Railway bridge dynamic amplification factors – Investigation of effects from track irregularities
2025 (English)Licentiate thesis, monograph (Other academic)
Abstract [en]
This work investigates the dynamic effects on short-span railway bridges, with aparticular focus on the impact of track irregularities and the resulting dynamic amplification factor, notated as φ′′. The objective of this study is to investigate whether the current design formula, which is based on older investigations, is unnecessaryconservative and could be refined to increase the allowable axle loads and enhance the effectiveness of the railway transport system. The study is focused onshort-span bridges, with a span length between 4-20 m, given that they are moresusceptible to dynamic effects. The research involves experimental testing on two concrete bridges located on thesouthern main line near Katrineholm, Sweden. The objective is to validate thefinite element models used for a larger number of simulations. The principal model employed for simulations is a two-dimensional model that incorporates train-trackbridge interaction. The impact of track irregularities is incorporated into the modelto calculate their isolated effect. The track irregularities used are derived from measurements on track sections in Sweden. The results show that the current formula overestimates the dynamic amplificationfactor for a significant portion of the studied interval compared to the formula givenin Eurocode, with the upper limit for eigenfrequency and for the studied spans of4-20 m and train speeds of up to 120 km/h, particularly for lower speeds. Based onthe simulation results, a new formula for φ′′ is proposed. A big difference between the formulas, is that the Eurocode formula is no longer affected by speed after 80km/h, which was not in line with the simulations. The magnitude of difference also depends on with what kind of track quality is being compared against, the new formula for φ′′, proposed in this study, uses a scaling factor depending on standard deviation σ, instead of only using "good track" or not.
Abstract [sv]
Detta arbete undersöker de dynamiska effekterna på järnvägsbroar med korta spann,med särskilt fokus på inverkan av rälsojämnheter och den resulterande dynamiska förstoringsfaktorn, betecknad φ′′. Syftet med denna studie är att undersöka om dennuvarande formel, som är baserad på äldre undersökningar, är onödigt konservativ och kan förfinas för att öka de tillåtna axellasterna och förbättra effektiviteten ijärnvägstransportsystemet. Studien är inriktad på korta broar, med en spännvidd på mellan 4-20 m, eftersom de är mer känsliga för dynamiska effekter.Forskningen omfattar experimentell mätning på två betongbroar belägna på densödra stambanan i närheten av Katrineholm, Sverige. Syftet med detta är att validera de finita elementmodeller som används för ett större antal simuleringar. Den huvudsakliga modellen som används för simuleringar är en tvådimensionell modell som beaktar interaktion mellan tåg-spår-bro. Effekten av rälsens ojämnhetertas med i modellen för att beräkna deras isolerade effekt. De rälsojämnheter somanvänds kommer ifrån mätningar på bandelar i Sverige. Resultaten visar att den nuvarande formeln överskattar den dynamiska förstoringsfaktornför en betydande del av det studerade intervallet jämfört med formelnsom anges i Eurocode, med den övre gräns för egenfrekvens och för de studeradespännvidderna på 4-20 m och tåghastigheter på upp till 120 km/h, särskilt för lägre hastigheter. En stor skillnad mellan formlerna är att formeln i Eurocode inte längre påverkas av hastigheten efter 80 km/h, vilket inte var i linje med simuleringarna. Magnituden på skillnaden beror också på vilken typ av spårkvalitet som jämförsmed, den nya formeln för φ′′, som föreslås i denna studie, använder en skalningsfaktorsom beror på standardavvikelsen σ, istället för att bara använda ”bra spår”eller inte.
Place, publisher, year, edition, pages
KTH Royal Institute of Technology, 2025. , p. 74
Series
TRITA-ABE-DLT ; 258
Keywords [en]
Railway bridge, dynamic amplification factor, track irregularities, experimental testing.
Keywords [sv]
Järnvägsbro, dynamisk förstoringsfaktor, spårlägesfel, experimentellt testande.
National Category
Infrastructure Engineering Structural Engineering
Research subject
Civil and Architectural Engineering, Structural Engineering and Bridges
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-363196ISBN: 978-91-8106-268-7 (print)OAI: oai:DiVA.org:kth-363196DiVA, id: diva2:1956880
Presentation
2025-06-04, Arkitekten, plan 4. Teknikringen 74D, KTH Campus, public video conference link https://kth-se.zoom.us/j/68999091311, Stockholm, 10:00 (English)
Opponent
Supervisors
Funder
Swedish Transport Administration, TRV2022/72031EU, Horizon Europe, 101101966, IAM4RAIL
Note
QC 20250512
2025-05-122025-05-072025-05-14Bibliographically approved