624.012.35
539.3

пристрій
залишкові деформації
проектування
пластичний шарнір
рухомий склад залізниць
щільність грунтової засипки
device
residual deformations
designing
plastic hinge
rolling stock of railways
soil fill stabilization

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.

1. Ковальчук, В.В. Вплив товщини гофрованого елемента на напружено-деформований стан металевих гофрованих конструкцій. [Текст] В.В. Ковальчук // Вісник Дніпропетровського нац. ун- ту. залізн. транспорту ім. академ. В. Лазаряна «Наука та прогрес транспорту». – Дніпропетровськ, 2015. – Вип. 3 (57). – С. 199 – 207. doi: http://dx.doi.org/10.15802/stp2015/46079.
2. Лучко, Й.Й. Дослідження несучої здатності металевої гофрованої конструкції за критерієм розвитку пластичного шарніру у вершині труби [Текст] / Й.Й. Лучко, В.В. Ковальчук, О.С. Набоченко // Вісник Дніпропетровського нац. ун-ту. залізн.. транспорту ім..академ. В.Лазаряна «Наука та прогрес транспорту». – Дніпропетровськ, 2015. – Вип. 5 (59). – С. 180 – 194. doi:10.15802/stp2015/55340.
3. Kovalchuk, Research and analysis of the stressed-strained state of metal corrugated structures of railroad tracks [Теxt] / V. Kovalchuk, J. Luchko, I. Bondarenko, R. Markul, B. Parneta // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – Kharkov.: 6/7 (84), 2016. – С.4 – 10. doi: http://dx.doi.org/10.15587/1729-4061.2016.84236.
4. Новодзинский, А.Л. Учет влияния толщины гофророванного элемента на прочность и устойчивость металлической водопропускной трубы [Текст] / А.Л. Новодзинский, В.И. Клевеко // Вестник ПНИПУ. Строительство и архітектура № 1, – 2012. – С.81 – 94.
5. Wysokowski, A. Mostowe konstrukcje gruntowo – powlokowe. Laboratoryjne badania niszczace. Awarie w czasie budowy i eksploatacji [Тext] / A. Wysokowski, L. Janusz // XXIII konferencja naukowo-techniczna. – Szczecin, – 2007. – P. 541 – 550.
6. Esmaeili1, M. Minimum depth of soil cover above long-span soil-steel railway bridges [Тext] / M. Esmaeili, J. Ali Zakeri, P.H. Abdulrazagh // Intern. J. of Advanced Structural Engineering. – 2013. – Vol. 5. – Iss. 1. – Р. 1 – 7. doi: http://www.advancedstructeng.com/content/5/1/7.
7. Ahad, F.R. Modeling the Dynamic Failure of Railroad tank cars using a physically motivated internal state variable plasticity / damage nonlocal model [Тext] / F.R. Ahad, К. Enakoutsa, K.N. Solanki, Y. Tjiptowidjojo, D.J. Bammann // Modelling and Simulation in Engineering. – 2013. – 11 p. doi: http://dx.doi.org/10.1155/2013/815158.
8. Saat, M.R. Generalized railway tank car safety design optimization for hazardous materials transport: Addressing the trade-off between transportation efficiency and safety [Тext] / M.R. Saat, C. P.L. Barkan // J. of Hazardous Materials. – 2011. – № 189 (1–2). – Р. 62 – 68. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j. jhazmat.2011.01.136.
9. ДБН В.2.3-14: 2006 „Споруди транспорту. Мости та труби. Правила проектування”. К., 2006.-359 с.
10. Посібник до ВБН В.2.3-218-198:2007 Споруди транспорту. Проектування та будівництво споруд із металевих гофрованих конструкцій на автомобільних дорогах загального користування: рекомендовано науково-технічною радою ДерждорНДІ від 17 листопада 2006 р. № 14. – К., 2007.-122 с.
11. Duncan, J.M., Drawsky, R.H. Design Procedures for Flexible Metal Culvert Structures, Reports No. UCB/GT/83-02, Department of Civil Eng., University of California, Berkeley, 1983.
