پایان نامه ارشد رشته عمران سازه :سلامت سنجی سازه‌ای پلهای راه آهن، مطالعه موردی پل باقرآباد ورامین

پایان نامه

سلامت سنجی سازه‌ای پلهای راه آهن، مطالعه موردی پل باقرآباد ورامین به مقصود مطالعه محدودیت‌های ناوگان ریلی

 

 

استاد راهنما :

دکتر علی کیهانی

 

 

پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

 

 

 

بهمن 1393

دانشگاه شاهرود

دانشكده مهندسی عمران و معماری

گروه عمران

بخش هایی از متن پایان نامه :

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 کردن خطوط ریلی موجود در راستای نیل به این هدف می­باشد. به این ترتیب بایستی وضعیت کنونی خطوط ریلی به دقت مورد مطالعه و مطالعه قرار بگیرد تا نقاط ضعف آن شناسایی گردد. مانند 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 کردن 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 در نظر داشتن عدم وجود آیین نامه و دستورالعملی مناسب به این مقصود برای پل­های راه آهن، و همچنین نیاز روزافزون کشور به توسعه و راه‌اندازی قطارهای سریع‌السیر، نیاز به داشتن چنین دستورالعملی احساس می­گردد. مطالعه حاضر دستورالعملی صریح و کاربردی به این مقصود ارائه کرده که به گونه کامل در فصل 4 توضیح داده شده می باشد.

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 مطالعه، حداکثر شتاب وسط دهانه پل شناسایی گردید. در این حالت اگرچه شتاب بیش از حد مجاز می­گردد و سازه دیگر کفایت خدمت دهی ندارد، اما پل همچنان بدون آسیب‌دیدگی باقی می‌ماند. در این حالت با بهره گیری 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              

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

1-3- نوآوری و اهداف پژوهش. 3

1-4- فرضیات پژوهش. 4

1-5- ساختار فصول پژوهش. 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 بهره گیری در ABAQUS. 70

فصل چهارم : دستورالعمل پیشنهادی و مطالعه یک مثال. 77

4-1- دستورالعمل پیشنهادی. 78

4-2- تعیین سرعت حد یک پل واقعی با بهره گیری 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 مطالعه. 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

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

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 مطالعه. 91

شکل (4-10) نمایی از پل مورد مطالعه. 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 ارتباط 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

 

 

 


شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

 

 

 

 

 

فصل اول:   مقدمه

 

 

  • مقدمه

می‌توان گفت اولین راه حمل و نقل سریع بشر راه آهن بوده می باشد که قدمت آن بیشتر از جاده­ها و اتومبیل می­باشد. از تاریخ حرکت اولین قطار در نیمه اول قرن نوزدهم میلادی در انگلستان تا به امروز تغییرات بسیار زیادی چه در راهسازی و ابنیه راه و چه در قطارها ایجادشده می باشد و می­توان این دوره را در دو دسته زمانی جای داد، دوره قطارهای با سرعت‌های پایین (حدود 70 تا 80 کیلومتر در ساعت) و دوره قطارهای سریع السیر (سرعت در حدود 200 تا 300 کیلومتر و بیشتر). این در حالی می باشد که اغلب قطارهای جدید از پل­های قدیمی که برای قطارهای با سرعت پایین طراحی شده‌اند عبور می­کنند. شکاف بین این دو دوره پتانسیل بالای مطالعاتی را برای محققین علاقمند به سلامت سنجی سازه‌ای پل­های راه آهن، فراهم نمود.

فاجعه ریزش پل I-35W روی رودخانه می سی سی پی واقع در ایالت مینسوتای[1] آمریکا در سال 2007 که منجر به خسارات جانی و مالی زیادی گردید و بعد از آن شکست یک عضو از پل خرپایی کیسوگوا اوهاشی[2] در ژاپن در اثر یک حادثه نقطه عطف مهمی در شروع سری جدید تحقیقات وسیع­تر دانشمندان در زمینه سلامت سنجی پل‌ها بود.[3]

کنترل و مطالعه سلامت پل‌ها، اعم از پل­های در حال اجرا و پل­های موجود در گستره­ی علم مدیریت پل قرار می­گیرد که از علوم جدید و البته مهمی می­باشد که در کشورهای پیشرفته به دلیل وجود تعداد زیاد پل­های قدیمی و صرفه اقتصادی در تعمیر و بازسازی آن‌ها بجای ساخت سازه­های جدید، به آن بسیار توجه می­گردد. سلامت سنجی سازه­ای پل زیر مجموعه مدیریت پل محسوب می­گردد. مطالعه کفایت خدمت دهی پل در برابر بارگذاری­های جدید مانند مواردی می باشد که در مبحث سلامت سنجی سازه‌ای پل به آن پرداخته می­گردد. یکی دیگر از زیرمجموعه­های علم سلامت سنجی پل­ها مطالعه پل­های خرپایی و پایداری سازه بعد از شکست یک عضو آن می­باشد. اغلب مطالعات انجام شده در این زمینه مربوط به پل­های خرپایی بزرگراهی می باشد، اما در مطالعه حاضر به مطالعه این موضوع در پل­های خرپایی راه آهن پرداخته شده می باشد.

