Investigation on train-viaduct dynamical interaction during ship collision events

Bridges and viaducts play a crucial role in transport infrastructure networks. In case of a viaduct with piles foundations on the seabed, ship collision have to be considered a possible event and they must be therefore taken into account when dealing with runnability analysis phase. This work presents a numerical study on the vehicle-bridge dynamic interaction in case of a ship collision event. In particular, the purpose of this thesis is to study the behavior of train running safety coefficients (i.e., wheel derailment and unloading coefficients) as a function of bridge and vehicle mechanical properties. To do so, a representative generic model of a viaduct was built with different piers flexural stiffness. Two impact scenarios combined with five train typologies and different speeds were considered in the analysis in order to assess the impact of different operational conditions on the overall train running safety. Critical scenarios were then further discussed, focusing on the wheel-rail interaction and eventual detachment; also new and worn wheels are compared and their effect on running safety is discussed.

Ponti e viadotti svolgono un ruolo cruciale all’interno della rete delle infrastrutture di trasporto. Nel caso di un viadotto con fondazioni collocate sul fondale marino, la collisione di una nave deve essere considerata come un possibile evento quindi, tale eventualità deve essere presa in considerazione durante la fase di analisi della sicurezza di marcia. Questo lavoro presenta uno studio numerico sull’interazione dinamica tra ponte e veicolo ferroviario in caso di collisione di una nave contro una pila. In particolare, lo scopo di questo lavoro è studiare il comportamento dei coefficienti di sicurezza di marcia dei treni (ossia i coefficienti di deragliamento e scarico delle ruote) in funzione delle proprietà meccaniche dei ponti e dei veicoli ferroviari. Per fare ciò, è stato costruito un modello generico rappresentativo di un viadotto con diverse rigidità flessionali delle pile. Nell’analisi sono stati presi in considerazione due scenari d’impatto, combinati con cinque tipologie di treno e con velocità diverse, al fine di valutare l’impatto delle diverse condizioni operative sulla sicurezza complessiva di marcia dei treni. Sono stati poi discussi scenari di corsa critici, concentrandosi sull’interazione ruota-rotaia e sull’eventuale distacco; vengono confrontate anche le ruote nuove e usurate e viene discusso il loro effetto sulla sicurezza di marcia.