Dynamics of an orthotropic railway bridge in the light of European Sandards

• Autorzy: Zbiciak A. , Oleszek R. , Michalczyk R.

Identyfikatory

DOI

10.1515/ace-2015-0078

Warianty tytułu

PL

Dynamika ortotropowego mostu kolejowego w świetle norm PN-EN

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents selected aspects of dynamic numerical simulations of an orthotropic steel railway bridge loaded by high-speed trains. The model of moving loads was adopted in accordance with the models set out in the applicable standards. The current European code requirements are referred in which the computer calculations of the dynamic response of the structure are the basis for assessing the suitability of the structure to carry high-speed rail traffic ( v > 160 km/h ). In this research the calculations are based on the author's method of generating traffic roads in Abaqus FEM environment. lt is emphasized in the paper that in most commercial FEM codes (including Abaqus), moving loads are not implemented in modules responsible for defining of loads. The author's approach to this issue allowed to obtain results confirming its adequacy. In the longer term, the authors will develop a plan to adapt this algorithm in order to generale traftic loads on bridges discretized as spatial and plane numerical models.

PL

Zagadnienia modelowania i symulacji mostów obciążonych pociągami szybkobieżnymi są istotne w świetle obowiązujących wymagań dotyczących obiektów inżynieryjnych na liniach kolejowych dużych prędkości. W konstrukcjach nowoprojektowanych lub przystosowywanych do nowych warunków eksploatacji, współczesne przepisy, oprócz rozwiązania zagadnienia własnego (analiza modalna), wymagają wykonania obliczeń dynamicznej odpowiedzi ustroju na obciążenia kolejowe (tzw. analiza czasowa). Analizy tego typu są konieczne, gdyż metody quasi-statyczne nie dają możliwości przewidywania skutków rezonansowych wywołanych pociągami poruszającymi się z dużymi prędkościami. W pracy przedstawiono pokrótce literaturę dotyczącą problematyki ruchomych obciążeń. Zagadnienia sprężystych belek i płyt są wykorzystywane w dynamice konstrukcji mostowych, a także w szacowaniu wytężenia nawierzchni kolejowych i drogowych, gdzie dodatkowo uwzględnia się dyskretne lub ciągłe modele podłoża, na których spoczywają wymienione elementy konstrukcyjne, przenoszące obciążenia. Rozpatrywane są siły o charakterze inercyjnym albo bezmasowym, zarówno skupione jak i rozłożone. Bardziej zaawansowane aplikacje dotyczą obciążeń w postaci ruchomych oscylatorów. W przypadku analiz czasowych wzory ścisłe znane z dynamiki budowli dotyczą elementarnych modeli konstrukcji i nieskomplikowanych schematów obciążeń. W realnych ustrojach, z uwagi na złożoność normowych modeli obciążeń pociągami dużych prędkości, do rozwiązania równań ruchu niezbędne są metody numeryczne. Przedstawiono sformułowanie podstawowych zadań w dynamice mostów kolejowych, obciążonych pociągami szybkobieżnymi oraz zasady opracowywania modeli fizycznych i matematycznych układu most-tor-pociąg (MTP), w którym uwzględnia się interakcję jego składników. W tym zakresie współczesne normy PN-EN dopuszczają pewne uproszczenia, które wynikają z trudności w określaniu dokładnych charakterystyk dynamicznych pojazdów szynowych.

Słowa kluczowe

EN

train model; HSLM; dynamic factor; dynamic response; railway bridge; numerical model

PL

model pociągu; HSLM; współczynnik dynamiczny; odpowiedź dynamiczna; most kolejowy; model numeryczny

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 62, nr 2
• Strony: 265--282
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., il.

Twórcy

autor

Zbiciak A.

• Warsaw University of Technology, Institute of Roads and Bridges, Warsaw

autor

Oleszek R.

• Warsaw University of Technology, Institute of Roads and Bridges, Warsaw

autor

Michalczyk R.