12. Vaslestad, J. Long-term behaviour of flexible large-span culverts, Norwegian Public Road Administration – Publication No. 74, p. 38, Oslo, 1994.
13. Handbook of steel drainage and highway construction products, American Iron and Steel Institute, 2ed edition, Canada, June 2002.
14. AASHTO: Standart Specifications for Highway Bridges. American Association of State Highway and Transportation Officials, 444 N. Capitol St., N. W., Ste. 249, Washington, D. C., 2001.
15. Waster, M. RORBROAR. Verifiering av nyutvecklat dimensioneringsprogram samt vidareutveckling for jernvagstrafik. Orebro University, Sweden, 2008. – 143 p.
16. Pettersson, L. Design of soil steel composite bridges [Тext] / L. Pettersson, H. Sundquist. – Structural Desing and Bridges, Stockholm, 2007. – 84 р.
17.Лучко Й.Й. Вимірювання напружено-деформованого стану конструкцій мостів при змінних температурах і навантаженнях: Монографія [Текст] / Й.Й. Лучко, В.В. Ковальчук. – Львів: Каменяр, 2012. – 235 с.
18. Патент №93604 МПК G 01 В 5/30, E04B 1/00. Пристрій для вимірювання та оцінки напружено- деформованого транспортних споруд при змінних температурах і статичних та динамічних навантаженнях [Текст] / В.В. Ковальчук; заявник Ковальчук В.В. – № u2014 04271; заявка 22.04.2014 р., опубл. 10.10.2014, Бюл. № 19.
19. Патент № 94540 МПК G 01 В 5/30. Спосіб визначення напружень у мостових конструкціях та металевих гофрованих трубах, які виникають внаслідок дії змінних температур та навантажень [Текст] / Й.Й. Лучко, О.М. Возняк, В.В. Ковальчук; заявник Ковальчук В.В. – № u2014 01808; заявка 24.02.2014 р., опубл. 25.11.14, Бюл. № 22.

1. Koval'chuk V.V. Vplyv tovshchyny hofrovanoho elementa na napruzheno-deformovanyy stan metalevykh hofrovanykh konstruktsiy. Visnyk Dnipropetrovs'koho nats. un-tu. zalizn.. transportu im..akadem. V.Lazaryana «Nauka ta prohres transportu». Dnipropetrovs'k, 2015, Vol. 3 (57), pp. 199 – 207. doi: http://dx.doi.org/10.15802/stp2015/46079 [in Ukraine].
2. Luchko Y.Y., Koval'chukV.V., Nabochenko O.S. Doslidzhennya nesuchoyi zdatnosti metalevoyi hofrovanoyi konstruktsiyi za kryteriyem rozvytku plastychnoho sharniru u vershyni truby. Visnyk Dnipropetrovs'koho nats. un-tu. zalizn.. transportu im..akadem. V.Lazaryana «Nauka ta prohres transportu». Dnipropetrovs'k, 2015. Vol. 5 (59), pp.180 – 194. doi: 10.15802/stp2015/55340 [in Ukraine].
3. Kovalchuk V., LuchkoJ., BondarenkoI., Markul R., Parneta B. Research and analysis of the stressed-strained state of metal corrugated structures of railroad tracks. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. Kharkov: 6/7 (84), 2016, pp. 4 – 10. doi: http://dx.doi.org/10.15587/1729-4061.2016.84236.
4. Novodzinskiy A.L., Kleveko V.I. Uchet vliyaniya tolschinyi gofrorovannogo elementa na prochnost i ustoychivost metallicheskoy vodopropusknoy trubyi [Tekst]. Vestnik PNIPU. Stroitelstvo i arhItektura № 1, 2012, pp. 81 – 94 [in Russian].
5. Wysokowski A., Janusz L. Mostowe konstrukcje gruntowo – powlokowe. Laboratoryjne badania niszczace. Awarie w czasie budowy i eksploatacji [Тext]. XXIII konferencja naukowo-techniczna.- Szczecin, 2007, pp. 541 – 550.
