• معایب وسیله نقلیه
  • خصوصیات دینامیکی مسیر (از جمله: ضخامت لایه بالاست، تراورس ها و …)

در این آیین نامه قید می­ شود که به منظور طراحی پل، تحلیل دینامیکی پل­ها باید با بهره گرفتن از مشخصات بارگذاری قطار واقعی و همچنین یکی از دو مدل A و B از HSLM انجام ­شود. تحلیل دینامیکی برای سرعت‌های بزرگ‌تر از km/h 200 استفاده می‌شود.

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

۲-۳- انواع بارگذاری برای تحلیل دینامیکی پل
در تخمین پل­های قدیمی و یا طراحی پل­های جدید دو رویکرد برای محاسبه­ی ظرفیت واقعی آن­ها وجود دارد؛ روش اول استفاده از قطار طراحی طبق آنچه در آئین نامه معرفی شده است می­باشد و استفاده از ضریب DAF[15] برای منظور نمودن اثر دینامیکی بارگذاری که با فرمولی ساده قابل محاسبه می‌باشد. رویکرد دوم انجام یک آنالیز دقیق سازه از طریق مدل‌سازی حرکت واقعی قطار و به دست آوردن جواب حقیقی دینامیکی سازه می­باشد. روش اول بسیار محافظه کارانه بوده و برای بار قطار سریع­السیر مناسب نمی‌باشد. امروزه روش دوم چون به واقعیت نزدیک‌تر است و همچنین از نظر اقتصادی به صرفه‌تر می­باشد، محققین و مدیران اجرایی از آن استقبال می­ کنند[۱۶]. در سال‌های اخیر تلاش‌های زیادی توسط دانشمندان برای مدلسازی دقیق و نزدیک به واقعیت بار قطار و برهم‌کنش قطار و پل شده است و نتایج بسیار خوبی نیز حاصل گردیده است. ]۱۰[
باک نال (۲۰۰۳) که در قالب تز دکتری تنظیم شده است در رابطه با نیازمندی­های جدید آیین نامه اروپا برای طراحی پل­های راه آهن سریع السیر تحقیقی ارائه کرده است. آخرین پیشرفت­ها در زمینه مطالعات رفتار دینامیکی پل­های خطوط سریع السیر راه آهن در ویرایش چهارم آیین نامه اروپا آورده شده است. این تز الزامات کنترل­های طراحی، حدود قابل قبول، الزامات طراحی سازه­ای برای مشخصات سازه که در طراحی به دست می­آمدند و تغییرات ویژه و مهم آیین نامه را بیان کرده است. بر اساس این مطالعات دال عرشه پل­های راه آهن را از نظر میرایی سازه می­توان به چهار دسته تقسیم کرد. تحقیقات این‌طور نشان می­ دهند که بین طول دهانه و میرایی سازه ارتباطی وجود دارد، به این صورت که ضرایب میرایی بزرگ‌تر مربوط به پل با افزایش طول دهانه کوچک‌تر می­ شود. کنترل شتاب دال عرشه پل به منظور پیشگیری ریسک ناپایداری بالاست و کاهش نیروی بین قطار- پل ضروری می­باشد. در نهایت حداکثر شتاب قائم مجاز پل ۰.۳۵g در آیین نامه اروپا تعیین شده است.]۱۱[
نبود منبعی مناسب برای ارزیابی دینامیکی پل­ها در آیین نامه‌های مختلف، چه داخلی و چه خارجی، باعث شد تا از معیار کنترل حداکثر جا به ­جایی وسط دهانه پل و مقایسه آن با حداکثر جا به ­جایی مجاز وسط دهانه در اثر بار زنده که در آیین نامه موجود است، به عنوان ملاک ارزیابی تحلیل دینامیکی سازه استفاده کنیم. تجربه ثابت کرده که سایر ملاک­های بکار رفته در طراحی پل خطوط سریع السیر در آیین نامه­ ها، در ارزیابی سازه­های موجود نیز اغنا می­شوند که در این مطالعه به بررسی آن­ها نیز پرداخته می­ شود.
