Xia, He;Deng, Yushu;Xia, Chaoyi;De Roeck, G.;Qi, Lin;Sun, Lu
Structural Engineering and Mechanics
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v.47
no.5
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pp.661-678
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2013
As a new type of vibration reduction, the ladder track system has been successfully used in engineering. In this paper, a numerical model of the train-track-viaduct system is established to study the dynamic responses of an elevated bridge with ladder track. The system is composed of a vehicle submodel, a track submodel and a bridge submodel, with the measured track irregularities as the system self-excitation. The whole time histories of a train running through an elevated bridge with $3{\times}27m$ continuous PC box girders are simulated. The dynamic responses of the bridge such as deflections, lateral and vertical accelerations, and the vehicle responses such as derailment factors, offload factors and car-body accelerations are calculated. The calculated results are partly validated through the comparison with the experimental data. Compared to the common slab track, adapting the ladder sleeper can effectively reduce the accelerations of the bridge girder, and also reduce the car-body accelerations and offload factors of the train vehicle.
The dynamic load effects are conveyed to the railway bridges through tracks which are generated by moving trains The dynamic load effects may vary due to the dynamic characteristics of the applied vehicle loads and the railway bridges containing the track system. However, the track effects have been neglected or simplified by spring elements in the most studies since it is quite complex to consider the track systems in the dynamic analysis models of railway bridges. In this study, track system on railway bridges is modeled using a three-dimensional discrete-support model that can simulate the load carrying behavior of tracks. In addition, this program is developed with the precise 20-car model and a continuous PSC(prestressed concrete) box girder bridge, which is the main bridge type of Korea Train express(KTX). Three-dimensional elements are used for both. The dynamic response of railway bridges is found to be affected depending on whether the track model is considered or not. The influencing rate depends on the traveling speed and different wheel-axle distance. The dynamic bridge response is decreased remarkably by the track systems around the resonant frequency. Therefore, the resonance effect can be reduced by modifying the track properties in the railway bridge.
CWR (continuous welded rail) tracks on high-speed railway bridges have much more complicated axial force distributions caused by track-bridge interaction than those behaviors on embankments, and additional problems caused by track-structure interaction with the axial force of the CWR. In order to analyze and limit other physical phenomena caused by track-bridge interaction, a design guideline (KR C-08080, longitudinal track-bridge interaction analysis) is used when designing CWR track on bridges. Domestic analysis and design methods for track-bridge interaction follow the UIC 774-3R, and they suggest conservative methods and deterministic properties. Recently, many studies analyzing the methods of track-bridge interaction considering the loading history are being carried out; however, there has been insufficient studies of the variation of the resistance properties with a consideration of the actual loading history. In this study, the performances of rail fastening systems used for concrete track on bridges were tested and analyzed while considering the loading history. For this purpose, longitudinal and vertical loading combinations, applied in order to simulate the practical conditions and resistance characteristics (stiffness and elastic limit displacement), are analyzed through the experimental results. Also, a comparison study was conducted with the properties in the KR Code.
Kang, Yun Suk;Kang, Young Jong;Yang, Shin Chu;Cho, Sun Kyu;Han, Sang Yun
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.4
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pp.345-355
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2007
During winter, the CWR (continuous welded rail) may be broken when a temperature drop below the neutral level changes the axial force, causing tensile fracture and creating a rail gap. The passage of a train on a rail with an open gap may lead to very costly derailments. In this paper, the use of a track-and-train-coupled model whose rail has an open gap is proposed for dynamic interaction analysis. Linear track and train systems were coupled in this study by a nonlinear Herzian contact spring, and the complete system matrices of the total track-train system were constructed. Moreover, the interaction phenomenon considering the presence of an open gap in the rail was toughly defined by assigning the irregularity functions between the two sides of the gap. Time history analysis, which has an iteration scheme such as the Newmark-$\beta$ method (based on the Modified Newton-Raphson methods), was conducted to solve the nonlinear equation. .Finally, numerical studies were conducted to assess the effect of the various parameters of the system when applied to various speeds, open-gap sizes, and support stiffnesses of the rail.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.6D
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pp.895-904
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2008
CWR (Continuous Welded Rail) may be broken when a temperature drop below the neutral temperature changes in axial force, causing tensile fracture and rail gap, in winter. Rail-breaks may lead to the damage of the rail and wheel by dynamic load, and the reduction of running safety if not detected before the passage of a train. In this study, the track and train coupled model with open gap for dynamic interaction analysis, is proposed. Linear track and train systems is coupled by the nonlinear Herzian contact spring and the complete system matrices of total track-train system is constructed. And the interaction phenomenon considering open gap, was defined by assigning the irregularity functions between the two sides of a gap. Time history analysis, which have an iteration scheme such as $Newmark-{\beta}$ method based on Modified Newton-Raphson methods, was performed to solve the nonlinear equation. Finally, numerical studies are performed to assess the effect of various parameters of system, apply to various speeds, open gap size and the support stiffness of rail.
