چكيده

امروزه با توسعه روزافزون صنعت حمل ‌و نقل ریلی در جهان و همچنین کشور ما، راه‌اندازی قطار سریع‌السیر روزبه‌روز اهمیت بیشتری پیدا می­کند. به همین دلیل برنامه‌ریزی و سیاست­های حمل ‌و نقل در جهت آماده­سازی بستری مناسب برای مهیا نمودن خطوط ریلی موجود در راستای نیل به این هدف می­باشد. به این ترتیب باید وضعیت کنونی خطوط ریلی به دقت مورد بررسی و مطالعه قرار بگیرد تا نقاط ضعف آن شناسایی گردد. از جمله سازه­های مهم و استراتژیک در خطوط ریلی، پل­ها می­باشند.  پل­ها چه از منظر تکنولوژی ساخت و چه از منظر هزینه­های اجرایی، در جایگاه ویژه­ای از اهمیت قرار می­گیرند. به همین دلیل سلامت سنجی و مقاوم‌سازی پل­های راه آهن از مهم‌ترین برنامه­ها برای مهیا نمودن شبکه خطوط ریلی ایمن در بهره‌برداری از قطارهای سریع‌السیر می­باشد.

هدف از این مطالعه ارائه دستورالعملی برای تعیین حداکثر سرعت مجاز قطارهای سریع­السیر برای عبور از پل­های راه آهن موجود می­باشد. با توجه به عدم وجود آیین نامه و دستورالعملی مناسب به این منظور برای پل­های راه آهن، و همچنین نیاز روزافزون کشور به توسعه و راه‌اندازی قطارهای سریع‌السیر، نیاز به داشتن چنین دستورالعملی احساس می­شود. مطالعه حاضر دستورالعملی صریح و کاربردی به این منظور ارائه کرده که به طور کامل در فصل 4 توضیح داده شده است.

بر اساس نتایج به دست آمده می­توان گفت بسیاری از پل­های راه آهن که زمان ساخت آن‌ها به 50 تا 70 سال پیش برمی­گردد، تحت عبور قطارهای سریع­السیر مقاومت کافی را از خود نشان می­دهند. در این مطالعه عامل محدودکننده سرعت قطار عبوری، در مثال مورد بررسی، حداکثر شتاب وسط دهانه پل شناسایی شد. در این حالت اگرچه شتاب بیش از حد مجاز می­شود و سازه دیگر کفایت خدمت دهی ندارد، اما پل همچنان بدون آسیب‌دیدگی باقی می‌ماند. در این حالت با استفاده از تمهیداتی مناسب می­توان از طریق کنترل شتاب قائم وسط دهانه پل، سرعت حدی مجاز قطارها را افزایش داد.

کلمات کلیدی: سلامت سنجی سازه­ای، مدل اجزا محدود، تحلیل دینامیکی خطی، قطار سریع السیر، پل خرپایی فولادی

فهرست مقالات مستخرج               

1. عسکری ا،. کیهانی، ع،. کریم­پور، ب،.(1392)،" بررسی تأثیر سرعت‌های بالای قطار در رفتار سازه­ای پل خرپایی راه آهن باقرآباد ورامین"، هفتمین کنگره ملی مهندسی عمران، زاهدان، ایران
2. عسکری ا،. کیهانی، ع،. (1393)، "مروری بر آیین نامه اروپا به منظور طراحی و کنترل پل­های راه آهن تحت عبور قطار سریع­السیر"، اولین همایش ملی راه آهن سریع­السیر در ایران، تهران
3. عسکری ا،. صاحب زمانی، پ،. (1393)، " تحلیل دینامیکی پل راه آهن به منظور بررسی محدودیت سرعت قطار عبوری (مطالعه موردی پل خرپایی راه آهن واقع در ورامین)"،  اولین همایش ملی راه آهن سریع­السیر در ایران، ایران، تهران

