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Seit 25 Jahren betreibt die Bundesanstalt für Materialprüfung intensive Forschung auf dem Gebiet der Eisenbahndynamik unter Einbeziehung aller Systemkomponenten. Das umfasst theoretisch/numerische Arbeiten, Feldmessungen und Laborversuche zu den folgenden Fragen:
- die Erschütterungs- und Körperschallweiterleitung durch den natürlichen Boden,
- das Schwingungsverhalten der verschiedenen Fahrwege auf dem Untergrund,
- die dynamischen Kräfte aus der Wechselwirkung zwischen dem Fahrzeug und dem Fahrweg sowie
- die Gleislageentwicklung unter dieser Belastung bei verschiedenen Fahrwegen.
Es werden Ergebnisse zu den dynamischen Kräften bei Geschwindigkeiten
von 40 bis 300 km/h und zum Vergleich der Festen Fahrbahn mit dem Schottergleis vorgestellt, woraus Möglichkeiten für die
Das Ziel der Untersuchungen ist ein Prognosemodell für Erschütterungen infolge Schiennahverkehr. Ergänzend zu Bericht 9 wird insbesondere der dreidimensionale, instationäre und zufällige Charakter der Erschütterungsquelle und dessen Auswirkungen auf die Ausbreitung durch den Boden und auf die Schwingungen benachbarter Gebäude untersucht. Es werden jeweils theoretisch/numerisch und experimentell/messtechnisch
- Amplituden-Abstands-Gesetze,
- Freifeld-Bauwerks-Übertragungsverhältnisse und
- Deckenresonanzüberhöhungen
ermittelt, die zusammen mit den Ergebnissen des Berichts 9 eine realistische Prognose von Erschütterungen ermöglichen. Die Ergebnisse sind in einem einfachen Prognoseprogramm zusammengefasst, mit dem im konkreten Anwendungsfall der Einfluss einer Reihe von Quell-, Boden- und Bauwerkseigenschaften erfasst wird.
Fahrzeug-Fahrweg-Untergrund-Umgebung: theoretische, rechnen- und meßtechnische Untersuchungen
(1987)
The ground vibrations, which are generated by trains on different tracks, have been calculated by finite-element boundary-element models. The ballasted track is modelled in detail by the finite element method. The infinite soil is modelled by the boundary element method as a homogeneous or layered half-space. The track-soil system is coupled to a simple rigid mass model of the vehicle so that the vehicle-track interaction is completely included. Transfer functions are calculated in frequency domain without and with vehicle-track interaction, the compliance of the track and the mobilities of the soil at different distances from the track. Finally, the ratios between the ground vibration amplitudes with and without mitigation measures are calculated to quantify the effectiveness of the mitigation measures.
Tracks with under-sleeper pads have been investigated in a wide parameter study for the RIVAS project. The main parameters that influence the reduction of ground vibration are the stiffness of the under-sleeper pad, the mass and the width of the sleeper. The softest sleeper pad yields the best reduction of the ground vibration. The influence of the sleeper mass is not so strong, as the characteristic frequency is ruled by the mass of the sleeper and the mass of the wheelset as well.
A variety of isolation measures exists to reduce the vibration in the neighbourhood of railway lines. They can be roughly classified as elastic or stiffening systems. There are the following elastic elements, rail pads or resilient fixation systems between rail and sleeper, under sleeper pads or sleeper shoes under the sleepers, and ballast mats under the ballast. Stiffening systems (plates) are used as slab tracks, floating slab tracks, or mass-spring systems. In the EU project “Railway induced vibration abatement solutions (RIVAS)”, elastic under sleeper pads have been investigated. The dynamic behaviour of the track and the surrounding soil has been calculated by the combined finite-element boundary-element method in a systematic parameter study. It has been shown that the mitigation effect can be improved by soft under sleeper pads or by heavy sleepers. Consequently, such track elements (soft under sleeper pads and heavy sleepers) have been thoroughly investigated in laboratory tests to establish the static and dynamic parameters as well as their serviceability. Finally, field tests at and near railway tracks with and without under sleeper pads have been performed. To determine the reduction effect of the isolated track, the ground vibrations excited by trains or artificial sources have been measured. The soil properties at the different sites have also been measured so that the comparison of the isolated and un-isolated track can take into account possible differences of the soil parameters. The contribution shows how the different (numerical, laboratory and field) methods and results can be combined to achieve an improved mitigation solution with soft under sleeper pads and heavy sleepers for ballasted and slab tracks.
In dem Forschungsvorhaben „Das Fahrzeug-Fahrweg-Verhalten“ im Hinblick auf die Prognose von Zugerschütterungen und die Optimierung von Minderungsmaßnahmen – Förderkennzeichen BMBF 9346 - wurden sehr komplexe, vielfältig ineinander verzahnte und simultane Fahrzeug-, Fahrweg-, Brücken- und Zugmessungen durchgeführt. Mit diesem umfangreichen Arbeitsprogramm wurde die Relevanz verschiedener Anregungs- und Beanspruchungsanteile untersucht und eine Reihe von Messmethoden für diese Anteile herausgearbeitet, sowie Minderungsmöglichkeiten für die dynamischen Radlasten und für die Erschütterungen in der Umgebung von Bahnlinien zusammengestellt und bewertet.