Modelowanie belkowych mostów kolejowych z zastosowaniem metody GFEM. Część 1. Sformułowanie teoretyczne

• Autorzy: Bryja D. , Hołubowski R.

Warianty tytułu

EN

Modeling of railway beam bridges by using GFEM method. Part 1. Theoretical formulation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono model obliczeniowy belkowych mostów kolejowych z losowo zmiennymi parametrami podsypki. Model, w którympodsypka toru kolejowego jest ciągłym podłożem lepko-sprężystym , sformułowano metodą elementów skończonych w ujęciu Galerkina (GFEM). Alternatywnie zastosowano typowe funkcje kształtu elementu skończonego w postaci wielomianów Hermite’a i funkcje specjalne, które wyprowadzono na podstawie ścisłego rozwiązania jednorodnego równania statycznego, opisującego problem zginania belki spoczywającej na podłożu sprężystym. Wyprowadzono równania ruchu opisujące sprzężone, pionowe drgania dźwigara mostowego i toru kolejowego w obrębie mostu i w strefach dojazdowych. Drgania te są wymuszone przejazdem pociągu ze stałą prędkością, przy czym pociąg jest traktowany jako zbiór ruchomych mas skupionych. Zaproponowany model mostu umożliwi w przyszłych badaniach efektywną analizę stochastyczną drgań z zastosowaniem metody symulacyjnej Monte Carlo.

EN

The paper presents the GFEM algorithm for modeling railway beam bridges with random parameters of rail bad (ballast) treated as a continuous non-inertial foundation. To approximate dynamic displacements of the bridge girder and rails, special local shape functions have been derived on the basis of the exact solution of the static equation of an Euler beam resting on elastic foundation. Alternatively, Hermite’s shape functions are used. Vertical bridge vibrations caused by the train moving at constant velocity are considered under assumption that the train is idealized as a set of moving masses. In order to simulate the dynamic state of the system when the train arrives at the bridge, it is assumed that the train starts sufficiently far ahead of the bridge girder. The approach zones of the rail track at both bridge ends are analyzed as an Euler beam on viscoelastic foundation. The presented algorithm is expected to be effective in Monte Carlo simulations. In that case it can be easily expanded by taking into account more realistic physical model of a train in the form of MDOF system.

Słowa kluczowe

PL

most belkowy; most kolejowy; modelowanie; GFEM; drganie

EN

beam bridge; railway bridge; modelling; GFEM; vibration

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Budownictwo i Inżynieria Środowiska
• Rocznik: 2012
• Tom: z. 59, nr 1/I
• Strony: 5--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., il.

Twórcy

autor

Bryja D.

autor

Hołubowski R.

• Politechnika Wrocławska,

Bibliografia

• [1] Fryba L.: A rough assessment of railway bridges for high speed trains, Engineering Structures, no 23, 2001, s. 548-556.
• [2] Tanabe M., Wakuj H., Matsumoto N., Okuda H., Sogabe M., Komiya S.: Computational model of a Shinkansen train running on the railway structure and the industrial applications, Journal of Materials Processing Technology, no 140, 2003, s. 705-710.
• [3] Xia H., Zhang N., Guo W.W.: Analysis of resonance mechanism and conditions of train-bridge system, Journal of Sound and Vibration, no 297, 2006, s. 810-822.
• [4] Takemiya H.: Analysis of wave field from high-speed train on viaduct at shallow/deep soft grounds, Journal of Sound and Vibration, no 310, 2008, s. 631-649.
• [5] Lia Y., Qianga S., Liaoa H., Xu Y.L.: Dynamics of wind-rail-vehicle-bridge systems, Journal of Wind Eng. and Industrial Aerodynamics, no 93, 2005, s. 483-507.
• [6] Lu F., Lin J.H., Kennedy D., Williams F.W.: An algorithm to study non-stationary random vibrations of vehicle-bridge systems, Computers and Structures, no 87, 2009, s. 177-185.
• [7] Podwórna M.: Determination of the design model for simulating vibrations of steel beam bridges under moving trains, Archives of Civil and Mechanical Engineering, no 4(1), 2004, s. 57-69.
• [8] Klasztorny M.: Dynamika mostów belkowych obciążonych pociągami szybkobieżnymi, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2005.
• [9] Au F.T.K., Wang J.J., Cheung Y.K.: Impact study of cable-stayed railway bridge with random rail irregularities, Engineering Structures, no 24(5), 2002, s. 529-541.
• [10] Biondi B., Muscolino G., Sofi A.: A substructure approach for the dynamic analysis of train-track-bridge system, Computers and Structures, no 83, 2005, s. 2271-2281.
• [11] Biondi B., Muscolino G., Sofi A.: Analysis of dynamic interaction between suspension bridges and running trains, Structural Dynamics EURODYN2002, ed. H. Grundmann and G.I. Schueller, 2002, s. 1041-1046.
• [12] Sobczyk K., Spencer B.F.: Stochastyczne modele zmęczenia materiałów, PWN, Warszawa 1996.
• [13] Śniady P.: Podstawy stochastycznej dynamiki konstrukcji, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2000.
• [14] Bryja D., Hołubowski R., Podwórna M.: Modelowanie belkowych mostów kolejowych z zastosowaniem metody GFEM. Część II. Testy numeryczne, Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, nr 283, Budownictwo i Inżynieria Środowiska, z. 59, 2012, s. 21-33.
• [15] Chung T.J.: Computational fluid dynamics, Cambridge University Press, New York 2006.
• [16] Łodygowski T., Kąkol W.: Metoda elementów skończonych w wybranych zagadnieniach konstrukcji inżynierskich, Wydaw. Politechniki Poznańskiej, Poznań 1994.