The components of concrete track (rail and rail fastening system) in railway bridge deck ends are damaged and deteriorated by track-bridge interaction forces such as uplift forces and compression forces owing to their structural flexural characteristics (bridge end rotation). This had led to demand for alternatives to improve structural safety and serviceability. In this study, the authors aim to develop a transition track to enhance the long term workability and durability of concrete track components in railway bridge deck ends and thereby improve the performance of concrete track. A time-history analysis and a three-dimensional finite element method analysis were performed to consider the train speed and the effect of multiple train loads and the results were compared with the performance requirements and German standard for transition track. Furthermore, two specimens, a normal concrete track and a transition track, were fabricated to evaluate the effects of application of the developed transition track, and static tests were conducted. From the results, the track-bridge interaction force acting on the track components (rail displacement, rail stress, and clip stress) of the railway bridge deck end were significantly reduced with use of the developed transition track compared with the non-transition track specimen.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.31
no.1
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pp.53-61
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2018
Ballast track requires constant maintenance work due to progress of track irregularity. Fast Hardening Track(FHT) has been developed to reduce the maintenance effort done by injecting fast hardening mortar in aged ballast to convert slab track. For the application of FHT to a railway bridge, post-installed anchors should be placed at center of the track segment to fix it on bridge. This paper presents track-bridge interaction analysis results with FHT considering stiffness and strength of post-installed anchor, age of FHT concrete and friction between FHT and bridge deck surface. Based on the analysis results, this study suggests when is good to install the anchors and allow normal operation of passing train.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.25
no.9
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pp.620-627
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2015
Long continuous bridge deck can become contracted considerably as temperature drops, which can lead to a large expansion of sleeper span at the end of it. Since this huge sleeper span then can cause problems both with safety of train operation and structural stability of tracks, it is necessary to take the issue into consideration systematically in the designing process of the bridge. In this paper, an evaluation process through the analysis of train-track interaction was presented which can basically review the effects of the expansion of sleeper span at the end of long continuous bridge deck on the safety of the train and the structural stability of the track. The analyses of the interaction between the light rail train and tracks were carried out targeting the sleeper span as a main parameter. The safety of train operation and structural stability of tracks in a light rail system due to the expansion of the sleeper span were evaluated by comparing the numerical results with the related criteria.
Where the track is continuously welded over the bridge, the longitudinal forces will be distributed interactively between the track and the sub-structure by the rail-bridge interaction mechanism. The ratio between the longitudinal forces transmitted in each elements depends on the magnitude of the ballast resistance and the stiffness of the sub-structures. In this paper, the main factors affect on the longitudinal rail force are discussed and the parametric study for the behavior of CWR(Continuous Welded Rail) track was executed. It is concluded that the horizontal ballast resistance and the stiffness of the bridge sub-structure are the significant parameters affecting the stability of the continuous welded rail track.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.2
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pp.141-151
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2003
Railway bridges are subject to dynamic loads generated by the interaction between moving vehicles and the bridge structures. These dynamic loads result in response fluctuations in bridge members. To investigate the real dynamic behavior of the bridge, therefore, a number of analytical and experimental Investigations should be carried out. In this paper, a train/track/bridge interaction analysis program for evaluating the dynamic characteristics of bridges due to KTX operation in terms of structural safety, operational safety and passenger comfort is developed. To build a practical model of train/track/bridge, Hertzian spring for wheel/rail contact modeling and Winkler element for ballast are applied. This program also used torsional degree of freedom and constraint equation based on geometrical relationship in order to take into consideration three-dimensional eccentricity effect due to the operation on double track through quasi-three dimensional analysis. To verify the developed Program, comparison has been made between the measured results and those of simulation of the typical PSC box bridge(2@40m=80m) of the KHSR bridges.
The purpose of this study is to investigate the influence of train-induced end rotation of simple supported track girder on the performance of a direct fixation track system (DFTS) in Yeongjong grand bridge. In this study, the influences of deflection of a DFTS and track girder on dynamic rail-track girder interaction forces for the track girder ends currently employed in airport express lines were assessed by performing field tests using actual vehicles running along the service lines. Therefore, the dynamic displacement of rail and track girder and the fastener stress on the center and ends sections of DFTS were measured for two different trains (AREX and KTX) running in Yeongjong grand bridge. A three-dimensional finite element analysis (FEA) model using the time-history function based on the design wheel load was used to predict the train-induced track and track girder displacement, and the FEA and field test results were compared. The analytical results reproduced the experimental results well within about 3-7% difference in the values. Therefore, the FEA model of DFTS on track girder is considered to provide sufficiently reliable FEA results in the investigation of the behavior of DFTS. Using the analytical and experimental results, the influence of train-induced end rotation of simple supported track girder on the interaction behavior of rail and track girder installed on a simple supported track girder ends, i.e., upward displacement of rail-track girder and the fastener stress, was investigated. It was found that the train-induced end rotation effect of track girder was not significantly affected by the upward displacement of rails and the fastener stresses of track girder ends. Further, the interaction behavior of rail and track girder were similar to or less than that of the general railway bridge deck ends, nevertheless the vertical displacement of track was higher than that of conventional DFTS on the general railway bridge. From the results, the dynamic responses of the DFTS on track girder ends were not significantly affected by the safety and stability of DFTS ends.
