Verslag Workshop Benchmarkstudie

Transcriptie

1 Verslag Workshop Benchmarkstudie modellering trillingsemissie van Japanse boortunnel ten behoeve van benchmarkstudie Holland Railconsult Drs. W. Gardien Kenmerk GMV-WG Versie 0.0 Utrecht, 19 maart 2001 concept Fout! Tekstfragment niet gedefinieerd.

2 Summary in English and Holland Railconsult have separately made predictions of the vibration levels at the Shinjuku line in Tokyo. Both institutions have used the same assumptions to perform their predictions. Vibration measurements at the modelled tunnel have been carried out. In this workshop the results of the predictions of Holland Railconsult and are compared to each other and to the measurements. Both institutions did not know each other s results and the results of the measurements until the workshop. First Wim Courage of presented their way of modelling vibrations. has used 3 approaches: An axisymmetric approach A plane strain approach A 3D approach Next, Wybo Gardien of Holland Railconsult presented their way of modelling. The Holland Railconsult consists of 3 steps: A static deflection model A train model A propagation model After that the results of and Holland Railconsult are compared to each other. Most emphasis is laid on the 3D results. The vibration levels predicted by were approximately 5 times higher at the surface level and 3 times higher at the tunnel than the vibration levels predicted by Holland Railconsult. Because of the large differences between the results of the two institutions, the intermediate results have been compared to each other. applied a larger load to the 3D model than Holland Railconsult. Furthermore, the admittance of the 3D model was larger than the admittance of the Holland Railconsult model. A larger load and a larger admittance will both lead to larger vibration levels. Paul Hölscher of GeoDelft gave a presentation about the measurements in Japan. First he showed how the measurements were carried out, and after that he presented the results. At the surface level there was reasonable agreement between the predictions of and the measurements. At the tunnel the measured vibration levels were much higher than the vibration levels predicted by both institutions. 1/36

3 Inhoudsopgave Summary in English 1 Inleiding 3 1 Modellering D modellering en axisymmetrische modellering Bepaling belasting met TRINT Vlakke rek modellering 8 2 Modellering Holland Railconsult Het indrukkingsmodel Het Spoormodel Het voortplantingsmodel 13 3 Resultaten 15 4 Vergelijking tussenresultaten en Holland Railconsult Alfa en beta demping Statische zakkingslijn Spoormodel en TRINT Admittantie 3D Puls responsie De trilsnelheden aan het oppervlak Resultaten metingen Japan 32 6 Afspraken en afsluiting 35 Colofon 36 2/36

4 Inleiding en Holland Railconsult hebben onafhankelijk van elkaar, maar met dezelfde uitgangspunten een trillingspredictie gedaan voor een geboorde metrotunnel in Japan. In Japan zijn ook trillingsmetingen uitgevoerd bij de betreffende boortunnel. De resultaten van de predicties en de metingen zijn onderling vergeleken in een workshop. Op donderdag 8 maart 2001 heeft de workshop plaatsgevonden in het nieuwegeins business center De Blokhoeve. Hierbij waren aanwezig: Robert Jan Aartsen, Benno Bruinsma en Engelbert Klaver (HSL-Zuid) Wim Courage en Arnold Koopman () Wybo Gardien en Herke Stuit (Holland Railconsult) Paul Hölscher (GeoDelft) Eerst heeft in een presentatie uiteen gezet op welke manieren zij de trillingen hebben voorspeld. Een beschrijving van deze presentatie staat in hoofdstuk 1. Hierbij wordt uitgelegd hoe krachten die op de inlay van de tunnel worden uitgeoefend worden aangebracht op de eindige elementen modellen. Daarna is door Holland Railconsult een presentatie gehouden over hun modellering (hoofdstuk 2). De modellering van Holland Railconsult bestaat uit 3 stappen. In de presentatie wordt uitgelegd hoe de drie modelleringsstappen worden gebruikt om tot een trillingsvoorspelling te komen. Vervolgens werden door en Holland Railconsult de resultaten gepresenteerd. en Holland Railconsult hebben beide een rapport met resultaten geschreven. In hoofdsutk 3 staan de maximale voortschrijdende effectieve waarden van de trillingssnelheid vermeld. Dit zijn de waarden waarop getoetst wordt bij een trillingspredictie. Vanwege het verschil in de resultaten van en Holland Railconsult is er nader ingegaan op de tussenstappen in de modellering. In hoofdstuk 4 worden een aantal tussenresultaten onderling vergeleken. Deze tussenresultaten waren tijdens de workshop niet voorhanden, en worden daarom in dit verslag voor het eerst gepresenteerd. Nadat Holland Railconsult en hun resultaten gepresenteerd hadden werden door GeoDelft de meetresultaten uit Japan gepresenteerd (hoofdstuk 5). Bovendien werd er nog uitleg gegeven over de situatie ter plaatse en hoe de metingen zijn uitgevoerd. In de afsluiting van de workshop (hoofdstuk 3) zijn nog enkele afspraken gemaakt over het vervolg van de Bechmark studie. 3/36

