektromagnitnykh poley, voznikayushchikh v me-stakh peresech-eniya tyagovykh setey i vozdushnykh liniy elektrope-redachi [Modeling electromagnetic fields arising in places of intersection of traction networks and overhead power transmission lines]. Sov-remennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern Technologies. System Analysis. Modeling], 2019. Vol. 64, No. 4. Pp. 138-147. DOI: 10.26731 / 1813-9108.2019.4 (64). 138-147

    УДК 624.139.62 DOI: 10.26731 / 1813-9108.2019.4 (64) .147-155

    Б. Н. Смишляєв 1, Я. А. Швець 1, В. Д. Кауркін 2, І. І. Гнатюк 2

    1 Далекосхідний державний університет шляхів сполучення, м Хабаровськ, Російська Федерація

    2 ТОВ «ПермафростІнжінірінг», м Ярославль, Російська Федерація Дата надходження 30 вересня 2019 р.

    МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМУ вічній ПІДСТАВ ОПОР МАЛИХ І СЕРЕДНІХ МОСТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ПРОГРАМНОГО КОМПЛЕКСУ «PERMAFROST 3D»

    Анотація. У статті викладені результати чисельного моделювання температурного режиму вічній підстав малих і середніх залізничних мостів, що експлуатуються в південних районах розповсюдження вічній грунтів і побудованих за принципом I. Підвищена деформативність опор малих і середніх мостів, розташований в районах розповсюдження вічній грунтів (північна будівельно-кліматична зона) обумовлена ​​підвищенням температури вічній грунтів і їх деградацією внаслідок особливостей впливу природно-кліматичних, конструктивно-технологічних і техногенних факторів. Для забезпечення експлуатаційної надійності малих і середніх мостів на транспортних магістралях необхідно виконувати прогноз температурного режиму вічній грунтів в районі розташування споруди. Розробка моделі мостового переходу малого моста виконується в середовищі «AutoCAD», а власне теплотехнічний розрахунок з використанням програмного комплексу «Permafrost 3D», що дозволяє вирішувати большеразмер-ні завдання тепло- і масообміну в тривимірній постановці, і володіє прийнятним для практичних цілей швидкодією. Розроблену модель цілком можливо з достатньою точністю і адекватністю використовувати для прогнозування температурного режиму підстав малих і середніх мостів, що експлуатуються в південних районах поширення вічної мерзлоти Далекосхідного регіону, за різними сценаріями зміни природно-кліматичних і техногенних факторів. Модель може бути використана в практиці експлуатації мостових споруд для цілей прогнозу їх деформативності та

    © Б. Н. Смишляєв, Я. А. Швець, В. Д. Кауркін, І. І. Гнатюк, 2019

    147

    Іркутського державного університету шляхів сполучення

    Сучасні технології. Системний аналіз. Моделювання № 4 (64) 2019

    своєчасного прийняття управлінських рішень, спрямованих на забезпечення нормального технічного стану і вантажопідйомності штучних споруд.

    Ключові слова: малі та середні залізничні мости; підвищена деформативність; експлуатаційна надійність; вічній грунти; температурний режим.

    B. N. Smyshlyaev \ Y. A. Shvets \ V. D. Kaurkin \ 1.1. Gnatyuk 2

    1 Far Eastern State Transport University, Khabarovsk, the Russian Federation 2PermafrostEngineering Company OOO, Yaroslavl ', the Russian Federation Received: September 30, 2019

    MATHEMATICAL MODELING OF TEMPERATURE REGIME OF PERMAFROST PILLAR BASES OF SMALL AND MEDIUM-SIZE BRIDGES USING PERMAFROST 3D SOFTWARE

    Abstract. The article describes the results of the numerical modeling of temperature regime ofpermafrost pillar bases of small and medium-size bridges that are built and maintained in the south areas of permafrost. The bridge pillars are constructed in accordance with Principle I (permanently frozen soil during the whole maintenance period of artificial structures). Increase of pillar deformations of small and mid-sized bridges located in the permafrost areas (the North climatic zone) is due to in elevation of permafrost temperature and its degradation. It is caused by the influence of climatic, structural, technological and technogenic factors. To ensure maintenance reliability of small and medium-size bridges on major traffic arteries, it is necessary to forecast the thermal regime ofpermafrost soils in the bridge area. Models of the bridge are developed in AutoCAD software. Thermotechnical calculation is performed using Permafrost 3d software, which allows one to calculate oversized three-dimensional problems of heat exchange and mass transfer. This program has an acceptable performance for practical purposes. The developed model can be used to precisely and adequately enough predict the temperature regime ofpillar bases of small and medium-size bridges that are maintained in the south areas ofperma-frost of Far East region, considering different changes in climatic and man-made factors. The model can be used in the practice of maintenance of bridges to predict their deformability and to make timely managerial decisions ensuring the good technical state and carrying capacity of artificial structures.

