Roads and Bridges - Drogi i Mosty
17, 4, 2018, 299-316

Dynamic analysis of the railway bridge span under moving loads

Marek Szafrański Mail
Gdańsk University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering, 11/12 Narutowicza Street, 80-233 Gdańsk
Published: 2018-12-31

Abstract

The first part of the paper provides a review of the state of knowledge of the dynamic behaviour of railway bridges under moving loads. Particular attention is paid to developments in modelling railway bridge loading and dynamic vehicle-span (structure) interaction. The most important aspects determining the advancements in this area of knowledge are identified. The contemporary techniques for defining bridge span finite element models used in dynamic analyses are also discussed. The second, practical part of the paper presents the results of numerical simulations of the passage of load along the bridge structure. The railway loads are represented by a series of concentrated forces and a series of single-mass oscillators. Vibration of the bridge span centre and the vehicle mass depending on the speed of travel are considered. The loading parameters are adopted to represent a real railway vehicle - EN57 electrical multiple unit. The structure’s parameters were adopted on the basis of a 30 m long load-relieving span. In both cases modal identification techniques were used to obtain all the required dynamic parameters of the span under analysis on the basis of experimental data.

Keywords


modal identification, numerical analysis, railway bridges, railway loads, structural dynamics.

Full Text:

PDF PDF

References


Towpik K.: Infrastruktura transportu kolejowego. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, wyd. II, Warszawa, 2009

Kryłow A.N.: Über die erzwungenen Schwingungen von gleichförmigen elastischen Stäben. Mathematische Annalen, 61, 2, 1905, 211-234

Timoshenko S.P.: Forced vibration of prismatic bars. Izvestiya Kievskogo Politekhnicheskogo Instituta, 59, 1908, 163-203

Fryba L.: Vibration of Solids and Structures under Moving Loads. Thomas Telford, London, 1972

Saller H.: Einfluss bewegter Last auf Eisenbahnoberbau und Brücken. Wiesbaden Kreidel, Berlin, 1921

Jeffcott H.H.: On the vibration of beams under the action of moving loads. Philosophical Magazine, Series 7, 8, 48, 1929, 66-97

Naleszkiewicz J.: Z dynamiki belki mostowej. Archiwum Mechaniki Stosowanej, Vol. 2, 1953, 517-544

Akin J.E., Mofid M.: Numerical solution for response of beam with moving mass. Journal of Structural Engineering, ASCE, 115, 1, 1989, 120-131

Michaltsos G.T., Sophianopoulos D., Kounadis A.N.: The effect of a moving mass and other parameters on the dynamic response of a simply supported beam. Journal of Sounds and Vibrations, 191, 3, 1996, 357-362

Kączkowski Z.: O drganiach belki mostowej pod wpły- wem przesuwających się obciążeń. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Budownictwo, Z. 20, 201, 1967, 9-20

Langer J.: Studium dynamiki przęsła mostowego obcią- żonego ruchomym pojazdem. Archiwum Inżynierii Lądowej, 19, 2, 1973, 255-262

Yang Y.B., Lin C.W.: Vehicle-bridge interaction and potential application. Journal of Sounds and Vibration, 284, 1-2, 2005, 205-226

Szcześniak W., Ataman M., Zbiciak A.: Drgania belki sprężystej wywołane ruchomym, liniowym oscylatorem jednomasowym. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 1, 2, 2002, 53-83

Klasztorny M.: Analiza drgań belki mostowej przenoszącej jednorodny strumień obciążeń ruchomych. Archiwum Inżynierii Lądowej, 36, 3, 1990, 207-227

Klasztorny M., Langer J.: Warianty sformułowania i analiza równań równowagi dynamicznej konstrukcji mostowych poddanych działaniu strumieni obciążeń iner- cyjnych. Archiwum Inżynierii Lądowej, 36, 1-2, 1990, 3-18

Fryba L.: A Rough assessment of railway bridges for high-speed trains. Engineering Structures, 23, 5, 2001, 548-556

Li J., Su M.: The resonant vibration for a simply supported girder bridge under high-speed trains. Journal of Sounds and Vibration, 224, 5, 1999, 897-915

Xia H., Zhang N., Guo W.W.: Analysis of resonance mechanism and conditions of train-bridge system. Journal of Sounds and Vibration, 297, 3-5, 2006, 810-822

Yang Y.B., Yau J.D., Hsu L.C.: Vibration of simple beam due to trains moving at high speed. Engineering Structures, 19, 11, 1997, 936-944

Gao M.M., Pan J.Y.: Coupling vibration analysis for train-track-bridge system. Proceedings of the 6th European Conference on Structural Dynamics “EURODYN 2005”, Millpress, 2005, Rotterdam, 1069-1075

Klasztorny M.: Analiza dynamiczna belkowych mostów zespolonych na CMK w warunkach zwiększonych prędkości pociągów (160 - 250) km/h. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 2, 3, 2003, 73-93

Wu Y.S., Yang Y.B.: Steady-state response and riding comfort of trains moving over a series of simply supported bridges. Engineering Structures, 25, 2, 2003, 251-265

