Dynamik och Dämpning för Samverkansbroar med Tågtrafik
(2021) In TVBK-5284 VBKM01 20211Division of Structural Engineering
Department of Building and Environmental Technology
- Abstract (Swedish)
- För att svensk järnvägsinfrastruktur skall kunna vara konkurrenskraftig i jämförelse med mindre miljövänliga alternativ krävs kapacitetsutbyggnad och hastighetsökning av det svenska järnvägsnätet. Vid hastigheter över 200 km/h finns krav på att dynamiska analyser behöver utföras. För vissa brotyper, exempelvis samverkansbroar med ändskärmar, är det svårt att påvisa acceptabel vertikal acceleration i en förenklad dynamisk analys. Förenklad dynamisk analys är dock konservativ i det avseende att den försummar fördelaktiga effekter vilka i praktiken bidrar till högre dämpning.
I detta examensarbete utfördes dynamiska analyser för en enkelspårig samverkansbro med ändskärmar med en spännvidd på 30 meter. Det huvudsakliga syftet var att utreda... (More) - För att svensk järnvägsinfrastruktur skall kunna vara konkurrenskraftig i jämförelse med mindre miljövänliga alternativ krävs kapacitetsutbyggnad och hastighetsökning av det svenska järnvägsnätet. Vid hastigheter över 200 km/h finns krav på att dynamiska analyser behöver utföras. För vissa brotyper, exempelvis samverkansbroar med ändskärmar, är det svårt att påvisa acceptabel vertikal acceleration i en förenklad dynamisk analys. Förenklad dynamisk analys är dock konservativ i det avseende att den försummar fördelaktiga effekter vilka i praktiken bidrar till högre dämpning.
I detta examensarbete utfördes dynamiska analyser för en enkelspårig samverkansbro med ändskärmar med en spännvidd på 30 meter. Det huvudsakliga syftet var att utreda om det gick att tillgodoräkna sig extra dämpning från jordtrycket som uppstår vid ändskärmen. Den specifika bron analyserades med finita elementmetoden med hjälp av Brigade/Plus. Den dynamiska analysen har utförts för att studera responsen för vertikala accelerationer i brodäcket samt deformationer för både brodäcket och ändskärmen. För att undersöka vilken effekt som jord-bro interaktionen har för responsen på bron implementerades horisontella fjädrar och viskösa dämpare (dashpots) längs ändskärmens höjd för att efterlikna jordens beteende.
Analysen bekräftar att det är svårt att tillgodose dynamiska krav med en förenklad beräkningsmodell som försummar flera potentiellt fördelaktiga effekter. Genom implementering av fjädrar och dashpots enligt använd metod uppvisas betydande positiva effekter, genom både minskade deformationer samt minskade vertikala accelerationer. Detta gäller även om dessa implementerades med konservativa antagande. Sammanfattningsvis visar resultaten på att modellering utan jord-bro interaktion är konservativt. (Less) - Popular Abstract
- For Swedish railway infrastructure to be competitive compared to less environmentally friendly alternatives, capacity expansion and speed increase of the Swedish rail network are required. At speeds above 200 km/h, dynamic analyses are required by code. For some bridge types, such as composite bridges with end screens, there are difficulties in meeting the requirements for vertical acceleration in dynamic analyses. In actual calculations, certain effects with a potential positive impact are however normally neglected. Considering these effects in a detailed analysis could potentially result in higher damping for composite bridges with end screens, thus rendering the design a feasible option for high-speed trains.
In this thesis, dynamic... (More) - For Swedish railway infrastructure to be competitive compared to less environmentally friendly alternatives, capacity expansion and speed increase of the Swedish rail network are required. At speeds above 200 km/h, dynamic analyses are required by code. For some bridge types, such as composite bridges with end screens, there are difficulties in meeting the requirements for vertical acceleration in dynamic analyses. In actual calculations, certain effects with a potential positive impact are however normally neglected. Considering these effects in a detailed analysis could potentially result in higher damping for composite bridges with end screens, thus rendering the design a feasible option for high-speed trains.