    Keywords: small and medium-size railway bridges, severe climate, permafrost soils, temperature regime.

    Вступ

    Ділянка Новий Ургал - Тинда Північного широтного ходу (СШХ) Далекосхідної залізниці (ДВЖД) розташований в південних районах розповсюдження вічній (многолетнемерз-лих) грунтів. У цьому регіоні середньорічні температури повітря становлять від -3 до -5 ° С, веч-номерзлие грунти суцільного (рідко острівної) поширення потужністю від 15-30 до 100 м при температурі на рівні нульових річних амплітуд від -0,5 до -1, 5 ° С.

    Вже згадана залізнична лінія була побудована на початку 80-х рр. минулого століття, т. е. термін її експлуатації відносно невеликий, близько 30-35 років.

    Вивчення матеріалів проектної та виконавчої документації на зведення малих і середніх штучних споруд (ИССО) вказує на те, що підстави опор мостів виконані на буроопускних стовпах з використанням вічній грунтів за принципом I. При цьому в проектній документації будь-яких теплотехнічних розрахунків за прогнозом температурного режиму вічній грунтів в зоні опор малих і середніх мостів не було виявлено, т. е. підхід до призначення глибини закладення стовпчастих опор був емпіричним, заснованим на обробці даних натурних спостережень [1-5].

    Матеріали натурних спостережень за температурним режимом вічній грунтів в зоні опор мостів [5-7], а також спостереження за технічним станом малих і середніх мостів, що експлуатуються на даній ділянці, показують, що їх деформативність в 2-3 рази перевищує аналогічний показник для ИССО, распложение в помірних кліматичних умовах.

    Підвищена деформативність ИССО, розташованих в районах поширення вічній грунтів (північна будівельно-кліматична зона), і запроектованих за принципом I, обумовлена ​​підвищенням температури вічній грунтів і їх деградацією внаслідок особливостей впливу природно-кліматичних, конструктивно-технологічних і техногенних факторів, а також зміни окремих з цих факторів за період експлуатації. Розробка моделі та виконання розрахунків У зв'язку з зазначеним можна зробити висновок, що для забезпечення експлуатаційної надійності та необхідних споживчих властивостей ІС-СО, запроектованих за принципом I, необхідно мати дані про динаміку температурного режиму вічній грунтів в підставах їх опор. Ця проблема може бути досить еф-

    оо її I

    Modern technologies. System analysis. Modeling, 2019, Vol. 64, No. 4

    фективно вирішена з використанням методів математичного моделювання.

    Чисельних методів моделювання температурного режиму в підставі багатоповерхових житлових будинків і споруд присвячені дослідження багатьох вчених [614], проте в даних роботах не в повній мірі відображено вплив специфічних природно-кліматичних, техногенних і конструктивних чинників, характерних для ИССО транспорту. Крім того, на відповідних етапах розробки цих методів завдання вирішувалися не в повному обсязі - частіше в одновимірної або двовимірної постановки з наступним накладенням або підсумовуванням отриманих результатів (методом суперпозиції).

    В даний час науковими колективами розроблені програмні комплекси для вирішення великорозмірних завдань тепло- і масообміну-на, а саме - «Permafrost 3D» (ТОВ «Пермаф-ростІнжінірінг»), «Frost 3D Universal» (ТОВ «НТЦ« СІММЕЙКЕРС »),« Femmodels »(професор С.А.Кудрявцев, Далекосхідний державний університет шляхів сполучення),« РТТ30 »(В.В. Пассек, Науково-дослідний інститут транспортного будівництва).

    Аналіз працездатності цих програмних комплексів показує, що для цілей моделювання теплового взаємодії ИССО транспорту з вічномерзлими підставами найбільш прийнятний програмний комплекс «Permafrost 3D», який має такі позитивні характеристики:

    - дозволяє формувати об'ємну модель споруд і їх грунтових підстав;

    - відносно простий в плані здавна

    початкових і граничних умов;

    - володіє прийнятним для практичних цілей швидкодією рішення великорозмірних завдань по знаходженню теплових полів в підставах мостових переходів.

    Даний комплекс розроблений фахівцями ТОВ «ПермафростІнжінірінг» для виконання тривимірних нестаціонарних теплотехнічних розрахунків взаємодії грунтів і інженерних споруд з урахуванням фазових переходів і фільтраційних властивостей ґрунтів. Програма «Permafrost 3D» має сертифікат відповідності, а також свідоцтво про державну реєстрацію програмного продукту.

    З огляду на сказане, було прийнято рішення про формування розрахункової моделі в середовищі «AutoCAD» з подальшою конвертацією в програмний комплекс «Permafrost 3D» для розрахунку температурних полів грунтів. Розрахункова модель виконується в середовищі «AutoCAD 3D» з використанням як базових інструментів, так і спеціально розроблених lisp-програм для прискорення і автоматизації процесів формування розрахункової моделі.

