Monografia. Inżynieria Lądowa

Type: Collection of books

Collection items (13)


Efekt progowy w nawierzchniach szynowych

Sołkowski, Juliusz
Book
2013
Efekt progowy jest postrzegany jako zespół niekorzystnych zjawisk w postaci nadmiernych deformacji, oddziaływań dynamicznych, zużycia oraz uszkodzeń elementów nawierzchni, podtorza i obiektu. Występują one w miejscach łączenia różnych typów nawierzchni szynowych – tzw. nawierzchni podsypkowych z bezpodsypkowymi, ewentualnie w miejscach łączenia nawierzchni tego samego typu, ale ułożonych na różnych podłożach, np. podłoże ziemne (podtorze), obiekt inżynieryjny. Często występuje równoczesna zmiana typu nawierzchni i podłoża. Na ogół efekt progowy jest analizowany przez pryzmat różnicy sztywności pomiędzy nawierzchniami bądź układami nawierzchnia–podłoże, która jest źródłem nadmiernych oddziaływań dynamicznych pojazd–nawierzchnia i prowadzi do przyspieszonej degradacji nawierzchni, podtorza i obiektu. Podczas projektowania rozwiązań w strefach przejściowych dąży się do utworzenia rampy, która powinna posiadać odpowiedni gradient sztywności lub/i nierówności geometrycznej. Równocześnie stosuje się zabiegi, których celem jest zmniejszenie sztywności nawierzchni na obiekcie, np. poprzez zastosowanie bardziej podatnych przekładek podszynowych.Do tej pory nie przyjęto jednolitego standardu konstrukcyjnego w zakresie wzmacniania podtorza. Natomiast w zakresie nawierzchni ciągle poszukiwane są nowe rozwiązania, a długości stref przejściowych są zwiększane (nawet do 60 m). W Polsce nie ma standardowych rozwiązań nawierzchniowych. Współczesne systemy nawierzchni bezpodsypkowych charakteryzują się regulowanymi sztywnościami, dzięki czemu są bardzo zbliżone do sztywności nawierzchni podsypkowych. Przy odpowiednim doborze nawierzchni efekt progowy nie powinien występować i wzmacnianie nawierzchni mogłoby wydawać się niepotrzebne. Nie potwierdzają tego jednak doświadczenia eksploatacyjne oraz badania modelowe. Problem efektu progowego nie da się sprowadzić tylko do różnicy sztywności pomiędzy nawierzchniami. Celem pracy jest zatem wyjaśnienie zjawiska efektu progowego w nawierzchniach szynowych z uwzględnieniem zmiany kilku parametrów nawierzchni: sztywności podłoża oraz zginania układu nośnego nawierzchni, jej masy i tłumienia oraz różnic w sposobie przenoszenia obciążeń szyna–podłoże. Różnice w sposobie przenoszenia obciążeń pomiędzy nawierzchniami podsypkowymi i bezpodsypkowymi polegają nie tylko na zmianie amplitudy dynamicznych linii ugięcia szyny (tj. sztywności nawierzchni), ale przede wszystkim na zmianie całej linii ugięcia, nawet przy takich samych amplitudach (tj. przy równych sztywnościach) na obu nawierzchniach. Zmiana ta związana jest z innym charakterem więzów pomiędzy szyną a podłożem, które są różne dla nawierzchni podsypkowych i bezpodsypkowych. Efekty te nie były do tej pory badane w literaturze. W związku ze zmianą całej linii ugięcia szyny (fali zginania) na granicy pomiędzy dwoma nawierzchniami mogą występować zjawiska odbicia oraz interferencji fal, które zwiększają oddziaływania na nawierzchnię i stanowią istotną składową efektu progowego. Podłoże nawierzchni jest w pracy traktowane jako pośrednie źródło efektu progowego, które ulega różnego typu deformacjom. Układ pracy jest następujący: w rozdziałach 2 i 3 zestawiono przyczyny efektu progowego oraz podano przykłady stosowanych rozwiązań technicznych w podtorzu i nawierzchni. W rozdziale 4 omówiono parametry mechaniczne nawierzchni podsypkowych i bezpodsypkowych zwracając uwagę na cztery globalne parametry, takie jak: sztywność podłoża, sztywność zginania układu nośnego nawierzchni, masę oraz tłumienie obciążeń dynamicznych. Wskazano, że różnice sztywności nawierzchni podsypkowych i bezpodsypkowych – poza nielicznymi wyjątkami – nie są tak duże jak się na ogół uważa. W rozdziale 5 przytoczono liczne badania modelowe dotyczące pracy nawierzchni szynowych o znaczeniu ogólnym oraz zaakcentowano te wyniki prac, które bezpośrednio rzucają światło na problem efektu progowego. W rozdziale 6 przedstawiono własne, analityczne podejście do analizy belki na podłożu sprężystym o niesymetrycznych więzach oraz o raptownie zmieniających się parametrach globalnych nawierzchni. Wykazano, że bardziej niekorzystna z punktu widzenia oddziaływań jest zmiana sztywności zginania nawierzchni szynowej niż zmiana sztywności podłoża. Zaproponowano hipotezę odbicia fali zginania od granicy pomiędzy nawierzchniami. Wykazano, że przy łączeniu nawierzchni podsypkowej z bezpodsypkową występuje niekorzystna zmiana masy nawierzchni i tłumienia obciążeń dynamicznych. W rozdziale 7 przeprowadzono analizy numeryczne efektu progowego z wykorzystaniem modeli MES oraz MRS. Wyniki porównano z uzyskanymi w sposób analityczny. W rozdziale 8 przedstawiono badania doświadczalne przeprowadzone pod kontrolowanym obciążeniem na dwóch odcinkach badawczych i skonfrontowano je z wynikami obliczeń. W rozdziale 9 przedstawiono uzupełniające obliczenia wielkości efektu progowego w wyniku zmiany globalnych parametrów nawierzchni. W rozdziale 10 podano opis prototypowej konstrukcji nawierzchniowej i przedstawiono jej badania numeryczne oraz doświadczalne. W rozdziale 11, podsumowując wyniki pracy, podano definicje efektu progowego rozróżniając efekt progowy pierwotny, mający charakter mechaniczny, oraz wtórny o charakterze geometrycznym. Nakreślono także kierunki dalszej pracy.

