Pravděpodobnostní hodnocení interakce mostu a koleje

Abstract

Bezstyková kolej je v současné době preferována pro převedení běžné i vysokorychlostní dopravy po mostě. Pro posouzení přídavných sil v bezstykové koleji se aktuálně používá postup, který je založen na zastaralé metodě dovolených přídavných namáhání. Cílem disertační práce je proto vývoj nové pravděpodobnostní metody pro hodnocení účinků interakce most–kolej a ukázka její aplikace. Práce se dělí na experimentální část, numerickou část a případovou studii. V úvodu práce byl shrnut současný stav problematiky bezstykové koleje a interakce most–kolej. V experimentální části bylo analyzováno chování mostu s bezstykovou kolejí na základě dat z dlouhodobého monitoringu ocelového obloukového mostu velkého rozpětí. Zároveň byly získány podklady pro numerickou část (pravděpodobnostní a regresní modely). V numerické části byly definovány pravděpodobnostní modely pro účinky zatížení teplotou a dopravou, včetně pravděpodobnostního popisu kombinací. Následně byly odvozeny dílčí součinitele zatížení a kombinační součinitele. V závěru práce byla provedena případová studie, ve které byla ukázána aplikace navržené pravděpodobnostní metody na příkladu spřaženého ocelobetonového mostu. Pravděpodobnostním postupem byly odvozeny dílčí součinitele zatížení, které byly specificky kalibrovány pro ověření interakce mostu a koleje. Ukazuje se, že zohlednění měření a snížení nejistot v účinku zatížení vede k významné redukci dílčích součinitelů – pro zatížení teplotou na 1,1, pro svislé zatížení dopravou na 1,4 a pro vodorovné účinky od brzdění na 1,3. Byly ověřeny také kombinační součinitele – doporučuje se uvažovat hodnoty podle Eurokódů. V navazujícím výzkumu se doporučuje dosažené výsledky ověřit pro další typy mostů a ověřit pravděpodobnostní modely plastického podélného odporu zatížené koleje a poměru vodorovného a svislého zatížení od železniční dopravy.

Continuous welded rail is currently preferred for bridges supporting both conventional and high-speed tracks. According to current practice, additional forces in continuously welded rail are verified. The approach is based on an outdated method of permissible additional stress in the rail. Therefore, this thesis develops a new probabilistic method for the assessment of the effects of track–bridge interaction and verifies method on a case study. The thesis starts off with an overview of the state-of-the-art information of the continuous welded rail and the track–bridge interaction. The main part consists of an experimental part, a numerical part and the case study. The behaviour of a bridge with continuous welded rail is thoroughly analysed in the experimental part. The analysis is based on data obtained from long-term monitoring of a long-span steel arch bridge. In addition, probabilistic and regression models are determined and utilised subsequently in the numerical part where probabilistic models for the effects of thermal and traffic loads are proposed, including probabilistic description of load combinations. The partial load factors for actions and combinations of actions are then derived. In the case study of a steel-concrete composite bridge, the application of the proposed probabilistic method is demonstrated. The probabilistic approach makes it possible to calibrate partial factors for load effects considering conditions specific for track-bridge interaction. It appears that the partial factors can be significantly reduced when considering measurements from monitoring – the partial factor for thermal actions may be reduced to 1,1, for vertical effects of railway loads to 1,4, and for horizontal effects due to braking to 1,3. The analysis of load combinations shows that the values of combination factors may be considered as recommended in Eurocodes. Within future research, obtained findings should be verified considering other types of bridges. The probabilistic models for plastic longitudinal resistance of a loaded track and for the ratio of horizontal and vertical traffic load should be analysed in detail.