1. مقدمه

می‌توان گفت اولین راه حمل و نقل سریع بشر راه آهن بوده است 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 است و می­توان این دوره را در دو دسته زمانی جای داد، دوره قطارهای با سرعت‌های پایین (حدود ۷۰ تا ۸۰ کیلومتر در ساعت) و دوره قطارهای سریع السیر (سرعت در حدود ۲۰۰ تا ۳۰۰ کیلومتر و بیشتر). این در حالی است که اغلب قطارهای جدید از پل­های قدیمی که برای قطارهای با سرعت پایین طراحی شده‌اند عبور می­ کنند. شکاف بین این دو دوره پتانسیل بالای مطالعاتی را برای محققین علاقمند به سلامت سنجی سازه‌ای پل­های راه آهن، فراهم نمود.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

فاجعه ریزش پل I-35W روی رودخانه می سی سی پی واقع در ایالت مینسوتای[۳] آمریکا در سال ۲۰۰۷ که منجر به خسارات جانی و مالی زیادی شد و بعد از آن شکست یک عضو از پل خرپایی کیسوگوا اوهاشی[۴] در ژاپن در اثر یک حادثه نقطه عطف مهمی در شروع سری جدید تحقیقات وسیع­تر دانشمندان در زمینه سلامت سنجی پل‌ها بود.[۵]
کنترل و بررسی 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 می­ شود. سلامت سنجی سازه­ای پل زیر مجموعه مدیریت پل محسوب می­ شود. بررسی کفایت خدمت دهی پل در برابر بارگذاری­های جدید از جمله مواردی است که در مبحث سلامت سنجی سازه‌ای پل به آن پرداخته می­ شود. یکی دیگر از زیرمجموعه­های علم سلامت سنجی پل­ها بررسی پل­های خرپایی و پایداری سازه بعد از شکست یک عضو آن می­باشد. اغلب مطالعات انجام شده در این زمینه مربوط به پل­های خرپایی بزرگراهی است، اما در مطالعه حاضر به بررسی این موضوع در پل­های خرپایی راه آهن پرداخته شده است.
۱-۲- لزوم انجام تحقیق
کشور ما با جمعیت بالای خود نیازمند یک شبکه حمل و نقل ریلی ایمن و پر سرعت به منظور جابجایی مسافر است. راه‌اندازی قطار سریع السیر پروژه‌ای عظیم و پر اهمیت بوده و به عنوان یکی از ایمن‌ترین و موثرترین سیستم های حمل و نقل محسوب می­گردد. بنابراین پیش از شروع احداث و بهره‌برداری، لازم است تا کلیه بسترهای آن در کشور مهیا شود. درصد زیادی از پل­های شبکه ریلی ایران سنی بالغ بر ۵۰ سال دارند که بر اساس آیین نامه و الگوهای بار گذشته طراحی شده‌اند. امروزه با توجه به 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 است.
شناخت صحیح رفتار دینامیکی پل برای پیش‌بینی واقعی پاسخ سازه در برابر بارهای جدید، از جمله قطارهای سریع­السیر، ضروری است که باعث رسیدن به یک طراحی اقتصادی برای سازه­های جدید یا شناسایی منطقی پل­های در حال سرویس و تعمیر می­ شود.
۱-۳- نوآوری و اهداف تحقیق
در این تحقیق، هدف تعیین سرعت حدی مجاز قطارهای سریع­السیر برای عبور از پل­های خرپایی راه آهن می­باشد. بدین منظور روش پیشنهادی روی یک پل واقعی مورد بررسی قرار گرفته است. در این روش سعی شده کلیه بند­های آئین نامه‌ایران در نظر گرفته شود و در صورت نیاز از آئین نامه اروپا استفاده شده است.
بعلاوه در این مطالعه به بررسی رفتار دینامیکی پل بعد از شکست عضو بحرانی پرداخته شده است. هدف بررسی کفایت باربری پل بعد از شکست در عضو یا اعضای بحرانی است.
با توجه به پیچیدگی سازه‌ای پل­های خرپایی، فرایند 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 است. از جنبه­ های نوآوری مطالعه حاضر بررسی 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 است.
۱-۴- فرضیات تحقیق

    1. تنها اثرات قائم بارگذاری ناشی از وسیله نقلیه در نظر گرفته می­ شود.
    1. فرض می‌شود شکست در عضو یا اعضای بحرانی قبل از عبور قطار رخ داده است.

۱-۵- ساختار فصول تحقیق
با توجه به نیاز هر کار تحقیقاتی به دسترسی مناسب به منابع تحقیقاتی و مطالعاتی موجود، جستجوی گسترده­ای در جهت تهیه و جمع‌ آوری منابع اطلاعاتی حاضر انجام گردید تا تحقیق به نحوی مطلوب انجام گیرد.