Dihn V.N., Kim K.D., Warnitchai P.: Dynamic analysis of three-dimensional bridge - high-speed train interactions using a wheel-rail contact model. Engineering Structures, 31, 12, 2009, 3090-3106

Klasztorny M.: Dynamika mostów belkowych obcią- żonych pociągami szybkobieżnymi. WNT, Warszawa, 2005

Xia H., Xu Y.L., Chan T.H.T.: Dynamic interaction of long suspension bridges with running trains. Journal of Sounds and Vibration, 268, 2, 2000, 263-280

Zhang Q.L., Vrouwenvelder A., Wardenier J.: Numerical simulation of train-bridge interactive dynamics. Computer and Structures, 79, 10, 2001, 1059-1075

Paiăxo A., Fortunato E., Calçada R.: The effect of differential settlements on the dynamic response of the train-track system: A numerical study. Engineering Structures, 88, 2015, 216-224

Bryja D., Hołubowski R., Gisterek I.: Railroad vehicle modelling in probabilistic vibration analysis of a railway bridge with randomly fluctuating track ballast stiffness. Proceedings of The 9th International Conference on Structural Dynamics “EURODYN 2014”, Porto, Portugal, 2014, 2737-2744

Podworna M.: Dynamic response of steel-concrete composite bridges loaded by high-speed train. Structural Engineering and Mechanics, 62, 2, 2017, 179-196

Gou H., Zhou W., Yang Ch., Yi B., Pu Q.: Dynamic response of a long-span concrete-filled steel tube tie arch bridge and the riding comfort of monorial trains. Applied Sciences, 8, 4, 2018, 1-22

Apanas L., Sturzbecher K.: Analiza dynamiczna kratowego wiaduktu kolejowego w związku z dostosowaniem do przejazdu pociągów z dużymi prędkościami. Archiwum Instytutu Inżynierii Lądowej, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 5, 2009, 9-33

Ribeiro D., Calcada R., Delgado R.: Dynamic analysis of Alcácer do Sal railway bridge. Proceedings of the 6th European Conference on Structural Dynamics “EURODYN 2005”, Millpress, 2005, Rotterdam, 1661-1667

Oleszek R., Radomski W.: Dynamic analysis of an existing arch railway bridge according to Eurocodes. Archives of Civil Engineering, LXII, 4/I, 2016, 99-117

Zobel H., Zbiciak A., Oleszek R., Michalczyk R., Mossakowski P.: Numerical identification of the dynamic characteristics of a steel-concrete railway bridge. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 13, 3, 2014, 189-215, DOI: 10.7409/rabdim.014.018

Szafrański M., Żółtowski K.: Modelowanie konstrukcji mostów pod kątem dynamicznym. Seminarium „Mosty Kolejowe”, Warszawa - Jachranka, 2013, 101-115

Żółtowski K., Kozakiewicz A., Romaszkiewicz T., Szafrański M., Madaj A., Falkiewicz R., Raduszkiewicz K., Redzimski K.: Przebudowa mostu kolejowego przez rzekę Pilicę z przystosowaniem do dużych prędkości. Archiwum Instytutu Inżynierii Lądowej, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 8, 2010, 289-299

Calcada R., Cunha A., Delgado R.: Dynamic analysis of metallic arch railway bridge. Journal of Bridge Engineering, 7, 4, 2002, 214-222

Żółtowski K., Szafrański M., Kozakiewicz A.: Zastosowanie istniejących przęseł odciążających typu mostowego dla prędkości eksploatacyjnych do 60 km/h. Mosty, 2, 2013, 24-27

Juang J.N., Pappa R.S.: An eigensystem realization algorithm for modal parameter identification and model reduction. Journal of Guidance, Control and Dynamics, 8, 5, 1985, 620-627

Bendat J., Piersol A.: Engineering applications of correlation and spectral analysis. John Wiley & Sons, Inc., 1980

Szafrański M.: Dynamika mostu kolejowego małej rozpiętości pod obciążeniem ruchomym. Materiały konferencyjne 64. Konferencji Naukowej Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN oraz Komitetu Nauki PZITB „KRYNICA 2018”, Krynica Zdrój, 2018, 281-282

Juang J.N.: Applied system identification. Englewood Clifs, Prentice-Hall PTR, New Jersey, Inc., 1994

Szafrański M.: Vibration of the bridge under moving singular loads - theoretical formulation and numerical solution. Journal of Applied Mathematics and Computational Mechanics, 15, 1, 2016, 169-180

Szafrański M.: Oddziaływania taboru na mosty kolejowe przy zmiennych parametrach ruchu. Rozprawa doktorska, Politechnika Gdańska, Gdańsk, 2014


Dynamic analysis of the railway bridge span under moving loads

  
Szafrański, Marek. Dynamic analysis of the railway bridge span under moving loads. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, [S.l.], v. 17, n. 4, p. 299-316, dec. 2018. ISSN 2449-769X. Available at: <>. Date accessed: 12 Nov. 2019. doi:http://dx.doi.org/10.7409/rabdim.018.019.