    На початковому етапі, на базі креслень (фасад, план і розріз) мостового переходу окремими блоками формуються його основні елементи - грунти підстави, підхідні насипу і опори моста. Як приклад наводиться виконана в середовищі «AutoCAD» модель мостового переходу (рис. 1).

    Граничні умови (ГУ) формуються також в середовищі «AutoCAD» у вигляді окремих груп блоків, «накривають» ті чи інші зони формування ГУ в межах мостового переходу. при

    Мал. 1. Модель мостового переходу

    Іркутського державного університету шляхів сполучення

    Сучасні технології. Системний аналіз. Моделювання № 4 (64) 2019

    цьому кількість зон для різних об'єктів (мостів) може бути різним і залежить від прийнятих проектних рішень, особливостей ландшафту, умов будівництва і експлуатації.

    Аналіз робіт [15-17] і натурних спостережень дозволяє виділити зони розташування ГУ, найбільш характерних для малих мостів, що експлуатуються на ДВЖД в південних районах поширення вічної мерзлоти. Як приклад показана найбільш поширена картина розподілу зон з різними ГУ для мостових переходів північного широтного ходу (рис. 2).

    Мал. 2. Картина розподілу зон з різними граничними умовами для умов південних ділянок Далекосхідної залізниці на прикладі однопролітного моста: 1 - зона природних умов (поле); 2 - укіс насипу (з ухилом I) орієнтації схід-захід; 3 - укіс насипу (з ухилом /) південній орієнтації; 4 - укіс насипу (з ухилом /) північній орієнтації; 5 - основна площадка, оголена від снігу та рослинності; 6 - сніговий вал на схилі (шириною 3 м); 7 - оголена поверхня насадки і шафового блоку підвалини; 8 - зона снігових відкладень змінної товщини (в залежності від висоти підмостового габариту к); 9 - Підмостовий простір вільний від снігового покриву

    Для однопролітного малого моста, розташованого на суходолі, формування ГУ визначаться впливом природно-кліматичних, конструктивно-технологічних і техногенних факторів, т. Е. Повинні враховуватися геометричні особливості (довжина моста, отвір моста, висота мосту, крутизна укосів підхідних насипів і

    ін.) мостового переходу, його розташування (орієнтація) в просторі, вплив формування снігових відкладень і рослинності, а також особливості проектних рішень і експлуатації (наявність охолоджуючих заходів, порожнини під підвалиною, засипка баластом укосів, відсутність снігу на основному майданчику та ін.) . Таким чином, для даної моделі моста було виділено 9 зон формування ГУ (див. Рис. 2).

    На наступному кроці в ПК «Permafrost 3D» задаються теплофізичні параметри грунтів підстав і параметри граничних умов - температури повітря і коефіцієнти теплообміну для відповідних зон їх формування. Потім в програмному комплексі виставляється час початку і кінця моделювання і проводиться розрахунок.

    Для апробації та перевірки коректності розробленої моделі було прийнято рішення виконати розрахунок за визначенням теплового режиму вічній підстав і підхідних насипів конкретного (реального) мостового переходу.

    Авторами у співпраці з Тиндінского мерзлотной станцією було вироблено обстеження ряду штучних споруд на Верх-незейской дистанції на предмет встановлення деформацій, а також натурні вимірювання температур в підставі мостових споруд [18-20]. Крім того, був проведений аналіз вимірювань теплового режиму мостів за останні 35 років (з моменту будівництва БАМу), ці дані представлені Тиндінского мерзлотной станцією. Слід зазначити, що мова йде про малих мостах, побудованих за принципом I, зі збереженням мерзлоти в підставі протягом усього періоду експлуатації.

    Таким чином, для розрахунку було прийнято споруда, що має найбільшу кількість робочих термотрубок (натурних вимірювань температур), а саме, малий міст по схемі 1х15,8, розташований на км 2725 ПК 2 + 95 Верхнезей-ської дистанції колії ДВЖД (рис. 3).

    Після створення розрахункової моделі моста в середовищі «AutoCAD» виконується її конвертація в програмний комплекс «Permafrost 3D» за вказаною алгоритму.

    Далі представлені вихідні дані теп-лофізіческіх характеристик матеріалів конструкцій, грунтів насипу і підстави мостового переходу (табл. 1), наведені температури повітря (при середньорічній багаторічної температурі повітря -4,1 ° С) і значення розрахункових коефіцієнтів тепловіддачі на різних зонах мостового переходу ( табл. 2, 3).