این پایان‌نامه در پنج فصل و به شرح ذیل تدوین شده است:
در فصل اول مقدمه و کلیاتی درباره روند تحقیق، بیان شده است.
در فصل دوم مفاهیم و تعاریف پایه مرتبط با موضوع تحقیق و مروری بر کارهای انجام شده قبلی ارائه شده و به طور خلاصه توضیح داده شده ­اند.
در فصل سوم معرفی روش­ها و کارهای گذشته با جزییات بیش­تر، بررسی آیین نامه­ های رایج در این زمینه، انتخاب نرم افزار مناسب و توضیحاتی در مورد نرم افزار ABAQUS ارائه می­ شود.
در فصل چهارم روش پیشنهادی شامل پارامترهای کنترلی و تکنیک­های مدلسازی ارائه و به بررسی آن‌ها قالب مطالعه موردی پل خرپایی راه آهن ورامین پرداخته می­ شود. صحت سنجی نتایج نرم افزار نیز با مقایسه نتایج آن با یک آزمایش میدانی انجام می­ شود؛ و در آخر نتایج خروجی­های نرم افزار ارائه و تحلیل می­گردد.
فصل پنجم در این فصل با توجه به خروجی­های نرم افزاری که در فصل چهارم ارائه شده نتیجه ­گیری می­ شود. در پایان پیشنهاد‌هایی برای تحقیقات و مطالعات آتی در این زمینه ارائه می­گردد.
فصل دوم: مروری بر کارهای انجام شده قبلی
در این فصل نخست پیشینه علمی موضوع مورد مطالعه با بهره گرفتن از منابع گردآوری شده بررسی شده است. مطالعات زیادی در زمینه سلامت سنجی و مسائل دینامیکی بارهای متحرک، برای پل­های مختلف و وسایل نقلیه گوناگون در شرایط مختلف وجود دارد که در ادامه به طور خلاصه به مهم­ترین آن‌ها اشاره می­ شود.
۲-۱- سلامت سنجی سازه‌ای
علم مدیریت پل 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، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. سیستم مدیریت پل یا BMS[6] ابزاری برای مدیریت پل در طول طراحی، ساخت و بهره‌برداری و نگهداری از پل است. سلامت سنجی سازه­ای پل زیرمجموعه مدیریت پل محسوب می­ شود. هدف از سلامت سنجی سازه­ای شناسایی خرابی، ارزیابی وضعیت موجود و تخمین عمر باقی­مانده سازه­ها به منظور تصمیم‌گیری و ارائه راهکارهای مناسب در تعمیر و نگهداری آن برای حفظ ایمنی سازه است. بررسی کفایت خدمت دهی پل در برابر بارگذاری­های جدید از جمله مواردی است که در مبحث سلامت سنجی سازه‌ای پل به آن پرداخته می­ شود. هلموت ونزل[۷] کتابی با عنوان «سلامت سنجی پل­ها» ارائه کرد. او در این کتاب در ابتدا به معرفی علم مدیریت پل و سلامت سنجی سازه­ای که یکی از زیرشاخه­های آن است، می ­پردازد. سپس روش­ها و تکنیک­های رتبه دهی و ارزیابی پل را مرور می­ کند. همچنین به بررسی روش­های کشف خرابی در پل می ­پردازد. سپس روش تخمین طول عمر باقی­مانده سازه پل از طریق ارزیابی آن را معرفی می­ کند. در ادامه روش­های مختلف سلامت سنجی سازه­ای (SHM)[8] را بیان می­ کند. او در این کتاب چندین مطالعه موردی در باب سلامت سنجی از سراسر دنیا که مربوط به پل­های معروف می­باشد، با جزییات بیان می­ کند. [۱]
شروان عطایی (۱۳۸۰) در یک مقاله مبانی روش­های شناسایی سازه­های پل مورد بررسی قرار می­دهد و نحوه معتبرسازی یک پل راه آهن واقعی (پل قوسی – بتنی اکبرآباد) را به عنوان مثال بررسی می­ کند. او از مدل معتبر سازی شده پل برای تعیین ظرفیت باربری حال حاضر، تشخیص معایب احتمالی و ارزیابی ایمنی آن در شرایط بهره‌برداری استفاده می­ کند که در این مقاله فقط ظرفیت باربری مجاز پل محاسبه شده است. در نهایت نتایج تحقیق او نشان داد که سیستم سازه­ای پل بتنی اکبرآباد دارای ظرفیت باربری بالایی بوده و سیستم باربری آن به عنوان یک سیستم قابل‌اعتماد شناخته می­ شود. [۲]
شروان عطایی (۱۳۸۶) در پایان نامه خود به سلامت سنجی یک پل خرپایی واقعی راه آهن واقع در نکا می ­پردازد. او از طریق آزمایش میدانی و ثبت پاسخ سازه، مدلسازی اجزاء محدود خود را معتبرسازی می­ کند؛ و با بهره گرفتن از مدل معتبر شده به ارزیابی سازه تحت بار­های آیین نامه­ای می ­پردازد. آزمایش بارگذاری در سرعت‌های ۵km/h و ۲۰km/h و ۴۵km/h انجام گردید. طبق نتایج ارائه شده از این آزمایش­ها، حداکثر خیز وسط دهانه پل در سرعت‌های مختلف تفاوت اندکی با یکدیگر داشته اند اما روند تغییرات آن به این صورت بوده که با افزایش سرعت، کاهش خیز حداکثر داشته است.
