Hållbara brotyper för framtidens höghastighetstågChristoffer JohanssonAvdelningen för bro- och stålbyggnad

2Division of Structural Engineering and Bridges

Agenda

• Normkrav

• Analytisk lösning

• Befintliga broar

• Parametrisk studie

3Division of Structural Engineering and Bridges

NormkravSS-EN1990:A1

Kontroller:

• Acceleration

• Vridning

• Nedböjning

• Vinkeländring

AvgörandeBallasterade spår: a ≤ 3.5 m/s2

Ballastfria spår: a ≤ 5 m/s2

• HSLM A1-A10 (10 simuleringar)

• 100-300km/h (40 simuleringar)

Krav:

Lastmodell:

4Division of Structural Engineering and Bridges

Analytisk lösning för accelerationer

Tillvägagångssätt:

• Rörelseekvationen kan skrivas som en linjär kombination av egenmoder med

hjälp av expansion teoremet

• Egenfrekvenser och modformen beräknas med balkens karakteristiska funktion

• Tidsresponsen löses i frekvensdomänen med en Laplace transformation

(Jonsered Säveån)

5Division of Structural Engineering and Bridges

Verifikation (HSLM A1, 250km/h)

2uncracked 157.4GNmEI

2cracked 94.5GNmEI

35370kg/mm

1%

5GN/mk

6Division of Structural Engineering and Bridges

M [ton/m] hos befintliga broar

• 24 Slak- och spännarmerade betongbroar

• 36 Stål- och samverkansbroar

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 550

5

10

15

20

25

30

35

L [m]

M [t

on/m

]

n0,max

n0,min

Stål- och samverkansbroar Verkliga broarRegressionslinje95% prediktionsintervall

(Höga)

(Braken)

7Division of Structural Engineering and Bridges

n0 [Hz] hos befintliga broar

5 10 20 30 40 50 601.5

2

3

4

5

6

8

10

15

20

25

30

L [m]

n 0 [H

z]

n0,max

n0,min

Stål- och samverkansbroar

Verkliga broarRegressionslinje95% prediktionsintervall

8Division of Structural Engineering and Bridges

Parametrisk studie

Brotyp L n0 fack

• Slakarmerade betongbroar• Spännarmerade betongbroar• Stål- och samverkansbroar

8-60 m (17)

1.5 – 30 Hz (22)

1-3(3)

3366

9Division of Structural Engineering and Bridges

Stål- och samverkansbroar

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 35 40 45 50 60

2

3

4

5

6

8

10

15

20

25

30

n0,max

n0,min

10

10

1

20

5

25

15

1

30

40

20

5

5015

60

25

10

30

5

40

L [m]

20

5

Mmax

(Enligt Kapitel 4.1.1)

50

25

Mmin

(Enligt Kapitel 4.1.1)

15

60

30

510

4015

20

Stål- och samverkansbroar (1 fack)

n 0 [H

z]

10Division of Structural Engineering and Bridges

Slakarmerade betongbroar

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 35 40 45 50 60

2

3

4

5

6

8

10

15

20

25

30

n0,max

n0,min

1

5

10

15

155

1

10

1

2015

60504030

5

25

L [m]

10

Mmin

(Enligt Kapitel 4.1.1)

20

Mmax

(Enligt Kapitel 4.1.1)

5

10

60

2550

3040

15

Slakarmerade betongbroar (1 fack)

20

n 0 [H

z]

11Division of Structural Engineering and Bridges

Avslutade projekt

(2010, www.byv.kth.se) (2011, www.byv.kth.se)

Höghastighetsprojekt – Del 1 • Sammanfatta befintlig kunskap• Identifiera lämpliga brotyper

avseende höghastighetsbanor

Höghastighetsprojekt - Bro• Inventering av järnvägsbroar för

ökad hastighet på befintliga banor

12Division of Structural Engineering and Bridges

Slutsatser

Följande broar har problem att klara accelerationskravet:

• Stål- och samverkansbroar

• Korta broar

• Broar med ändskärm

• Broar med mjuk grundläggning

13Division of Structural Engineering and Bridges

Mer forskning behövs!!

Frågor?