5 1 Modellering Wim Courage heeft in een korte presentatie uiteen gezet de modellering van uiteen gezet. heeft op drie manieren de trillingen ten gevolge van een metropassage gemodelleerd. 1. Een axisymmetrische modellering (semi 3D) 2. Een vlakke rek modellering (2D) 3. Een 3D modellering Voor de axisymmetrische en vlakke rek berekening geldt dat het resultaat van verschillende bronnen gesommeerd wordt, om tot het resultaat van een bron die zich langs een lijn beweegt te komen. De volgende aspecten moeten hierbij bepaald worden: De tussen afstand van de puntbronnen De totale lengte van de puntbronnen De excintriciteit van de puntbronnen De transmissie van een puntbron naar het maaiveld 1.1 3D modellering en axisymmetrische modellering Figuur 1: Bijdrage van punten langs tunnel aan vast punt. voor axisymmetrische en 3D modellering. Contribution of points along the tunnel to a fixed point for axisymmetric and 3D model Voor de 3D modellering is een puls responsie berekening gedaan. Hiervoor is een dubbel symmetrisch model gebruikt dat op het voorvlak over de breedte van een dwarsligger is belast. Er is hierbij gebruik gemaakt van het principe van translatie symmetrie in de langsrichting van de tunnel. De responsie is bepaald op de afgesproken punten (m1, m2, m3, t1, t2 en t3) op lijnen in de langsrichting van de tunnel. 4/36

6 3D Figuur 2: 3D modellering met dubbele symmetrie. 3D model with double symmetry conditions De axisymmetrische modellering wordt alleen gebruikt voor de bepaling van de trillingen aan het maaiveld. De responsie wordt bepaald op alle punten van het maaiveld. Op deze manier kan de bijdrage van een willekeurig punt in de lengterichting van de tunnel aan de punten m1, m2 en m3 bepaald worden. AXISYMMETRISCH Figuur 3: Axisymmetrische modellering. Responsie is bepaald op alle punten van het maaiveld. Axisymmetric model: Response is determined at all points of het surface level. 5/36

7 1.2 Bepaling belasting met TRINT F i (t) F i+1 (t) Figuur 4: modellering in TRINT: Belasting is steeds bepaald per 5 railpads. TRINT model: Load is determined per 5 railpads. De belasting die op de 2D en 3D modellen gezet wordt, wordt bepaald met het programma TRINT. In dit model rijdt een trein bestaande uit starre bakken, draaistellen en wielstellen over een baan bestaande uit een spoor, dwarsliggers en de onderbouw. Het spoor en de onderbouw worden met een buigligger gemodelleerd. Per 5 dwarsliggers wordt de kracht die door de dwarsliggers op de onderbouw wordt uitgeoefend gesommeerd. Deze krachten worden gebuikt om op de axisymmetrische en 3D modellering te zetten. Dit komt er op neer dat de bronpunten zich op een onderlinge afstand van 2.9 tot 3.0 meter bevinden. In Figuur 5 staat het RMS spectrum van de belasting over 5 railpads. 6/36

8 BELASTING OVER 5 RAILPADS (axisymmetrisch & 3D) Compro RMS van kracht in smalle band [kn] Frequentie [Hz] Figuur 5: RMS spectrum belasting bij axisymmetrische en 3D benadering. RMS spectrum of load for axisymmetric and 3D approach. 7/36

9 1.3 Vlakke rek modellering Figuur 6: Vlakke rek modellering: Alleen een bijdrage in de belaste doorsnede Plane Strain model: Only a contribution to the cross section where the load applies. In het geval van een vlakke rek modellering wordt de overdracht in principe bepaald in het vlak loodrecht op het spoor (zie Figuur 6). Bij de vlakke rek modellering wordt direct de responsie bepaald. Nadat de responsie bepaald is hoeft er geen sommatie procedure meer te worden uitgevoerd. VLAKKE REK Figuur 7: Vlakke rek modellering. Responsie wordt direct op de punten m1, m2, m3, t1, t2 en t3 bepaald. 8/36

10 Plane strain model. Response is determined directly at points m1, m2, m3, t1, t2 and t3. heeft er voor gekozen om de kracht op de inlay meereizend met de trein te gebruiken voor het vlakke rek model. De totale kracht die op het vlakke rek model wordt gezet is de kracht van twee naast elkaar gelegen motordraaistellen, waarbij de statische component is verwijderd (Figuur 8). Het gevolg van deze aanpak is dat het RMS krachtspectrum voor frequenties lager dan 20Hz een kleinere waarde heeft dan bij de axisymmetrische en 3D benadering (zie Figuur 5 en Figuur 9). Voor de hogere frequenties is het verschil klein. F w (t) Figuur 8: Kracht uitgeoefend door wielen van twee naast elkaar gelegen motordraaistellen. Plane strain load: the contribution of the axles of two motor bogies. BELASTING PER METER (vlakke rek) Compro RMS van kracht in smalle band [kn] Frequentie [Hz] Figuur 9: RMS spectrum belasting vlakke rek. RMS specrtum load for planes train model. 9/36

11 2 Modellering Holland Railconsult Wybo Gardien hield een korte presentatie over de modellering van Holland Railconsult. Holland Railconsult heeft op drie manieren de trillingen ten gevolge van een metropassage gemodelleerd. 1. Een vlakke rek modellering. Deze berekening is vergelijkbaar met de vlakke rek modellering. 2. Een 3D modellering waarbij gebruik is gemaakt van een puls responsie. Deze berekening is vergelijkbaar met de 3D berekening. 3. Een volledige 3D berekening. Bij deze berekening wordt de wiel-rail contactkracht rechtstreeks op het 3D model gezet. Het Holland Railconsult model GEOVIB bestaat uit 3 onderdelen, te weten: 1. Het indrukkingsmodel. Dit is een statisch 3D model dat wordt gebruikt om de ligger eigenschappen van de tunnel te bepalen. 2. Het spoormodel. Dit is een model vergelijkbaar met TRINT waarin een trein over een spoor rijdt en de kracht uitgeoefend op de onderbouw bepaald wordt. 3. Het voortplantingsmodel. Dit kan zowel een vlakke rek als een 3D model zijn, en wordt gebruikt om de overdracht van de tunnellining naar de receptor punten te bepalen. 2.1 Het indrukkingsmodel z y x Figuur 10: Statisch indrukkingsmodel Static deflection model. 10/36

12 De zakkingslijn (Figuur 11) van de inlay uit het indrukkingsmodel wordt gebruikt om de ligger eigenschappen van een Timoshenko ligger (buig- en afschuifstijfheid) k (beddingsstijfheid), EI (buigstijfheid) en ηga (afschuifstijfheid) te bepalen. Deze parameters worden gebruikt als invoer voor het spoormodel. plaatst de opmerking dat zij ook een soortgelijke statische indrukkingsberekening gedaan hebben. Zij hebben echter de ligger eigenschappen van een Euler Bernouilli ligger bepaald (buigstijfheid). Figuur 11: zakking inlay en curve fit ter bepaling van ligger eigenschappen. Deflection of inlay and curfe fit used for the determination of beam characteristics. De paramters k, EI, en ηga worden bovendien gebruikt ter bepaling van de effectief meetrillende lengte. 2.2 Het Spoormodel De tweede stap in de modellering van Holland Railconsult beterft het spoormodel. Dit is een model vergelijkbaar met TRINT waarin een trein bestaande uit starre bakken, draaistellen en wielstellen over de baan rijdt. De baan bestaat uit twee liggers met daartussen puntmassa s die de dwarsdragers voorstellen. 11/36

13 Spoorstaven (Rails) Ballast + dwarsliggers (Ballast + sleepers) Inlay tunnel Vaste ondergrond (Fixed subsoil) Figuur 12: Schematisering spoormodel Outline of track model spoormodel Afhankelijk van de soort modellering wordt de volgende kracht uit het spoormodel gebruikt voor het voortplantingsmodel. 3D: de kracht per dwarsligger wordt geconvolueerd met de responsie van het 3D model 2D (vlakke rek): De kracht van de dwarsliggers wordt gesommeerd, waarbij een wegingsfunctie wordt gebruikt die overeenkomt met de zakkingslijn van de timoshenko ligger. 3D volledig: De contactkrachten van de assen wordt op het spoor in het 3D model gezet. Deze krachten verschuiven in de tijd in de lengterichting over de inlay. Figuur 13: kracht uitgeoefend op inlay voor vlakke rek modellering. Load applied to inlay in plane strain model. 12/36

14 2.3 Het voortplantingsmodel Oneindige randvoorwaarden Symmetrie randvoorwaarden Oneindige randvoorwaarden Figuur 14: Geometrie voortplantingsmodel. Geometry of propagation model voortplantingsmodel Het voortplatingsmodel is een eindige elementen model gemodelleerd in LS-Dyna. LS- Dyna is een programma dat rekent met een expliciete tijdsintegratie. Het vlakke rek model en het 3D model wordt belast met een puls. Op dezelfde punten als (Figuur 2 en Figuur 7) wordt de responsie ten gevolge van de puls bepaald. Vervolgens wordt het gewogen krachtsignaal (vlakke rek, Figuur 13) of de krachten uitgeoefend door de afzonderlijke dwarsdragers (3D) geconvolueerd met de puls responsie. Hierdoor ontstaat een snelheidssignaal voor de punten m1, m2, m3, t1, t2 en t3. Een voorbeeld van zo n snelheidssignaal staat in Figuur 15). Van dit trillingssnelheid wordt vervolgens een voortschrijdende effectieve waarde berekend (Figuur 16). 13/36

15 Figuur 15: trillingssnelheidssignaal. Vibration velocity. Figuur 16: Voortschrijdende effectieve waarde van de trillingssnelheid. Continuous effective value of vibration velocity. 14/36

16 3 Resultaten De resultaten zijn aan het maaiveld bepaald in de punten m1, m2 en m3 en in de tunnel in de punten t1, t2 en t3. In Figuur 17 en Figuur 18 staan de locaties schematisch aangegeven. m3 15m m2 10m m1 16m Figuur 17: lokatie meetpunten m1, m2 en m3. Location if measure points m1, m2 and m3. primary lining sleeper rail load 1.70m secundary lining t1 t3 ballast ballast mat t2 Figuur 18: Geometrie tunnel met meetpunten t1, t2 en t3 Geometry of tunnel with measure points t1, t2 and t3. 15/36

17 In Tabel 1 staan de resultaten van de maximale voortschrijdende effectieve snelheid aan het maaiveld voor en Holland Railconsult bij de compromis parameters. Zowel bij als bij Holland Railconsult had de keuze van de parameterset (compro, of ) relatief weinig invloed. Tabel 1: V eff,max en Holland Railconsult op de verschillende meetpunten V eff,max and Holland Railconsult at the various measure points. V eff,max maaiveld,compro m1 m2 m3 m1 m2 m3 vlakke rek axisymmetrisch D puls D volledig tunnel, compro t1 t2 t3 t1 t2 t3 3Dpuls Het valt op dat bij de vlakke rek resultaten goed overeen komen met de 3D resultaten. Voor de onderlinge vergelijking tussen en Holland Railconsult wordt met name naar de 3D puls berekening gekeken. Gemiddeld schelen de antwoorden aan het maaiveld een factor 5, en bij de tunnel een factor 3. Enkele punten die Holland Railconsult zijn opgevallen gedurende de modellering zijn: Een 3D berekening geeft veel hogere waarden dan een 2D vlakke rek berekening Voor 2D vlakke rek berekeningen zou beter de kracht van een enkele veer onder de inlay gebruikt kunnen worden dan een gewogen kracht van de veren boven de inlay. De massa van de ligger in het spoormodel kan het best worden bepaald aan de hand van een puls responsie op een 2D vlakke rek model Indien de ballast een continu doorlopende laag is, in plaats van massa toegevoegd aan de dwarsdragers, worden de trillingsniveau s ongeveer een factor 2 lager. Met name drukgolven zijn van belang. Hierdoor kan met grotere elementen worden gerekend dan gebuikelijk is bij berekeningen waarbij met name Rayleigh golven van belang zijn. Vanwege het grote verschil wordt er nog naar een verschillen in de tussenstappen van de modellering gezocht. Tabel 2: verschillen in tussenstappen modellering. bepaling k en EI EI 8.70E E+12 k 1.10E E+08 soort ligger in spoormodel / TRINT geen afschuifligger afschuifligger F RMS, 40Hz,vlakke rek Frequentie voor elementgrootte vlakke rek 30Hz 50Hz 3D 30Hz 15Hz 16/36

18 Er wordt verder gezocht naar een verklaring voor het verschil: Paul Hölscher: De demping kan een belangrijke rol spelen. Een factor 4 verschil kan voorkomen. Engelbert Klaver: Er is een duidelijk verschil in de snelheidsoverdrachten. Bij betreft het hier echter de snelheidsoverdracht bij een rijdende trein en bij Holland Railconsult de snelheidsoverdracht bij een puls responsie. Paul Hölscher: De integralen zouden niet goed geconvergeerd kunnen zijn. Waarschijnlijk is dat echter hier niet het geval. Engelbert Klaver: Bij een groot belast oppervlak wordt de puls anders ingeleid dan bij een klein belast oppervlak. De puls inleiding ziet er in dit geval goed uit omdat de snelheidsoverdracht voor de punten t1 en t2 vrijwel gelijk is terwijl punt t1 buiten het belaste oppervlak valt. Er wordt gekeken naar het belastingsspectrum van een enkele as. De waarde bij 40 Hz komen bij en vrij goed overeen (zie Tabel 2) De frequentie waarop de elementgrootte gebaseerd is, is bij anders dan bij Holland Railconsult (zie Tabel 2). Holland Railconsult heeft echter geconstateerd dat het voor vlakke rek weinig uitmaakte of er met een 15Hz of 50Hz mesh werd gerekend. Er wordt afgesproken om meer tussenresultaten met elkaar te vergelijken. Holland Railconsult stuurt tijdsignalen naar, en maakt van alle signalen FFT s. Op deze manier wordt de discussie vermeden hoe de FFT is uitgevoerd. 17/36

19 4 Vergelijking tussenresultaten en Holland Railconsult Vanwege het grote verschil tussen de resultaten van de en Holland Railconsult predicties zijn van een aantal tussenstappen de resultaten vergeleken. Deze gegevens waren niet beschikbaar bij de workshop. De vergelijking heeft daarom achteraf plaatsgevonden. Er heeft alleen een vergelijking plaatsgevonden van tussenresultaten voor de 3D puls berekeningen uit de compro paramtererlijst. 4.1 Alfa en beta demping. Tussen en Holland Railconsult is een paramterlijst overeen gekomen waarin van alle materialen ook een materiaal demping in procenten was gegeven. Zowel bij de modellering van als bij de modellering van Holland Railconsult zit de materiaal demping in het model verwerkt in termen van een alfa- en beta demping. Alfa demping is massa proportionele demping, en beta demping stijheids proportionele demping. Hoe de procentuele demping in alfa- en beta demping wordt uitgedrukt, hangt af van het te beschouwen frequentie gebied. Door het gebruik van alfa- en beta demping varieert de demping per frequentie. In Tabel 3 staan de waarden van de alfa demping en beta demping zoals die door Holland Railconsult en gebruikt zijn. Het grootste verschil zit in de waarde van de alfa demping (gemiddeld een verschil van een factor 2). Tabel 3: Waarden van alfa en beta demping gebruikt door en Values of alpha and beta damping used in the and predictions percentage alfa beta alfa beta 0.50% E E-05 1% E E-05 2% E E-04 3% E E-04 4% E E-04 5% E E-04 6% E E-04 18/36

20 rel. demping frequentie Figuur 19: Relatieve demping van 0.01 met alfa en beta waarden uit Tabel 3 afhankelijk van frequentie. Relative damping of 0.01 with alpha and beta values from Tabel 3 dependent on frequency. 19/36

21 4.2 Statische zakkingslijn Zowel als Holland Railconsult heeft ter bepaling van de ligger eigenschappen van de inlay een 3D statische indrukkingsberekening gedaan. In Figuur 20 is de deflectie curve te zien ten gevolge van een belasting van 1N op de inlay. De zakking van is over de hele linie groter dan de zakking van Holland Railconsult. Dit verklaart de lagere waarde van de beddingsstijfheid bij (zie Tabel 2). STATISCHE ZAKKING 1 N 5.00E E E E E E E E E E E E E E-11 verplaatsing [m] -1.00E E E E-10 positie [m] Figuur 20: Statische zakking ten gevolge van 1N. Static deflection due to a load of 1N. 20/36

22 4.3 Spoormodel en TRINT Enkele tussenresultaten van Spoormodel (Holland Railconsult) en TRINT () zijn onderling vergeleken. Hierbij dient opgemerkt te worden dat een exacte overeenkomst hier onwaarschijnlijk is, omdat de locale railruwheid ter plaatse van de weergegeven punten kan verschillen. Overigens hebben en Holland Railconsult wel gebruik gemaakt van het zelfde railruwheid bestand. In Figuur 21 is de zakking van het spoor bij de passage van een metro vergeleken. Wat opvalt is dat de bijna statische component bij Holland Railconsult een andere vorm heeft dan bij. Waarschijnlijk wordt dit door een andere zakking van de inlay veroorzaakt. De zakking van de assen lijkt wel goed overeen te komen. Verder is te zien dat er bij Holland Railconsult meer assen passeren dan bij. In Figuur 22 staan de bijbehorende RMS spectra. Laagfrequent zijn de verschillen klein, vanaf circa 40Hz treden grotere verschillen op. Zoals reeds uit Figuur 21 te verwachten was, verschilt de zakking van de inlay bij een treinpassage aanzienlijk (Figuur 23). De oorzaak hiervan is waarschijnlijk terug te voeren op 2 oorzaken: 1. Door is voor de inlay een ligger zonder afschuifing gebruikt en Holland Railconsult heeft een ligger met afschuiving gebruikt 2. De beddingsstijfheid die door bepaald is, is lager dan de beddingsstijfheid die door Holland Railconsult is bepaald. Hierdoor treedt bij een grotere zakking op. In Figuur 24 staan het bijbehorende RMS spectrum van de verplaatsing van de inlay. Tot circa 80Hz is er een vrij goede overeenkomst in de spectra. Het verschil in de verplaatsing van de inlay manifesteert zich kennelijk met name in de bijna statische zakking bij een treinpassage. 21/36

23 ZAKKING SPOOR verplaatsing [mm] Tijd [s] Figuur 21: Zakking spoor bij passage meto trein Deflection of rails for a passing metro train ZAKKING SPOOR 1.E+00 1.E-01 RMS van verplaatsing in smalle band (1Hz) [mm] 1.E-02 1.E E-04 1.E-05 1.E-06 Frequentie [Hz] Figuur 22: RMS spectrum van verplaatsing spoor in smalle band. RMS spectrum of displacement rails in narrow band. 22/36

24 ZAKKING INLAY verplaatsing [mm] Tijd [s] Figuur 23: Zakking inlay bij metro trein passage Deflection of inlay for a passing metro train ZAKKING INLAY 1.E+00 1.E-01 RMS van verplaatsing in smalle band (1Hz) [mm] 1.E-02 1.E E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 Frequentie [Hz] Figuur 24: RMS spectrum van verplaatsing inlay in smalle band RMS spectrum of displacement inlay in narrow band De kracht onder een enkele dwarsligger van is vergeleken met de kracht onder een enkele dwarsligger bij Holland Railconsult. Het tijdsignaal Figuur 25 lijkt goed overeen te komen, behalve het aantal assen dat passeert. In het bijbehorende RMS spectrum treden echter vanaf circa 40Hz aanzienlijke verschillen op. 23/36

25 BELASTING ONDER 1 DWARSDRAGER kracht [kn] Tijd [s] Figuur 25: Belasting onder enkele dwarsligger bij passage metro trein. Load under one single sleeper for a passing metro train. BELASTING ONDER 1 DWARSDRAGER RMS van kracht in smalle band (1Hz) [kn] Frequentie [Hz] Figuur 26: RMS spectrum van belasting onder dwarsligger. RMS spectrum of load under sleeper. 24/36

26 4.4 Admittantie 3D Puls responsie In Figuur 27 tot en met Figuur 32 zijn de admittantie grafieken gegeven van de 3D puls responsie berekeningen van Holland Railconsult en. De admittantie is bepaald op punten m1, m2, m3, t1, t2 ent3 in het symmetrie vlak van het 3D model. Tot circa 45 Hz heeft het model een behoorlijk hogere admittantie dan het Holland Railconsult model. Vanaf 45 Hz heeft het Holland Railconsult juist een hogere admittantie dan het model. Wat de reden voor dit verschil is, is niet duidelijk. Wel is de vorm van de grafieken gelijkwaardig. Pieken en dalen komen aardig overeen. PULSRESPONSIE 1.E-08 9.E-09 8.E-09 7.E-09 admittantie [m/ns] 6.E-09 5.E-09 4.E-09 3.E-09 2.E-09 1.E-09 0.E Frequentie [Hz] Figuur 27 pulsresponsie, punt m1 pulse response point m1. 25/36

27 PULSRESPONSIE 8.E-09 7.E-09 6.E-09 admittantie [m/ns] 5.E-09 4.E-09 3.E-09 2.E-09 1.E-09 0.E Frequentie [Hz] Figuur 28 pulsresponsie, punt m2 pulse response, point m2. PULSRESPONSIE 5.E-09 5.E-09 4.E-09 4.E-09 admittantie [m/ns] 3.E-09 3.E-09 2.E-09 2.E-09 1.E-09 5.E-10 0.E Frequentie [Hz] Figuur 29 pulsresponsie, punt m3 pulse response, point m3 26/36

28 PULSRESPONSIE 5.E-08 4.E-08 4.E-08 3.E-08 admittantie [m/ns] 3.E-08 2.E-08 2.E-08 1.E-08 5.E-09 0.E Frequentie [Hz] Figuur 30 pulsresponsie, punt t1 pulse response, point t1 PULSRESPONSIE 2.E-08 2.E-08 1.E-08 1.E-08 admittantie [m/ns] 1.E-08 8.E-09 6.E-09 4.E-09 2.E-09 0.E Frequentie [Hz] Figuur 31 pulsresponsie, punt t2 pulse response, point t2 27/36

29 PULSRESPONSIE 1.E-08 9.E-09 8.E-09 7.E-09 admittantie [m/ns] 6.E-09 5.E-09 4.E-09 3.E-09 2.E-09 1.E-09 0.E Frequentie [Hz] Figuur 32 pulsresponsie, punt t3 pulse response, point t3 4.5 De trilsnelheden aan het oppervlak. In Figuur 33 tot en met Figuur 38 zijn de trilsnelheden weergegeven voor de beschouwde meetpunten. In alle gevallen zijn de door voorspelde trilsnelheden groter dan de door Holland Railconsult voorspelde trilsnelheden. Dit was ook te verwachten omdat de V eff,max waarden van veel hoger lagen dan die van Holland Railconsult. Mogelijke verklaringen voor het grote verschil zijn: De belasting uit TRINT () is rond het voor de resultaten belangrijke frequentie gebied van 40 Hz hoger dan de belasting uit spoormodel (Holland Railconsult). De admittantie van is voor frequenties tot circa 45 Hz hoger dan de admittantie van. Dit betekent dat een kracht die op het Holland Railconsult 3D model aangrijpt tot een lagere trilsnelheid leidt dan een gelijke kracht die op het 3D model aangrijpt. 28/36

30 RESPONSIE 3.E-01 2.E-01 2.E-01 1.E-01 5.E-02 snelheid [mm/s] 0.E E-02-1.E-01-2.E-01-2.E-01-3.E-01-3.E-01 Tijd [s] Figuur 33 trillingssnelheid, punt m1 vibration velocity, point m1 RESPONSIE 3.E-01 2.E-01 1.E-01 snelheid [mm/s] 0.E E-01-2.E-01-3.E-01 Tijd [s] Figuur 34: trillingssneheid, punt m2 trillingssnelheid, point m2 29/36

31 RESPONSIE 2.E-01 1.E-01 5.E-02 snelheid [mm/s] 0.E E-02-1.E-01-2.E-01-2.E-01 Tijd [s] Figuur 35 trillingssnelheid, punt m3 vibration velocity, point m3 RESPONSIE 6.E-01 4.E-01 2.E-01 snelheid [mm/s] 0.E E-01-4.E-01-6.E-01-8.E-01 Tijd [s] Figuur 36: trillingssnelheid, punt t1 vibration velocity, point t1 30/36

32 RESPONSIE 8.E-01 6.E-01 4.E-01 2.E-01 snelheid [mm/s] 0.E E-01-4.E-01-6.E-01-8.E-01 Tijd [s] Figuur 37: trillingssnelheid, punt t2 vibration velocity, point t2 RESPONSIE 4.E-01 3.E-01 2.E-01 1.E-01 snelheid [mm/s] 0.E E-01-2.E-01-3.E-01-4.E-01 Tijd [s] Figuur 38: trillingssnelheid, punt t3 vibration velocity, point t3. 31/36

33 5 Resultaten metingen Japan Paul Hölscher van GeoDelft houdt een presentatie over hoe de metingen in Japan zijn opgezet. Eerst worden een aantal foto s getoond van de tunnel en de bevestiging van de opnemers. Opnemer t1 bevindt zich in de goot in de inlay waar regenwater door loopt. Er zijn twijfels over de kwaliteit van de bevestiging van deze opnemer. Opnemer t2 is bevestigd aan de ophoging in het midden van de tunnel. Deze ophoging zit stevig vast aan de inlay. Opnemer t3 zit op circa 2 meter hoogte bevestigd aan de tunnelwand. Opnemers t1 en t2 meten alleen in verticale richting en opnemer t3 in radiale richting Aan het maaiveld bevinden zich 4 opnemers. Opnemer m1 bevindt zich boven de tunnel, opnemer m2 10 meter uit de as en opnemer m3 25 meter uit de as. Opnemers m1, m2 en m3 zijn geofoons. Boven de tunnelas bevond zich ook een accelerometer, hier m1a genoemd. Deze opnemer zou in principe dezelfde resultaten moeten geven als opnemer m1. De metingen in de tunnel vonden niet tegelijk plaats met de metingen op het maaiveld. metingen. De metingen in de tunnel werden maandagmiddag uitgevoerd en de metingen aan het maaiveld dinsdagmorgen Er zijn geen gegevens over de treinen zoals lengte en treinsnelheid verbonden met de metingen. In Tabel 4 zijn de maximale trillingssnelheden voor de meetpunten aangegeven in mm/s. Er zijn meer treinen gemeten dan het aantal metingen in deze tabel. In Japan is er een selectie van de metingen gemaakt, en naar GeoDelft gestuurd. Wat direct opvalt zijn de hoge waarden bij opnemer t1 (tunnel onder spoor). Verder liggen de resultaten van opnemer m1 en m1a vrij dicht bij elkaar. De trilsnelheden in deze tabel zijn nog onbewerkt. Dat wil zeggen dat er nog geen filter is toegepast en dat er nog geen voortschrijdende effectieve waarde is bepaald. Tabel 4: maximale gemeten trillingssnelheden in mm/s. Meetpunten m1, m2 en m3 zijn opgenomen met geofoons, de overige meetpunten met accelerometers. maximum vibration velocities in mm/s. Measure points m1, m2 and m3 are recorded by geophones, the other measure points are recorded by accelerometers. kanaal meetpunt richting Meting1 Meting2 Meting3 Meting4 Meting5 Vmax gemiddeld standaard afwijking m1 maaiveld boven tunnelas verticaal x m2 maaiveld 10m uit as verticaal x m3 maaiveld 25m uit as verticaal x m1a maaiveld boven tunnelas verticaal x t1 tunnel onder spoor verticaal t2 tunnel midden inlay verticaal t3 tunnelwand 2m boven spoor radiaal /36

34 In Tabel 5 staan de dominante frequenties behorende bij de metingen. Aan het maaiveld ligt de dominante frequenties steeds rond de 40 Hz. In de tunnel komt vaak een dominante frequentie van 1.1 Hz voor. Dit komt overeen met de frequentie waarmee de bakken passeren. Tabel 5: Dominante frequenties behorende bij de metingen uit Tabel 4. Dominant frequencies corresponding to the meassurements of Tabel 4. kanaal meetpunt richting Meting 1 Meting2 Meting3 Meting4 Meting5 m1 maaiveld boven tunnelas verticaal x m2 maaiveld 10m uit as verticaal x m3 maaiveld 25m uit as verticaal x m1a maaiveld boven tunnelas verticaal x t1 tunnel onder spoor verticaal t2 tunnel midden inlay verticaal t3 tunnelwand 2m boven spoor radiaal In Tabel 6 staan de maximale voortschrijdende effectieve waarden van de trilsnelheid weergegeven. De metingen liggen over het algemeen binnen een marge van 20 procent rond het gemiddelde. De voortschrijdende effectieve waarden uit de tabel zijn bevestigd in het programma Trilbase. Wat opviel was dat verschillende frequenties belangrijk waren voor de voortschrijdende effectieve waarde. Tabel 6: Maximale voortschrijdende effectieve waarde van de trilsnelheid. Maximum continuous effective velocity kanaal meetpunt richting Meting 1 Meting2 Meting3 Meting4 Meting5 Veff_max gemiddeld standaard afwijking m1 maaiveld boven tunnelas verticaal x m2 maaiveld 10m uit as verticaal x m3 maaiveld 25m uit as verticaal x m1a maaiveld boven tunnelas verticaal x t1 tunnel onder spoor verticaal t2 tunnel midden inlay verticaal t3 tunnelwand 2m boven spoor radiaal In Tabel 7 zijn de metingen vergeleken met de 3D predicties van Holland Railconsult en. Voor Holland Railconsult zijn de metingen geen overeenkomst. In de tunnel voorspellen beide instituten een veel te lage waarde. Tabel 7: V eff,max voor metingen predictie en Holland Railconsult predictie. Comparison of maximum continuous effective velocity for measurements, Tno prediction and Holland Railconsult prediction kanaal meetpunt richting Meting m1 maaiveld boven tunnelas verticaal m2 maaiveld 10m uit as verticaal m3 maaiveld 25m uit as verticaal t1 tunnel onder spoor verticaal t2 tunnel midden inlay verticaal t3 tunnelwand 2m boven spoor radiaal Enkele redenen waarom metingen en de berekeningen kunnen verschillen zijn: 33/36

35 De uitgangspunten kunnen verschillen met de situatie bij de metingen Eventuele gebouwen die het resultaat kunnen beïnvloeden zijn niet in de modellering meegenomen. Het grondonderzoek heeft niet plaatsgevonden ter plaatse van de metingen Vraagpunten naar aanleiding van de metingen en de vergelijking met de predicties zijn: Is er een verklaring voor het grote verschil tussen de metingen aan het maaiveld en de metingen in de tunnel? Wat is de invloed van de plaatsing van de geofoons op het asfalst? Wat is de invloed in termen van massa en stijfheid vanhet massieve gebouw naast de opnemers aan het maaiveld? Is er iets bekend over de railruwheid ter plaatse van de metingen? 34/36

36 6 Afspraken en afsluiting Tot slot worden de volgende afspraken gemaakt: De rapportage van GeoDelft wordt binnen 3 weken geleverd De definitieve rapportages van en van Holland Railconsult worden binnen 3 weken geleverd In de rapportages komt een engelse samenvatting en engelse onderschriften bij de figuren. Binnen 3 weken wordt een verslag van de workshop geleverd. 35/36

37 Colofon Opdrachtgever Uitgave Holland Railconsult Grote Projecten Vakgroep Geotechniek, Milieu, Dynamica en Vergunningen Daalse Kwint R2.33 Daalseplein GW Utrecht Telefoon Telefax Auteur Projectnummer Drs. W. Gardien Adviseur Dynamica R-NA4 36/36