Współczynniki dynamiczne ugięć pionowych w analizie numerycznej belkowych mostów kolejowych

• Autorzy: Podwórna M.

Warianty tytułu

EN

Numerical analysis of beam rail bridges - impact factors in the vertical deflection

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy omówiono współczynniki ugięcia uzyskane w analizach dynamicznych układów BTT - most zespolony / nawierzchnia kolejowa podsypkowa / pociąg szybkobieżny (BTT). System, BTT jest jednym z 5 mostów o rozpiętości od 15 m do 27 m zamodelowanych jako belki swobodnie podparte, obciążone pociągami ICE-3 poruszającymi się z dużymi prędkościami. Dwuwymiarowy, fizycznie nieliniowy model BTT uwzględnia m.in. lepkosprężyste zawieszenia pojazdów szynowych na dwuosiowych wózkach jezdnych oraz nieliniowy jednostronny kontakt zestawów kołowych z szyną według teorii Hertza, strefy dojazdowe do konstrukcji zespolonej. Układ BTT podzielono na podukłady obciążone pionowymi interakcjami przenoszonymi przez sprężyste lub lepkosprężyste oraz fizycznie liniowe lub nieliniowe więzy. Stosując równania Lagrange’a i agregację wewnętrzna podukładów dyskretyzowanych zgodnie z metodą elementów skończonych, otrzymano macierzowe równania ruchu podukładów, z jawnymi liniowymi stronami lewymi i niejawnymi nieliniowymi stronami prawymi, które scałkowano numerycznie metodą Newmarka z parametrami ß_N=1/4, γ_N=1/2. Analizy skupiają się na wpływie losowych nierówności torów na odpowiedź dynamiczną systemów BTT.

EN

The impact factors in the vertical deflection obtained in dynamic analysis of BTT systems - bridged / track structure / high speed train (BTT) - are discussed. The BTT system is one of 5 bridges spanning from 15 m to 27 m, modelled as simply supported beams loaded by ICE-3 trains traveling at high speeds. The two-dimensional, physically non-linear BTT model includes: viscoelastic suspension of rail vehicles on two independent axle bogies and non-linear one-sided wheel-rail contact springs according to Hertz theory, access zones for composite construction. The BTT system was divided into subsystems loaded with vertical interactions transmitted by elastic or viscoelastic and physically linear or nonlinear constraints. Using Lagrange equations and internal aggregation of subsystems, discretised according to the finite element method, matrix equations of motion of the subsystems were obtained, with explicit linear left sides and nonlinear implicit right sides, which were integrated numerically using the Newmark method with parameters ßN=1/4, γN=1/2. The analysis focus on the effects of random track irregularities on the dynamic response of BTT systems.

Słowa kluczowe

PL

losowe nierówności toru; kolejowe mosty zespolone; pociąg dużych prędkości

EN

random vertical track irregularities; composite steel-concrete railway bridge; high-speed train

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Komunikacji Rzeczpospolitej Polskiej
• Czasopismo: Przegląd Komunikacyjny
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 72, nr 9
• Strony: 7--11
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys., tab., wz.

Twórcy

autor

Podwórna M.