    оо її I

    Modern technologies. System analysis. Modeling, 2019, Vol. 64, No. 4

    Мал. 3. Схема моста на км 2725 ПК 2 + 95

    Таблиця 1

    Теплофізичні характеристики матеріалів конструкцій,

    _грунтов насипу і підстави мостового перехода_

    Вид грунту (матеріалу) Щільність сухого ґрунту (матеріалу) pd, кг / м3 Сумарна вологість грунту, Wtot, д. Е. Коефіцієнт теплопровідності, Вт / м ° С Об'ємна теплоємність, кДж / м3 ° С Температура початку замерзання, ° C

    ^ Th if З th З f

    Насипний ґрунт (гра-війна -галечніковий) 1 800 0,1 1,98 2,21 2 410 2 030 -0,1

    Пісок середньої крупності оторфованний, насичений водою 1 790 0,28 2,67 2,84 3 170 2 410 -0,1

    Супісок гравелисті оторфованнная, зміст льоду 45%, при відтаванні текуча 700 1,0 1,9 2,1 3 600 2 100 -0,15

    Торф, при відтаванні насичений водою 300 3,0 0,5 1,4 4 150 2 400 -0,25

    Бетон 2 500 0,01 2,04 2,04 2 016 2 016 -0,1

    Примітка. Залежність змісту незамерзаючих води від температури для кожного виду грунту задається в ПК «Permafrost 3D» у вигляді графіка Ww = f (T).

    Таблиця 2

    Наведені температури повітря на різних зонах мостового переходу

    Номер граничних умов Номери місяців по порядку Середнє значення

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

    1 30,7 -23,5 -11,8 3,6 10, 3 17,4 19, 8 17,0 9,4 -2,0 -21,3 -30,6 -3,5

    2 30,8 -23,5 -11,8 3,4 12, 5 20,2 22, 5 19,3 10,9 -1,9 -19,9 -30,4 -2,5

    3 17,8 -16,0 -12,7 3,1 1,0 6,6 10, 3 11,1 7,1 4,3 -2,3 -11,9 -2,0

    4 30,7 -23,5 -11,8 3,6 12, 3 19,5 21, 7 18,4 10,4 -2,0 -21,3 -30,6 -2,8

    Іркутського державного університету шляхів сполучення

    Сучасні технології. Системний аналіз. Моделювання № 4 (64) 2019

    5 30,8 -23,5 -11,8 3,4 12, 5 20,2 22, 5 19,3 10,9 -1,9 -19,9 -30,4 -2,5

    6 28,8 -20,7 -7,9 4,8 14, 4 22,1 24, 6 21,0 12,1 -0,2 -21,3 -29,4 -0,8

    7 30,7 -23,5 -11,8 3,6 12, 3 19,5 21, 7 18,4 10,4 -2,0 -21,3 -30,6 -2,8

    8 30,0 -23,5 -12,2 0,1 8,9 15,8 18, 2 15,7 8,5 -2,5 -19,1 -29,4 -4,1

    Примітка. Зони граничних умов: 1 - зона природних умов (поле); 2 - укіс насипу (1: 2) орієнтації схід - захід; 3 - укоси насипу (1: 1,5) південній і північній орієнтації, покриті кам'яною накидкою; 4 - основна площадка, оголена від снігу та рослинності; 5 - сніговий вал на схилі (шириною 3 м); 6 - оголена поверхня насадки і шафового блоку підвалини; 7 - зона снігових відкладень змінної товщини (в залежності від висоти І); 8 - Підмостовий простір вільний від снігового покриву.

    Т а б л і ц а 3

    Значення розрахункових коефіцієнтів тепловіддачі на різних зонах мостового перехода_

    Номер граничних умов Номери місяців по порядку Середнє значення

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

    1 0,55 0,52 0,4 9 1,17 0,85 0,85 0,84 0,84 0,84 1,1 2 0,59 0,44 0,55

    2 0,55 0,52 0,4 9 1,17 17,34 16,32 15,08 14,24 14,99 1,1 2 0,59 0,44 0,55

    3 - - - - - - - - - - - - -

    4 2,36 2,48 2,6 4 16,51 17,34 16,32 15,08 14,24 14,99 2,6 2 2,50 2,33 2,36

    5 0,38 0,35 0,3 3 0,80 17,34 16,32 15,08 14,24 14,99 0,7 7 0,40 0,30 0,38

    6 - - - - - - - - - - - - -

    7 0,53 0,50 0,4 8 1,08 3,30 3,26 3,21 3,17 3,20 1,0 4 0,57 0,43 0,53

    8 5,63 6,36 7,4 8 10,29 17,34 16,32 15,08 14,24 14,99 6,3 0 5,57 4,79 5,63

    Примітка. Для зон 3 і 6 приймається гранична умова 1-го роду.

    Власне завдання по визначенню теплового режиму в підставі однопролітного малого моста виконується в кілька основних етапів:

    1. Рішення оберненої задачі з підбору коефіцієнта теплообміну для зони природних умов (поле) в одновимірної постановці.

    2. Визначення теплового поля грунтів основи в тривимірній постановці без споруди (мостового переходу) для граничних умов, встановлених на етапі 1.

    3. Визначення температурного режиму грунтів основи після будівництва мостового переходу, з використанням даних етапу 2.