• Warsaw University of Technology, Institute of Roads and Bridges, Warsaw

Bibliografia

• 1. European Rail Research Institute, (2000), Rail Bridges for Speeds > 200 km/h – Final Report, D214FM997691ERPA.DOC/01.
• 2. L. L. Humar, A. M. Kashif, “Dynamic response of bridges under travelling loads”, Can. J. Civ. Eng., 20:287–298, 1993.
• 3. Id-2 Design guidelines for the railway engineering structures (in Polish). PKP-PLK S.A., Schedule to the Regulation No. 29/2005 by the PKP-PLK S.A. Management Board of 18th May 2015.
• 4. H. H. Jeffcott, "On the vibrations of beams under the action of moving loads", Phil.Magazine, 8(48):66–97. Ser. 7, 1929.
• 5. M. Klasztorny, „Dynamics of Beam Bridges Loaded by High-Speed Trains”, WNT, Warsaw, 2005
• 6. J. Langer, “Dynamics of structures” (in Polish), Wrocław University of Technology Publishing House, Wrocław, 1980.
• 7. M. Majka, M. Hartnett, "Effect of speed, load and damping on the dynamic response of railway bridges and vehicles", Computers and Structures, 86:556–572, 2008.
• 8. M. Majka, M. Hartnett, "Dynamic response of bridges to moving trains: A study on effects of random track irregularities and bridge skewness", Computers & Structures, 87(19-20):1233–1252, 2009.
• 9. M. Olsson, "Finite element, modal co-ordinate analysis of structures subjected to moving loads", Journal of Sound and Vibration 99(1) (1985), 1–12.
• 10. P. Paultre, O. Chaallal, J. Proulx, "Bridge dynamics and dynamic amplification factors – a review of analytical experimental findings", Can. J. Civ. Eng., 19:260–278, 1992.
• 11. A. Pipinato, "Moving loads bridge response: Structural analysis and eurocode provisions", Advanced Materials Research. Vol. 629. 2013.
• 12. PN-EN 1991-2:2007 Actions on structures. Part 2: Traffic loads on bridges, PKN, Warsaw .
• 13. F. S. Samani, F. Pellicano, "Vibration reduction on beams subjected to moving loads using linear and nonlinear dynamic absorbers", Journal of Sound and Vibration, 325:742–754, 2009.
• 14. SB-LRA (2007). Guideline for Load and Resistance Assessment of European Railway Bridges – Advices on the use of advanced methods. Prepared by Sustainable Bridges – a project within EU FP6.
• 15. K. Sturzbecher, “Dynamic analysis of railroad bridge concrete encased girder spans under the loads with 250- 350 km/h traffic speeds”, Archives of the Institute of Civil Engineering of the Poznań University of Technology No. 4/2008, Poznań 2008
• 16. Technical standards – Specific design guidelines for modernisation or construction of railway lines up to maximum speed vmax ≤ 200 km/h (for conventional rolling stock) and 250 km/h (for tilting rolling stock). PKP PLK S.A., 14/06/2010]
• 17. S. P. Timoshenko, "On the forced vibrations of bridges", Phil.Magazine, 43:1018–1019. Ser. 6, 1922.
• 18. UIC CODE 776-2. Design requirements for rail-bridges based on interaction phenomena between train, track and bridge. International Union of Railways, June 2009.
• 19. Union Internationale des Chemins de Fer, (2003), UIC Code – Design requirements for rail-bridges based on interaction phenomena between train, track, bridge and in particular, speed.
• 20. H. Xia, N. Zhang, G. de Roeck, "Dynamic analysis of high speed railway bridge under articulated trains, Computer and Structures, 81 (2003) 2467-2478.
• 21. A. Zbiciak, M. Ataman, “Dynamic analysis of a discrete-continuum system of the vehicle-beam using Simulink software” (in Polish). Theoretical Foundations of Civil Engineering, Publishing House of the Warsaw University of Technology, Warsaw, 2008, pp. 377-382.
• 22. H. Zobel, A. Zbiciak, R. Oleszek, R. Michalczyk, P. Mossakowski, “Numerical identification of the dynamic characteristics of a steel-concrete railway bridge”, Roads and Bridges 2014(13), pp. 275-301
• 23. K. Żółtowski, A. Madaj et al., “Modernisation of the railroad bridge over the Pilica river with upgrading to highspeed train traffic”, AIIL 4/2010, Poznań University of Technology Publishing House, Poznań 2010, pp. 289-299.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.