1-2- لزوم انجام پژوهش

كشور ما با جمعيت بالاي خود نيازمند یک شبكه حمل و نقل ريلي ایمن و پر سرعت به مقصود جابجايي مسافر می باشد. راه‌اندازی قطار سريع السير پروژه‌ای عظیم و پر اهمیت بوده و به عنوان یکی از ایمن‌ترین و موثرترین سیستم های حمل و نقل محسوب می­گردد. بنابراين پیش از شروع احداث و بهره‌برداری، لازم می باشد تا کلیه بسترهای آن در کشور مهیا گردد. درصد زیادی از پل­های شبکه ریلی ایران سنی بالغ بر 50 سال دارند که بر اساس آیین نامه و الگوهای بار گذشته طراحی شده‌اند. امروزه با در نظر داشتن راه اندازی قطارهای سریع‌السیر و پر رنگ شدن اثرات دینامیکی بار، محاسبه ظرفیت نهایی، سلامت سنجی، بازدید فنی و تعمیر پل‌ها اهمیت ویژه‌ای پیدا نموده می باشد.

شناخت صحیح رفتار دینامیکی پل برای پیش‌بینی واقعی پاسخ سازه در برابر بارهای جدید، مانند قطارهای سریع­السیر، ضروری می باشد که باعث رسیدن به یک طراحی اقتصادی برای سازه­های جدید یا شناسایی منطقی پل­های در حال سرویس و تعمیر می­گردد.

1-3- نوآوری و اهداف پژوهش

در این پژوهش، هدف تعیین سرعت حدی مجاز قطارهای سریع­السیر برای عبور از پل­های خرپایی راه آهن می­باشد. بدین مقصود روش پیشنهادی روی یک پل واقعی مورد مطالعه قرار گرفته می باشد. در این روش کوشش شده کلیه بند­های آئین نامه‌ایران در نظر گرفته گردد و در صورت نیاز از آئین نامه اروپا بهره گیری شده می باشد.

بعلاوه در این مطالعه به مطالعه رفتار دینامیکی پل بعد از شکست عضو بحرانی پرداخته شده می باشد. هدف مطالعه کفایت باربری پل بعد از شکست در عضو یا اعضای بحرانی می باشد.

با در نظر داشتن پیچیدگی سازه‌ای پل­های خرپایی، فرآیند شکست عضو بحرانی و حمل بار در هر پل، خود دارای الگویی جدید و متفاوت با سایر الگوهای سازه‌ای خرپا می­باشد.

تا کنون تحقیقات انجام شده روی پل­های خرپایی در این زمینه مربوط به پل­های بزرگراهی و با اعمال بار استاتیکی بوده می باشد. از جنبه­های نوآوری مطالعه حاضر مطالعه اثر بعد از شکست عضو روی سازه در پل­های خرپایی راه آهن و تحت بار دینامیکی قطار سریع­السیر می­باشد. در مطالعه حاضر تحلیل سازه به صورت دینامیکی و تحت بارگذاری قطار واقعی انجام شده می باشد.

1-4- فرضیات پژوهش

  • تنها اثرات قائم بارگذاری ناشی از وسیله نقلیه در نظر گرفته می­گردد.
  • فرض می گردد شکست در عضو یا اعضای بحرانی قبل از عبور قطار رخ داده می باشد.

1-5- ساختار فصول پژوهش

با در نظر داشتن نیاز هر کار تحقیقاتی به دسترسی مناسب به منابع تحقیقاتی و مطالعاتی موجود، جستجوی گسترده­ای در جهت تهیه و جمع‌آوری منابع اطلاعاتی حاضر انجام گردید تا پژوهش به نحوی مطلوب انجام گیرد.

این پایان‌نامه در پنج فصل و به توضیح ذیل تدوین شده می باشد:

در فصل اول مقدمه و کلیاتی درمورد طریقه پژوهش، اظهار شده می باشد.

در فصل دوم مفاهیم و تعاریف پایه مرتبط با موضوع تحقيق و مروري بر کارهاي انجام شده قبلي ارائه شده و به گونه اختصار توضیح داده شده­اند.

در فصل سوم معرفی روش­ها و کارهای گذشته با جزییات بیش­تر، مطالعه آیین نامه­های رایج در این زمینه، انتخاب نرم افزار مناسب و توضیحاتی در مورد نرم افزار ABAQUS ارائه می­گردد.

در فصل چهارم روش پیشنهادی شامل پارامترهای کنترلی و تکنیک­های مدلسازی ارائه و به مطالعه آن‌ها قالب مطالعه موردی پل خرپایی راه آهن ورامین پرداخته می­گردد. صحت سنجی نتایج نرم افزار نیز با مقایسه نتایج آن با یک آزمایش میدانی انجام می­گردد؛ و در انتها نتایج خروجی­های نرم افزار ارائه و تحلیل می­گردد.

فصل پنجم در این فصل با در نظر داشتن خروجی­های نرم افزاری که در فصل چهارم ارائه شده نتیجه­گیری می­گردد. در پایان پیشنهاد‌هایی برای تحقیقات و مطالعات آتی در این زمینه ارائه می­گردد.

[1] Minnesota

[2] Kisogowana Ohashi

(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)

تعداد صفحه :168