The noise from the elevated lines of rail transit has become a growing problem. This paper presents a new method for the rapid prediction of the structure-borne noise from steel or composite bridges, based on the receptance and Statistical Energy Analysis (SEA), which is essential to the study of the generation mechanism and the design of a low-noise bridge. First, the vertical track-bridge coupled vibration equations in the frequency domain are constructed by simplifying the rail and the bridge as an infinite Timoshenko beam and a finite Euler-Bernoulli beam respectively. Second, all wheel/rail forces acting upon the track are computed by taking a moving wheel-rail roughness spectrum as the excitation to the train-track-bridge system. The displacements of rail and bridge are obtained by substituting wheel/rail forces into the track-bridge coupled vibration equations, and all spring forces on the bridge are calculated by multiplying the stiffness by the deformation of each spring. Then, the input power to the bridge in the SEA model is derived from spring forces and the bridge receptance. The vibration response of the bridge is derived from the solution to the power balance equations of the bridge, and then the structure-borne noise from the bridge is obtained. Finally, a tri-span continuous steel-concrete composite bridge is taken as a numerical example, and the theoretical calculations in terms of the vibration and noise induced by a passing train agree well with the field measurements, verifying the method. The influence of various factors on wheel/rail and spring forces is investigated to simplify the train-track-bridge interaction calculation for predicting the vibration and noise from steel or composite bridges.
This study aimed to investigate the random vibration characteristic of train-slab track-bridge interaction system subjected to both track irregularities and earthquakes by use of pseudo-excitation method (PEM). Each vehicle subsystem was modeled by multibody dynamics. A three-dimensional rail-slab- girder-pier finite element model was created to simulate slab track and bridge subsystem. The equations of motion for the entire system were established based on the constraint condition of no jump between wheel and rail. The random load vectors of equations of motion were formulated by transforming track irregularities and seismic accelerations into a series of deterministic pseudo-excitations according to their respective power spectral density (PSD) functions by means of PEM. The time-dependent PSDs of random vibration responses of the system were obtained by step-by-step integration method, and the corresponding extreme values were estimated based on the first-passage failure criterion. As a case study, an ICE3 high-speed train passing a fifteen-span simply supported girder bridge simultaneously excited by track irregularities and earthquakes is presented. The evaluated extreme values and the PSD characteristic of the random vibration responses of bridge and train are analyzed, and the influences of train speed and track irregularities (without earthquakes) on the random vibration characteristic of bridge and train are discussed.
In designing the high-speed railroad track, it is important to utilize appropriate track components to maintain uniform stiffness and ensure track alignment within the tolerance set for that system. In this regard, continuous welded rails (CWRs) were introduced to the Korean railways. Yet the installation of CWRs can result in an adverse impact due to the track/structure interaction on bridge sections yielding variations in the stiffness at the expansion joints. It may also impose additional axial force, generate excessive stress or deflection on track, and loosen the ballast at the ends as a bridge deck contracts or expands owing to a thermally-induced dynamic response. The risk is even greater in a long bridge deck, resulting in track longitudinal irregularities, deteriorating passenger's comfort, and increasing maintenance efforts. This study evaluates the performance of ZLR and their impact on track longitudinal irregularities through the track measuring results on a test section installed the ZLR in order to minimize the thermally-induced responses and the maintenance efforts for the high speed railway bridges.
Kim, Soon-Cheol;Park, Seok-Soon;Lee, Jong-Deuk;Kang, Jeong-Ok;Han, Kwang-Seob
Proceedings of the KSR Conference
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2003.10b
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pp.117-122
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2003
Cheongdam Bridge in Seoul Metropolitan Subway Line No.7 recently constructed has 180 meters (2@90m) of expansion length of structure (distance between fixed points). Track type is all ballasted track and rail expansion joint is installed at every movable point. However, there is no expansion joint at the transition area between ballasted track ,end deck. By this reason, the rail buckling has been occurred every year and there is actually an abnormal behavior in expansion. In this study, based on the modeling of the Cheongdam Bridge, the element of interacting relationship between track and structure which is influential to track displacement in long-span bridge was analyzed and, finally, the methodology to ensure the continuous-welded rail in Cheongdam Bridge was suggested.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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