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Numerical analysis of soil behavior and stone columns effects on the railway track

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[Quelle: http://d-nb.info]

Railway systems are highly competitive compared with other means of transportation because of their distinct advantages in speed, convenience and safety. Therefore, the demand for railway transportation is increasing around the world. Constructing railway tracks and related engineering structures in areas with loose or soft cohesive subgrade usually leads to problems, such as excessive settlement, deformation and instability. Several remedies have been proposed to avoid or reduce such problems, including the replacement of soft soil and the construction of piles or stone columns. The thesis aims to expand the geotechnical knowledge of how to improve subgrade ballasted railway tracks, using stone columns and numerical modeling for the railway infrastructure. Three aspects are considered: railway track dynamics modeling and validation by field measurements; modeling and parametric studies on stone columns; studies on the linear and non-linear behavior of stone columns under the dynamic load of trains. The first step of the research was to develop a reliable numerical model of a railway track. The finite element method in a time domain was used for either a 2D plane strain or 3D analysis. Individual methods for modeling a train load in 2D and 3D were implemented and are discussed in this thesis. The developed loading method was validated with three different railway tracks using obtained vibration measurements. Later, these numerical models were used to analyze the influence of stone column length and train speed in the stress field. The performance of the treated ground depends on various parameters, such as the strength of stone columns, spacing, length and diameter of the columns. Therefore, the second step was devoted to a parameter study of stone columns as a unit cell with an axisymmetric condition. The results showed that even short stone columns were effective for settlement reduction, and area of replacement was the main influential parameter in their performance. The third part of the thesis focuses on a hypothetical railway-track response to the passage of various train speeds and the influence of stone-column length. The stress-strain response of subgrade is analyzed under either an elastic–perfectly plastic or advanced constitutive model. The non-linear soil response in the finite element method and the impact of train speed and stone column length on railway tracks are also evaluated. Moreover, the reductions of induced vibration - in both a horizontal and a vertical direction - after improvement are investigated.

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Bücher, Broschüren

Weltkulturerbe in Österreich - Die Semmeringeisenbahn
Erhalten und Gestalten
2021, 356 S., 33 b/w and 152 col. ill., Hardcover
Birkhäuser Berlin

 

 

Die Semmeringbahn in Österreich gilt als ein Meilenstein der Eisenbahngeschichte. Mit ihrer Eröffnung im Jahr 1854 wurde der Eisenbahnbau auch in einer schroffen Gebirgsregion Wirklichkeit. Angesichts der Errichtung des Semmering-Basistunnels zur Entlastung der historischen Bahnstrecke stellen sich Fragen zu Umgang, Instandhaltung und Weiterentwicklung des heutigen UNESCO-Weltkulturerbes. Erhalten und Gestalten: Das von der Arbeitsgemeinschaft für das Weltkulturerbe in Österreich erarbeitete Buch versammelt Beiträge aus verschiedenen Disziplinen und bietet einen umfassenden Überblick über die vielfältigen Aktivitäten beim Umgang mit dieser Gebirgsbahn. Eigens aufgenommene Fotografien von Hertha Hurnaus eröffnen eindrucksvolle Blicke auf die Bahnstrecke, die historischen Bauten und die umgebende Landschaft.; Austria's Semmering Railway is regarded as a milestone in the history of railway construction. When it opened in 1854, it demonstrated the feasibility of building railways through even ruggedly mountainous regions. With the ongoing construction of the Semmering Base Tunnel to relieve the historic railway line, questions have arisen about the management, maintenance, and further development of this UNESCO World Heritage Site. The book, produced by the Working Group for World Heritage in Austria, includes contributions from a variety of disciplines and provides a comprehensive overview of the many activities involved in managing this mountain railway. Specially commissioned photographs by Hertha Hurnaus offer impressive views of the railway line, historic buildings, and the surrounding landscape.

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Fokus Denkmal 12
Fokus Denkmal, Band 12
Welterbe Semmeringbahn. Zur Viaduktsanierung 2014-2019
2021, 168 S., 28 cm, Hardcover
Berger & Söhne

 

 

