Real-time hybrid simulation (RTHS) was applied to investigate the train-bridge interaction of a high-speed railway system, where the railway bridge was selected as the numerical substructure, and the train was physically tested. The interaction between the two substructures was reproduced by a servo-hydraulic shaking table. To accurately reproduce the high-frequency interaction responses ranging from 10-25Hz using the hydraulic shaking table with an inherent delay of 6-50ms, an adaptive time series (ATS) compensation algorithm combined with the linear quadratic Gaussian (LQG) was proposed and implemented in the RTHS. Testing cases considering different train speeds, track irregularities, bridge girder cross-sections, and track settlements featuring a wide range of frequency contents were conducted. The performance of the proposed ATS+LQG delay compensation method was compared to the ATS method and RTHS without any compensation in terms of residual time delays and root mean square errors between commands and responses. The effectiveness of the ATS+LQG method to compensate time delay in RTHS with high-frequency responses was demonstrated and the proposed ATS+LQG method outperformed the ATS method in yielding more accurate responses with less residual time delays.
For high-speed railways (HSR) in wind prone regions, wind barriers are often installed on bridges to ensure the running safety of trains. This paper analyzes the effect of wind barriers on the running safety of a high-speed train to cross winds when it passes on a bridge. Two simply-supported (S-S) PC bridges in China, one with 32 m box beams and the other with 16 m trough beams, are selected to perform the dynamic analyses. The bridges are modeled by 3-D finite elements and each vehicle in a train by a multi-rigid-body system connected with suspension springs and dashpots. The wind excitations on the train vehicles and the bridges are numerically simulated, using the static tri-component coefficients obtained from a wind tunnel test, taking into account the effects of wind barriers, train speed and the spatial correlation with wind forces on the deck. The whole histories of a train passing over the two bridges under strong cross winds are simulated and compared, considering variations of wind velocities, train speeds and without or with wind barriers. The threshold curves of wind velocity for train running safety on the two bridges are compared, from which the windbreak effect of the wind barrier are evaluated, based on which a beam structure with better performance is recommended.
Railway bridges have a significant effect on the stress and displacement of continuous welded rail(CWR). Longitudinal compression force at high temperature, combined breaking or acceleration forces can introduce track buckling. On the other hand, longitudinal tensile forces, associated with low temperatures, in combination with breaking forces may break rail. Therefore, it is very important to work out thorough counter measures for those problems, specially in high speed rail which high safety is required. The exact evaluation of longitudinal force of rail has the key to the solution. The main aim of the present paper is to examine whether the longitudinal force of CWR's on Kyung-Bu-HSR satisfy the criteria to be fulfilled in the design of railway bridge. The analyses are carried out by using "CWRAP" program which was developed by our research group. The ballast resistance and breaking force effects on the longitudinal force of CWR are investigated.
There is an increasing demand for efficient high power/weight auxiliary power supplies for use on high speed traction application. Many new conversion techniques have been proposed to reduce the voltage and current stress of switching components, and the switching losses in the traditional pulse width modulation(PWM) converter. Especially, the phase shift full bridge zero voltage switching PWM techniques are thought most desirable for many applications because this topology permits all switching devices to operate under zero voltage switching(ZVS) by using circuit parasitic components such as leakage inductance of high frequency transformer and power device junction capacitance. The proposed topology is found to have higher efficiency than conventional soft-switching converter. Also it is easily applicable to phase shift full bridge converter by applying an energy recovery snubber consisted of fast recovery diodes and capacitors.
The construction of high speed railways and improvement projects of for conventional railways require straight railway lines of railway, which leads to an increase of bridge and tunnel construction. Transition zones in railways means that the track support stiffness is variedvaries in over short ranges. Sspecial attention is required in theose transition zones since because instability of train running in train and irregularities of track irregularities are can frequently occurred. Typical transition zones are between bridges and earthworks and between tunnels and earthworks. On In a transition zone, a bridge abutment transition zone has many problems in with various causes. In this paper, fundamental problems of bridge abutment transition zones is are analyzed to enhance the understanding about of bridge abutment transition zones. Suggestions for improving problems in the transition zones are proposed.
