Vertical vibrations of steel beam bridges induced by trains moving at high speeds. P 1. Theory

• Autorzy: Podwórna M.

Warianty tytułu

PL

Drgania pionowe belkowych mostów stalowych wywołane przejazdem pociągów z dużymi prędkościami. Cz. 1. Teoria

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The considerations concern steel beam railway bridges which are simply-supported and have a closed platform and a ballasted single-track. The bridges are under action of fast passenger trains composed of rail-vehicles with double-stage suspensions and four-wheel trucks. The paper considers transient and quasi-steady-state vertical vibrations of the bridge - track - train system provided that the systems has the vertical plane of symmetry coinciding the track axis. The quasi-exact physic model of the system has been developed via minimisation of simplifications related to a bridge, a track, zones of access and a train. The theory takes into account a sectorially prismatic bridge superstructure deformable in flexure and shear, a physically nonlinear ballast layer, physically nonlinear fasteners, local flexural deformations of rails, deformable zones of access, a multi-disk model of a rail-vehicle, vertical inertia forces of moving wheel sets and other factors. The bridge superstructure and rails are discretised using the FEM method. Matrix equations of motion of the bridge - track - train system are formulated partly in an implicit form.

PL

Rozważania odnoszą sie do kolejnych belkowych mostów stalowych, jednotorowych, swobodnie podpartych, z pomostem zamkniętym, z torem na podsypce. Mosty poddane są działaniu szybkich pociągów pasażerskich, złożonych z pojazdów szynowych z dwuosiowymi wózkami jezdnymi, o dwustopniowym zawieszeniu. Rozpatruje się nieustalone i quasi-ustalone drgania pionowe układu most -tor -pociąg, zakładając pionową płaszczyznę symetrii układu, pokrywającą się z osią toru. Opracowano quasi-ścisły model fizyczny układu, przez minimalizację uproszczeń dotyczących mostu, toru, stref dojazdowych i pociągu. Uwzględniono m.in. skokowo zmienną sztywność giętną i postaciową konstrukcji nośnej mostu, nieliniową fizycznie warstwę podsypki, nieliniowe fizycznie przytwierdzenia szyn do podkładów, lokalną podatność giętną szyn, odkształcalne strefy dojazdowe do mostu, wielotarczowy model pojazdu szynowego o dwustopniowym zawieszeniu, pionowe siły bezwładności ruchomych zestawów kołowych. Do dyskretyzacji konstrukcji nośnej mostu i szyn użyto metody FEM. Zastosowano metodę formułowania częściowo w niejawnej postaci macierzowych równań ruchu układu most - tor - pociąg.

Słowa kluczowe

EN

railway steel bridge; high-speed train; vertical vibration; FEM simulation

PL

drganie pionowe; most belkowy; most stalowy; przejazd pociągu; prędkość duża; most kolejowy; metoda elementów skończonych

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 51, nr 2
• Strony: 179--209
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., il.

Twórcy

autor

Podwórna M.

• Institute of Civil Engineering, Wrocław University of Technology, Wrocław, Poland

