This thesis investigates the effect of Soil-Structure Interaction (SSI) on the dynamic response of railway bridges with integrated retaining walls, referred to as end shield bridges, numerically and experimentally. The research aims to determine how surrounding soils influence the dynamic behavior of the system and their impact on high-speed train passage. The effect of uncertainties related to soil properties is examined, and simplified modeling techniques for incorporating SSI in the analysis of railway bridges are proposed. For this purpose, four railway bridges with end shields, including two single-span and two three-span structures, are equipped with numerous accelerometers and excited using a hydraulic actuator across various frequencies and load amplitudes.

In Paper I, a simplified 2D beam model of a three-span railway bridge, considering SSI only at the end shields, is presented. The effects of neglecting the backfill soil and removing the cantilever sections during high-speed train passage are investigated. It is shown that excluding the backfill soil leads to a significant increase in the acceleration response of the bridge due to the impact load effects of the train, and an acceptable alternative to not modeling the soil is to remove the cantilever parts of the bridge.

In Paper II, the impact of surrounding soils on the dynamic behavior of the same three-span railway bridge is studied in depth. A full 3D model of the railway bridge-soil system is created in the FE software and calibrated to the experimental data using the Frequency Response Functions (FRFs) at each sensor location. To assess the dynamic effect of surrounding soils, different models without soil components are created. It is observed that excluding soil can lead to a significant shift in the natural frequencies of the structure, particularly for higher modes, and a substantial increase in FRF amplitude.~Furthermore, high-speed train passage analysis indicates that removing soil can dramatically enhance the resonance response of the bridge.

In Pape III, simplified 3D solid and 2D beam modeling alternatives for end shield bridges are proposed. In the simplified 3D solid model, the influence of the backfill soil is introduced through distributed springs and dashpots derived from simple equations. In the simplified 2D beam model, the dynamic effect of the backfill soil is derived from the impedance functions of the soil medium. The performance of these simplified models is then compared to the calibrated 3D models in terms of the modal properties of the first bending mode and the maximum acceleration response during high-speed train passage. The results show that the simplified models closely align with the calibrated models, proving to be simple and efficient alternatives for practical use in bridge design.

I denna avhandling studeras den dynamiska responsen hos järnvägsbroar med ändskärmar och dess inverkan av dynamisk jord-strukturinteraktion, både baserat på numeriska analyser och fältmätningar. Arbetet syftar till att öka förståelsen kring hur omgivande fyllning vid ändskärmen påverkar brons dynamiska egenskaper och dess respons vid tågpassager. Inverkan av osäkerheter relaterade till geotekniska parametrar undersöks och förenklade beräkningsmodeller med beaktande av jord-strukturinteraktion föreslås. Fyra järnvägsbroar med ändskärmar har analyserats, två fritt upplagda broar och två kontinuerliga broar i tre fack. Samtliga broar har instrumenterats med ett antal accelerometrar och en hydraulisk lastcylinder har använts för att påföra kontrollerad belastning med olika lastamplitud och lastfrekvens.

I artikel I visas en förenklad 2D-modell av en kontinuerlig bro i tre fack där inverkan av jord-strukturinteraktion beaktas. Alternativet att helt försumma både ändskärm och motliggande fyllning vid dynamisk analys av passerande tåg undersöks också. Analyserna visar att fyllningen har stor inverkan på resulterande accelerationsnivåer, vilket till stor del orsakas av impulsbelastning från passerande tåg men att en alternativ modell där både ändskärmar och konsolande del av bron försummas ger godtagbara resultat.

I artikel II analyseras samma bro som ovan, fast med en 3D-modell där fyllningen modelleras med volymselement. Modellen kalibreras mot fältmätningarna genom att jämföra experimentella och simulerade frekvenssvarsfunktioner för varje sensor. Resultaten visar att om motliggande fyllning försummas kan detta resultera i betydande ändring av brons egenfrekvenser, särskilt för högre moder, samt en ökning i vibrationsamplitud. Samverkan med fyllningen är även viktig vid analys av passerande tåg och om denna samverkan försummas ökar vibrationsnivåerna markant.

I artikel III föreslås förenklade 3D-modeller och 2D modeller för dynamisk analys av ändskärmsbroar. I 3D modelleras bron med volymselement men fyllningen som utbredda fjäder-dämparelement baserat på förenklade samband. I 2D modelleras bron som balkelement och fyllningen baserat på impedansfunktioner. De förenklade 2D- och 3D modellerna jämförs med den tidigare kalibrerade 3D-modellen. Störst fokus är på den första egenmoden och resulterande broacceleration från passerande tåg. De förenklade modellerna visas ge liknande resultat som den kalibrerade 3D-modellen och anses därför vara lämpliga och tidseffektiva vid dynamiska kontroller.