    Нижче наведені результати розрахунків по визначенню температурного режиму грунтів основи і насипів мостового переходу (по осі моста) на 35 рік його експлуатації (рис. 4), показані результати визначення температурного режиму вічній підстави підвалини № 1 на

    35 рік експлуатації по натурних і розрахунковими даними (рис. 5).

    Мал. 4. Тепловий режим грунтів в основі штучного споруди (по осі моста) на 35 рік експлуатації

    оо її I

    Modern technologies. System analysis. Modeling, 2019, Vol. 64, No. 4

    Аналіз виконаних розрахунків показує, що розрахункова модель досить адекватно описує наявні «в натурі» умови. Незначні відмінності розрахункових і натурних параметрів, очевидно, обумовлені недостатньо точно визначеними граничними умовами внаслідок складності визначення коефіцієнта тепловіддачі для реальних умов.

    Незважаючи на наявні проблеми відсутності докладних вимірів теплового режиму підстав споруд, на нашу думку, розроблена модель може використовуватися для прогнозування температурного режиму підстав малих споруд (мостів), що експлуатуються в південних районах поширення вічної мерзлоти Далекосхідного регіону, за різними сценаріями зміни природно-кліматичних і техногенних факторів.

    висновок

    1. Для забезпечення експлуатаційної надійності та необхідних споживчих властивостей малих і середніх мостів на транспортних магістралях, розташованих в північній будівельної кліматичній зоні, необхідно виконувати про-

    гноз температурного режиму вічній грунтів в районі розташування споруд.

    2. Досить оперативно ця проблема може бути вирішена за допомогою методів математичного моделювання. Найбільш прийнятним для цих цілей є програмний комплекс «Permafrost 3D».

    3. Розроблена математична модель була реалізована для конкретного ИССО, що експлуатується 35 років на Верхнезейской дистанції колії ДВЖД. Вибір даного об'єкта обумовлений наявністю багаторічних натурних термометричні спостережень за грунтами в його підставі.

    4. Виконані розрахунки показали працездатність моделі та її адекватність. Дані по температурному режиму вічній підстав, отримані за результатами моделювання, дуже близькі до даних натурних вимірювань.

    Розроблена математична модель може бути використана в практиці експлуатації мостових споруд для цілей прогнозу їх де-формативного і своєчасного прийняття управлінських рішень, спрямованих на забезпечення нормального технічного стану і вантажопідйомності ИССО.

    СПИСОК

    1. Рекомендації з проектування та будівництва опор автодорожніх і залізничних мостів на вічній грунтах / Н.М. Глотов та ін. М.: ЦНДІЗ, 1988. 107 с.

    2. Дмитрієв Ю.В., Бахарєв І.І. Оптимальні типи і конструкції малих штучних споруд для умов БАМу // Проектування, будівництво та експлуатація БАМу. Л., 1978. С. 91-93.

    3. До питання про проектування фундаментів малих і середніх мостів в умовах центральної частини БАМ / Опарін А.А. та ін. // Праці НІІЖТ. Новосибірськ, 1975.

    4. Керівництво з проектування та будівництва стовпчастих фундаментів і опор малих і середніх мостів БАМ на вічній грунтах, що використовуються в підставі за принципом I / ВНІІТС. М., 1978. 12 с.

    5. Wallace A.J., Williams P.J. Problems of building roads in the north. Canadien Geogr. J., 1974. Vol. 89, №1-2, Р. 40-47.

    6. Пассек В.В., Пассек Вяч.В. Удосконалення алгоритму розрахунку на ЕОМ температурного режиму вічній грунтів підстав транспортних споруд // Зб. науч. тр. ЦНДІЗ. М., 1996. С. 91-97.

    7. Герасимова Є.І. Вплив мостового підвалини на формування температурного режиму грунтів основи в умовах БАМ. Температурний режим і питання підвищення стійкості і довговічності транспортних споруд на БАМ. М., 1980. С. 33-39.

    8. Пассек В.В. Розрахунок на ЕОМ тривимірних температурних полів в транспортних спорудах. // Транспортне будівництво. 1978. № 10. С. 37-38.

    9. Кудрявцев С.А., Юсупов С.Н. Дослідження розподілу температурних полів в насипу на ділянці Забайкальської залізниці. Хабаровськ: Изд-во ДВГУПС. 2004. С. 27-32.

    10. Exadaktylos G. E. Freezing-Thawing Model for Soils and Rocks. Journal of Materials in Civil Engineering. 2006. Vol. 18. №. 2. Р. 241-249.

    11. Coutts R. J., Konrad J. M. Finite Element Modelling of Transient None-Linear Heat Flow Using the Node State Method. Intl. Ground Freezing Conf. France, 1994.

    12. Barna Lynette A., Shoop Sally A., Coutermarsh Barry A. One-dimensional computer models to estimate frost depth // Cold Regions Engineering. 2009. Р. 110-118.