Bibliografia

• 1. L. DANIELSKl, Steel bridges [in Polish], WPWr Press, Wrocław 1983.
• 2. J. LANGER, M. KLASZTORNY, Dynamic effort of platforms in railway beam bridges [in Polish], Archives of Civil Engineering, 29, 3, 243-262, 1983.
• 3. M. KLASZTORNY, J. LANGER, Dynamic response of single-span beam bridges to series of moving loads, Earthquake Eng. & Struct. Dynamics, 19, 8, 1107-1124, 1990.
• 4. T. BOROWICZ, Finite element method in vibration analysis of structures under moving load, WPŚk Press, Kielce 1984.
• 5. A. NIEMIERKO, Experimental and numerieal analysis of railway bridge with othotropic platform [in Polish], IBDiM Publications, No 1-2, 120-186, 1987.
• 6. A. G. BARCZENKOV, Dynamic analysis of highway bridges [in Russian], Transport Press, Moskva 1976.
• 7. M. KLASZTORNY, Vibrations of railway single-traek bridges induced by trains moving at high-speeds [in Polish], WPWr Press, Wrocław 1987.
• 8. M. KLASZTORNY, Spatial vibrations of a multi-span railway steel bridge under a train moving at high speed, Archives of Civil Engineering, 46, 2, 287-311, 2000.
• 9. M. KLASZTORNY, Vertical vibrations of a multi-span beam steel bridge induced by a superfast passenger train, Structural Eng. & Mechanies, 12, 3, 267-281, 2001.
• 10. N. G. BONDAR et al., Dynamics of railway bridges [in Russian], Transport Press, Moscow 1965.
• 11. L. FRYBA, Vibrations of solids and structures under moving load, Academia, Praha 1972.
• 12. L. FRYBA, Dynamics of railway bridges, Academia, Praha 1996.
• 13. Y. S. CHENG et al., Vibration of railway bridges under a moving train by using bridge-track-vehicle element, Engineering Structures, 23, 1597-1606, 2001.
• 14. M.-K. SONG, C.-K. CHOI, Analysis of high-speed vehicle-bridge interactions by a simplified 3-D model, Struct. Eng. & Mech., 13, 5, 505-532, 2002.
• 15. Q.-L. ZHANG et al., Numerical simulation of train - bridge interacion dynamics, Computers & Structures, 79, 1059-1075, 2001.
• 16. ORE D 154/R4. Stresses and strength of rail bearers and eross girders of bridges, Utrecht 1985.
• 17. ERRI D 181/DT 329. Lateral forces on railway bridges. Parametric study, Utrecht 1995.
• 18. D. R. AHLBECK et al., The development of analytical models for railroad track mechanics, Proc. Symp. on Railroad Track Mechanics, 239-263, Pergamon Press, 1975.
• 19. R. V. DUKKIPATI, J. R. AMYOT, Computer aided simulation in railway dynamics, Series: Mechanical Engineering, Marcel Dekker, Inc., New York - Basel 1988.
• 20. C. ESVELD, Modern railway track, C. Esveld Press, Germany 1989.
• 21. J. KISILOWSKl et al., Dynamics of rail-vehicle track mechanical system [in Polish], PWN Press, Warszawa 1991.
• 22. A. MATSUURA, Dynamic behaviour of bridge girder for high speed railway bridge, RTRI Quarterly Reports, 20, 2, 1979.
• 23. A. MATSUURA, K. ASAKAWA, Dynamic response of concrete-steel composite girder under running train, RTRI Quarterly Reports, 25, 3, 85-88, 1984.
• 24. G. CLARK et al., Bridge No 9 at Brotherton, Report TM CES 142, British Rail Research, 1990.
• 25. A. NIEMIERKO, Assessment of possible increase over 160 km/h of service velocities of trains based on experimental investigations related to objects on CMK railway line [in Polish], IBDiM Publications, 3-4, 37-104, 1996.
• 26. Z. ROMANISZYN, T. WOLFRAM, Modern railway trains [in Polish], IPS PK Press, Kraków 1997.
• 27. J. LANGER, Dynamics of Structures [in Polish], WPWr Press, Wrocław 1980.
• 28. M. KLASZTORNY, Beam finite elements of the Euler and Timoshenko types [in Polish], Metody Komp. w Inż. Lądowej Journal, 2, 3, 7-32, 1992.
• 29. M. PODWÓRNA, ModelIing and dynamic analysis of railway steel beam bridges under moving load [in Polish], PhD dissertation, Raport No PRE 2/2003, Inst. Civil Eng., Wrocław Univ. Technol., Wrocław 2003.
• 30. M. PODWÓRNA, Vertical vibrations of steel beam bridges induced by trains moving at high speeds, Part 2 - Numerical analysis, Archives of Civil Engineering, 51, 2, 2005.