Die Semmeringbahn stellt ein in der Österreichischen Kulturlandschaft einzigartiges Denkmal dar, das die technischen Leistungen im 19. Jahrhundert, dem Zeitalter der industriellen Revolution, bemerkenswert repräsentiert. Seit 1997 steht die Bahnstrecke unter Denkmalschutz und seit 1998 gehört sie mit ihrer umgebenden Landschaft zum UNESCO-Weltkulturerbe. 2014 bis 2019 wurden mit dem Wagnergraben-, Gamperlgraben-, Rumplergraben- und Kartnerkogelviadukt vier Viadukte der Strecke verantwortungsvoll saniert. Der Band dokumentiert die Bestrebungen, die notwendigen baulichen Änderungen an der Bahnstrecke im Einklang mit den Anforderungen des Denkmalschutzes durchzuführen. Aus dem Inhalt: Günter Dinhobl: Geschichte der Semmeringbahn; Karoline Halbwachs / Marija Milchin / Gabriela Krist: Die Viadukte der Semmeringbahn und ihre Natursteine; Richard Dieckmann: Historische Eisenbahnfahrzeuge der Semmeringbahn; Stephan Bstieler: Metamorphose einer Landschaft. Die kulturlandschaftliche Prägung des Semmering durch die Eisenbahn; Friederike Grießler: Sommerfrische ? Eisenbahn und Kulturlandschaft. Ein faszinierendes Wechselspiel zwischen Mensch und technologischem Fortschritt; Gerd Pichler: Die Semmeringbahn. Bildmotiv und nationales Monument; Horst Schröttner: Natur und Kultur. Forstliche Maßnahmen entlang der Semmeringstrecke; Patrick Schicht: Die Semmeringbahn als Denkmal; Günter Dinhobl: Zur Geschichte der vier Viadukte Wagnergraben, Gamperlgraben, Rumplergraben und Kartnerkogel; Heinz Höller: Sanierungsarbeiten. Projektabwicklung, Logistik-, Baustellenmanagement; Thomas Lampl: Alltäglicher Betrieb. Erhaltungsaspekte der Semmeringbahn im laufenden Betrieb; Jenny Pfeifruck-Vass / Mario Ruml: Die Restaurierung der vier Viaduktkörper. Schadensanalyse, Restaurierziel, Umsetzung; Siegfried Ebenbichler / Hermann Fuchsberger: Ein Technisches Denkmal zwischen Empfehlungen und Richtlinien, Standards und Normen.

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Ulrich Weidmann
Bahninfrastrukturen
Planen - Entwerfen - Realisieren - Erhalten
2020, 634 S., 484 Abbildungen und 110 Tabellen, z.T. farbig 24 cm, Hardcover
vdf Hochschulverlag AG

 

 

Sie befördert ihre Fahrgäste mit hohem Komfort, maximaler Sicherheit und minimalem Platzbedarf. Sie verbindet Metropolen, transportiert Gütermengen über lange Distanzen und braucht wenig Energie. Um ihre Haltepunkte herum entfalten sich Wohnen und Arbeiten und sie ist für alle Personen gleichermaßen zugänglich. Kurz: Die Bahn bietet sich als Mobilitätsträgerin der Zukunft geradezu an. Die Bahn ist für alle da und doch eine Welt für sich. Rückgrat ist die Bahninfrastruktur, ein komplexes soziotechnisches System. Bei ihrer Weiterentwicklung ist höchste Wirtschaftlichkeit gefordert: nicht zu viel, aber auch nicht zu wenig und vor allem das Richtige soll gebaut werden. Lebenszykluskostenoptimierte Technologien sollen die Ausführung bestimmen und während der Nutzung sind die Anlagen effizient und effektiv zu erhalten. Die intensive Planungs- und Bautätigkeit im Bahnbereich äußert sich in einem breiten Interesse an einem Einführungswerk. Das Buch ist auf Grundlage jahrzehntelanger Tätigkeit in Lehre und Forschung entstanden. Die Struktur folgt - nach einer übergreifenden Einleitung - dem Lebenszyklus einer Infrastruktur, von der Planung über die Realisierung bis zu ihrer Erhaltung. Die Darstellung soll Grundlegendes aufzeigen und den Einstieg in eine vertiefte Auseinandersetzung erleichtern.

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Ulrich Maschek
Sicherung des Schienenverkehrs
Grundlagen und Planung der Leit- und Sicherungstechnik
4., Aufl.
2018, xxii, 338 S., XXII, 338 S. 237 Abb., 133 Abb. in Farbe. 240 mm, Softcover
Springer

 

 

Das Lehr- und Fachbuch zeigt systematisch und mit vielen Abbildungen, wie eine sichere Durchführung des Bahnbetriebs erfolgt. Sowohl die Stellwerkslogik als auch die Umsetzung in der Technik werden ausführlich beschrieben. Besonderen praktischen Nutzen hat das Kapitel zur LST-Planung, deren Darstellung am Beispiel eines elektronischen Stellwerks erfolgt. In der aktuellen Auflage wurde der Abschnitt zum European Train Control System aktualisiert und deutlich erweitert.

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Mathias Obergrießer
Digitale Werkzeuge zur integrierten Infrastrukturbauwerksplanung
Springer Vieweg Research
Am Beispiel des Schienen- und Straßenbaus
2017, x, 245 S., 132 SW-Abb., 16 Farbabb., 12 Farbtabellen. 240 mm, Softcover
Springer

 

 

Der Autor entwickelt neue digitale Werkzeuge und Methoden, die eine durchgängige und integrierte Planung einer Infrastrukturmaßnahme anhand eines föderierten Modells ermöglichen. Dabei werden verschiedene Lösungsansätze vorgestellt, die eine Erweiterung der traditionellen Planungsprozesse vorsehen. Der Autor fasst diese Methoden und digitalen Werkzeuge zu einem leistungsfähigen Modellierungsleitfaden zusammen, der eine effektive Planung des parametrisch-assoziativen Infrastrukturinformationsmodells erlaubt. Die erfolgreiche Validierung des Leitfadens erfolgt anhand verschiedener Anwendungsbeispiele aus der Praxis.