• Politechnika Wrocławska, Katedra Mechaniki Budowli i Inżynierii Miejskiej

Bibliografia

• [1] Andersen L., Nielsen S., Vibrations of a track caused by variation of the foundation stiffness, Probabilistic Engineering Mechanics, 2003. 18, 171-184.
• [2] Au F.T.L., Wang J.J., Cheung Y.K., Impact study of cable stayed railway bridges with random rail irregularities, Engineering Structures,2002, 24, 529 - 541.
• [3] Bachmann H., Vibration problems in structures. Practical guidelines, Basel - Boston - Berlin, Birkhäuser, 1995.
• [4] Bryja D., Hołubowski R.: Wpływ dużych prędkości w analizie stochastycznej drgań mostu kolejowego z losowo zmienną sztywnością podsypki. Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, 201, 31, 61, 2, 15-32.
• [5] Dahlberg T.: Railway track stiffness variations - consequences and counter-measures, International Journal of Civil Engineering, 2010, 8, 1, 1-12.
• [6] EN 1990. Eurokod: Podstawy projektowania konstrukcji.
• [7] EN 1991. Eurokod 1: Oddziaływania na konstrukcje. Część 2: Obciążenia ruchome mostów.
• [8] Fryba L., A rough assessment of railway bridges for high speed trains, Engineering Structures, 2001, 23, 548 - 556.
• [9] http://www.hochgeschwindigkeitszuege.com/germany/index_ice_3.htm (2010)
• [10] Karlikowski J., Madaj A., Wołowicki W., Mostowe konstrukcje zespolone stalowo-betonowe, WKiŁ, Warszawa, 2007.
• [11] Lei X., Noda N.-A., Analyses of dynamic response of vehicle and track coupling system with random irregularity of track vertical profile, Journal Sound and Vibration, 2002, 258, 1, 147 - 165.
• [12] Ning J., Lin J. Zhang B., Time-frequency processing of track irregularities in high-speed train, Mechanical Systems and Signal Processing, 2016, 66-67, 339-348.
• [13] PN-82/S-10052. Obiekty mostowe. Konstrukcje stalowe. Projektowanie.
• [14] PN-85/S-10030. Obiekty mostowe. Obciążenia.
• [15] PN-91/S-10042. Obiekty mostowe. Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone. Projektowanie.
• [16] PN-EN 15528 Kolejnictwo - Klasyfikacja linii.
• [17] Podwórna M., Dynamic response of steel-concrete composite bridges loaded by high-speed train, Structural Engineering and Mechanics, 2017, 62, 2, 179-196.
• [18] Podwórna M., Dynamics of a bridge beam under a stream of moving elements. Part 1 - Modelling and numerical integration, Structural Engineering and Mechanics, 2011, 38, 3, 283-300.
• [19] Podwórna M., Dynamics of a bridge beam under a stream of moving elements. Part 2 - Numerical simulations, Structural Engineering and Mechanics, 2011, 38, 3 301-314.
• [20] Podwórna M., Modelling of random vertical irregularities of railway tracks, International Journal of Applied Mechanics and Engineering, 2015, 20, 3, 663-671.
• [21] Podwórna M., Klasztorny M., Vertical vibrations of composite bridge / track structure . high-speed train system. Part 1: Series-of-types of steel-concrete bridges, Bulletin of the Polish Academy of Science Technical Sciences, 2014, 62, 1, 165-179.
• [22] Podworna M., Klasztorny M., Vertical vibrations of composite bridge / track structure / high-speed train system. Part 2: Physical and mathematical modelling, Bulletin of the Polish Academy of Science Technical Sciences, 2014, 62, 1, 181-196.
• [23] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 5 czerwca 2014 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle kolejowe i ich usytuowanie.
• [24] Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej dnia 10 września 1998 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle kolejowe i ich usytuowanie.
• [25] Song M.-K., Noh H.-C., Choi C.-K., A new three dimensional finite element analysis model of high-speed train - bridge interactions, Engineering Structures, 2003, 25, 1611 - 1626.
• [26] Towpik K., Specyfika projektowania, eksploatacji oraz utrzymania dróg -kolejowych dużych prędkości (KDP), Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne, 2013,88-91.
• [27] Xu L., Zhai W., Gao J., A probabilistic model for track random irregularities in vehicle/track coupled dynamics, Applied mathematical Modelling, 2017, 51, 145-158.
• [28] Zhang Y.-W., Lin J.-H., Zhao Y., Howson D.P., Williams F.W., Symplectic random vibration analysis of a vehicle moving on an infinitely long periodic track, Journal of Sound and Vibration, 2010, 329, 4440 - 4454.
• [29] Ahi-Wu Y., Jian-Feng M., Feng-qi G., Wei G. Non-stationary random vibration analysis of a 3D train-bridge system using the probability density evolution method, 2016, Journal of Sound and Vibration, 366, 173-189.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).