فهرست مطالب

فصل اول:    مقدمه. 1

1-1-    مقدمه. 2

1-2- لزوم انجام تحقیق.. 3

1-3- نوآوری و اهداف تحقیق.. 3

1-4- فرضیات تحقیق.. 4

1-5- ساختار فصول تحقیق.. 4

فصل دوم:     مروري بر کارهاي انجام شده قبلي. 7

2-1- سلامت سنجی سازه‌ای.. 8

2-2- کدها و آیین نامه‌های طراحی و بارگذاری پل راه آهن.. 11

2-2-1- آیین نامه‌ایران.. 11

2-2-2- آیین نامه اروپا.. 12

2-3- انواع بارگذاری برای تحلیل دینامیکی پل.. 13

2-4- تاریخچه  مطالعات دینامیکی پلهای راه آهن.. 14

2-5- مدلسازی وسیله نقلیه.. 18

2-6- مدل تحلیلی پل.. 22

2-7- پل راه آهن و وسیله نقلیه.. 24

2-8- مطالعات میدانی.. 25

2-9- تحلیل پل خرپایی پل پس از شکست یک عضو.. 26

فصل سوم:      مفاهیم و تئوریهای مورد کاربرد. 29

3-1- تحلیل دینامیکی.. 30

3-1-1-   مفاهیم مهم در تحلیل دینامیکی. 30

3-1-2- روشهای مختلف تحلیل دینامیکی [54] 38

3-1-2-1- تحلیل دینامیکی خطی.. 38

3-1-2-2- تحلیل دینامیکی غیرخطی.. 39

3-1-3- تحلیل دینامیکی  پل‌های  راه آهن.. 40

3-2- آئین نامه‌ایران. 44

3-2-1- نشریه 395: دستورالعمل طراحی  پل‌های  فولادی [8] 44

3-2-2- نشریه 139: آئین نامه بارگذاری پلها [7] 51

3-3- آئین نامه اروپا [9] 54

3-3-1- بار قطار.. 54

3-3-3- تحلیل دینامیکی.. 60

3-3-4- پارامترهای دینامیکی پل.. 63

3-4- معیارهای ایمنی ترافیک.. 64

3-4-1- شتاب قائم عرشه.. 64

3-4-2- تغییر شکل قائم عرشه.. 64

3-4-3- معیار راحتی مسافر.. 64

3-5- انتخاب نرم‌افزار.. 65

3-6- مروری بر نرم افزار ABAQUS. 69

3-6-1- معرفی محصولات ABAQUS. 69

3-6-2- انواع تحلیل در ABAQUS. 70

3-6-3-  معرفی انواع المان‌های مورد استفاده در ABAQUS. 70

فصل چهارم :  دستورالعمل پیشنهادی و بررسی یک مثال. 77

4-1- دستورالعمل پیشنهادی.. 78

4-2- تعیین سرعت حد یک پل واقعی با استفاده از دستورالعمل پیشنهادی :   89

فصل پنجم : نتیجه گیری. 109

5-1- مقدمه.. 110

5-2- نتیجهگیری. 110

5-3- پیشنهادات برای تحقیقات آتی در این زمینه.. 113

پیوست 1 : ابعاد و مشخصات مقاطع پل خرپایی مورد بررسی.. 115

منابع. 127

فهرست اشکال

شکل (2-1) مدل بار متحرک.. 19

شکل (2-2) مدل جرم متحرک.. 20

شکل (2-3) جرم فنر بندی شده متحرک.. 21

شکل (2-4) وسیله نقلیه ریلی به صورت سری.. 25

شکل (3-1) حداکثر پاسخ دینامیکی  در برابر ضریب میرایی  [17] 32

شکل (3-2) تیر ساده تحت بارهای متمرکز با فاصله یکنواخت [55] 34

شکل (3-3) الگوی بار قطار با دو محور باربر  [55] 36

شکل (3-4) سختی دینامیکی B نسبت به طول دهانه L  پل‌های  خرپایی فولادی  [12] 42

شکل (3-5) اولین فرکانس طبیعی نسبت به طول دهانه L پل‌های  خرپایی فولادی   43

شکل (3-6) مهار بندی خر پاها [8] 45

شکل (3-7) بارگذاری استاندارد [7] 52

شکل (3-8) الگوی بار  و مقادیر مربوط به آن برای بارهای قائم [9] 54

شکل (3-9) الگوی بار و  [9] 55

شکل (3-10) خروج از مرکزیت بارهای قائم [9] 56

شکل (3-11)  فلوچارت تعیین نوع تحلیل (دینامیکی یا استاتیکی) [9] 58

شکل (3-12) محدوده فرکانس طبیعی پل بر اساس طول دهانه [9] 59

شکل (3-13)  الگوی بار  HSLM-A [9] 60

شکل (3-14) الگوی بار HSLM-B [9] 61

شکل (3-15) الگوی بار HSLM-B [9] 62

شکل (4-1) یک بوژی ساخته شده توسط شرکت زیمنس.. 80

شکل (4-2) آرایش واگن قطارهای پردیس[58] 80

شکل (4-3) ترکیب چندگانه واگن‌های پردیس[58] 81

شکل (4-4) مدل بار متحرک[55] 84

