I föreliggande rapport har omfattande dynamiska analyser av järnvägbroar utförts, i syfte att ge en översiktlig uppskattning av möjligheten att tillåta höghastighetståg på befintliga banor. Aktuella sträckor som studerats är Västra stambanan mellan Stockholm och Göteborg, Södra stambanan mellan Stockholm och Malmö samt Västkustbanan mellan Göteborg och Malmö. Totalt omfattar detta mer än 1000 broar.

Eftersom detaljerade analyser av samtliga broar ej varit möjlig med givna resurser och tid, har en kombination av detaljstudier och sannolikhetsbaserade metoder valts. Analyserna har begränsats till balk- och plattbroar samt plattrambroar, vilka utgör ca. 90 % av tillgängligt underlag. Förutsättningarna för de dynamiska kontrollerna baseras på kraven enligt Eurokod EN-1990 samt EN-1991-2 och utgör främst vertikal acceleration av brokonstruktionen, begränsad till 3.5 m/s². Förutsättningarna inom utredningen har varit att undersöka tåghastigheter upp till 250 km/h (sth).

Baserat på omfattande parameteranalyser har ett antal faktorer identifierats som viktiga för en bros dynamiska respons. Många av dessa parametrar är svåra att entydigt bestämma och påverkar ofta strukturresponsen på ett oregelbundet sätt. Omfattande Monte-Carlo simulering har utförts baserat på förenklade 2D-modeller. Resultaten visar att ca. 70 % av balk- och plattbroarna samt ca. 50 % av plattram­broarna förväntas överskrida de dynamiska kraven enligt Eurokod, baserat på sth 250 km/h. Även om tillåten hastighet sänks till sth 150 km/h ger detta ett förväntat värde på 15 % för balk- och plattbroar samt 30 % för plattrambroar. Förväntat värde för varje bro redovisas i Bilaga F, vilket kan användas som underlag för kostnads­kalkyl.

Resultaten är en konsekvens av de höga krav som ställs i Eurokod, vilka är samma som vid dimensionering av nya broar. Andra förutsättningar avseende t.ex. lastmodell eller frekvensband för utvärdering av accelerationer är helt avgörande för resultaten. En av de största kvarstående frågeställningarna är det dynamiska verkningssättet för korta broar med höga egenfrekvenser. Den dynamiska responsen från dessa broar utgörs ofta av stötvis belastning istället för resonans. Enligt tidigare BV-Bro begränsades frekvensbandet till 30 Hz, i Eurokod anges att de 3 första egenmoderna ska medräknas, vilket ofta resulterar i betydligt högre frekvensband. Giltigheten av dessa krav måste utredas.

The following report comprises extensive dynamic analyses of railway bridges, with the aim of presenting an initial estimate on the feasibility to allow future high-speed trains on existing bridges. The lines studied are the West main line between Stockholm and Gothenburg, the South main line between Stockholm and Malmö and the West coast line between Gothenburg and Malmö. This comprises more than 1000 bridges.

Detailed studied of all bridges is beyond the scope of the present study. Instead, a combination of detailed studies and probability-based methods has been chosen. The analyses have been limited to beam- and slab bridges and portal frame bridges, constituting about 90 % of the total included bridge stock. The requirements for the dynamic analyses follow Eurocode EN-1990 and EN-1991-2 and are mainly related to the vertical acceleration of the bridge deck, limited to 3.5 m/s². The aim of the study is to investigate allowable speeds up to250 km/h.

Based on extensive parametric analyses, a number of factors have been identified as decisive for the dynamic bridge behaviour. Many of these parameters are difficult to properly estimate and often influence the structural response in a non-regular manner. Extensive Monte-Carlo simulations have been performed based on simplified 2D-models. The results show that about 70 % of the beam- and slab bridges and about 50 % of the portal frame bridges are expected to exceed the design criterions stated by the Eurocode. Even if the allowable speed would be decreased to150 km/h, 15 % of the beam- and slab bridges and 30 % of the portal frame bridges are expected to exceed the criterions. Expected probabilities for each bridge are presented in Appendix F, to be used for further investment cost estimates.

The presented results are a consequence of the strict criterions stated by the Eurocode, also valid for design of new bridges. Other conditions regarding e.g. train load model or frequency range for evaluation of accelerations will be critical for the results. One of the main remaining questions is the dynamic behaviour of short span bridges appertaining high natural frequencies. The dynamic response from such bridges often constitutes of transient loading rather than resonance. According to the previous Swedish bridge design code BV-Bro, the frequency range was limited to 30 Hz. In Eurocode the frequency range is limited to the third mode of vibration for each studied structural member. This often results in significantly higher frequency ranges, especially for short span bridges. The validity of these criterions must be investigated further.