This paper, as a study for the serviceability design of railway bridges with concrete track, presents the effects of design parameters of tracks and bridges on the forces acting on the rail supports of the track. To calculate the forces acting on the track, an unequal spacing discrete supported model with different spacing of rail supports was induced. Design parameters are the rail support spacing of expansion joints above abutments or piers of bridges, the distance from the support of a girder to the last rail support on the end of the girder, and the number of additional rail supports. The causes of the displacement of track are axial force, unit vertical displacement, and unit rotation. From the analysis, the maximum compressive force and the maximum uplifting force acting on the rail supports were determined and the effects of the rail support spacing on the forces acting on the track were presented.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.4
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pp.1303-1313
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2013
In this study, the reference values for the internal forces of the rail supports caused by a wheel load, a unit vertical displacement, a unit end rotation in examination of the serviceability of concrete slab track bridge were obtained. In analysis, the analysis models of which the rail was continuously and discretely supported by elastic springs were used. The internal forces of the rail supports from the analysis were compared with the results provided in the DS 804 regulations and agreed with well. In addition, the effects of the space between the rail supports and the stiffness of fastener on the internal forces of the rail supports were investigated.
The challenging aspect of CWR (continuous welded rail) is the additional axial forces in rails, mainly due to the thermal expansion of steel plate girder and rail itself. It has been found that these axial forces are proportional to girder length, total bridge length and bolt tightening forces. Also these forces are dependent to girder support conditions, types of bearings and their arrangements. With CWR, the authors' previous studies show that performance improvements like noise reduce, fatigue resistances and bearing durability increment can be expected. In addition to these effects, secondary effects due to the semi integral behavior between rail and bridge girder also can be expected. Special bearings which can reduce the absolute maximum axial forces have been developed, and applied to real 100m span bridge. The performance improvements were verified through site measurements and numerical analysis. The purpose of this study is to confirm the expected performance improvement aspects of steel plate girder bridges with CWR. To verify these aspects, girder stiffness changes, rail axial force changes, girder displacements and noise level were thoroughly measured and compared.
Park, Hong-Kee;Jang, Seung-Yup;Yang, Sin-Chu;Park, Yong-Gul
Journal of the Korean Society for Railway
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v.12
no.1
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pp.95-103
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2009
Deformations of bridge deck ends on abutments and piers bring about severe problems in track geometry and require maintenance work. In case of concrete slab track, more severe deformation and additional forces on rail and rail supports can be induced by bridge deck deformation, which affect the serviceability of track structure since concrete slab track is much stiffer than ballasted track and the behavior of track structure is integrated with that of bridge deck. In this study, the design variables affecting the serviceability of track structure are selected and the influence level is estimated by a parametric study. As a result, it is found that continuous span is advantageous than simply supported span and the stiffness of bridge bearing and rail fastener as well as the distance between last rail support and bridge bearing are most important parameters.
The additional axial force of CWR(continuous welded rail) is occurred by structure-track interaction, in reverse, fixed supports of structure are applied the large load by that. Ratio of load which transferred on support through the bridge superstructure with one-side REJ by acceleration and braking load are stated in High-Speed Rail Design Criteria(2005). On the other hand the horizontal forces of support delivered to the load due to thermal loads has been no report about the criteria. Therefore, this study was performed the review of the reaction and displacement on support by structure-track interaction in a special bridge(composite brdiges, 45+55+55+45=200m) with REJ acting on the temperature load. As a result, because fixed support of a special bridge or a continuous bridge with REJ under the temperature load which is constant load has been acted the large lateral load by structure-track interaction, when determining the fixed bearing capacity of structure should be reflected in the results to secure the safety of structures was confirmed.
Deformations of bridge deck ends on abutments or on transition between bridge decks can cause extreme deformations on track. Especially, since slab track is fixed onto the bridge deck slab on concrete slab track-installed bridges, deformations of bridge deck ends directly affect the track behavior, and thus these interactions can bring about the premature failure of rail fastenings or other deteriorations to lower the serviceability. In this study, a foreign standard to evaluate forces on track components caused by the track-bridge interactions and the serviceability of bridge deck ends is investigated, and for the real bridges, the serviceability of bridge deck ends according to several parameters of bridge and track is analyzed. It is found that arrangements and spring coefficients of bridge bearings, as well as distance between bridge bearing and last rail support, support spacings, rail support spring coefficient, are very important parameters.
In this study, the influences of rail surface roughness on dynamic wheel-rail forces currently employed in conventional lines were assessed by performing field measurements according to grinding of rail surface roughness. The influence of the grinding effect was evaluated using a previous empirical prediction model for dynamic wheel-rail forces; model includes first-order derivatives of QI (Quality Index) and vehicle velocity. The theoretical dynamic wheel-rail force determined using the previous prediction equation was analyzed using the QI, which decreased due to rail grinding as determined through field measurements. At a constant track support stiffness, an increase in the QI caused an increase in dynamic wheel-rail forces. Further, it can be inferred that the results of dynamic wheel-rail analysis obtained using the measured data, such as the variation of QI due to rail grinding, can be used to predict the peak dynamic forces. Therefore, it is obvious that the optimum amount of rail grinding can be determined by considering the QI, that was regarding an operation characteristics of the target track (vehicle velocity and wheel load).
Considerable longitudinal rail forces and displacements may develop in continuous welded rail (CWR) track on long-span bridges due to temperature variations. The track stability may be disturbed due to excessive relative displacements between the sleepers and ballast bed and the accompanied reduction in frictional resistance. For high-speed tracks, however, solving these problems by installing rail expansion devices in the track is not an attractive solution as these devices may cause a local disturbance of the vertical track stiffness and track geometry which will require intensive maintenance. With reference to temperature, two actions are considered by the bridge loading standards, the uniform variation in the rail and deck temperature and the temperature gradient in deck. Generally, the effect of temperature gradient has been disregarded in the interaction analysis. This paper mainly deals with the effect of temperature gradient on the track-bridge interaction with respect to the support reaction, rail stresses and stability. The study presented in this paper was not mentioned in the related codes so far.
This paper describes the formulation and application of a dynamic model for a conventional rail track subjected to arbitary loading functions that simulate wheel/rail impact forces. The rail track is idealized as a periodic elastically coupled beam system resting on a Winkler foundation. Modal parameters of the track structure are first obtained from the natural vibration characteristics of the beam system, which is discretized into a periodic assembly of a specially-constructed track element and a single beam element characterized by their exact dynamic stiffness matrices. An equivalent frequency-dependent spring coefficient representing the resilient, flexural and inertial characteristics of the rail support components is introduced to reduce the degrees of freedom of the track element. The forced vibration equations of motion of the track subjected to a series of loading functions are then formulated by using beam bending theories and are reduced to second order ordinary differential equations through the use of mode summation with non-proportional modal damping. Numerical examples for the dynamic responses of a typical track are presented, and the solutions resulting from different rail/tie beam theories are compared.
Deformations of bridge deck ends on abutment can cause extreme deformations on track. Especially, since slab track was fixed onto the bridge deck slab on concrete slab track installed bridges, deformations of bridge deck ends directly affect the slab track behavior, and thus these interactions can bring about the premature failure of rail fastenings or other deteriorations to lower the serviceability. In this study, a foreign standard to evaluate forces on track components caused by the track-bridge interactions and the behavior of bridge deck ends was investigated and for real scale bridges. It was found that rail support spring coefficients, as well as toe loads, support spacing were very important parameters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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