۲-۴- تاریخچه مطالعات دینامیکی پل­های راه آهن
در هنگام ساخت اولین خط راه آهن در انگلستان، دو ایده متفاوت در باب تحلیل دینامیکی پل راه آهن تحت عبور قطار وجود داشت. گروه اول بر این باور بودند که هنگام عبور لکوموتیو، در طول پل ضربه‌ای را تولید خواهد کرد، در حالیکه گروه دوم گمان می­کردند که سازه فرصت کافی برای تغییر شکل نخواهد داشت. [۱۲]
به همین دلیل در همان دوره اول آزمایش‌هایی توسط ویلیس و مطالعات تئوریکی توسط آستوکس صورت گرفت. این مطالعات نشان دادند که اثر واقعی حرکت یک لکوموتیو بر روی پل در بین این دو ایده فوق قرار دارد. از آن زمان دینامیک پل­های راه آهن توجه محققین زیادی را در کشورهای توسعه یافته به خود جلب کرد.[۱۴] [۱۳]
به علت الگوی خاص بار چرخ­ها در قطار ،یک قطار در حال حرکت دو فرکانس ارتعاشی خاص خود را ایجاد می­ کند، یک فرکانس در اثر سرعت حرکت قطار و دیگری به علت الگوی خاص چرخ­های قطار ایجاد می­ شود. اگر هر یک از این دو فرکانس با فرکانس ارتعاشی اصلی پل منطبق و یا به هم نزدیک شوند، پدیده تشدید رخ می­دهد.
تحقیق در مورد پاسخ دینامیکی پل به حرکت وسیله نقلیه به اواسط قرن ۱۹ میلادی بر می­گردد. ویلیس[۱۷] و استوکس[۱۸] در سال ۱۸۴۹ به مطالعه علت شکست پل چاستر[۱۹] انگلیس در سال ۱۸۴۷ که اولین شکست پل راه آهن در تاریخ است، پرداختند. در این مطالعات اولیه اثر اینرسی تیر در نظر گرفته نشد و وسیله نقلیه به عنوان جرم متمرکز متحرک با سرعت یکنواخت مدلسازی شد. ]۱۴[ ]۱۳[ اگرچه برای این مسئله با این شرایط پاسخ دقیق سازه قابل محاسبه است، اما از صحت و دقت پاسخ آن به دلیل در نظر نگرفتن اثر اینرسی تیر کاسته می­ شود.
طی دو دهه اخیر حجم تحقیقات مربوط به ارتعاش پل­ها تحت عبور قطارهای سریع­السیر با سرعت زیادی افزایش یافته، یکی از دلایل علاقه محققین برای مطالعه در این زمینه، موفقیت بهره‌برداری قطارهای سریع السیر در ژاپن و برخی کشورهای اروپایی است.
در سال‌های قبل از ۱۹۴۰، زمانی که هنوز محاسبات دستی در شرکت­های طراحی نقش اصلی را داشت، یعنی قبل از توسعه کاربرد کامپیوترهای دیجیتال در مهندسی، مطالعات دینامیکی پل بیشتر وابسته به رشد روش­های تحلیل و تقریبی برای یک سری مسائل ساده و پایه­ای بود. محققینی که در این دوره نقش عمده­ای داشتند عبارت‌اند از: تیموشینکو[۲۰] (۱۹۲۲) ، جف کات[۲۱] (۱۹۲۹)، لوان[۲۲] (۱۹۳۵) . کار انجام شده توسط انگلیس[۲۳] (۱۹۳۴) اولین مطالعه دینامیکی کلی پل­های راه آهن بود که بستری مناسب برای رشد مطالعات بعدی در این زمینه فراهم نمود. [۱۲]
