title: Αριθμητική διερεύνηση της επίδρασης των δυναμικών δονήσεων σε σιδηροδρομικά επιχώματα

title: Numerical study of dynamic vibrations impact on railway embankments
Creators: name: Μπιρικακης Εμμανουηλ
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2018

description: Το αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η αριθμητική διερεύνηση της επίδρασης των εδαφικών δονήσεων σε σιδηροδρομικό επίχωμα εξαιτίας της κίνησης τρένων υψηλής ταχύτητας. Αρχικά, γίνεται μια εισαγωγή στο θέμα παρουσιάζοντας τις βασικές έννοιες του κλάδου της σιδηροδρομικής καθώς και τα βασικά στοιχεία της θεωρίας της διάδοσης των ελαστικών κυμάτων στο έδαφος, που είναι απαραίτητα για τη μελέτη του θέματος. Επίσης, περιγράφεται ο μηχανισμός παραγωγής των δονήσεων και οι παράγοντες που επηρεάζουν τη διάδοσή τους. 
	Στη συνέχεια, περιγράφονται οι διαθέσιμες μέθοδοι προσομοίωσης του φαινομένου για τον υπολογισμό και την αξιολόγησή τους και παρουσιάζονται αρκετά υφιστάμενα προσομοιώματα για το τρένο, τη σιδηροδρομική γραμμή και το έδαφος. Ακολούθως, περιγράφονται συνοπτικά τα μέτρα περιορισμού των σιδηροδρομικών δονήσεων με ιδιαίτερη αναφορά στη χρήση του γεωαφρού διογκωμένης πολυστερίνης (EPS) ως υλικό κατασκευής τυπικού σιδηροδρομικού επιχώματος. Τέλος, ακολουθεί η αριθμητική διερεύνηση, η παρουσίαση και ο σχολιασμός των αποτελεσμάτων καθώς και η παράθεση χρήσιμων συμπερασμάτων και προτάσεων. Για τη σχεδίαση του τριδιάστατου προσομοιώματος του συστήματος σιδηρόδρομου - επιχώματος - εδάφους χρησιμοποιήθηκε το σχεδιαστικό λογισμικό Autocad 2017 και για τις δυναμικές αναλύσεις το λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων ANSYS 17.0.
	Στη διεξαχθείσα διερεύνηση εξετάζονται οι βασικές παράμετροι που υπεισέρχονται στο πρόβλημα. Πιο συγκεριμένα, μελετήθηκε η επίδραση της ταχύτητας διέλευσης του τρένου, της αντικατάστασης ενός συμβατικού γαιώδους επιχώματος με ένα επίχωμα κατασκευασμένο από EPS, καθώς και η επίδραση του εδάφους έδρασης του σιδηροδρομικού επιχώματος (γαιώδες ή βραχώδες). Ως μέτρο μεγέθους των παραγόμενων δονήσεων, εξετάζονται οι μέγιστες κατακόρυφες μετακινήσεις και εξάγονται, εκτός των άλλων, αξιόλογα αποτελέσματα σχετικά με τη χρήση του EPS ως μέτρου περιορισμού των δονήσεων στο επίχωμα.

description: The main aim of this thesis is to investigate the important and multidisciplinary issue of ground vibrations caused by high-speed trains. For this purpose, the existing international literature has been studied, followed by a detailed numerical investigation of the impact of the vibrations on the railway embankment..

            Firstly, a general overview of the subject is presented, focusing on the basic concepts of railways as well as the theoretical aspects of elastic waves propagation. The mechanism of the generation of these vibrations and the parameters that influence their propagation are also described. Subsequently, the available methods for simulating this complex phenomenon are presented. Moreover, several existing models that are used to simulate train, railway infrastructure and ground are presented. Then, mitigation measures for limiting train vibrations are briefly outlined, with particular reference on the implementation of expanded polystyrene geofoam (EPS) as basic construction material of the rail embankment.

            Finally, the numerical analyses, the results and the related discussion, as well as the derived conclusions and suggestions for further research are presented. Autocad 2017 software was used to design the three-dimensional model of the railway-embankment-ground system, while the finite element software ANSYS 17.0 has been for utilized for the numerical analyses. In the performed analyses, several key factors are investigated: the impact of the train speed, the usage of EPS and the supporting ground type (soil or rock). The maximum vertical displacements are examined as a rational measure of the induced vibrations magnitude.