Title: Structural integrity-management for the maintenance of urban tracks
Language: Deutsch
Authors: Fischmeister, Edgar 
Qualification level: Doctoral
Keywords: Schienenschädigung; Instandhaltungsstrategie; Strukturelles Sicherheits-Management; Risikobasierte Inspektion; Materialermüdung; Lineare Schadensakkumulation; Risswachstum; Bruchkontrollplan
rail damage; maintenance strategy; structural integrity management; risk-based inspection; fatigue of materials; linear damage accumulation; crack growth; fracture control plan
Advisor: Ostermann, Norbert
Assisting Advisor: Rossmanith, Hans Peter 
Issue Date: 2012
Qualification level: Doctoral
Abstract: 
Die Beanspruchung der Gleise durch den Rollkontakt der Fahrzeugräder verursacht eine Vielzahl von Schädigungen an den Schienen.
Die Schienen versagen dabei im Allgemeinen nicht plötzlich, sondern die Schädigung erfolgt allmählich im Laufe der Belastungsgeschichte.
Verschleiß, Plastifizierung und Materialzerrüttung der Schiene treten nie alleine auf, immer führt eine Kombination der Schädigung zu einer Einschränkung der Lebensdauer. Eine richtige Strategie in der technischen Überwachung der Gleise mit dem Einsatz modernsten Geräten ermöglicht eine effiziente Inspektion und damit eine erfolgreiche Instandhaltung von sicheren U-Bahngleisen. In dieser Dissertation werden an Hand der risikobasierten Inspektion und der Bruchmechanik auf den Grundlagen des Risswachstums und der linearen Schadensakkumulation die Inspektionsintervalle und die zulässige Risstiefe unter zyklischem Rollkontakt bestimmt. Die Arbeit gliedert sich in zwei Hauptteile:
(a) Zuerst werden im Managementteil an Hand eines Best Practice die Grundlagen für ein Sicherheits-Managementsystem mit risikobasierter Inspektion dargestellt. Die Umsetzung des Sicherheits-Managementsystems für die Instandhaltung der Gleisinfrastruktur bei den Wiener Linien wird abschnittsweise erklärt. Durch die Erstellung und Bewertung der Risiken soll der Umgang mit Risiken und Gefahren bei der Instandhaltung der Gleisinfrastruktur bei den Wiener Linien erläutert werden und wie Maßnahmen abzuleiten sind, um eventuell hohe Risiken minimieren zu können.
(b) Im zweiten Teil, der den technischen Teil dargestellt, wird gezeigt, dass nicht nur Ver-schleiß Materialverlust bedeutet, sondern auch Materialermüdung zum Versagen von Anlagenteilen bei der Gleisinfrastruktur führen kann und die Lebensdauer der Schienen dadurch stark verkürzt. Mit Hilfe der Bruchmechanik für Langrisse wird untersucht, mit welchem Modell das Risswachstum in den Schienen modelliert werden kann, um die Le-bensdauer der Schienen berechnen zu können. Dabei wurden für die Berechnung des K-Wertes fünf Modelle an der Rissspitze und des Risswachstums miteinander verglichen und bewertet.
Ausgehend von einem Oberflächenanriss wird das Risswachstum unter zyklischer Zugbeanspruchung der Schiene berechnet.
Mit Hilfe der Formeln für die Geometriekorrekturfunktion nach Jeong (Jeong 2003) für das Ermüdungsrisswachstum in Schienen und der linearen Schadensakkumulation nach Richard (Richard et al. 2009) wird das Risswachstum eines Oberflächenanrisses zufolge Rollkontaktermüdung mit verschiedenen Reibungskoeffizienten, Biegebeanspruchung mit verschiedenen Lastbereichen und unter Eigenspannungen mit unterschiedlichen Annahmen berechnet. Schließlich werden die erforderlichen Inspektionsintervalle und die maximal zulässige Risstiefe für die Gleisanlagen der Wiener U-Bahn berechnet.

The strain of railway tracks by the rolling contact of the vehicle wheels represents a wide range of damages of the rails. The rails do not fail thereby generally suddenly, but the damage takes place gradual in the course of load history. Wear, plasticity and material disorder of the rail arise never alone, always lead a combination of the damage to a restriction of the life cycle. The right strategy in the technical monitoring of the tracks with the employment most modern devices enables an efficient inspection and an integrity maintenance of underground tracks.
In this work the basis of the risk-based inspection and fracture mechanics on the basis of crack growth and the linear damage accumulation the inspection intervals and the permissible crack depth under cyclic rolling contact is determined. The work is divided into two main parts.
(a) First will be presented in the management part on the basis of a Best Practice the bases for a integrity management system with risk-based inspection. The conversion of the sa-fety management system for the maintenance of the track infrastructure with the Vienne-se lines is explained in this section. By handling risks and dangers is to be described during the maintenance of the track infrastructure in Viennese lines and like measures are derived by the production and evaluation of the risks in order to minimize possibly high risks.
(b) In the second the technical part is presented that wear does not only mean progressive loss of material, but also fatigue leads to a substantial component of the failure of components of the track infrastructure because the life cycle of the rails are strongly limited.
With the help of continuum fracture mechanics for long cracks there will be examined, with which model crack growth in the rails can be modeled around the life cycle of rails, once an initial crack was initiated. 5 models for the computation of the K-value at the crack front and crack growth are compared with one another and evaluated. On the basis of an one-sided surface incipient crack in a semi-infinite space, in an halfinfinite plate, bar, a round bar and a rail cross section following Jeong´s study, in each case with the form factors, crack growth under cyclic tensile stress with the same material indices of the rail is computed.
By means of the model following the rail form formula by Jeong (Jeong 2003b, 2003c) and following the linear damage accumulation (Richard et al. 2009) the crack growth of a surface incipient crack is then computed according to rolling contact fatigue with different coefficient of friction, bending load with different loadings and under internal strains with different assumptions. Finally the necessary inspection interval and the maximal permissible crack depth are specified for the railway tracks of the Viennese un-derground.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-55757
http://hdl.handle.net/20.500.12708/9833
Library ID: AC07813123
Organisation: E230 - Institut für Verkehrswissenschaften 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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