Korean trains pass many mountain areas, so the volume of structures like bridge and tunnel has large part of railway lines. Train speed-up naturally needs a straight line in railway, then structures are increasing, and the length of structure has more than 70% in Kyongbu high-speed railway. The stiffness of bridge and tunnel is higher than the soil in the roadbed in spite of dynamic difference in vibration and displacement. Differences in stiffness have more dynamic effects and increase the deformation and destruction in the track and roadbed. This influences passenger's comfort and the safety of operation, and it needs more track maintenance. This study selected tunnel with ballast track, tunnel with concrete track, and structure's approaches with short maintenance cycle in the roadbed and had track acceleration tests and track liner inspections using track master in the field. This study will measure periodically to structure's approaches which have very fast track irregularity and analyze dynamic differences and track irregularity near structure's approaches, so realize the cause of track irregularity of structure's approaches and use basic data for reasonably strengthening method of structure's approaches.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.6
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pp.375-380
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2022
High-speed railway bridges carry a risk of dynamic response amplification due to resonance caused by train loads, and running safety and riding comfort must therefore be reviewed through dynamic analysis in accordance with design codes. The running safety and ride comfort calculation procedure, however, is time consuming and expensive because dynamic analyses must be performed for every 10 km/h interval up to 110% of the design speed, including the critical speed for each train type. In this paper, a deep-learning-based prediction system that can predict the running safety and ride comfort in advance is proposed. The system does not use dynamic analysis but employs a deep learning algorithm. The proposed system is based on a neural network trained on the dynamic analysis results of each train and speed of the railway bridge and can predict the running safety and ride comfort according to input parameters such as train speed and bridge characteristics. To confirm the performance of the proposed system, running safety and riding comfort are predicted for a single span, straight simple beam bridge. Our results confirm that the deck vertical displacement and deck vertical acceleration for calculating running safety and riding comfort can be predicted with high accuracy.
Oh, Soon Taek;Lee, Dong Jun;Shim, Young Woo;Yun, Jun Kwan
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.4
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pp.204-211
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2011
A dynamic analysis procedure is developed to provide a better estimation of the dynamic responses of bridge during the passage of high speed railway vehicles. Particularly, a three dimensional numerical model including the structural interaction between high speed vehicles, bridges and railway endures to analyse accurately and evaluate with in-depth parametric studies for dynamic responses of various bridge span lengths running KTX railway locomotive up to increasing maximum speed(450km/h). Three dimensional frame element is used to model the simply supported pre-stressed concrete (PSC) box bridges for four span lengths(40~25m). Track irregularity employed as a stationary random process from the given spectral density functions and irregularities of both sides of the track are assumed to have high correlation. The high-speed railway vehicle (KTX) is used as 38-degree of freedom system. Three displacements (Vertical, lateral, and longitudinal) as well as three rotational components (Pitching, rolling, and yawing) are considered in the 38-degree of freedom model. The dynamic amplification factors are evaluated by the developed procedure under various traveling conditions, such as track irregularity camber, train speed and ballast. The dynamic analysis such as Newmark-${\beta}$ and Runge-Kutta methods which are able to analyse considering the dynamic impact factors are compared and contrasted.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.6
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pp.39-46
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2023
In this study, the dynamic behavior of friction bearings of PSC (Pre-Stressed Concrete) box train continuous bridge was numerically analyzed at 10 km/h intervals up to 600 km/h according to the increasing speed of the next-generation high-speed train. A frame model was generated targeting the 40-meter single-span and two-span continuous PSC box bridges in the Gyeongbu High-Speed Railway section. The interaction forces including the inertial mass vehicle model with 38 degrees of freedom and the irregularities of the bridge and track were considered. It was calculated the longitudinal displacement, cumulative sliding distance and displacement speed of the bridge bearings at each running speed so that compared with the dynamic behavior trend analysis of the bridge. In addition, long-term friction test standards were applied to evaluate the durability of friction plates.
Jeong, Geochul;Park, Chan-Bae;Jeong, Taechul;Lee, Ju
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.64
no.10
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pp.1486-1492
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2015
The following study carried out the characteristic analysis based on the magnet segment of Interior Permanent Magnet Synchronous Motor(IPMSM) for the urban railway vehicles. IPMSM affects the electromagnetic characteristics through the change in magnetic flux based on the rotor structure, and significantly influences the structural features through the change of pressure. Therefore, satisfied by the demanded traction force of the IPMSM, magnet segment derived three different model types. The 1-segment PM model consisted an undivided permanent magnet. The 2-Bridge model consisted a divided permanent magnet with the application of Bridge. The 3-Bridge model consisted additional dividing with one more Bridge applied. The electromagnetic characteristics of the three models were compared and analyzed along with the structural features regarding the scattering of permanent magnet based on strong centrifugal force from the rotation of the rotor at high speed. In conclusion, the final model with electromagnetic characteristics and structural features most suitable of IPMSM for the urban railway vehicles was derived, and the effectiveness was verified through the characteristic experiments after the production of the derived model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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