با توسعه کاربرد کامپیوتر در علوم مهندسی، محققین توانستند مدل­هایی واقعی تر از پل­ها و وسایل نقلیه ایجاد کنند و به نتایج دقیق­تری برسند. قسمتی از مطالعات انجام شده توسط تیموشینکو و یانگ[۲۴] (۱۹۵۵) و بیگس[۲۵] (۱۹۶۴) در زمینه دینامیک سازه­ها ، مربوط به مسائل بار متحرک می­باشد [۱۵]. مطالعات دیگری که می­توان به آن اشاره نمود توسط فری با[۲۶] (۱۹۷۲) با عنوان «تحلیل ارتعاشی سازه­ها تحت بار متحرک» نوشته شده که منبع بسیاری از مطالعات در باب تحلیل دینامیکی در اثر عبور بار متحرک می­باشد. این کتاب به بررسی انواع مسائل مربوط به بار متحرک بر روی یک تیر ساده می ­پردازد. مسائل یک بعدی و دو بعدی را با شرایط مختلف طرح کرده و با روش­ مشتقات جزئی آن­ها را حل می­ کند. او انواع سیستم متحرک با شرایط مختلف شامل سیستم­های بار متحرک، جرم متحرک و جرم- فنر-دمپر متحرک با انواع شرایط تکیه­گاهی تیر، انواع حالت تیر با جرم و تیر بدون جرم، درجات آزادی مختلف سیستم بار متحرک، مقاطع مختلف تیر شامل تیرهای منشوری، غیر منشوری و تیرهای منحنی، بررسی تنش­ها در تیر در شرایط مختلف قید شده را مطرح و به بررسی نحوه تحلیل آن‌ها در کتاب خود پرداخته است ]۱۶[. همچنین می­توان به مطالعات داکی پاتی و گری[۲۷] (۱۹۸۴) اشاره نمود. کتاب دیگر در این زمینه با عنوان« ارتعاش پل­های راه آهن» توسط فری با (۱۹۹۶) موجود است. او در این کتاب خلاصه‌ای از آثار دینامیکی در پل­های راه آهن را ارائه کرده است. توجه اصلی آن به بار ترافیک و پاسخ پل راه آهن به آن بود. پارامترهای دینامیکی اصلی پل­های راه آهن و تأثیر مهم­ترین پارامترها مانند سرعت قطار و نامنظمی­های مسیر توضیح داده‌شده‌اند. علاوه بر آثار بار در امتداد قائم، به آثار افقی در طول و در عرض پل توجه شده است. اثر باد و زلزله در آن بررسی نشده است. هدف اصلی او زمینه سازی مطالعاتی مناسب از رفتار دینامیکی پل راه آهن، ارائه داده ­های تجربی فراوان و توضیح روش­های امتحان شده موفق برای حل مسائل دینامیکی مربوطه است [۱۲].
لنا بجورکلاند[۲۸] (۲۰۰۴) در قالب تز دکتری به تحلیل دینامیکی یک پل راه آهن تحت عبور قطار سریع السیر می ­پردازد. در این مطالعه مدل اجزاء محدود پل توسط نرم افزار LUSAS مدلسازی شده است. این تز تأثیر متغیرهای پل را بر نتایج تحلیل دینامیکی آن بررسی می­ کند. این متغییرها عبارت‌اند از وزن، سختی و میرایی سازه پل، وزن وسیله نقلیه، الگوهای بارگذاری سریع السیر مختلف، بار محوری اکسل­های قطار، سایز مش بندی و نوع المان‌های انتخابی و طول گام­های زمانی تحلیل. تحلیل دینامیکی به روش آنالیز مودال و به صورت خطی انجام شد. او به عنوان نتیجه مهم­ترین عوامل مؤثر بر پاسخ دینامیکی سازه را جرم، میرایی و سختی سازه و سرعت وسیله نقلیه عبوری سریع­السیر معرفی می­ کند. ]۱۷[
ایکی یاماگوچی[۲۹] (۲۰۱۰) به ارزیابی درجه نامعینی پل­های خرپایی می ­پردازد. بسته به درجه نامعینی سازه، خرابی قسمتی از سازه می ­تواند منجر به خرابی کل سازه شود. یاماگوچی با بهره گرفتن از روش تحلیل دینامیکی به ارزیابی درجه نامعینی سازه می ­پردازد و نشان می­دهد که نتایج با زمانی که تحلیل سازه به صورت استاتیکی انجام می­ شود، کاملاً متفاوت است. در این مقاله روشی معرفی شده که با دقت تحلیل دینامیکی و سرعت روش استاتیکی، می­توان به ارزیابی و تحلیل نامعینی پل­های خرپایی پرداخت [۱۸].
