Acceleration-dependent lateral track resistance for the condition assessment of railway bridges with ballasted track

• Autorzy: Stollwitzer Andreas , Bettinelli Lara , Loidl Samuel , Fink Josef

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.025.002

Warianty tytułu

PL

Ocena stanu technicznego obiektów mostowych z nawierzchnią kolejową na podsypce tłuczniowej uwzględniająca wpływ przyspieszenia poprzecznego na siłę oporu bocznego toru

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Lateral track resistance is essential for assessing rail track stability and the operational safety of railway lines. This contribution addresses the experimental investigation of lateral track resistance on railway bridges subjected to dynamic loads. The experiments are carried out using a large-scale test facility, replicating a representative section of a railway bridge at a scale of 1:1, thus enabling a targeted and isolated observation of the ballast superstructure's behaviour. The investigations aim to identify the influence of vertical vibrations on lateral track resistance, both for unloaded and vertically loaded track. Based on the experiments, load-dependent acceleration limits are identified, above which a significant reduction in lateral track resistance occurs. Furthermore, experimental lateral load-displacement curves depending on the vertical load and acceleration level are generated for determining lateral track stiffness. The results comprise the identified limit values for vertical accelerations and the acceleration-dependent lateral track resistances, which can be applied for condition assessment of railway bridges in the context of dynamic assessment.

PL

Opór boczny toru kolejowego jest podstawowym parametrem niezbędnym do oceny warunków utraty stateczności i bezpieczeństwa podczas eksploatacji nawierzchni kolejowej. W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych służące do oceny siły oporu bocznego toru na mostach kolejowych poddanych obciążeniom dynamicznym. Badania przeprowadzano na pełnowymiarowym obiekcie testowym, będącym modelem fragmentu mostu kolejowego w skali 1:1, co umożliwiło obserwację warstwy podsypki tłuczniowej wyodrębnionej z konstrukcji nawierzchni kolejowej. Badania miały na celu określenie wpływu drgań poprzecznych na graniczną wartość siły oporu bocznego toru – w warunkach bez obciążenia oraz w przypadku występującego obciążenia pionowego. Na podstawie przeprowadzonych eksperymentów wyznaczono graniczne wartości przyspieszenia, powyżej których następuje znacząca redukcja siły oporu bocznego toru. W artykule zamieszczono także – wyznaczone eksperymentalnie – krzywe obciążenia poprzecznego w funkcji przemieszczenia, w zależności od rodzaju obciążenia pionowego i wartości przyspieszenia. Uzyskane w wyniku badań graniczne wartości przyspieszenia poprzecznego oraz zależne od przyspieszenia - graniczne wartości siły oporu bocznego toru można wykorzystać do oceny stanu mostów kolejowych pod kątem ich wytrzymałości na obciążenia dynamiczne.

Słowa kluczowe

EN

ballasted track; condition assessment; experiments; lateral track-bridge interaction; railway bridges

PL

esperymentalna ocena stanu nawierzchni torowej; mosty kolejowe; nawierzchnia torowa na podsypce tłuczniowej; oddziaływanie poprzeczne toru z mostem

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 24, no. 1
• Strony: 37--45
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys. tab.

Twórcy

autor

Stollwitzer Andreas

• TU Wien, Institute of Structural Engineering, Karlsplatz 13, A-1040 Vienna, Austria

• https://orcid.org/0000-0003-4509-7267

autor

Bettinelli Lara

• TU Wien, Institute of Structural Engineering, Karlsplatz 13, A-1040 Vienna, Austria

• https://orcid.org/0000-0003-2886-310X

autor

Loidl Samuel

• TU Wien, Institute of Structural Engineering, Karlsplatz 13, A-1040 Vienna, Austria

• https://orcid.org/0009-0001-3361-889X

autor

Fink Josef

• TU Wien, Institute of Structural Engineering, Karlsplatz 13, A-1040 Vienna, Austria