شکل (4-5) مدل جرم متحرک[55] 84

شکل (4-6) مدل جرم- فنر- دمپر متحرک[55] 84

شکل (4-7) مدل سیستم قطار a) مدل عمومی قطار، b) مدل جرم-فنر-دمپر[55] 85

شکل (4-8) طول دهانه پل، طول قطار و سرعت عبوری [55] 86

شکل (4-9) نمایی از پل مورد بررسی.. 91

شکل (4-10) نمایی از پل مورد بررسی.. 92

شکل (4-11) نمایی از تکیه‌گاه غلتکی پل.. 92

شکل (4-12) نمایی از تکیه‌گاه مفصلی پل.. 93

شکل (4-13) مقاطع اعضای پل خرپایی و ابعاد آن برحسبcm.. 94

شکل (4-14) نمای جانبی خرپا بر حسب m.. 95

شکل (4-15) نمای فوقانی خرپا بر حسب m.. 95

شکل (4-16) نمای تحتانی خرپا بر حسب m.. 95

شکل (4-17) نمای فوقانی خرپای زیر ریل بر حسب m.. 95

شکل (4-18) : قطار پردیس با 6 واگن.. 96

شکل (4-19) نمایی از پل مدل شده در نرم افزار  Abaqus. 97

شکل (4-20) شکل مود اول ارتعاش طبیعی پل.. 98

شکل (4-21) اولین فرکانس طبیعی f1  نسبت به طول دهانه L  پل‌های  خرپایی فولاد. 99

شکل (4-22) سرعت قطار در برابر حداکثر خیز وسط دهانه.. 100

شکل (4-23) موقعیت اعضای بحرانی در قاب اصلی خرپا.. 101

شکل (4-42) حداکثر تنش اعضای خرپا در برابر سرعت قطار.. 102

شکل (4-52) سرعت قطار در برابر حداکثر شتاب قائم وسط دهانه پل   103

شکل (4-26) نمای جانبی خرپای سالم.. 104

شکل (4-27) نمای جانبی خرپای با  عضو بحرانی 1. 105

شکل (4-28) نمای جانبی خرپای با  عضو بحرانی 2. 106

شکل (پ1-1) ابعاد خرپا.. 116

شکل (پ1-2) ابعاد خرپا.. 116

شکل (پ1-3) ابعاد خرپا.. 116

شکل (پ1-4) ابعاد خرپا.. 116

شکل (پ1-5) ابعاد مقاطع.. 117

شکل (پ1-6) ستون‌های غیر منشوری در پل.. 118

شکل شماره (پ1-7) مقطع ستون­ها.. 119

شکل شماره (پ1-8) پارامترهای سطح مقطع.. 120

شکل (پ1-9) نقشه آرماتورگذاری فونداسیون پل ورامین.. 125

فهرست جداول

جدول (3-1) سرعت‌های تشدید برای تیر ساده با طول دهانه‌های مختلف56]  [ 35

جدول (3- 2) سختی دینامیکی B طبق معادله (3-11) و رگرسیون خطی                   42

جدول (3-3) اولین فرکانس طبیعی  پل‌های  راه آهن، رگرسیون توانی               43

جدول (3-4) ضریب  در رابطه اندرکنشی [8] 50

جدول (3-5) ضرایب اصلاح [7] 53

جدول (3-6) مقادیر مشخصه برای الگوهای بارگذاری  و  [9] 55

جدول (3-7) HSLM-A  [9] 61

جدول (3-8) کاربرد HSLM-A و HSLM-B [9] 62

جدول (3-9) درصد میرایی سازه [9] 63

جدول (3-10) سطوح راحتی مسافر و حدود شتاب قائم [6] 65

جدول (4-1) مشخصات مصالح.. 79

جدول (4-2) : اطلاعات کامل ابعاد ترنست پردیس بر حسب mm  [58] 81

جدول (4-3)  محاسبات وزن هر چرخ بر حسب ton [58] 82

جدول (4-4) اطلاعات سیستم تعلیق بوژی زیمنس [58] 82

جدول (4-5) سرعت‌های پیشنهادی برای قطارهای سریعالسیر در تحلیل   87

جدول (4-6) زمان لازم برای عبور و تحلیل.. 98

جدول (4-7) مقادیر  مجاز پارامترهای کنترل صلاحیت باربری پل.. 100

جدول (4-8) سرعت قطار در برابر حداکثر خیز وسط دهانه.. 100

جدول (4-9) نیروی داخلی اعضای بحرانی در هر سرعت.. 101

جدول (4-11) سرعت قطار در برابر حداکثر شتاب قائم وسط دهانه پل   103

جدول (4-12) مقادیر نیروهای داخلی موجود در عضو بحرانی 1. 105

جدول (4-13) مقادیر نیروهای موجود در عضو بحرانی 2. 107

جدول (4-14) تنش حداکثر عضو بحرانی پل با حذف عضو بحرانی مرحله قبل   107

جدول (پ1-1) سطح مقطع المان منشوری معادل.. 122

جدول (پ1-2) سختی پیچشی ستون منشوری معادل.. 124