کازوهیرو میاچی[۳۰] در سال ۲۰۱۲ به بررسی شکست پیش‌رونده برای سه پل خرپایی راه آهن می ­پردازد و تحلیل خود را با فرض تغییر شکل­های بزرگ و رفتار الاستو پلاستیک فولاد انجام می­دهد. در این مقاله به بررسی تأثیر توزیع بار زنده و ضریب طول دهانه پل بر ظرفیت باربری اعضا و محاسبه مقاومت کمانشی آن­ها می ­پردازد. نحوه اعمال بار در این تحلیل به این صورت است که میزان بار گام به گام افزایش می­یابد تا زمانی که سازه دچار شکست شود. در نهایت مکانیسم شکست، بار شکست و تغییر شکل نهایی سازه در یک مثال مورد بررسی قرار می­دهد [۱۹].
امروزه با بهره گرفتن از روش­های عددی بسیار قدرتمند، به خصوص روش اجزا محدود، بدون نگرانی از پیچیدگی پل­ها و وسایل نقلیه، می­توان به تحلیل رفتار دینامیکی پل و وسیله نقلیه عبوری پرداخت. شایان ذکر است که توجه بیش­تر این مطالعات بر روی پل است نه وسیله نقلیه.
۲-۵- مدلسازی وسیله نقلیه
با صرف‌نظر از اثر اینرسی وسیله نقلیه و فرض کردن وسیله نقلیه به عنوان بار متحرک، شکل (۲-۱) ، یا بار پالسی، تیموشیکنو (۱۹۲۲) تعداد بسیار زیادی حل تقریبی برای مسائل مختلف تیر ساده تحت بار متحرک ارائه کرد ]۲۰[. مدل­های مشابهی توسط آیره[۳۱] (۱۹۵۰) و آیره و جیکوب سن[۳۲] (۱۹۵۰) در زمینه مطالعات پاسخ دینامیکی تیر دو دهانه ]۲۱[،]۲۲[، و بعد از آن ولوزی[۳۳] (۱۹۶۷) مطالعاتی در زمینه ارتعاش پل­های معلق انجام داد ]۲۳[. مدل بار متحرک توسط چن (۱۹۷۸) برای تحلیل دینامیکی تیر پیوسته، ارتقا داده شد. تحقیقات بسیار زیادی در زمینه ارتعاش پل در اثر عبور بار متحرک انجام شده است. در اینجا تنها به موارد معروف­تر و با درصد ارجاع بیش­تر اشاره می­ شود: ﺷﺮ  و تان[۳۴] (a1968)، فری­با (۱۹۷۲)، فرتیس[۳۵] (۱۹۷۳)، اسریدهاران و مالیک[۳۶] (۱۹۷۹)، وو و دای[۳۷] (۱۹۸۷)، وی ور[۳۸] (۱۹۹۰)، گلدوس[۳۹] (۱۹۹۳)، جبادیان و آنی[۴۰] (۱۹۹۵)، وانگ[۴۱] (۱۹۹۷)، ژنگ [۴۲](۱۹۹۸)، ویسوس را او (۲۰۰۰) رفتار تیر الاستیک اویلری را تحت عبور بار متحرک و به روش اصل بر هم نهی مودها با در نظر گرفتن اثر اینرسی بار متحرک، مطالعه کردند. نتایج عددی نشان دهنده تأثیر پارامتر اینرسی بار بر پاسخ سازه‌ای است که تحت عبور بار متحرک منفرد و یا مجموعه‌ای از بارهای متحرک قرار می­گیرد. ویسوس را او اشاره می­ کند که اثر اینرسی عرضی در ساز­ه­هایی که تحت عبور وسایل نقلیه پر سرعت هستند، قابل اغماض نمی ­باشد. با در نظر گرفتن اثر اینرسی بار متحرک، سرعت بحرانی وسیله نقلیه به عدد کوچک­تری میل می­ کند]۲۴[ .
