Numerical Investigation of Pre-Stressed Reinforced Concrete Railway Sleeper for High-Speed Application
Loading...
Date
2023
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
MDPI
Abstract
ENG: The current paper deals with the numerical investigation of a unique designed pre-stressed reinforced concrete railway sleeper for the design speed of 300 km/h, as well as an axle load of 180 kN. The authors applied different methodologies in their research: traditional hand-made calculations and two types of finite element software. The latter were AxisVM and ABAQUS, respectively. During the calculations, the prestressing loss was not considered. The results from the three methods were compared with each other. The hand-made calculations and the finite element modeling executed by AxisVM software are adequate for determining the mechanical inner forces of the sleeper; however, ABAQUS is appropriate for consideration of enhanced and sophisticated material models, as well as the stress-state of the elements, i.e., concrete, pre-stressed tendons, etc. The authors certified the applicability of these methodologies for performing the dimensioning and design of reinforced concrete railway sleepers with pre-stressing technology. The research team would like to continue their research in an improved manner, taking into consideration real laboratory tests and validating the results from FE modeling, special material models that allow calculation of crackings and their effects in the concrete, and so that the real pattern of the crackings can be measured by GOM Digital Image Correlation (DIC) technology, etc.
UKR: Дане наукове дослідження присвячено чисельному вивченню розробленої попередньо напруженої залізобетонної шпали для встановленої швидкості 300 км/год та навантаженням на вісь 180 кН. Автори використали різні методології у своєму дослідженні: традиційний аналітичний розрахунок вручну та два типи програмного забезпечення методом скінченних елементів. Останніми були AxisVM і ABAQUS. При розрахунках не враховувався втрати напруженості. Результати трьох методів порівнювалися між собою. Розрахунки виконані вручну та за допомогою програмного забезпечення AxisVM є достатніми для визначення механічних внутрішніх сил в шпалі; проте ABAQUS є відповідним для розгляду вдосконалених та складних моделей матеріалу, а також для врахування напруженого стану елементів, таких як бетон, попередньо напружені арматури тощо. Автори підтвердили можливість застосування цих методів для виконання розрахунків та проектування залізничних залізобетонних шпал з використанням технології попереднього напруження. Наукова група має намір продовжувати своє дослідження у покращеному вигляді, з урахуванням реальних лабораторних випробувань і підтвердження результатів моделювання методом скінченними елементів та спеціальними моделями матеріалу, що дозволяють розрахувати тріщини та їх вплив на бетон, а також для того, щоб реальні тріщини можна було виміряти за допомогою технології цифрової кореляції зображень GOM Digital Image Correlation (DIC) тощо.
UKR: Дане наукове дослідження присвячено чисельному вивченню розробленої попередньо напруженої залізобетонної шпали для встановленої швидкості 300 км/год та навантаженням на вісь 180 кН. Автори використали різні методології у своєму дослідженні: традиційний аналітичний розрахунок вручну та два типи програмного забезпечення методом скінченних елементів. Останніми були AxisVM і ABAQUS. При розрахунках не враховувався втрати напруженості. Результати трьох методів порівнювалися між собою. Розрахунки виконані вручну та за допомогою програмного забезпечення AxisVM є достатніми для визначення механічних внутрішніх сил в шпалі; проте ABAQUS є відповідним для розгляду вдосконалених та складних моделей матеріалу, а також для врахування напруженого стану елементів, таких як бетон, попередньо напружені арматури тощо. Автори підтвердили можливість застосування цих методів для виконання розрахунків та проектування залізничних залізобетонних шпал з використанням технології попереднього напруження. Наукова група має намір продовжувати своє дослідження у покращеному вигляді, з урахуванням реальних лабораторних випробувань і підтвердження результатів моделювання методом скінченними елементів та спеціальними моделями матеріалу, що дозволяють розрахувати тріщини та їх вплив на бетон, а також для того, щоб реальні тріщини можна було виміряти за допомогою технології цифрової кореляції зображень GOM Digital Image Correlation (DIC) тощо.
Description
M. M. Rad: ORCID 0000-0002-8393-724X,
A. Németh: ORCID 0000-0002-3477-6902,
D. Harrach: ORCID 0000-0003-4819-8506,
S. K. Szürke: ORCID 0000-0001-5639-8116,
M. Sysyn: ORCID 0000-0001-6893-0018,
D. Kurhan: ORCID 0000-0002-9448-5269,
S. Fischer: ORCID 0000-0001-7298-9960
Keywords
railway, reinforced concrete, sleeper, prestressing, numerical modeling, залізничний транспорт, залізобетон, шпала, попереднє напруження, чисельне моделювання, КТІ
Citation
Major Z., Ibrahim S. K., Rad M. M., Németh A., Harrach D., Herczeg G., Szalai S., Kocsis Szürke S., Harangozó D., Sysyn M., Kurhan D., Baranyai G., Gáspár L., Fischer S. Numerical Investigation of Pre-Stressed Reinforced Concrete Railway Sleeper for High-Speed Application. Infrastructures. 2023. Vol. 8, Iss. 3. DOI: 10.3390/infrastructures8030041.