    13. Saarelainen S. Modelling frost heaving and frost penetration in soil at some observation sites in Finland. The SSR model. Espoo 1992 року, VVT, VVV Publication 95. 120 p.

    14. Liu Jiankun, Li Dongqing, Ma Wei, Zhang Luxin. Modeling of the Sun-Precipitation Shed in Protecting Roadbed-cut on Permafrost in Tibet, China. Permafrost Engineering. Proceedings of the Fifth Symposium on Permafrost Engineering. Yakutsk: Permafrost Institute Press. 2002. Vol. 2.

    15. Пассек В.В. Методика прогнозування температурного режиму грунтів підстав для проектування мостових переходів в умовах Заполяр'я. : Дис. кандидата техн. наук: 05.23.15.- Москва, 2000.- 182 с.

    16. Вербух Н.Ф. Конструктивні рішення земляного полотна та штучних споруд на автомобільних дорогах для умов центральної Якутії: дис. ... канд. техн. наук. М., 2008.

    Іркутського державного університету шляхів сполучення

    Сучасні технології. Системний аналіз. Моделювання № 4 (64) 2019

    17. СП 32-101-95. Проектування і влаштування фундаментів опор мостів в районах розповсюдження вічній грунтів. М.: Трансбуд, 1996. 95 с.

    18. Миронов В.А., Гаврилов І.І. Температурний моніторинг земляного полотна зони БАМ в сучасних природно-кліматичних умовах // матеріали конф. (Читання, присвячені професору Г.М. Шахунянца). М.: МИИТ, 2009. 223 с.

    19. Карпачова Д.Ю., Гаврилов І.І. Спостереження за температурою в вічній грунтах // Колія та колійне господарство. 2014. № 12 С. 12-16.

    20. Швець. Я.А., Гаврилов І.І. Вплив зміни клімату на температурний режим многолетнемерзлих підстав експлуатованих штучних споруд // Транспортне будівництво. 2018. № 10. С. 10-13.

    REFERENCES

    1. Glotov N.M., Passek V.V., Drobyshevskii B.A. et al. Rekomendatsii po proektirovaniyu i postroike opor avtodorozhnykh i zheleznodorozhnykh mostov na vechnomerzlykh gruntakh [Recommendations for the design and construction of pillars for road and railway bridges on permafrost soils]. Moscow: TsNIIS Publ., 1988, 107 p.

    2. Dmitriev Yu.V., Bakharev I.I. Optimalnye tipy i konstrkktsii malykh iskusstvennykh sooruzhenii dlya uslovii BAMa [Optimal types and designs of small artificial structures for BAM conditions]. Proektirovanie, stroitel'stvo i ekspluatatsiya BAMa [Design, construction and operation of BAM]. L., 1978, pp. 91-93.

    3. Oparin A.A. et al. K voprosy o proektirovanii fundamentov malykh i srednikh mostov v usloviyakh tsentral'noi chasti BAM [To the question of designing the foundations of small and medium-size bridges in the conditions of the central part of the BAM]. Trudy NIIZhT [Proceedings of Railway Research Institute], 1975.

    4. Rukovodstvo po proektirovaniyu i postroike stolbchatykh fundamentov i opor malykh i srednikh mostov BAM na vechnomerzlykh gruntakh, ispol'zuemykh v osnovanii po printsipu I [Guidance on the design and construction of columnar found a-tions and pillars of small and medium-sized BAM bridges in permafrost soils used in the foundation according to principle I]. VNIITS Publ., 1978, pp12 .

    5. Wallace A.J., Willyams P.J. Problems of building roads in the north. Canadien Geogr. J., 1974, Vol. 89, No.1-2, pp. 40-47.

    6. Passek V.V., Passek V.V. Sovershenstvovanie algoritma rascheta na EVM temperaturnogo rezhima vechnomerzlykh gryntov osnovanii transportnykh sooryzhenii [Improving the calculation algorithm on electro-computers of the temperature regime of permafrost soils of the foundations of transport structures.]. Sborniknauchnykh trudov TsNIISa [Collection of scientific works of CNRIS], 1996, pp. 91-97.

    7. Gerasimova E.I. Vliyanie mostovogo ustoya na formirovanie temperaturnogo rezhima gruntov osnovaniya v usloviyakh BAM [The influence of bridge abutment on the formation of the temperature regime of foundation soils under the conditions of BAM]. Tem-peraturnyi rezhim i voprosy povysheniya ustoichivosti i dolgovechnosti transportnykh sooryzhenii na BAM [Temperature conditions and issues of increasing the stability and durability of transport facilities at BAM]. Moscow: 1980, pp. 33-39.

    8. Passek V.V. Raschet na EVM trekhmernykh temperaturnykh polei v transportnykh sooruzheniyakh [Calculation on electric computers of three-dimensional temperature fields in transport facilities]. Transportnoe stroitelstvo [Transport construction], 1978, No. 10, pp. 37-38.