شکل (۲-۱) مدل بار متحرک
مدل بار متحرک ساده‌ترین مدلی است که می­توان در مطالعات دینامیکی پل استفاده کرد که به کرات توسط محققین مختلف برای مطالعه ارتعاش پل در اثر عبور وسیله نقلیه مورد استفاده قرارگرفته و ارتقاء داده شده است. با بهره گرفتن از این مدل ساده، پارامترهای دینامیکی اصلی پل که در مسئله حرکت وسیله نقلیه استفاده می­ شود با دقت کافی قابل محاسبه است، هرچند اثر برهمکنش پل و وسیله نقلیه در نظر گرفته نشده است. به همین دلیل مدل بار متحرک تنها برای حالاتی که جرم وسیله نقلیه در برابر جرم پل قابل اغماض است و زمانی که پاسخ خود وسیله نقلیه مطلوب ما نیست، مناسب می­باشد.
در حالاتی که اثر اینرسی وسیله نقلیه قابل صرف نظر نباشد، بجای مدل بار متحرک، باید از مدل جرم متحرک استفاده کرد، شکل (۲-۲). اثر اینرسی وسیله نقلیه و پل برای اولین بار توسط جف کات[۴۳] و به روش تقریب­های پی در پی[۴۴] انجام شد[۲۵]. نتایج به دست آمده در این زمینه بعدها مورد استفاده محققین زیادی قرار گرفت. استانیسیک و هاردین[۴۵] (۱۹۶۹) پاسخ تیر ساده تحت عبور تعداد دلخواهی جرم متحرک با فاصله یکسان را با بهره گرفتن از روش بسط سری فوریه انجام داند [۲۶]. مدل جرم متحرک دیگری توسط مفید و آکین[۴۶] (۱۹۸۹) پیشنهاد شد[۲۷]. در این روش مطالعه پاسخ دینامیکی تیر با شرایط تکیه‌گاهی گوناگون با بهره گرفتن از یک روش تحلیل عددی، انجام شد.
شکل (۲-۲) مدل جرم متحرک
یک اشکال در مدل جرم متحرک این است در آن اثر پرش جرم متحرک نسبت به پل در نظر گرفته نمی­ شود. چنین اثری در حضور نامنظمی­هایی در سطح ریل یا زبری سطح آسفالت و یا برای وسایل نقلیه سریع السیر مهم می­باشد. برای سطوح با شرایط بسیار بد لازم است که اثر جدا شدن و اتصال دوباره چرخ­ها با سطح عبور نیز در نظر گرفته شود.
وسیله نقلیه را می‌توان با در نظر گرفتن سختی و میرایی سیستم تعلیق آن مدل کرد شکل (۲-۳). ساده‌ترین راه مدل کردن چرخ­های قطار ، جرم متحرکی است که توسط سیستم فنر و میراگر حمل می­ شود و اصطلاحاً جرم فنربندی شده[۴۷] نامیده می­ شود. بیگس (۱۹۶۴) یک حل شبه تحلیلی برای مسئله تیر ساده تحت عبور جرم فنربندی شده ارائه کرد. با روش بسط سری­ها توسط پسترو (۲۰۰۱) پاسخ یک تیر پیوسته الاستیک تحت عبور چندین جرم فنر بندی شده مورد مطالعه قرار گرفت[۲۸]. او در سال ۲۰۰۳ با مطالعه دقیق در مجانب­های پاسخ مسئله جرم فنربندی شده، به این نکته پی برد که در حالات محدودی مسئله جرم فنربندی شده، و مسئله جرم متحرک برای یک تیر ساده، معادل یکدیگر خواهند بود[۲۹]. در کتاب فری با (۱۹۷۲) برای مدل­های مختلف وسیله نقلیه، اعم از بار متحرک، جرم متحرک و جرم فنربندی شده متحرک یک راه حل جامع پیشنهاد شده است