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Die Prognose der Erschütterungsausbreitung - theoretisch und auf der Grundlage von Messergebnissen
(2003)
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
Seit 25 Jahren betreibt die Bundesanstalt für Materialprüfung intensive Forschung auf dem Gebiet der Eisenbahndynamik unter realistischer Einbeziehung des Gleisuntergrundes. Das umfaßt theoretisch/numerische Arbeiten, Feldmessungen und Labor-, Modell- und Elementversuche zu den folgenden Fragen:
-die Erschütterungs- und Körperschallweiterleitung durch den natürlichen Boden,
- das Schwingungsverhalten der verschiedenen Fahrwege auf speziellen Boden- und Schotterschichten,
- die dynamischen Kräfte während der Überfahrt des Fahrzeugs sowie
- das Setzungs- und Differenzsetzungsverhalten verschiedener Gleisstrukturen.
Es werden Rechen- und Meßergebnisse zum Vergleich der Festen Fahrbahn und des Schottergleises vorgestellt und daraus Möglichkeiten für die weitere Verbesserung von Bahnfahrwegen gefolgert. Eine wesentliche Rolle kommt dabei der Wechselwirkung von Platten und steifen Declcschichten mit dem umgebenden Boden zu, deren Theorie in der BAM in den 90er Jahren weiterentwickelt wurde.
Seismic reponse of three-dimensional structures using a Green's function approach to the soil
(1986)
Fahrzeug-Fahrweg-Untergrund-Umgebung: Theoretische, rechen- und messtechnische Untersuchungen
(1987)
Simple and advanced boundary-element method for the soil and its application to railway dynamics
(2007)
Simple and advanced boundary-element method for the soil and its application to railway dynamics
(2007)
Die diskrete Stützung der Schiene auf Schwellen in regelmäßigem Abstand ergibt für den fahrenden Zug eine Parametererregung. Die Berechnung der parametererregten Schwingungen und der zugehörigen dynamischen Radlasten erfordert die Analyse des Gesamtsystems Fahrzeug-Fahrweg-Untergrund. Es wird eine Substrukturmethode vorgestellt, bei der Fahrzeug, Fahrweg und Untergrund jeweils mit geeigneten Methoden (Mehrkörperdynamik, Finite Elemente, Randelemente) berechnet werden. Das Verfahren wird auf eine Situation angewandt, die auch mehrfach experimentell untersucht wurde, die Hochgeschwindigkeitsversuchsfahrten des Intercity Experimental (ICE) auf der Neubaustrecke bei Würzburg. Es werden die Ergebnisse der Teilsysteme und des Gesamtsystems und schließlich die dynamische Radlast für verschiedene Fahrgeschwindigkeiten dargestellt. Die dynamische Radlast nimmt bei Steigerung der Fahrgeschwindigkeit bis 200 km/h zu, bleibt bei höheren Fahrgeschwindigkeiten jedoch ungefähr konstant. Eine ähnliche Tendenz wird bei den Erschütterungen in der Umgebung bemerkt. Mit den berechneten Radlasten werden die ICE-Vorbeifahrten sehr detailliert simuliert und die berechneten Erschütterungen mit den gemessenen verglichen. Es zeigt sich eine gute Übereinstimmung, so daß der wichtige Fahrgeschwindigkeitseffekt als theoretisch und experimentell abgesichert angesehen werden kann.
This article presents an integrated model for the computation of vehicletrack interaction and the ground vibrations of passing trains. A combined finite element and boundary element method is used to calculate the dynamic compliance of the track on realistic soil whereas multi-body models are used for the vehicle. The dynamic stiffness of the vehicle and that of the track are combined to calculate the dynamic axle loads due to the irregularities of the vehicle and the track as well as those due to sleeper passing excitation. These loads serve as input for the calculation of ground vibration near railway lines in the time and frequency domains.
The theoretical methods and results have been proven by experiments in several respects and at several instances. First, on the occasion of the test and record runs of the Intercity Experimental, there was a very good quality of the vehicle and of the newly built track so that the deterministic parts of the excitationthe static load and the sleeper-passing componentcould clearly be identified, the first being of minor importance apart from the track. Second, simultaneous measurements of the vehicle, the track and the soil at three different track situations were performed where we could verify the different parts of the stochastic excitation and their importance for the ground vibrations. The irregularities of the vehicle are dominant at high frequencies whereas the irregularities of the track are more important at lower frequencies. The comparison of the theory and the measurements also points to the phenomena of the vehicletrack resonance and the scattering of the quasi-static axle impulses by randomly varying soil.