Ermittlung der seitlichen Gleisbettung anhand von dynamischen Messungen im Gleisrost während der dynamischen Gleisstabilisation

Abstract

Die seitliche Bettungssteifigkeit des Gleises stellt eine wesentliche Kenngröße für die Lagestabilität kontinuierlich verschweißter Gleise dar. Nach einer Gleislagekorrektur wird der Querverschiebewiderstand des Schotterbettes durch den Einsatz eines dynamischen Gleisstabilisators (DGS)wiederhergestellt. Der erreichte Verdichtungszustand kann derzeit jedoch während des Arbeitsvorgangs nicht kontinuierlich erfasst werden. Vor diesem Hintergrund wird in der vorliegenden Arbeit untersucht, ob, basierend auf dem Ausbreitungsverhalten von durch den DGS verursachten Transversalwellen im Gleisrost, auf die seitliche Bettungssteifigkeit und damit auf den Verdichtungszustand des Schotterbettes geschlossen werden kann. Grundlage der Untersuchungen bilden Feldversuche, die im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsprojekts von Plasser & Theurer und der TU Wien durchgeführt wurden. Aus den gemessenen Horizontalbeschleunigungen des Gleisrostes werden Amplituden- und Phasenverläufe und damit Wellenlänge, Dämpfung und Transversalwellengeschwindigkeit bestimmt. Aufbauenddarauf werden analytische Modelle eines kontinuierlich elastisch gebetteten Balkens herangezogen, um die Wellenausbreitung im Gleisrost zu beschreiben und die seitliche Bettungssteifigkeit rückzurechnen. Die berechneten Modellverläufe werden den experimentellen Messdaten gegenübergestellt und hinsichtlich ihrer Eignung zur Beschreibung der Wellenausbreitung bewertet. Darauf aufbauendwird ein Verfahren zur kontinuierlichen Rückrechnung der Bettungssteifigkeit vorgeschlagen. Zusätzlich wird untersucht, inwieweit sich die ermittelten Bettungssteifigkeiten zur Bewertung der Verwerfungssicherheit kontinuierlich verschweißter Gleise heranziehen lassen. Die Ergebnisse zeigen, dass das Modell eines elastisch gebetteten Balkens die gemessene Wellenausbreitung grundsätzlich beschreibt und die Transversalwellengeschwindigkeit als Kennwert zur Abschätzung der seitlichen Bettungssteifigkeit geeignet ist. Damit wird das Potenzial eines kontinuierlichen Verfahrens zur Bewertung des Verdichtungserfolgs während der dynamischen Gleisstabilisierung aufgezeigt.

The lateral foundation stiffness of railway tracks is a key parameter governing the lateral stabilityof continuously welded tracks. Following track alignment, the lateral resistance of the ballastbed is restored by means of a Dynamic Track Stabilizer (DTS). However, the achieved degree of ballast compaction cannot currently be monitored continuously during the stabilization process.Consequently, this thesis investigates whether the properties of DTS-induced shear waves within the track can be used as an indicator of the lateral foundation stiffness and, therefore, of the compaction state of the ballast bed.The study is based on field measurements conducted within a joint research project between Plasser & Theurer and TU Wien. Amplitude and phase responses, as well as wavelength, attenuation,and shear wave velocity, are determined from the measured lateral accelerations of the track. Based on these quantities, analytical beam-on-elastic-foundation models are employed todescribe wave propagation in the track and to back-calculate the lateral foundation stiffness.The analytical model results are compared with the experimental measurements and evaluated with regard to their capability to describe the observed wave propagation. Based on these findings,a method for the continuous back-calculation of the lateral foundation stiffness is proposed.Moreover, the study demonstrates the feasibility of using foundation stiffness to assess the stability of continuously welded tracks in the context of track buckling.The results demonstrate that the beam-on-elastic-foundation model provides a generally suitablerepresentation of wave propagation in the track and that shear wave velocity is an appropriateindicator for estimating the lateral foundation stiffness. Consequently, the proposed method has the potential to be used for continuous assessment of ballast compaction during dynamic trackstabilization.