که تمرکز اصلی آن بررسی پاسخ دینامیکی سازه تحت عبور وسیله نقلیه است. راه ‌حل ‌ها در این کتاب برای برخی مسائل هم به صورت تحلیلی و هم به صورت عددی ارائه شده است[۱۶]. با رشد توانمندی کامپیوترها و تکنیک­های محاسباتی، داشتن یک مدل واقعی­تر از خصوصیات دینامیکی اجزاء سازنده وسیله نقلیه، میسر شده است. به منظور اعمال آثار دینامیکی مختلف وسیله نقلیه، چو[۴۸] (۱۹۸۶)، وانگ[۴۹] (۱۹۹۱)، ضیا[۵۰] (۲۰۰۰) و ژانگ[۵۱] (۲۰۰۱) با بهره گرفتن از مدلی از وسیله نقلیه با ۱۲ درجه آزادی را برای خودروهای در پل­های ماشین رو پیشنهاد کردند[۳۰]، [۳۱]، [۳۲]. به منظور مطالعه بر روی اثر برهمکنش قطار- ریل و پل، یک قطار شامل چندین خودروی تک توسط وو[۵۲] (۲۰۰۱) پیشنهاد شد. در این روش فرض می­ شود هر واگن شامل یک بدنه خودرو می­ شود که هر کدام توسط دو مجموعه چرخ حمل می­ شود. جمعاً ۵ درجه آزادی به بدنه هر خودرو و همچنین به هر بورژی نسبت داده می­ شود. این درجات آزادی برای در نظر گرفتن حرکت در جهات قائم، جانبی، در راستای حرکت، انحراف نوسانی[۵۳] و مایل[۵۴] می­باشند. با تقریب خوبی می­توان تنها سه درجه آزادی به هر مجموعه چرخ نسبت داد، که معرف درجات آزادی در جهات قائم، جانبی و در راستای حرکت می­باشد. [۳۳]
شکل (۲-۳) جرم فنر بندی شده متحرک
کارومی (۲۰۰۵) در مقال خود روشی اقتصادی برای ارزیابی بار واقعی ترافیک عبوری پل ارائه کرد. هدف اصلی این مقاله افزایش شناخت بار واقعی ترافیک عبوری و اثر آن بر پل‌های راه آهن بود. او دو روش اعمال بار ترافیک برای ارزیابی پل­های قدیمی و طراحی پل‌های جدید پیشنهاد نمود: ۱) استفاده از قطار طراحی، طبق آنچه در آیین نامه­ ها معرفی‌شده و در کنار آن استفاده از ضریب افزایش دینامیکی DAF برای لحاظ نمودن اثر دینامیکی بار ترافیک. ۲) استفاده از مدل بارگذاری واقعی ترافیک عبوری و محاسبه پاسخ دینامیکی دقیق سازه. بر اساس نتایج این مقاله طراحی به روش دوم نبست به روش اول به واقعیت نزدیک­تر بوده و صرفه اقتصادی بیشتری دارد. همچنین در تحلیل دینامیکی دو فاکتور میرایی پل و شرایط سطح ریل (میزان ناصافی ریل) بیش‌ترین تأثیر را بر پاسخ دینامیکی سازه می­ گذارد. او به این موضوع نیز اشاره نمود که در قطارهای طویل با تعداد زیاد محورهای بوژی وقوع پدیده تشدید انتظار می­رود. ]۳۳[