    9. Kydryavtsev S.A., Yusypov S.N. Issledovanie raspredeleniya temperaturnykh polei v nasypi na uchastke Zabaikalskoi jeleznoi dorogi [Study of the distribution of temperature fields in the embankment in the section of the Trans-Baikal Railway]. DVGUPS Publ., 2004, pp. 27-32.

    10. Exadaktylos G. E. Freezing-Thawing Model for Soils and Rocks. Journal of Materyals in Civil Engineering. 2006, Vol. 18, No. 2, pp. 241-249.

    11. Coutts R. J., Konrad J. M. 1994. Finite Element Modelling of Transient None-Linear Heat Flow Using the Node State Method. Intl. Ground Freezing Conf. France. November.

    12. Barna L. A., Shoop S. A., Coutermarsh B. A. One-dimensional computer models to estimate frost depth. Cold Regions Engineering 2009, pp. 110-118.

    13. Saarelainen S. Modelling frost heaving and frost penetration in soil at some observation sites in Finland. The SSR model. Espoo 1992 року, VVT, VVV Publication 95. 120 p.

    14. Liu J., Li D., Ma W., Zhang L. Modeling of the Sun-Precipitation Shed in Protecting Roadbed-cut on Permafrost in Tibet, China. Permafrost Engineering. Proceedings of the Fifth Symposium on Permafrost Engineering. Yakutsk: Permafrost Institute Press. 2002 - Vol. 2.

    15. Passek V.V. Metodika prognozirovaniya temperaturnogo rezhima gruntov osnovanii dlya proektirovaniya mostovykh perekhod-ov v usloviyakh zapolyarya: dissertatsiya na soiskanie uchenoi stepeni kand. tekhn. nauk [The methodology for predicting the temperature regime of foundation soils for the design of bridge crossings in the Arctic. Ph.D. (Engineering) diss.]. Moscow, 2000. 182 p.

    16. Verbykh N.F. Konstruktivnye resheniya zemlyanogo polotna i iskusstvennykh sooruzhenii na avtomobil'nykh dorogakh dlya uslovii tsentral'noi Yakytii: dis. na soiskanie uchenoi stepeni kand. tekhn. nauk. Nauchno-issledovatel'skii institut transportnogo stroitelstva [Constructive solutions of the subgrade and artificyal structures on highways for the conditions of central Yakutya. Ph.D. (Engineering) diss. Research Institute of Transport Construction]. Moscow, 2008.

    17. SP 32-101-95. Proektirovanie i ustroistvo fundamentov opor mostov v raionakh rasprostraneniya vechnomerzlykh gruntov [SP 32-10195. Design and construction of bases of bridge pillars in areas of permafrost soils]. Moscow, Korporatsiya «Transstroi» Publ., 1996, 95 p.

    18. Mironov V.A., Gavrilov I.I. Temperaturnyi monitoring zemlyanogo polotna zony BAM v sovremennykh prirodnoklimatich-eskikh usloviyakh [Temperature monitoring of the subgrade of the BAM zone in modern climatic conditions]. Trudy chteniya, posvyash-chennye 105-letiyu professora GM.Shahynyantsa [Readings dedicated to the 105th anniversary of Prof. G.M. Shakhunyants]. Moscow: MIIT Publ. 2009 pp. 223

    19. Kropachev D.Yu., Gavrilov I.I. Nablyudeniya za temperaturoi v vechnomerzlykh gruntakh [Observations of temperature in permafrost soils]. Put 'i putevoe khozyaistvo [Track and track facilities], 2014. No. 12, pp. 12-16.

    20.Shvets Ya.A., Gavrilov I.I. Vliyanie izmeneniya klimata na temperaturnyi rezhim mnogoletnemerzlykh osnovanii ekspluatirue-mykh iskusstvennykh sooruzhenii [The impact of climate change on the temperature regime of permafrost of exploited artificial structures]. Transportnoe stroitel'stvo [Transport construction], 2018. No 10, pp. 10-13.

    оо її I

    Modern technologies. System analysis. Modeling, 2019, Vol. 64, No. 4

    Інформація про авторів

    Authors

    Смишляєв Борис Миколайович - к. Т. Н., Доцент кафедри мостів, тунелів і підземних споруд, Далекосхідний державний університет шляхів сполучення, м Хабаровськ, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Швець Ярослав Олексійович - викладач кафедри мостів, тунелів і підземних споруд, Далекосхідний державний університет шляхів сполучення, м Хабаровськ, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Кауркін Василь Дмитрович - директор з проектування ТОВ «ПермафростІнжінірінг», м Ярославль, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Гнатюк Іванна Ігорівна - аспірант кафедри геокриологии, Московський державний університет ім. М.В. Ломоносова, м.Москва, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    для цитування

