Vers un outil de simulation par le calcul de structures du comportement à long terme d'une voie ferrée sous charge de trafic

ABSTRACT

A structural analysis-based approach to simulating the long term behaviour of a railway track under traffic loading. A general calculation procedure is presented in this paper, aimed at simulating the response, and more specifically the long term evolution of the residual settlement, of a railway track platform subjected to repeated traffic loading. This procedure relies upon a structural analysis approach which incorporates, as a key feature, the use of a cyclic constitutive law for the constituent materials, such as the ballast or other granular materials. The whole procedure, which is carried out following a step by step algorithm, involves a preliminary elastic calculation allowing to determine the stress cycles generated by the traffic load at any point of the structure. The second part of this contribution is more particularly focused on the latter aspect of the problem, in the case of a railroad platform, where the rather complex interactions prevailing between rail, sleepers and underlying ballast layer, should be accounted for. A method is proposed for determining such stress cycles in the ballast layer, with the help of a finite element computer code.

RÉSUMÉ

L'objet de cet article est de présenter une procédure de calcul générale, destinée à simuler le comportement à long terme d'une voie ferrée soumise à une charge de trafic, et plus particulièrement à prévoir l'évolution de son tassement résiduel. Une telle méthode est fondée sur une approche de type calcul des structures, intégrant comme élément essentiel l'utilisation d'une loi de comportement cyclique des matériaux, tels que le ballast ou autres matériaux granulaires qui constituent la plate-forme. La procédure de calcul pas à pas dérivée d'une telle approche, met en jeu un calcul élastique préalable afin de déterminer en tout point de la structure les cycles de contrainte engendrés par le chargement de trafic. La seconde partie de l'article est plus particulièrement consacrée à ce dernier aspect du problème, dans le cas d'une voie ferrée où il convient de prendre en compte les interactions relativement complexes entre le rail, les traverses et la couche de ballast. Une méthode est ainsi proposée qui permet, à partir de l'utilisation d'un code de calcul par éléments finis, de reconstituer de tels cycles de contrainte dans la couche de ballast.

KEYWORDS:

• railway track
• traffic loading
• ballast
• residual settlement
• cyclic behaviour
• permanent deformations
• stress cycles
• structural analysis

MOTS-CLÉS:

• voie ferrée
• charge de trafic
• ballast
• tassement résiduel
• comportement cyclique
• déformations permanentes
• cycles de contrainte
• calcul des structures.