การพัฒนาแนวทางการวิเคราะห์ปฏิสัมพันธ์ระหว่างสะพานและรถไฟ ด้วยระเบียบวิธีไฟไนท์อิลิเมนต์ร่วมกับแบบจำลองมัลติบอดี้: กรณีศึกษาโครงการรถไฟฟ้าแอร์พอร์ตเรลลิงค์

Abstract

This research aims to analyze the interaction response between trains and bridges by using Finite Element Method (FEM) and Multibody Co-Simulation model. The bridges and trains details were obtained from Thailand Airport Rail Link Project. In addition, actual tests were carried out by installing devices on the bridge to measure the vibration as the train passed. The tested results were used for comparison with the results from the mathematical models developed. It was founded that, the results of vibration mode and mid-span deflection from field experiment and numerical simulation are in good agreement. However, the significant differences of the bridge acceleration were found in some range of train speed. Those differences between bridge acceleration results may be caused by the effects of track irregularity and the condition of track components. This research has been shown that the finite element model with multi-body model can be applied for prediction of the behaviors of train-bridge dynamic interaction, effectively. Furthermore, this technique can also be applied to analyze the behaviors of the system in other conditions, such as variation of the train speed, bridge configuration as well as degree of track Irregularity, etc.

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อวิเคราะห์ผลตอบสนองแบบปฏิสัมพันธ์ระหว่างรถไฟและสะพานด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์อิลิเมนต์ (Finite Element Method) ร่วมกับแบบจำลองมัลติบอดี้ (Multibody Co-Simulation Method) โดยใช้ตัวอย่างสะพานและรถไฟจากโครงการรถไฟฟ้าแอร์พอร์ต เรล ลิงค์ ในการสร้างแบบจำลอง นอกจากนี้ในการวิจัยยังได้ทำการทดสอบจริงโดยติดตั้งอุปกรณ์บนสะพานเพื่อตรวจวัดการสั่นสะเทือนเมื่อรถไฟแล่นผ่าน ผลที่ได้จากการทดสอบจะถูกนำมาใช้ในการเปรียบเทียบกับผลจากการวิเคราะห์ด้วยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ จากผลการดำเนินการพบว่ารูปแบบของการสั่นสะเทือนและค่าการแอ่นตัวของสะพานที่ได้จากการตรวจวัดมีความสอดคล้องกับผลลัพธ์ที่ได้จากแบบจำลองฯ อย่างไรก็ตาม พบว่าค่าความเร่งที่เกิดขึ้นบนสะพานนั้นมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ โดยอาจเป็นผลมาจากปัจจัยอื่น ๆ เช่น ความไม่สม่ำเสมอของผิวทาง (Track Irregularity) รวมไปถึงความสมบูรณ์ของส่วนประกอบต่าง ๆ ของทางวิ่ง ผลจากการวิจัยแสดงให้เห็นถึงแนวทางการประยุกต์ใช้แบบจำลองระเบียบวิธีไฟไนต์อิลิเมนต์ร่วมกับแบบจำลองมัลติบอดี้ ที่สามารถนำไปใช้ในการคาดคะเนผลตอบสนองจากพฤติกรรมปฏิสัมพันธ์ระหว่างรถไฟและโครงสร้างสะพานได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยสามารถนำไปประยุกต์ใช้วิเคราะห์พฤติกรรมของระบบในสภาวะอื่นๆ ได้เช่น การเปลี่ยนระดับความเร็วของรถไฟ การเปลี่ยนแปลงรูปแบบของสะพาน ความไม่สม่ำเสมอของผิวทางในรูปแบบต่าง ๆ เป็นต้น