Modelowanie podróży wzbudzonych oraz tłumionych zmianą stanu infrastruktury transportowej

Szarata, Andrzej
Book
2013
Podróże wzbudzone stanowią nieodłączną konsekwencję zrealizowania nowych inwestycji infrastrukturalnych. Są one definiowane jako dodatkowe podróże (wcześniej odrzucane z powodu nieakceptowalnych warunków podróży), które powstają jako następstwo poprawy warunków podróży. Podobny mechanizm odnosi się do podróży tłumionych, które definiuje się jako podróże odrzucone z powodu pojawienia się istotnych utrudnień w ich realizacji (np. remont lub przebudowa elementu infrastruktury transportowej). Zjawisko podróży tłumionych i wzbudzonych jest bardzo często pomijane w analizach efektywności funkcjonalnej inwestycji transportowych, ponieważ brak jest modeli prognozujących liczbę tych podróży. W Polsce nie prowadzi się w zasadzie badań nad tym zjawiskiem, natomiast w krajach Europy Zachodniej i USA nurt ten jest poddany szerokim badaniom. Jednakże wyniki tych badań mają ograniczone zastosowanie, ponieważ dotyczą odmiennych warunków i są badaniami ex post odnoszących się do konkretnej inwestycji. Jako poligon badań nad zjawiskiem podróży wzbudzonych i tłumionych wybrano kilka inwestycji transportowych: przebudowę ważnego węzła drogowego w Krakowie, budowę linii tramwajowych w Krakowie i Gdańsku, wprowadzenie do eksploatacji pasów autobusowych w Warszawie oraz jednej linii kolei aglomeracyjnej w Warszawie. Prowadzone badania miały dwojaki charakter: dotyczyły wywiadów kwestionariuszowych pośród użytkowników systemu transportowego przed i po wdrożeniu inwestycji oraz szczegółowych pomiarów natężenia ruchu drogowego i potoków (również przed i po wdrożeniu). Uzyskane wyniki stanowią podstawę do budowy i kalibracji poszukiwanych modeli. W oparciu o wyniki badań innych autorów usystematyzowano model czterostadiowy oraz przedstawiono metody badania podróży wzbudzonych i tłumionych. Pozwoliło to na ujęcie kwantyfikujące wielkość podróży wzbudzonych i tłumionych w postaci modelu cząstkowego, wyznaczającego spodziewany przyrost liczby pasażerów w wyniku rozbudowy systemu transportu zbiorowego. Zastosowano model wnioskowania rozmytego jako narzędzia do wyznaczenia procentowego wzrostu liczby pasażerów w funkcji interwału kursowania nowego połączenia komunikacyjnego oraz spodziewanych oszczędności czasu pasażerów. Model zbudowano na podstawie systemu Mamdaniego z dwoma zmiennymi lingwistycznymi na wejściu i jedną na wyjściu. W efekcie zastosowania układu wnioskującego uzyskano zbiór punktów tworzących powierzchnię, którą następnie aproksymowano, stosując metodę przeszukiwania heurystycznego z wykorzystaniem algorytmów genetycznych do doboru parametrów równania. W ten sposób uzyskano formułę matematyczną, która może być zastosowana bezpośrednio do wyznaczenia spodziewanego zwiększenia liczby podróży realizowanych transportem zbiorowym, powodowanych skróceniem czasu podróży. Przedstawiono strukturę modelu kwantyfikującego podróże wzbudzone. Model ten bazuje na zdefiniowanym pojęciu wskaźnika dostępności globalnej wyznaczanej dla każdego rejonu transportowego jako odwrotność średniej czasów podróży do pozostałych rejonów ważoną liczbą podróży i udziałem różnych środków transportowych. Zdefiniowano pojęcie rezydencjalnej ruchliwości rejonowej, a następnie wykazano jej związek ze wskaźnikiem dostępności globalnej. Opracowaną metodę zastosowano do wyznaczenia liczby podróży wzbudzonych i tłumionych na rzeczywistych zrealizowanych przykładach inwestycji transportowych dla przypadku: podróży tłumionych powodowanych ograniczeniami w ruchu drogowym (budowa węzła drogowego) oraz podróży wzbudzonych wynikających z oddania do eksploatacji nowej linii tramwajowej.







Bayesian machine learning in analysis of selected identification problems in mechanics of materials and structures

Słoński, Marek
Book
2014
This monograph presents the Bayesian machine learning-based approach to selected identification problems in the context of mechanics of structures and materials. Several identification problems can be formulated in this context and solved using Bayesian machine learning methods. For example, concrete properties prediction problems can be formulated as regression problems and solved using Bayesian methods for regression. Similarly, structural damage identification problems can be formulated as classification problems and solved using Bayesian methods for classification. Thus, the main aim of the dissertation is to formulate, solve and discuss selected identification problems related to mechanics of materials and structures by applying Bayesian machine learning methods.