او همچنین به بررسی نحوه شناسایی رفتار سازه با بهره گرفتن از سیگنال­های خروجی به دست آمده از سنسورهایی که بر روی پل راه آهن نصب شده بود، پرداخت. یکی از آزمایش­های مهم که اطلاعات ذی قیمتی از سازه در اختیار مهندسین قرار می­دهد، آزمایش دینامیکی می­باشد. در این آزمایش یک نیروی دینامیکی به سازه وارد می­ شود و با بهره گرفتن از سنسورها، پاسخ ارتعاشی سازه اندازه گیری می­ شود. مسئله مهم بعد از آزمایش، تفسیر سیگنال­های اندازه ­گیری است که مستلزم دانش فنی خاص خود است. او در این مقاله به بررسی عملکرد سنسورها، تفسیر زبان ارتعاشات به دست آمده از سنسورها و نحوه بکارگیری این اطلاعات می ­پردازد. [۳]
دایگو سایدام[۹] (۲۰۱۱) در مقاله خود به این نتیجه می­رسد که قابلیت سازه برای سالم ماندن در برابر یک حادثه بزرگ، بدون شکست آن، با گذشت زمان کاهش می­یابد و وابسته به پروسه زوال و نابودی سازه می­ شود که آن نیز به عمر سازه وابسته می­باشد. این مقاله یک چارچوب کلی برای پیش ­بینی زمان عمر آسیب‌پذیری، نامعینی و مقاومت مطلوب سازه ارائه کرده است. در واقع او عوامل مؤثر بر کاهش سطح خدمت دهی سازه با گذشت زمان را به صورت پارامتریک و بر اساس شاخص­ های فرسایش و افزایش بار زنده، معرفی کرد. [۴]
زوجین سانگ[۱۰] (۲۰۱۱) در مقاله خود روشی سریع برای کشف خرابی در پل­های راه آهن با بهره گرفتن از روش تحلیل دینامیکی، ارائه کرده است. او دو پارامتر را در مقاله خود معرفی می­ کند شاخص تعیین محل خرابی [۱۱]DI، که همان انرژی جابجایی در محل خرابی است و بر اساس جابجایی به روش سری زمانی به دست آمده است، و شاخص وسعت خرابی [۱۲]DE. به طور کلی روش­های کشف خرابی دو دسته جای می­گیرند: ۱) روش­هایی بر اساس داده ­های آزمایش دینامیکی و ۲) روش­هایی بر اساس داده ­های آزمایش استاتیکی که روش­های دینامیکی به دلیل دقت بیش­تر مورد استقبال بیش­تری قرار گرفته‌اند. در روش دینامیکی از پارامترهای دینامیکی زیر برای کشف محل خرابی و وسعت آن استفاده می­ شود : فرکانس­های طبیعی سازه، شکل مودها، میرایی مودال، منحنی تغییر شکل مودها و انرژی کرنشی مودال.[۵]
یوشیاکی اوکای[۱۳] (۲۰۱۰) با بهره گرفتن از مدلسازی پل راه آهن در یک نرم افزار اجزا محدود، به محاسبه ظرفیت باربرداری آن بعد از شکست یک عضو، می ­پردازد. او ۱۶ حالت برای حذف عضو در نظر می­گیرد و در هر تحلیل فقط یک عضو را حذف می­ کند و در پایان با مقایسه نتایج دو روش تحلیل خطی و غیرخطی، به دقت کافی روش تحلیل خطی در محاسبه ظرفیت باربرداری پل آسیب دیده اشاره می­ کند. او از جنبه­ های تکنیکی مختلف شکست در یک عضو را بررسی می­ کند. این جنبه­ها عبارت‌اند از: تخمین خرابی سازه با بهره گرفتن از شاخص خرابی، رتبه دهی بارگذاری، تغییرات انرژی کرنشی، آنالیز مودال و ایمنی سازه بر اساس اصول ساده تئوری قابلیت اعتماد. یوشیاکی نشان داد که توزیع دوباره تنش­ها بعد از شکست در عضو، در اعضای اصلی، بجز در اعضای نزدیک به عضو حذف شده، تغییر قابل‌توجهی نمی­کند. ]۶[
