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Diplom- und Master-Arbeiten (eigene und betreute):

F. Paech:
"(Semi-)analytische Modellierung der Maschinen-Boden-Interaktion des DGS";
Betreuer/in(nen): D. Adam, M. Dafert; Institut für Geotechnik, 2021; Abschlussprüfung: 26.11.2021.



Kurzfassung deutsch:
Die Gleislagekorrektur ist ein wesentlicher Teilprozess bei der Erhaltung des Schienennetzes. Hierbei bildet das Gleisstopfen das Standardverfahren, welches meist mit dem dynamischen Gleisstabilisator (DGS) kombiniert wird. Der DGS hat das Ziel das Schottergefüge über eine horizontale dynamische Anregung umzulagern und somit eine Verdichtung desselben zu erzielen. Die Referenzgröße zur Überprüfung des Verdichtungserfolgs bildet die statische Querverschiebewiderstandsmessung an Einzelschwellen. Dieses Verfahren ist allerdings zeitaufwendig und nur punktuell möglich. Dementsprechend ergibt sich die Motivation den Verdichtungserfolg kontinuierlich und idealerweise arbeitsintegriert dokumentieren zu können, weshalb die Entwicklung eines Systems zur flächendeckenden dynamischen Verdichtungskontrolle (FDVK) mit dem DGS angestrebt wird.

Ein wesentlicher Zwischenschritt in diesem Entwicklungsprozess stellt die (bodenmechanische) Modellierung des Interaktionssystems zwischen DGS, Gleisrost und Gleisschotter dar. Die vorliegende Diplomarbeit leistet hierzu einen Betrag, indem dieses Interaktionssystem auf einen
Einmassenschwinger (SDOF) reduziert und mit einfachen Bodenmodellen zur Ermittlung der Steifigkeits- und Dämpfungsparameter kombiniert wurde. Eine Literaturrecherche zu diesem Themengebiet ergab, dass das Einmassenschwinger-Analogon nach Lysmer und das Konusmodell nach Wolf geeignete Bodenmodelle für eine erste Annäherung darstellen.

Die Modellierung erfolgte anhand von Messdaten aus einer Versuchsreihe im Open Rail Lab in der Nähe von Oberwart die von der Fa. Plasser & Theurer in Zusammenarbeit mit der TU Wien und FCP durchgeführt wurde. Bei dieser Versuchsreihe wurde das Bewegungsverhalten von DGS und Schwelle auf dichtem (Anfangszustand) und durch eine Stopfung aufgelockerten Schotter messtechnisch erhoben. Die untersuchten Modelle wurden mit Hilfe eines (zweistufigen) Optimierungsprozesses an die Messdaten angepasst, wobei die dynamisch aktive Masse des untersuchten Gleisrostabschnitts in Abhängigkeit von der Distanz zwischen DGS und Messschwelle vorab abgeschätzt wurde.

Mit dieser Vorgehensweise konnte das gemessene Bewegungsverhalten der Schwelle für die dominanten Freiheitsgrade großteils reproduziert werden. Mithilfe des Optimierungsprozesses war es außerdem möglich, Steifigkeitsunterschiede des Schottergefüges für die einzelnen Messfahrten zu ermitteln. So ist es möglich, die dynamischen Bodenparameter des Schotters zurückzurechnen und für Vergleiche heranzuziehen. In Zukunft gilt es die Modellierungen an weiteren Messkampagnen durchzuführen und zu erweitern, um die Ergebnisse dieser Diplomarbeit einerseits zu validieren und andererseits zu verbessern. Die erfolgreiche Modellierung des Bewegungsverhaltens mit einfachen Bodenmodellen zeigt, dass eine kontinuierliche, dynamische Verdichtungskontrolle mit diesem Lösungsansatz realisierbar scheint.

Kurzfassung englisch:
Maintaining the track alignement is essential for the upkeep of the rail traffic. In this context track tamping is usually used, which in many cases is combined with the dynamic track stabiliser (DTS). The aim of the DTS is to redistribute the ballast structure by predominantly horizontal vibrations in order to achieve ballast compaction. Ballast compaction can only be quality assured by measuring the lateral resistance of the sleepers with single tie push tests. These tests are time-consuming and can only provide data for individual tracksections. This results in the requirement for the development of a system for continuous, dynamic compaction control of the ballast, which could replace the stationary measurements in the long term.

The mechanical modeling of soil-machine interaction plays an important role in the development of continuous compaction control systems. Consequently, the objective of this diploma thesis was to design a simple physical model (SDOF-system preferably) and to compare different approaches to consider the soil reaction within this model. A literature search on this topic revealed the spring-dashpot analog according to Lysmer and the cone model after Wolf as suitable soil models for a first approximation. The model is based on data obtained during field tests at the Open Rail Lab near Oberwart, which were carried out by Plasser & Theurer, TU Wien and FCP. During these tests, the motions of the DTS and one sleeper were monitored. A newly developed optimization procedure was used to fit the output of the SDOF-model with the measured data.

Due to the excellent agreement between the modelled and the measured motion curves for the governing degrees of freedom, the used model can be considered as suitable. The optimization procedure allows the calculation of stiffness parameters (shear modulus G) and thus differences in the stiffness of the ballast structure due to different compaction conditions can be revealed by the model. Further research is necessary, firstly to validate the results of the thesis by application and comparison with other models, and secondly to improve the procedure.

Schlagworte:
Gleisinstandhaltung, DGS, Gleisschotter, FDVK, Maschinen-Boden-Interaktion

Erstellt aus der Publikationsdatenbank der Technischen Universität Wien.