In this thesis, dynamic analyses were performed for a single-track composite bridge with an end screen and a span of 30 meters. The main purpose of the thesis was to investigate the effect of considering extra damping stemming from the interaction between end screen and soil. The analyses were performed using the Brigade/Plus software, which is an analysis program that implements the finite element method. The dynamic analysis was carried out to study the response to vertical accelerations in the bridge deck as well as deformations for both the bridge deck and the end screen. To investigate the effect of the soil-structure interaction on the response of the bridge, horizontal springs and viscous dampers (dashpots) were implemented along the height of the end screen to mimic the behavior of the soil.
The results confirm that there are difficulties in verifying the requirements of dynamic analysis for composite bridges with end screens through conventional simplified methods, i.e., without taking external aspects such as soil pressure into account. Using springs and dashpots to simulate the effect of the soil pressure resulted in significant positive effects through both reduced deformations and reduced vertical accelerations. Even modeling with more conservative assumptions for spring stiffness and dashpot coefficients exhibits significant results for the response, suggesting that modeling without implementation of soil-structure interaction may be a conservative assumption. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9050507
- author
- Nilsson, Martin LU
- supervisor
- organization
- alternative title
- Dynamics and Damping for Composite Bridges with Train Traffic
- course
- VBKM01 20211
- year
- 2021
- type
- H3 - Professional qualifications (4 Years - )
- subject
- keywords
- dynamisk analys, samverkansbro, ändskärm, järnvägsbro, höghastighetståg, modalanalys, direkt tidsintegration, vertikal acceleration, fjädrar, dashpot, jord-bro interaktion, BRIGADE/Plus
- publication/series
- TVBK-5284
- report number
- TVBK-5284
- ISSN
- 0349-4969
- language
- Swedish
- additional info
- Examinator: Oskar Larsson Ivanov
- id
- 9050507
- date added to LUP
- 2021-06-07 14:29:27
- date last changed
- 2021-06-07 14:29:27
@misc{9050507,
abstract = {{För att svensk järnvägsinfrastruktur skall kunna vara konkurrenskraftig i jämförelse med mindre miljövänliga alternativ krävs kapacitetsutbyggnad och hastighetsökning av det svenska järnvägsnätet. Vid hastigheter över 200 km/h finns krav på att dynamiska analyser behöver utföras. För vissa brotyper, exempelvis samverkansbroar med ändskärmar, är det svårt att påvisa acceptabel vertikal acceleration i en förenklad dynamisk analys. Förenklad dynamisk analys är dock konservativ i det avseende att den försummar fördelaktiga effekter vilka i praktiken bidrar till högre dämpning.
I detta examensarbete utfördes dynamiska analyser för en enkelspårig samverkansbro med ändskärmar med en spännvidd på 30 meter. Det huvudsakliga syftet var att utreda om det gick att tillgodoräkna sig extra dämpning från jordtrycket som uppstår vid ändskärmen. Den specifika bron analyserades med finita elementmetoden med hjälp av Brigade/Plus. Den dynamiska analysen har utförts för att studera responsen för vertikala accelerationer i brodäcket samt deformationer för både brodäcket och ändskärmen. För att undersöka vilken effekt som jord-bro interaktionen har för responsen på bron implementerades horisontella fjädrar och viskösa dämpare (dashpots) längs ändskärmens höjd för att efterlikna jordens beteende.
Analysen bekräftar att det är svårt att tillgodose dynamiska krav med en förenklad beräkningsmodell som försummar flera potentiellt fördelaktiga effekter. Genom implementering av fjädrar och dashpots enligt använd metod uppvisas betydande positiva effekter, genom både minskade deformationer samt minskade vertikala accelerationer. Detta gäller även om dessa implementerades med konservativa antagande. Sammanfattningsvis visar resultaten på att modellering utan jord-bro interaktion är konservativt.}},
author = {{Nilsson, Martin}},
issn = {{0349-4969}},
language = {{swe}},
note = {{Student Paper}},
series = {{TVBK-5284}},
title = {{Dynamik och Dämpning för Samverkansbroar med Tågtrafik}},
year = {{2021}},
}