Rautatieliikenteen aiheuttaman tärinän vaimentaminen syvästabilointirakenteilla ja tärinän FEM-mallinnus 2D ympäristössä
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2008
Major/Subject
Pohjarakennus ja maamekaniikka
Mcode
Rak-50
Degree programme
Language
fi
Pages
163
Series
Abstract
Tässä diplomityössä syvennytään syvästabilointirakenteiden käyttöön rautatieliikenteestä aiheutuvan tärinän vaimennuksessa. Tutkimus toteutettiin kirjallisuustutkimuksena sekä mallintamalla koerakennuskohteen stabilointirakenteita elementtimenetelmäohjelmalla. Työ on osa laajempaa LITES-tutkimuksen (Liikenteen tärinähaittojen eliminoiminen syvästabiloinnin avulla) 3. vaihetta, jonka rahoittajana toimii Ratahallintokeskus. Korian koerakennuskohde sijaitsee rataosuudella Lahti-Kouvola. Alueella esiintyy voimakkaita tärinöitä, jotka johtuvat useiden tekijöiden yhteisvaikutuksesta. Pohjamaa koostuu paksusta pehmeästä savikerroksesta ja asuinrakennukset sijaitsevat lähellä rataa. LITES-tutkimuksen 2. vaiheessa alueelle rakennettiin neljä erilaista syvästabilointirakennetta, joiden junatärinää vaimentavaa vaikutusta radan ympäristössä tutkittiin tärinämittauksilla ja FEM-takaisinlaskennoilla. Korialta saatujen mittaustulosten ja aiempien FEM-takaisinlaskentojen kokemusten perusteella tehtiin 2-ulotteiset FEM-mallinnukset ja takaisinlaskennat Plaxis (v. 8.6) elementtimenetelmäohjelmalla. Tarkoituksena oli kehittää luotettava FEM-mallinnustapa, jolla pystytään mallintamaan syvästabilointirakenteiden toimivuutta tärinänvaimennuksessa. Laskennoissa keskityttiin kahteen laskentatapaukseen, jossa toisessa tarkasteltiin stabilointirakenteen mallintamista ja toisessa dynaamisen kuorman mallintamista. Dynaamisen kuorman mallintaminen sinimuotoisena värähtelynä taajuuksilla 10 tai 12 Hz onnistui kohtuullisen hyvin. Koerakenteiden lasketut ja mitatut vaimennustehot pystysuuntaiselle . tärinäkomponentille erosivat keskimäärin noin 10...40 prosenttiyksikköä radan lähellä. Vaakasuunnassa mallintaminen ei onnistunut yhtä hyvin. Tarkasteltiin myös stabilointirakenteiden mallintamista Plaxis-ohjelman plate-elementillä, jolloin tehtiin joitakin herkkyystarkasteluja plate-elementin eri parametreille. LITES-tutkimuksen 3. vaiheen puitteissa tehtiin lisäksi vertailulaskenta kolmen eri laskentaohjelman välillä; elementtimenetelmäohjelmat Plaxis ja Abaqus sekä differenssi-menetelmäohjelma FLAC. Laskennassa vertailtiin ohjelmien dynaamista laskentaa keskenään. Ohjelmien tulosten välillä esiintyi selviä eroja, mutta Plaxis- ja Abaqus-ohjelmien tulokset olivat suhteellisen samaa luokkaa.In this thesis deep stabilisation has been studied as a countermeasure against train-induced vibrations. The research was carried out as a literature study and by modelling deep stabilisation structures of a constructed test site with a finite element method computer 0program. The study is part of the third phase of a larger research program LITES (Eliminating traffic-induced vibrations by means of deep stabilisation), which is financed by Finnish Rail Administration. The test site of Koria is situated on the Lahti-Kouvola railway line. The extensive vibrations in the area result from several different factors acting together. The ground soil consists of a thick soft clay layer and habitation is placed close to the railway. In the second phase of LITES-research program four different deep stabilisation structures were built at the site and their vibration reducing effect was studied with vibration measurements and FEM-back calculations. Based on the measurement results from Koria and the experience from the earlier FEM-back calculations, two-dimensional FEM-modelling and back calculations were made with the Plaxis (v. 8.6) finite element program. The aim of calculations was to develop a reliable FEM-modelling practice, with which it would be possible to model the function of deep stabilisation structures in vibration mitigation. The calculations were concentrated into two cases, one that studied the modelling of the stabilisation structure and one that studied the modelling of the dynamic load. Modelling the dynamic load as a sinus shaped oscillation at frequencies 10 or 12 Hz was carried out fairly successfully. Calculated and measured vibration effects of the test structures for the vertical vibration component differed on average between 10…40 %-units close to the track. In horizontal direction the modelling did not succeed that well. Modelling the stabilisation structures with the plate-element of the Plaxis computer program was also studied with a small parameter study (sensitivity analysis) of the parameters of the plate-element. Within the frame of the third phase of LITES-research project a comparison of the dynamic calculation was done between three computer programs; the finite element programs Plaxis and Abaqus and the finite difference program FLAC. Some differences between the results of the programs were discovered, but the results of Plaxis and Abaqus programmes were of relatively the same order.Description
Supervisor
Vepsäläinen, PauliThesis advisor
Koivisto, KirsiKeywords
tärinä, syvästabilointi, elementtimenetelmä, 2D mallinnus, vibration, deep stabilisation, finite element method, 2D modelling