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Numerische Modellierung der Fahrzeug-Fahrweg-Wechselwirkung an Eisenbahnfahrwegen und ihre Anwendung im Brückenübergangsbereich

  • Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit steht die numerische Modellierung der Fahrzeug-Fahrweg-Wechselwirkung von Eisenbahnfahrwegen, die auch für Fahrwege mit einer Diskontinuität einsetzbar ist. Der Fokus wurde hier auf Fahrwege mit einem Brückenbauwerk gelegt, weil es an den Übergängen zu einer erhöhten Beanspruchung kommt. Daher wurde für den Fahrweg mittels der Finiten Elemente Methode (FEM) ein dreidimensionales Modell mit einer Lösung im Zeitbereich entwickelt, das die wesentlichen Elemente des Schienenverkehrs, das Fahrzeug, den Fahrwegoberbau und den Untergrund, enthält. Aufgrund der unendlichen Ausdehnung des Untergrundes wurde für den Rand des endlichen FE-Gebiets, die sogenannte Scaled Boundary Finite Element Methode (SBFEM) verwendet, welche ein semi-analytisches Verfahren ist und die Abstrahlungsbedingung erfüllt. Da dieses Verfahren sowohl zeitlich als auch räumlich global ist, kann es mitunter für lange Simulationszeiten sehr aufwendig sein. Deshalb wurdeIm Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit steht die numerische Modellierung der Fahrzeug-Fahrweg-Wechselwirkung von Eisenbahnfahrwegen, die auch für Fahrwege mit einer Diskontinuität einsetzbar ist. Der Fokus wurde hier auf Fahrwege mit einem Brückenbauwerk gelegt, weil es an den Übergängen zu einer erhöhten Beanspruchung kommt. Daher wurde für den Fahrweg mittels der Finiten Elemente Methode (FEM) ein dreidimensionales Modell mit einer Lösung im Zeitbereich entwickelt, das die wesentlichen Elemente des Schienenverkehrs, das Fahrzeug, den Fahrwegoberbau und den Untergrund, enthält. Aufgrund der unendlichen Ausdehnung des Untergrundes wurde für den Rand des endlichen FE-Gebiets, die sogenannte Scaled Boundary Finite Element Methode (SBFEM) verwendet, welche ein semi-analytisches Verfahren ist und die Abstrahlungsbedingung erfüllt. Da dieses Verfahren sowohl zeitlich als auch räumlich global ist, kann es mitunter für lange Simulationszeiten sehr aufwendig sein. Deshalb wurde es mittels der Methode der reduzierten Basisfunktionen und einer Linearisierung der Beschleunigungs-Einflussmatrix modifiziert, wodurch das Berechnungsverfahren effizienter gestaltet werden konnte. Anhand von zwei analytischen Lösungen aus der Bodendynamik konnte das modifizierte Verfahren der SBFEM validiert werden. Für ein Gleis auf homogenem Untergrund wurden mit Hilfe des gekoppelten FE-SBFE-Modells verschiedene Ergebnisse am Oberbau, im Boden und für die Ausbreitung von Erschütterungen berechnet, die sehr gut mit Ergebnissen aus der Literatur übereinstimmen. Zudem konnte das numerische Modell mit einer Schwingungsmessung an einer Schwelle eines realen Fahrwegs validiert werden. Unter Anwendung des gekoppelten FE-SBFE-Modells wurde ein Fahrweg mit Brückenbauwerk untersucht, wobei eine Beurteilung und Optimierung des Übergangsbereichs unter Verkehrslast hinsichtlich des Langzeitverhaltens im Vordergrund stand. Anhand von einfachen Bewertungskriterien, die als Indikatoren für das Langzeitverhalten dienen können, wurden verschiedene konstruktive Optimierungsmaßnahmen für den Brückenübergangsbereich diskutiert, wie zum Beispiel die Gestaltung eines Hinterfüllungsbereiches oder der Einsatz elastischer Elemente (Zwischenlagen, Besohlungen, Unterschottermatten) im Fahrweg. Das entwickelte numerische Modell für die Fahrzeug-Fahrweg-Wechselwirkung lässt sich ohne großen Aufwand auf weitere Problemstellungen von Übergangsbereichen erweitern, um spezifische konstruktive Optimierungsmaßnahmen zu untersuchen.zeige mehrzeige weniger

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Metadaten
Autoren/innen:Jeffrey Bronsert
Dokumenttyp:Dissertation
Veröffentlichungsform:Eigenverlag BAM
Schriftenreihe (Bandnummer):BAM Dissertationsreihe (157)
Sprache:Deutsch
Jahr der Erstveröffentlichung:2017
Organisationseinheit der BAM:7 Bauwerkssicherheit
7 Bauwerkssicherheit / 7.2 Ingenieurbau
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Titel verleihende Institution:Technische Universität Berlin, Fakultät VI – Planen Bauen Umwelt
Gutachter/innen:Stavros A. Savidis, Werner Rücker
Datum der Abschlussprüfung:11.11.2016
Verlag:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlagsort:Berlin
Jahrgang/Band:157
Erste Seite:1
Letzte Seite:140
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurbau
Freie Schlagwörter:Brückenübergangsbereich; Fahrzeug-Fahrweg-Wechselwirkung; Gekoppeltes FE-SBFE-Modell
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Infrastruktur
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-395784
ISSN:1613-4249
ISBN:978-3-9818270-6-4
Verfügbarkeit des Volltexts:Volltext-PDF für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - Namensnennung-Nicht kommerziell-Keine Bearbeitung
Datum der Freischaltung:29.03.2017
Referierte Publikation:Nein