6. Esmaeilil M., Ali J., Zakeri P.H. Abdulrazagh Minimum depth of soil cover above long-span soil-steel railway bridges [Тext]. Advanced Structural Engineering, 2013, Vol. 5, Iss. 1, pp. 1 – 7. doi: http://www.advancedstructeng.com/content/5/1/7.
7. Ahad F.R., Enakoutsa К., Solanki K.N., Tjiptowidjojo Y., Bammann D.J. Modeling the Dynamic Failure of Railroad tank cars using a physically motivated internal state variable plasticity /damage nonlocal model [Тext]. Modelling and Simulation in Engineering, 2013, 11 p. doi: http://dx.doi.org/10.1155/2013/815158.
8. Saat M.R., Barkan C.P. L. Generalized railway tank car safety design optimization for hazardous materials transport: Addressing the trade-off between transportation efficiency and safety [Тext]. Hazardous Materials, 2011, No. 189 (1–2), pp. 62 – 68. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.jhazmat. 2011.01.136.
9. DBN V.2.3-14: 2006 „Sporudy transportu. Mosty ta truby. Pravyla proektuvannya”. K., 2006, 359 p. [in Ukraine].
10. Posibnyk do VBN V.2.3-218-198:2007 Sporudy transportu. Proektuvannya ta budivnytstvo sporud iz metalevykh hofrovanykh konstruktsiy na avtomobil'nykh dorohakh zahal'noho korystuvannya: rekomendovano naukovo-tekhnichnoyu radoyu DerzhdorNDI vid 17 lystopada 2006 r. № 14. K., 2007, 122 p. [in Ukraine].
11. Duncan J.M., Drawsky R.H. Design Procedures for Flexible Metal Culvert Structures, Reports No. UCB/GT/83-02, Department of Civil Eng., University of California, Berkeley 1983.
12. Vaslestad J. Long-term behaviour of flexible large-span culverts, Norwegian Public Road Administration – Publication No. 74, p. 38, Oslo, 1994.
13. Handbook of steel drainage and highway construction products, American Iron and Steel Institute, 2ed edition, Canada, June 2002.
14. AASHTO: Standart Specifications for Highway Bridges. American Association of State Highway and Transportation Officials, 444 N. Capitol St., N. W., Ste. 249, Washington, D. C., 2001.
15. Waster M. RORBROAR. Verifiering av nyutvecklat dimensioneringsprogram samt vidareutveckling for jernvagstrafik. Orebro University, Sweden, 2008, 143 p.
16. Pettersson L., Sundquist H. Design of soil steel composite bridges [Тext]. Structural Desing and Bridges, Stockholm, 2007, 84 р.
17. Luchko Y.Y., Koval'chuk V.V. Vymiryuvannya napruzheno-deformovanoho stanu konstruktsiy mostiv pry zminnykh temperaturakh i navantazhennyakh: Monohrafiya. L'viv: Kamenyar, 2012. 235 p. [in Ukraine].
18. Patent №93604 MPK G 01 V 5/30, E04B 1/00. Prystriy dlya vymiryuvannya ta otsinky napruzheno-deformovanoho transportnykh sporud pry zminnykh temperaturakh i statychnykh ta dynamichnykh navantazhennyakh / Koval'chuk V.V.; zayavnyk Koval'chuk V.V. No. u2014 04271; zayav. 22.04.2014 r., opublik. 10.10.2014, Byul. № 19 [in Ukraine].
19. Patent № 94540 MPK G 01 V 5/30. Sposib vyznachennya napruzhen' u mostovykh konstruktsiyakh ta metalevykh hofrovanykh trubakh, yaki vynykayut' vnaslidok diyi zminnykh temperatur ta navantazhen' / Luchko Y.Y., Voznyak O.M., Koval'chuk V.V.; zayavnyk Koval'chuk V.V. – No. u2014 01808; zayav. 24.02.2014 r., opublik. 25.11.14, Byul. № 22 [in Ukraine].