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Forschungsberichte

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Wolfgang Heilmann
Beurteilung der Sicherheit an Bahnuebergaengen aufgrund baulicher und verkehrlicher Merkmale
1983, 209 S., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Bahnuebergaenge stellen sowohl im Eisenbahn- als auch im Strassennetz ausgesprochene Unfallschwerpunkte dar. Dieser Sachverhalt wurde zum Anlass genommen, die Einfluesse der baulichen, verkehrlichen und eisenbahnbetrieblichen Merkmale von Bahnuebergaengen auf die jeweiligen Sicherheitsverhaeltnisse zu analysieren und ein Bewertungschema zur vorausschauenden Beurteilung der Sicherheit an Bahnuebergaengen zu entwickeln. Im Rahmen der Arbeit wurde das Verhalten der Wegebenutzer gegenueber den verschiedenen Sicherungsarten von Bahnuebergaengen untersucht. Ferner wurde nach den Methoden der technischen Zuverlaessigkeitstheorie ein Rechengang aufgezeigt, um die Erwartungswerte von Unfallzahlen an Bahnuebergaengen abschaetzen zu koennen. Es zeigte sich, dass das Verhalten der Wegebenutzer einen viel staerkeren Einfluss auf die Gefaehrdungen an Bahnuebergaengen hat als die i.a. mit hoher Zuverlaessigkeit arbeitenden Sicherungseinrichtungen. Probleme wurden bei der Sicherung durch hoerbare Signale an Bahnuebergaengen mit Kraftfahrzeugverkehr deutlich. Bei diesen Bahnuebergaengen kommt der "Restuebersicht" eine besondere Bedeutung zu, und es waere ueberlegenswert, anstelle der hoerbaren Signale die Uebersicht am Andreaskreuz (mit Stop-Schild) zu verwenden. (-z-)

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T. Seeger, B. Melber
Schallgedaempfte Stahlkonstruktionen im Brueckenbau
1980, 43 S., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Ziel der Untersuchungen an den Eisenbahnbruecken ueber die Ilmenau in Bienenbuettel und der dazugehoerigen Laboruntersuchungen ist es, durch schalldaempfende Verbundsysteme und durch Entwicklung laermarmer Ausgangskonstruktionen die Eisenbahnbruecke aus Stahl so leise wie die freie Strecke zu machen. Am Neuprojekt der Bienenbuetteler Bruecke werden zum einen die Erfahrungen bei der Integration von Beschichtungsmassnahmen in den Fertigungsablauf beim Brueckenbau gewonnen, zum anderen Aussagen zum akustischen Verhalten einer geaenderten Brueckenkonstruktion gemacht. (to)

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T. Seeger, B. Melber
Schallgedaempfte Stahlkonstruktionen im Brueckenbau
1978, 44 S., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die fuer den Grossversuch erforderlichen Werkstoff- u. Fertigungskenndaten wurden durch experimentelle Untersuchungen im Labor ermittelt. Die Planungsarbeiten fuer den Grossversuch, Verlustfaktormessungen, Dauerschwingfestigkeitsuntersuchungen als Eignungspruefung fuer Prodophon "d", Temperaturbestaendigkeit und die statische Festigkeit von Prodophon sowie die Schwingfestigkeitsuntersuchungen als Bemessungsgrundlage fuer St 37 mit Setzbolzen wurden durchgefuehrt, bzw. behandelt. (to)

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Friedrich, Jan; González, Brigida (Photograph)
Ein neuer Maßstab
Bauwelt, 2022

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Hoffmann, David; Freudenstein, Stephan
Entwicklung eines materialunabhängigen Nachweisverfahrens von Eisenbahnschwellen
ETR Eisenbahntechnische Rundschau, 2022

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Stollwitzer, Andreas; Fink, Josef; Mohamed, Ezzat
Verfahren zur Reduktion der Ergebnisstreuung zur Ermittlung realistischer Lehr'scher Dämpfungsmaße von Eisenbahnbrücken - Teil 1: Methoden im Frequenzbereich
Bauingenieur, 2022

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Sobek, Werner; Schmid, Angelika
Herausforderungen bei der Planung und Realisierung des Tragwerks des neuen Stuttgarter Hauptbahnhofs. Die Kelchform mit ihrer speziellen Geometrie führte alle Beteiligten an die Grenzen des technisch Machbaren
Der Prüfingenieur, 2022

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Heiland, Till; Thomas, Leonard; Galiazzo, Mark; Stempniewski, Lothar; Stark, Alexander
Auswirkungen der ebenen Boden-Bauwerk-Interaktion auf die Eigenfrequenz von Eisenbahnrahmenbrücken
Bauingenieur, 2022

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Highlights aus dem Programm 2022