Mejora de la respuesta dinámica transversal de un viaducto alto frente a la acción del tren y del viento

• Autores: José Manuel Olmos Noguera, Miguel Angel Astiz Suárez
• Localización: Resúmenes de comunicaciones, 2014, ISBN 978-84-89670-80-8, págs. 145-146
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Improvement in the lateral dynamic response of a high pier viaduct under high speed train and subjeted to turbulent wind
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• Resumen
  • español

    El paso del tren de alta velocidad y la acción del viento lateral turbulento esperado sobre el tren y un viaducto alto, eleva el riesgo de vuelco del tren y además, excita varios modos de vibración laterales del puente poniendo en peligro la seguridad del tráfico.

    Como se recoge en trabajos anteriores, el empleo de pantallas contra el viento consigue prácticamente eliminar el riesgo de vuelco de los vehículos del convoy. Sin embargo, con el uso de estas pantallas, la respuesta dinámica del puente aumenta al tener la estructura una mayor superficie expuesta.

    En este trabajo se estudia mediante simulaciones numéricas la mejora del comportamiento dinámico del tren y del puente alto con pantallas cuando están sometidos al viento turbulento de diseño empleando amortiguadores de masa sintonizados situados en la cabeza de cada pila del viaducto.

    El modelo empleado para este estudio es un modelo de interacción vehículo-puente-viento desarrollado para este y otros estudios anteriores. Este modelo considera el comportamiento en tres dimensiones del tren (sistema de sólidos-rígidos, con 23 grados de libertad por vehículo), el contacto rueda-carril de forma simplificada pero incluyendo el perfil completo de estos dos elementos (incluso la pestaña de la rueda) y las irregularidades de la vía. Este modelo es capaz de reproducir de forma adecuada los movimientos laterales relativos de los ejes del tren respecto a la vía. El puente se modela como un sistema dinámico de elementos finitos. Este modelo se ha implementado en un código que se verificó satisfactoriamente mediante la comparación de resultados con casos resueltos numéricamente con otros modelos parciales más simples y disponibles en la literatura científica.

    Se han utilizado las características mecánicas del tren articulado tipo AVE–Alston (o Thalys) de 10 vehículos para este estudio. Como ejemplo de viaducto de pilas altas con pantallas de viento se ha adoptado el viaducto de Eixo. Este viaducto, situado en la línea de alta velocidad Orense-Santiago (Galicia), tiene pilas de 80 m. de altura, una longitud de 1224 m. y una frecuencia de oscilación (lateral) de 0.23 Hz.

    Los resultados muestran el grado de mejora en la respuesta del puente que consiguen los amortiguadores de masa sintonizados colocados en las pilas del viaducto. De esta forma la respuesta del puente se aleja de los estados límites de servicio mejorando la seguridad del tráfico.

  • English

    When a high speed train cross a high pier bridge under the action of a lateral turbulent wind, the risk of overturning increases. Besides, this wind excites several lateral vibration modes of the bridge and therefore the traffic safety worsens. Previous works show that with the use of wind barriers, the risk of overturning practically disappears. Nevertheless, the dynamic bridge response increase then, because the structure has more surfaces exposed to the wind.

    In this paper, improvements in the train and bridge behaviour due to the use of tuned mass dampers have been studied by means of numerical simulations. In the study, the bridge has wind barriers and is subjected to turbulent wind. And the damper devices are situated over the pier heads for the simulations.

    A dynamic interaction model of the train-bridge-wind system was developed for this study and for previous others. In that model, a three-dimensional multi-body train with 23 degree of freedom per vehicle and a finite element bridge system are considered. For reproducing the interaction between wheel and rail, a simplified contact model has been included which considers the whole wheel and rail profiles, with the wheel flange. Track irregularities are also taken into account. This model is able to simulate the relative lateral displacement between the wheel-set and the track in a suitable way. The model and its code developed have been checked by comparison of results with cases solved in scientific literature which employ simpler models.

    The mechanic properties of an articulated train type AVE-Alston (or Thalys) with 10 vehicles have been used in this study. As example of high pier viaduct with wind barriers O’Eixo viaduct has been chosen. This structure is situated in the Orense-Santiago high speed railway line in Galicia (Spain). It has 80 m. high piers, a length of 1224 m. and a natural (lateral) vibration frequency of 0.23 Hz.

    The observed results show improvement in the bridge response due to the tuned mass dampers employed in the pier heads of the viaduct. In this way, the bridge meets better the requirement of the serviceability limit states increasing the traffic safety.