Аэродинамическая нагрузка от высокоскоростных поездов представляющая собой ударно-волновой импульс, оказывает воздействие на объекты инфраструктуры и искусственных сооружений, расположенных в непосредственной близости от высокоскоростных железнодорожных магистралей и может приводить к усталостным повреждениям, вследствие знакопеременности воздействия, а в некоторых случаях к механическим повреждениям или потере общей устойчивости конструкций. Во время движения поездов со скоростями более 200 км/ч, аэродинамические силы возрастают настолько, что их действие может вызвать разрушение отдельных объектов инфраструктуры или их элементов, если при расчете прочности указанные силы не были учтены. Воздушный поток поднимает щебень с насыпи и подсыпки шпал, что приводит к повреждениям стен и стекол вагонов, а также инфраструктуры расположенной вблизи железнодорожного пути. Отмечается также неблагоприятное воздействие на людей, в ряде случаев приведшее к человеческим жертвам.

Аэродинамическое воздействие от высокоскоростного поезда на конструкции, расположенные в непосредственной близости от железнодорожного пути, можно представить в виде бегущей волны с переменным положительным и отрицательным давлением сосредоточенной вблизи головы и хвоста поезда, а также в зоне сочленения поездов, если поезд представляет собой спаренный состав (рис. 14.23).

Рисунок 14.23. Аэродинамическое давление поезда на стенку на расстоянии 3,6 м от оси пути, при скорости 300 км/ч

Интенсивность воздействия зависит от:

- квадрата скорости поезда;

- аэродинамической формы поезда;

- формы конструкции;

- расстояния между поездом и конструкцией и ее расположения относительно поезда.

Частота аэродинамического воздействия характеризуется:

- скоростью поезда;

- длиной волны возмущения (для разных типов поездов составляет величину 15 … 25м);

- длиной поезда (параметр, определяющий «хвостовой эффект», т.е наложение аэродинамической волны в хвостовой части поезда с реакцией конструкции на воздействие от головной волны).

Нагрузки от аэродинамических воздействий на конструкции, расположенные в непосредственной близости от пути, возникающие при проходе высокоскоростных поездов, для характерных случаев определяются согласно зависимостям, представленным на рис. 14.16-14.17.

Если характеристические величины сил прикладываются к подвижному составу с наиболее неблагоприятной аэродинамической формой, они могут уменьшаться следующим образом:

- 85% от нормативного значения для поездов с гладкими боковыми поверхностями;

- 60% от нормативного значения для скоростных магистральных поездов (например, ETR, ICE, TGV, Eurostar и др.).

Рисунок 14.24. Величины воздействий на поверхность, параллельную железнодорожному пути

Рисунок 14.25. Величины воздействий на поверхность над железной дорогой

Вследствие указанных факторов, аэродинамическое воздействие от высокоскоростных поездов необходимо учитывать при расчётах конструкций искусственных сооружений и объектов инфраструктуры в тех случаях, когда величина этого воздействия будет оказывать значительное или определяющее значение при обосновании надежности в течении всего срока службы и безопасности эксплуатации проектируемых объектов.

Вопросы для самостоятельной проработки

1. Подвижная временная нагрузка на мостах ВСМ

2. Влияние жесткости пролетных строений на динамику подвижного состава

Дополнительная литература: Мосты на высокоскоростных железнодорожных магистралях / под ред. В.Н. Смирнова, СПб. :ФГБОУ ВПО ПГУПС, 2015. - 274 с.