Experimental and numerical investigations of rail behaviour under compressive force on ballastless track systems

Kang, Chongjie; Bode, Matthias; Wenner, Marc; Marx, Steffen

doi:10.1016/j.engstruct.2019.109413

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“…Zur Ermittlung einer zulässigen Schienendruckkraft wurden mehrstufige Untersuchungen vorgenommen, die sich nach folgender Methode untergliedern lassen: Charakterisierung des mechanischen Verhaltens des Systems und seiner Komponenten sowie Erstellung eines Analysemodells zum Verhalten des Systems unter Druckbeanspruchung und Durchführen von ersten numerischen Analysen (Voruntersuchung). Planung, Durchführung und Auswertung von Versuchen zur Verifizierung des Modells (Laborversuch an der Leibniz Universität Hannover [20], Großversuch an einem nachgebauten Oberbauabschnitt [21]). Definition von Grenzzustandskriterien und Grenzwerten sowie Überlegungen zu einem möglichen Sicherheitskonzept für die Nachweise der Grenzzustände. Ermittlung einer noch zulässigen Gesamtdruckkraft in der Schiene sowie Ableitung der zulässigen zusätzlichen Druckspannung infolge Gleis‐Tragwerks‐Interaktion spezifisch für den untersuchten Fall. …”

Section: Vorgehensweise Zur Ermittlung Der Zulässigen Schienendruckkraftunclassified

Zulässige Schienendruckkräfte für den Nachweis der Gleis‐Tragwerks‐Interaktion bei Fester Fahrbahn

Diers,

Wenner,

Slovák

et al. 2023

Bautechnik

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Beim modernen Oberbau mit lückenlos verschweißter Schiene entstehen auf Brücken durch die Interaktion mit dem Bauwerk höhere axiale Beanspruchungen der Schiene als auf dem Damm. Beim Schotteroberbau gilt es die Druckkräfte in der Schiene zu begrenzen, um Gleisverwerfungen zu vermeiden. Dazu wurden in den 1980er‐Jahren umfangreiche Untersuchungen durchgeführt, woraus ein Grenzwert für die zulässigen zusätzlichen Druckspannungen von 72 MPa definiert wurde. Bei der Festen Fahrbahn liegen jedoch keine Erfahrungen zum Verhalten unter großen Druckkräften vor und der erhöhte Grenzwert von 92 MPa beruht auf keiner wissenschaftlich nachvollziehbaren Basis. Für den Fall der EÜ Itztal auf der Neubaustrecke Ebensfeld–Erfurt konnte der Nachweis der zusätzlichen Druckspannungen mit dem Grenzwert von 92 MPa nicht erbracht werden. Um fallspezifisch einen neuen Grenzwert festlegen zu können, wurden Untersuchungen vorgenommen, die in diesem Aufsatz vorgestellt werden. Das Verhalten des Systems unter großen Druckkräften wurde rechnerisch und experimentell untersucht. Für den Nachweis einer ausreichenden Sicherheit des Systems bei großen Schienendruckkräften wurden Grenzzustände festgelegt und für abgesicherte Einwirkungskombinationen nachgewiesen. Das Fallbeispiel zeigt die Reserven des Systems auf und legt eine mögliche Methode für eine grundsätzliche Überarbeitung des Grenzwerts der Schienendruckspannungen beim System Feste Fahrbahn vor.

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Section: Vorgehensweise Zur Ermittlung Der Zulässigen Schienendruckkraftunclassified

Zulässige Schienendruckkräfte für den Nachweis der Gleis‐Tragwerks‐Interaktion bei Fester Fahrbahn

Diers,

Wenner,

Slovák

et al. 2023

Bautechnik

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show abstract

“…By the end of 2020, the total mileage of the Chinese HSR exceeded 35,000 km [ 1 ]. With this rapid development of HSR, damage problems and structural drawbacks [ 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 ] have been observed in many high-speed lines. During the service period, HSR ballastless slab tracks are not only affected by traffic load or foundation deformation, but also by environmental thermal conditions.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Mechanical Performance of a Ballastless Track System for the Railway Bridges of High-Speed Lines: Experimental and Numerical Study under Thermal Loading

et al. 2021

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The mechanical performance of China Railway Track System type II (CRTS II) ballastless track suitable for High-Speed Railway (HSR) bridges is investigated in this project by testing a one-quarter-scaled three-span specimen under thermal loading. Stress analysis was performed both experimentally and numerically, via finite-element modeling in the latter case. The results showed that strains in the track slab, in the cement-emulsified asphalt (CA) mortar and in the track bed, increased nonlinearly with the temperature increase. In the longitudinal direction, the zero-displacement section between the track slab and the track bed was close to the 1/8L section of the beam, while the zero-displacement section between the track slab and the box girder bridge was close to the 3/8L section. The maximum values of the relative vertical displacement between the track bed and the bridge structure occurred in the section at three-quarters of the span. Numerical analysis showed that the lower the temperature, the larger the tensile stresses occurring in the different layers of the track structure, whereas the higher the temperature, the higher the relative displacement between the track system and the box girder bridge. Consequently, quantifying the stresses in the various components of the track structure resulting from sudden temperature drops and evaluating the relative displacements between the rails and the track bed resulting from high-temperature are helpful in the design of ballastless track structures for high-speed railway lines.

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“…Moreover, for ballastless tracks, extreme temperatures may cause problems in the rail-structure interface by adding longitudinal stress in the rail and structure. It is noted that the additional stress on a structure should be controlled and not exceed the admissible stress capacity [33][34][35]. Although track buckling has been widely investigated [36][37][38][39][40][41][42][43], interspersed tracks and their inconsistency have never been taken into account.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Buckling Analysis of Interspersed Railway Tracks

Ngamkhanong¹,

Wey²,

Kaewunruen³

2020

Applied Sciences

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Nowadays, timber sleepers are still used for ballasted railway tracks to carry passengers and transport goods. However, the process of natural decay causes the problem of timber sleeper degradation over time. A temporary “interspersed” approach is used to replace rotten timbers with concrete sleepers. This implementation has several inadequacies, as interspersed railway tracks have inconsistent stiffness and experience significant deterioration over the years. Increased heat due to the change in the global climate can induce a compression force in the continuous welded rail (CWR), leading to a change in track geometry called “track buckling”. A literature review shows that track buckling on plain tracks has been widely studied. However, the buckling of interspersed tracks has not been fully studied. This study presents 3D finite element modelling of interspersed railway tracks subjected to temperature change. The effect of the boundary conditions on the buckling shape is considered. The obtained results show that the interspersed approach may reduce the likelihood of track buckling. This study is the world’s first to investigate the buckling behaviour of interspersed railway tracks. The insight into interspersed railway tracks derived from this study will underpin the life cycle design, maintenance, and construction strategies related to the use of concrete sleepers as spot replacement sleepers in ageing railway track systems. The outcome of this study will help track engineers to improve the inspection of the lateral stiffness of interspersed tracks in areas prone to extreme temperature.

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Experimental and numerical investigations of rail behaviour under compressive force on ballastless track systems

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Zulässige Schienendruckkräfte für den Nachweis der Gleis‐Tragwerks‐Interaktion bei Fester Fahrbahn

Zulässige Schienendruckkräfte für den Nachweis der Gleis‐Tragwerks‐Interaktion bei Fester Fahrbahn

Mechanical Performance of a Ballastless Track System for the Railway Bridges of High-Speed Lines: Experimental and Numerical Study under Thermal Loading

Buckling Analysis of Interspersed Railway Tracks

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