Kwon, Tae Ho;Park, Sang I.;Shin, Min Ho;Lee, Sang-Ho
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.6
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pp.507-514
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2017
As BIM has been widely used in the field of architecture, efforts to apply BIM to civil engineering structures are increasing rapidly. Since commercial BIM softwares are focused on building structure, it is difficult to apply to alignment-based civil infrastructures. In this study, we proposed a method to generate an information model that reflects cant by sharing information between alignment-centered modeling tools and BIM authoring tools to manage information of railway track. The railway track modeling process consists of classifying structures into continuous and non-continuous structures, creating continuous structures by alignment-centered modeling tools, and using the shared alignment information to generate information model of the non-continuous structures. Non-continuous structures were generated by an algorithm that calculates the position and rotation information of each structure based on discretized railway alignment and cant information transmitted to the BIM authoring tools. The availabilities of proposed method were studied by applying to the osong test-line. Using the test model, it was shown that the objects were identified, the properties were extracted, and the quantities of each structure were calculated.
The buckling characteristics of the continuous welded rail track(CWR) is uncertainly varied by many influence factors, such as rail temperature, operating conditions of a train and maintenance of the track etc. Therefore, applying the probabilistic approach method is essential to rationally consider uncertainty and randomness of the various parameters that affect the track buckling. In this study, the probabilistic approach analysis was carried out and the results were compared with the deterministic approach using the buckling probability evaluation system of CWR tracks developed by our research team. From the comparison, it was identified that a probabilistic approach can quantitatively assess the reliability of the CWR tracks based on failure probability and can be used as a tool for decision making in track design, maintenance and operating etc.
Kang Jae-Yoon;Kim Byung-Suk;Kwark Jong-Won;Choi Eun-Suk;Chin Won-Jong
Proceedings of the KSR Conference
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2004.10a
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pp.806-811
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2004
Currently, in the design criteria for the high speed railway bridges, the maximum distance between bridge expansion joint is limited to 80m using a continuous welded mil, in order to limit the additional stress in the rail due to the rail-bridge interaction. In the past study on the resonance effect of HSR train, it is known that the reduction of resonance and dynamic responses of bridge deck occurs at the specific expansion length of 28.05m and 46.75m. In this study, the stability of track structure on the HSR bridges with expansion length of 90m has checked by finite element method. And the track behavior including mil stresses and relative displacements are compared to the current state of track structures on the bridge system with 80m long expansion length.
In this paper, the main factors affect on the longitudinal rail force are discussed. Considering rail-bridge interaction, analytical and experimental evaluation of track behavior has been achieved. It is concluded that the horizontal ballast strength, the expansion length of the bridge span, and the stiffness of the bridge sub-structure are the significant parameters affecting the stability of the continuous welded rail (CWR) track. And, it is suggested that the ballast resistance forces should be maintained to ensure the track stability during the service.
This paper presents the rail structure interaction analysis of the elevated viaducts which contains the curved alignments with smallest radius of 300 metre. The aim of this study is to check the compatibility between the track and the curved structure in order to verify the safety of the continuous welded rail track under service conditions. To perform the rail structure interaction analysis, nonlinear static rail structure interaction calculation is implemented. The bridge structures, the rails and the track behaviour are modelled according to the UIC774-3 and the Eurocode prEN1991-2 recommendations. Criteria in Eurocode prEN1991-2 are investigated to check the compatibility between the track and the structure for the rail structure interaction effects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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