۲-۲- کدها و آیین نامه‌های طراحی و بارگذاری پل راه آهن
۲-۲-۱- آیین نامه‌ایران
نشریه ۱۳۹ با عنوان «آیین نامه بارگذاری پل­ها» در دو بخش کلی بارگذاری پل­ها جاده‌ای و بارگذاری پل­های راه آهن تنظیم شده است. در بخش دوم، بارگذاری پل­های راه آهن به معرفی بارهای دائمی، انواع بارهای بهره برداری، ضریب دینامیکی (ضربه)، اثر باد و غوطه وری، آثار دما و تغییرات آن و اثر زمین لرزه می ­پردازد. همچنین در بخش ۷.۷ این آیین نامه معیار و نحوه ارزیابی تغییر شکل­های پل راه آهن بیان شده است. ]۷[ در این آئین نامه هیچ اشاره­ای به بارگذاری مربوط به قطارهای سریع­السیر نشده است.
نشریه ۳۹۵ با عنوان «دستورالعمل طراحی پل­های فولادی» باهدف تناسب و ارتباط موزون میان ضوابط بارگذاری و طراحی داخلی تدوین شد. در این مجموعه از آخرین اطلاعات آشتو در زمینه طراحی پل­های فولادی به روش تنش مجاز و نیز مبحث شماره ۱۰ مقررات ملی ساختمانی ایران، استفاده گردیده است. آیین نامه آشتو در چاپ­های اخیر، طراحی سازه­های فولادی در حالات حدی (ضرایب بار و مقاومت) را مورد توجه قرار داده است که موضوع دستورالعمل موازی با این نشریه می­باشد. این نشریه در ۱۸ فصل و با موضوعات زیر ارائه شده است:
۱- مصالح، ۲- محدودیت­های لاغری، ۳- اعضای کششی، ۴- اعضای خمشی (تیرها و تیر ورق­ها)، ۵- تیرهای مختلط، ۶- تیرهای جعبه­ای، ۷- اعضای فشاری، ۸- ترکیب تنش­ها، ۹- وسایل اتصال، ۱۰- اتصالات و وصله­ها، ۱۱- تنش­های مجاز خستگی، ۱۲- خرپاها، ۱۳- تیرورق­های قوسی با ورق جان یکپارچه، ۱۴- تیر­های خمیده، ۱۵- مسائل ویژه در طرح و محاسبه، ۱۶- ساخت، نصب و کنترل نوع کار، ۱۷- بالشتک­های الاستومتری، ۱۸- رنگ آمیزی و گالوانیزه کردن قسمت­ های فلزی. [۸]
۲-۲-۲- آیین نامه اروپا
بخش دوم آیین نامه اروپا[۹] با عنوان عملکرد سازه­ها[۱۴]، به بارگذاری پل­ها پرداخته شده است. در این بخش از آیین­ نامه اروپا، اصول بارگذاری و طراحی انواع پل شامل پل راه، پل گذرگاه عابر پیاده و در فصل ۶ به پل­های راه آهن می ­پردازد. در بخش ۶.۴ این فصل، آثار دینامیکی در تحلیل دینامیکی پل­ها، از جمله پدیده تشدید، مورد بررسی قرار می­گیرد. در این آیین نامه فلوچارتی ارائه شده که تعیین کننده نیاز یا عدم نیاز سازه به تحلیل دینامیکی می­باشد که این فلوچارت در فصول آتی آورده شده است. طبق آیین نامه اروپا عوامل اصلی که بر رفتار دینامیکی پل تأثیر می‌گذارند عبارت‌اند از:

    1. سرعت ترافیک عبوری
    1. طول دهانه پل و طول اعضا
    1. جرم سازه
    1. فرکانس طبیعی سازه و شکل مودهای اصلی پل
    1. تعداد محورهای بارگذرای، بار هر محور و فاصله محورها از یکدیگر
    1. میرایی سازه
    1. نامنظمی‌های عمودی مسیر حرکت قطار روی پل
    1. جرم با فنر/ بدون فنر و سیستم تعلیق وسیله نقلیه
  1. الگوی تکیه‌گاه‌های موجود در طول دال عرشه
موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...