1. Hållbara brotyper för framtidens
höghastighetståg
Christoffer Johansson
Avdelningen för bro- och stålbyggnad

2. Agenda
• Normkrav
• Analytisk lösning
• Befintliga broar
• Parametrisk studie
Division of Structural Engineering and Bridges
2

3. Normkrav
SS-EN1990:A1
Kontroller: Krav:
Avgörande
• Acceleration Ballasterade spår: a ≤ 3.5 m/s2
• Vridning Ballastfria spår: a ≤ 5 m/s2
• Nedböjning
Lastmodell:
• Vinkeländring
• HSLM A1-A10 (10 simuleringar)
• 100-300km/h (40 simuleringar)
Division of Structural Engineering and Bridges
3

4. Analytisk lösning för accelerationer
(Jonsered Säveån)
Tillvägagångssätt:
• Rörelseekvationen kan skrivas som en linjär kombination av egenmoder med
hjälp av expansion teoremet
• Egenfrekvenser och modformen beräknas med balkens karakteristiska funktion
• Tidsresponsen löses i frekvensdomänen med en Laplace transformation
Division of Structural Engineering and Bridges
4

5. Verifikation (HSLM A1, 250km/h)
EI uncracked 157.4GNm2
EIcracked 94.5GNm2
m 35370kg/m
1%
k 5GN/m
Division of Structural Engineering and Bridges
5

6. M [ton/m] hos befintliga broar
• 24 Slak- och spännarmerade betongbroar
• 36 Stål- och samverkansbroar
35
Stål- och samverkansbroar Verkliga broar
Regressionslinje
30 95% prediktionsintervall
25 (Höga)
20
M [ton/m]
15
10
5 n0,max
n0,min
0
(Braken)
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
L [m]
Division of Structural Engineering and Bridges
6

7. n0 [Hz] hos befintliga broar
30
Verkliga broar
25
Regressionslinje
20 95% prediktionsintervall
15
10
8
n0 [Hz]
6
5
n0,max
4
3
n0,min
2
Stål- och samverkansbroar
1.5
5 10 20 30 40 50 60
L [m]
Division of Structural Engineering and Bridges
7

8. Parametrisk studie
Brotyp L n0 fack
• Slakarmerade betongbroar 8-60 m 1.5 – 30 Hz 1-3
• Spännarmerade betongbroar (17) (22) (3)
• Stål- och samverkansbroar
3366
Division of Structural Engineering and Bridges
8

9. Stål- och samverkansbroar
30 1
5
10
5
25
1
5
20 15
20 M min (Enligt Kapitel 4.1.1)
15 10
5
40
15
10 10
20
30 5
8 25 15
n0 [Hz]
6
60
50
30
5 40 25 20 10
15
n0,max
4
60 30 25 20
3
50
Mmax (Enligt Kapitel 4.1.1) n0,min
2
40
Stål- och samverkansbroar (1 fack)
8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 35 40 45 50 60
L [m]
Division of Structural Engineering and Bridges
9

10. Slakarmerade betongbroar
30
1
25
15
5
20 M min (Enligt Kapitel 4.1.1)
10
20
15 1
5
25
30 40 50
10 1
10
60
15
8 5
n0 [Hz]
20
6
5 25
30 15
10 5
40
20
n0,max
4 50 10
60
15
3
M max (Enligt Kapitel 4.1.1)
n0,min
2
Slakarmerade betongbroar (1 fack)
8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 35 40 45 50 60
L [m]
Division of Structural Engineering and Bridges
10

11. Avslutade projekt
Höghastighetsprojekt – Del 1 Höghastighetsprojekt - Bro
• Sammanfatta befintlig kunskap • Inventering av järnvägsbroar för
• Identifiera lämpliga brotyper ökad hastighet på befintliga banor
avseende höghastighetsbanor
(2010, www.byv.kth.se) (2011, www.byv.kth.se)
Division of Structural Engineering and Bridges
11

12. Slutsatser
Följande broar har problem att klara
accelerationskravet:
• Stål- och samverkansbroar
• Korta broar
• Broar med ändskärm
• Broar med mjuk grundläggning
Division of Structural Engineering and Bridges
12

13. Mer forskning behövs!!
Frågor?
Division of Structural Engineering and Bridges
13