Bibliografia

• 1. EN 1990/A1:2013 05 15 Eurocode – Basis of structural design – Amendment 1: Application for bridges (consolidated version). Austrian Standards International, Vienna
• 2. ÖNORM B 4008-2:2019 11 15 Assessment of load capacity of existing structures – Part 2: bridge construction. Austrian Standards International, Vienna
• 3. ERRI D214 Railway bridges for speeds > 200 km/h, RP 2 – RP 9. European Rail Research Institute, 1999, Utrecht
• 4. Zhai W., Han Z., Chen Z., Ling L., Zhu S.: Train-track-bridge dynamic interaction: a state-of-the-art review. Vehicle System Dynamics, 57, 7, 2019, 984-1024, DOI: 10.1080/00423114.2019.1605085
• 5. Ticona Mela L.R., Ribeiro D., Calcada R., Bittencourt T.N.: Validation of a vertical train-track-bridge dynamic interaction model based on limited experimental data. Structure and Infrastructure Engineering, 16, 1, 2020, 181-201, DOI: 10.1080/15732479.2019.1605394
• 6. Yang B., Yau J.D., Wu Y.S.: Vehicle-bridge interaction dynamics with applications to high-speed railways. World Scientific, Taipei, 2004
• 7. Bettinelli L., Stollwitzer A., Fink J.: Numerical study on the influence of coupling beam modeling on structural accelerations during high-speed train crossings. Applied Sciences, 13, 15, 2023, Article ID: 8746, DOI: 10.3390/app13158746
• 8. Atapin V., Bondarenko A., Sysyn M., Grün D.: Monitoring and evaluation of the lateral stability of CWR track. Journal of Failure Analysis and Prevention, 22, 2022, 319-332, DOI: 10.1007/s11668-021-01307-3
• 9. Hasan N.: Buckling of a ballasted curved track under unloaded conditions. Advances in Mechanical Engineering, 13, 6, 2021, DOI: 10.1177/16878140211025187
• 10. Lichtberger B.: Handbuch Gleis – Unterbau, Oberbau, Instandhaltung, Wirtschaftlichkeit. Tetzlaff Verlag, Hamburg, 2010
• 11. Wang H., Xing C., Deng X.: Effect of Random Lateral Ballast Resistance on Force-Deformation Characteristics of CWR with a Small-Radius Curve. Materials, 16, 7, 2023, Article ID: 2876, DOI: 10.3390/ma16072876
• 12. Khatibi F., Esmaeili M., Mohammadzadeh S.: DEM analysis of railway track lateral resistance. Soils and Foundations, 57, 4, 2017, 587-602, DOI: 10.1016/j.sandf.2017.04.001
• 13. Esmaeili M., Hosseini S.A.S., Sharavi M.: Experimental assessment of dynamic lateral resistance of railway concrete sleeper. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 82, 2016, 40-54, DOI: 10.1016/j.soildyn.2015.11.011
• 14. Mohammadzadeh S., Esmaeili M., Khatibi F.: A new field investigation on the lateral and longitudinal resistance of ballasted track. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 232, 8, 2018, 2138-2148, DOI: 10.1177/0954409718764190
• 15. Jing A., Aela P.: Review of the lateral resistance of ballasted tracks. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 234, 8, 2020, 807-820, DOI: 10.1177/0954409719866355
• 16. Zakeri J.A.: Lateral Resistance of Railway Track. In: Reliability and Safety in Railway, IntechOpen, Rijeka, 2012, 354-378, DOI: 10.5772/35421
• 17. Jing G., Aela P., Fu H.: The contribution of ballast layer components to the lateral resistance of ladder sleeper track. Construction and Building Materials, 202, 2019, 796-805, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.01.017
• 18. Le Pen L.M., Powrie W.: Contribution of base, crib and shoulder ballast to the lateral sliding resistance of railway track: a geotechnical perspective. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 225, 2, 2011, 113-128, DOI: 10.1177/0954409710397094
• 19. Stollwitzer A., Bettinelli L., Fink J.: The longitudinal track-bridge interaction of ballasted track in railway bridges: Experimental determination of dynamic stiffness and damping characteristics. Engineering Structures, 274, 2023, Article ID: 115115, DOI: 10.1016/j.engstruct.2022.115115
• 20. Stollwitzer A., Bettinelli L., Fink J.: Experimental analysis of longitudinal and lateral track-bridge interaction of the ballasted track in railway bridges. 2nd Conference of the European Association on Quality Control of Bridges and Structures EUROSTRUCT 2023, ce/papers, 6, 5, 2023, 430-439, DOI: 10.1002/cepa.2128
• 21. EN 1991-2:2012 03 01 Eurocode 1: Actions on structures – Part 2: Traffic loads on bridges (consolidated version). Austrian Standards International, Vienna
• 22. Stollwitzer A., Bettinelli L., Fink J.: Vertical track-bridge interaction in railway bridges with ballast superstructure: experimental analysis of dynamic stiffness and damping behavior. International Journal of Structural Stability and Dynamics, DOI: 10.1142/S0219455425400085
• 23. Stollwitzer A., Fink J.: Dämpfungskennwerte des Schotteroberbaus auf Eisenbahnbrücken, Teil 2: Energiedissipation im Schotteroberbau und zugehöriges Rechenmodell. Bautechnik, 98, 8, 2021, 552-562, DOI: 10.1002/bate.202000100 (in German)
• 24. Hackl K.: Development and application of a testing facility for studying the dynamic behaviour of ballasted track at railway bridges. reposiTUm: Dissertation, Technische Universität Wien, 2017, DOI: 10.34726/hss.2017.50541 (in German)