    Смишляєв Б. Н. Математичне моделювання температурного режиму вічній підстав опор малих і середніх мостів з використанням програмного комплексу «Permafrost 3D» / Б. Н. Смишляєв, Я. А. Швець, В. Д. Кауркін, І. І. Гнатюк // Сучасні технології. Системний аналіз. Моделювання. - 2019. - Т. 64, № 4. - С. 147-155. - DOI: 10.26731 / 1813-9108.2019.4 (64) .147-155

    УДК 656.02

    Boris Nikolaevich Smyshlyaev - Ph.D. in Engineering Science, Associate Professor of the Subdepartment of Bridges, Tunnels and Underground Constructions, Far Eastern State Transport University, Khabarovsk, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Yaroslav Alekseevich Shvets - Faculty member of the Subdepartment of Bridges, Tunnels and Underground Constructions, Far Eastern State Transport University, Khabarovsk, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Vasilii Dmitrievich Kaurkin - Project Engineer, PermafrostEngineering Company, Yaroslavl, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Ivanna Igorevna Gnatyuk - Ph.D. student, the Subdepartment of Geology, Moscow State University, Moscow, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    For citation

    Smyshlyaev BN, Shvets YA, Kaurkin VD, Gnatyuk II Matematicheskoe modelirovanie temperaturnogo rezhima vech-nomerzlyh osnovanij opor malyh i srednih mostov s ispol'zovaniem programmnogo kompleksa "Permafrost 3D" [Mathematical modeling of temperature regime of permafrost pillar bases of small and medium-size bridges using permafrost 3d software]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern Technologies. System Analysis. Modeling], 2019. Vol. 64, No. 4. Pp. 147-155. DOI: 10.26731 / 1813-9108.2019.4 (64) .147-155

    DOI: 10.26731 / 1813-9108.2019.4 (64)., 155-161

    Н. В. Кроль, Н. Н. Григор'єва, В. А. Оленцевич, Р. Ю. Упир

    Іркутський державний університет шляхів сполучення, м Іркутськ, Російська Федерація Дата надходження: 17, вересня 2019 р.

    ШЛЯХИ ВДОСКОНАЛЕННЯ ГОСПОДАРСЬКОГО МЕХАНІЗМУ ПРИ РОЗВИТКУ КЛІЄНТСЬКОЇ БАЗИ ВАНТАЖНИХ ПЕРЕВЕЗЕНЬ

    Анотація. При значній кількості перевізників пасажирів та вантажів питання клієнтоорієнтованості займає пріоритетне місце при розвитку транспортних компаній. У статті розглядаються фактори, що впливають на ціноутворення тарифу за перевезення вантажу на залізничному транспорті, наводиться аналіз розмірів навантаження по групах вантажів за період 2016-2018 рр., Де відбивається динаміка зростання за рахунок низькомаржинального сегмента. Наводиться методика розрахунку тарифної плати за перевезення однієї тонни вантажу, вагона, а також формула економічних втрат вантажовласників. На основі класифікації факторів, що впливають на величину втрат вантажовласників при користуванні послугами залізничного транспорту, проведений розрахунок оцінки економічних втрат клієнта при користуванні послугою «залізничне перевезення», який показав лінійну залежність кінцевого результату від обсягу вантажу і термінів доставки. Беручи до уваги результати, отримані при розрахунку, зроблено висновок про необхідність створення нової технології перевезень, яка дозволить значно зменшити час доставки вантажів, вартість перевезення і, відповідно, позитивно налаштує потенційного клієнта до користування послугами залізничного транспорту. При формуванні нової системи тарифного регулювання необхідно вирішити завдання опрацювання обґрунтованих принципів тарифного регулювання; формування системного підходу до регулювання як інструменту проведення структурної реформи залізничного транспорту; створення формалізованої і зручною в застосуванні тарифної ідеології з урахуванням принципів клієнтоорієнтованості.

    Ключові слова: залізничні перевезення; клієнтоорієнтованість; тарифне регулювання; транспортні витрати; інфраструктура; економічні втрати; інновації.

    N. V. Krol ', N. N. Grigor'eva, V. A. Olentsevich, R. Yu. Upyr '

    Irkutsk State Transport University, Irkutsk, the Russian Federation Received: September 17, 2019

    © Н. В. Кроль, Н. Н. Григор'єва, В. А. Оленцевич, Р. Ю. Упир, 2019

    155


    Ключові слова: МАЛІ І СЕРЕДНІ ЗАЛІЗНИЧНІ МОСТИ /Підвищена деформативність /ЕКСПЛУАТАЦІЙНА НАДІЙНІСТЬ /вічній грунтів /ТЕМПЕРАТУРНИЙ РЕЖИМ /SMALL AND MEDIUM-SIZE RAILWAY BRIDGES /SEVERE CLIMATE /PERMAFROST SOILS /TEMPERATURE REGIME

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити