Duurzaam spoor op het spoor

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Duurzaam spoor op het spoor"

Hidde de Vries
6 jaren geleden
Aantal bezoeken:

Duurzaam spoor op het spoor Aanpak verzakkingen & trillingen; Onderzoek TU Delft Michaël Steenbergen Assistant Professor Railway Engineering Technische Universiteit Delft Innorail

vrijheidsgraad) https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/25/animated-mass-spring.

1 Duurzaam spoor op het spoor Aanpak verzakkingen & trillingen; Onderzoek TU Delft Michaël Steenbergen Assistant Professor Railway Engineering Technische Universiteit Delft Innorail workshop, 28 september Trillingshinder bestaat niet Trillingen: tijdsafhankelijke responsie van discreet systeem (alle massa geconcentreerd in één ruimtelijk punt; één vrijheidsgraad) Golven: tijdsafhankelijke responsie van systeem met ruimtelijk verdeelde massa-eigenschappen (in principe oneindig veel vrijheidsgraden) Elementair verschil: golven kunnen energie transporteren - trillingen niet Het concept is zo ingeburgerd dat we het toch maar gebruiken 2 1

2 Degradatie & trillingshinder kosten tijd! Degradatie is altijd gekoppeld aan (cyclische) dissipatie van mechanische energie Trillingshinder treedt altijd op wanneer de energie opgewekt in de baan door een aspassage de omgeving heeft bereikt Spoordegradatie & trillingsemissie hebben gemeenschappelijk dat het processen zijn in het tijdsdomein. Gemeenschappelijke factor: geen toestand maar proces Voor de mechanica betekent dit: geen statica maar dynamica; kijk naar tijdschalen en interactie Dat kan via een energiemodel 3 Energiebalans Golven zijn energiedragers immissie Radiatie (uitstraling) van energie: trillingshinder Dissipatie (omzetting van energie): zetting, irreversibel gedrag railinfra trillingsemissie zettingen/liggingsdegradatie 4 2

3 Onderzoeksfilosofie 5 Immissie: energiebronnen in de railinfra Primaire bronnen trillingsimmissie: statische aslast (1) dynamische aslast bijdragen vanuit: rollend materieel (2) infra langsgeometrie (3) langsvariatie in systeemeigenschappen (4) 6 3

4 Immissie: energiebronnen in de railinfra (1) Bron categorie 1: statische aslast; quasistatisch eigenveld Eigenschappen: niet-propagerend ( verspreidt zich niet vanuit het wiel-contact /slechts lokale invloed) Relevant voor trillingshinder binnen invloedssfeer, relevant voor zettingen/degradatie treinsnelheid spoorbaan statische aslast hier WEL invloed hier GEEN invloed Beleid: statische aslast is essentie van vervoer; behalve overbelading niet aan te pakken 7 Energiebronnen in de railinfra(2) Bron categorie 2: dynamische aslast; golfveld Eigenschappen: propagerend ( verspreidt zich vanuit het wiel-contact /straalt uit/plaatselijke influx energie) Per definitie relevant voor trillingshinder zowel als zettingen/degradatie treinsnelheid spoorbaan dynamische aslast hier invloed en hier OOK (later) invloed! Beleid: dynamische aslast maximaal terugdringen; onderzoek + actie concentreren zich hier: Relatie met degradatie en met trillingsemissie 8 4

5 Bijdragen aan de dynamische aslast Vanuit rollend materieel (rol vervoerder) 1. Wielonrondheid materieel Vanuit infra (rol spoorbeheerder): 2. Liggingsfouten in de spoorgeometrie 3. Variabiliteit in langsdoorsnede-eigenschappen (dynamische stijfheid) treinsnelheid spoorbaan dynamische aslast hier invloed en hier OOK (later) invloed! 9 Dyn. aslast - type 1: wielonrondheid Onrondheid geeft icm snelheid frequentie-excitatie/dynamische aslast (f=v/l) frequentie [Hz] golflengte op wielomtrek [m] frequentie [Hz] vlakke plaatsen Gotcha: RMS-hoog lagere-orde onrondheid Gotcha: RMS-laag 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 golflengte op wielomtrek [m] goederentrein (80 km/h) passagierstrein (140 km/h) 10 5

6 Dynamische aslasten type 1 op het NL spoornet Studie 2015 met Ricardo 11 Conclusie dyn. aslast -type 1 Aandacht voor laag-frequente dynamische aslast als immissie Registratie is mogelijk via Gotcha-systemen - operationeel Aanpak mogelijk via gebruikersvergoeding Echter, pas zinvol in een coherente aanpak met overige typen dynamische aslast 12 6

7 Dyn. aslast - type 2: spoorgeometrie Spoor is in de praktijk niet recht/vlak. Spoorgeometrie heeft golflengtespectrum Interactie met trein levert dynamische aslast Van belang is de in het bewegend contact door de wielen ervaren geometrie: d.i., de belaste geometrie met bijzondere aandacht voor de korte golven (< orde 7 m) 13 Conclusie dyn. aslast -type 2 Belaste spoorligging in korte-golf gebied levert belangrijke bijdrage vanuit infra aan dynamische aslast Registratie is mogelijk via aspotversnellingsmetingen (en wellicht andere technieken in de markt!) Aanpak mogelijk via geometrie-normering Opnieuw: zinvol in een coherente aanpak met overige typen dynamische aslast 14 7

8 Dyn. aslast -type 3: langsvariatie systeemeigenschappen Nederland in vogelvlucht 15 Cobouw juni

9 en dit is wat wielen echt tegenkomen: 17 Dynamische stijfheid: sleutel & meetgrootheid Dynamische (frequentieafhankelijke) stijfheid sleutelconcept voor kwantificeren trein-baan interactie bij systeemvariaties/transities Praktische implementatie: Zweedse RSMV Voorbeeld: 3 km spoor in Zweden 18 9

Dynamische stijfheid gemeten in wissel Wisselpaneel; meting dynamische stijfheid

Let op: statische stijfheid (ontwerpstijfheid 1-2 mm) blijft gelijk!

aslast -type 3 Dynamische spoorstijfheid en langsvariatie hierin bepalen bijdrage

is mogelijk via meting RSMV; meetinzet ProRail in (2016&)2017 Aanpak evt mogelijk

10 Dynamische stijfheid gemeten in wissel Wisselpaneel; meting dynamische stijfheid (10 Hz); verdubbeling bij overgang hout> beton! Let op: statische stijfheid (ontwerpstijfheid 1-2 mm) blijft gelijk! 19 Conclusie dyn. aslast -type 3 Dynamische spoorstijfheid en langsvariatie hierin bepalen bijdrage vanuit infra (constructie) aan dynamische aslast Inventarisatie (ernst & omvang) is mogelijk via meting RSMV; meetinzet ProRail in (2016&)2017 Aanpak evt mogelijk via normering; in ieder geval aandacht vereist voor dynamische ipv statische stijfheidseisen spooropbouw; Tenslotte: alleen zinvol in een coherente aanpak met overige typen dynamische aslast 20 10

11 Wat is de rol van het systeem zelf? Uitvoerig stilgestaan bij laag 1 in energiemodel: immissie Wat doet de opbouw van het systeem zelf? 21 Toetsen dynamische performance spoor Deel van 4-jarig programma gefinancierd door ProRail; uitgevoerd door postdoc Mehran Sadri Simulatie met wiskundig model: beschouw het spoor als bouwdoos Doel: benchmarken traditioneel (statisch!) spoorontwerp mbt dynamische performance Prognose relevant voor praktijk: aangepast spoorontwerp kan degeneratie vertragen en trillingshinder aanpakken 22 11

12 Wrap-up & conclusions Focus, in relatie tot degradatie en trillingshinder, op dynamische aslast, met bijdragen vanuit rollend materieel en infra (geometrie en stijfheidsvariatie); Nog effort nodig m.b.t. categorie #2; Voor de eerste keer is een theoretisch model gebouwd dat in staat is lange-termijn degradatie te kwantificeren en voorspellen; Modelprognoses en empirische gegevens wijzen dezelfde kant op; Theoretisch model kan traditioneel spoorontwerp benchmarken en robuust spoorontwerp ondersteunen; De treinsnelheid is een cruciale parameter m.b.t. degradatie; De ballast/substructure stijfheid is de belangrijkste infra-parameter; Hogere degradatie te verwachten voor HSL en voor slappe bodems bij conventioneel spoor; Deze stijfheid ( als niveau, nog los van variaties) kan worden ingemeten met de RSMV (zoals in 2017 over diverse baanvakken); Data kan worden gecombineerd - to be continued; 23 Wrap-up & conclusions Degradatie neemt toe met toenemende railpad stijfheid, toenemende dwarsliggerafstand en afnemende railprofiel stijfheid; Onafgeveerde massa en dwarsliggermassa blijken geen significante invloed te hebben met de aanname van perfect (i.e. invariant en vlak) spoor; Ruimtelijke langsvariatie in dsn-eigenschappen en geometrie-afwijkingen (bijdragen dynamische aslast) moeten nog verdisconteerd worden; kan modelbevindingen wijzigen; De model focus is op degradatie; modeluitbreiding is nodig om omgevingsemissie van trillingen mee te nemen

Vergelijkbare documenten

Onderzoek: het beste spoor naar strak spoor. dr. ir. Paul Hölscher

Onderzoek: het beste spoor naar strak spoor dr. ir. Paul Hölscher 1 oktober 2018 Overzicht: twee onderzoeken 1. Risicokaart spoorzakking Bruno Coelho rol van stijfheid ondergrond en baan op zakkingen (zakkingen