آبهیمانیو کومار[۵۵] در مقاله خود به بررسی تکنیک­های مختلف مدلسازی بار متحرک در یک مدل تیر منشوری پایه توسط نرم افزار اجزاء محدود آباکوس می ­پردازد. برای این کار سه روش مختلف مدلسازی را پیشنهاد و به بررسی آن­ها پرداخته که با توجه به دقت مورد نظر یک روش انتخاب می­ شود. روش اول روش بار متحرک است؛ اگر بتوان از اثر اینرسی و برهم کنش محل تماس جسم متحرک و سطح زیرین آن صرف نظر نماییم، می‌توان از این نوع بارگذاری برای مدل سازی حرکت جسم استفاده کرد. روش دوم با عنوان جرم متحرک می‌باشد؛ اگر اثر اینرسی در تحلیل مهم باشد ولی بتوان از اثر برهم‌کنش محل تماس جسم متحرک و سطح زیرین آن صرف‌نظر کنیم، می‌توان از این روش استفاده نمود. روش سوم که کامل­ترین روش در مدل‌سازی جسم متحرک است روش جرم ، فنر و دمپر متحرک می­باشد؛ در این روش می‌توان اثر اینرسی، میرایی و برهم‌کنش تماس بین سطوح را لحاظ نمود. ]۳۴[
۲-۶- مدل تحلیلی پل
یک تیر با دو تکیه‌گاه ساده در دو انتهای خود رایج­ترین سازه­ای است که تا کنون در مطالعات ارتعاشات پل مورد استفاده قرارگرفته و توسعه داده شده است. بجز در کارهای محققین که به روش­های تحلیلی تأکید بیشتری دارند، محدودیتی برای نوع سازه ندارند و در مدلسازی با بهره گرفتن از نرم­افزارهای اجزا محدود، سازه می ­تواند به راحتی در شکل­های مختلف با سطوح پیچیدگی بالا مدلسازی شود. تنها حسن مدل ساده‌تر پل، آماده سازی ساده و محاسبات کمتر می­باشد.
در مطالعات گذشته مدل­های مختلفی برای پل­ها در تحقیق در مورد ارتعاشات پل ناشی از وسیله نقلیه پیشنهاد شده است؛ که از جمله آن­ها می­توان به این موارد اشاره کرد: پل‌های خرپایی توسط چو (۱۹۷۹) و ویریگاچای (۱۹۸۲)[۳۵]،[۳۶] ، پل‌های چند دهانه ، با طول دهانه یکسان یا نامساوی توسط وو و دای (۱۹۸۷) و مارچسیلو (۱۹۹۹) [۳۷]، [۳۸] ، پل‌های متشکل از یک یا چند شاه­تیر اصلی توسط چو (۱۹۸۶)، وانگ و نواک (۱۹۹۱)، هوانگ (۱۹۹۳) و کای (۱۹۹۴) [۴۰],[۳۹] ، پل‌های متشکل از تیرهای پیوسته توسط وو و دای (۱۹۸۷) و یانگ (۱۹۹۵) [۴۱],[۳۷] ، پل‌های دارای پیاده رو توسط ﺟﻨﻴﻦ (۱۹۷۵) [۴۲] ، پل‌های فلزی شاه تیری اصلی و ساخته شده از ورق توسط کیم و کاواتانی (۲۰۰۱) و پل‌های منحنی خمیده توسط داتا و چاترجی (۱۹۹۵) ، لین و جو (۲۰۰۳) پیشنهاد شده و مورد بررسی قرار گرفتند. [۴۴],[۴۳]
پاسخ دینامیکی پل‌های کابلی تحت عبور وسیله نقلیه توسط تعداد زیادی از محققین مطالعه و بررسی شد. ویدلینگر و می سن هولدر (۱۹۷۴) با مدلسازی پل کابلی به صورت تیر خوابیده روی بستر الاستیک روشی برای مدلسازی اثر دینامیکی پل‌های کابلی تحت عبور خطوط سریع السیر پیشنهاد کردند. [۴۵]
مسئله دیگری که در مدلسازی پاسخ دینامیکی پل­ها شایان توجه می­باشد، در نظر گرفتن ناصافی و نامنظمی­های سطح ریل یا چرخ­ها است، که طبق نتایج تأثیر زیادی در پاسخ دینامیکی پل دارند. از علل اصلی ایجاد نامنظمی­های سطح ریل می­توان به عدم توجه کافی کارگران در حین ساخت یا ضعف امکانات ساخت و ساز و همچنین کیفیت پایین تعمیر و نگهداری خطوط اشاره کرد. این ناصافی‌ها می­توانند دارای یک فرکانس طبیعی ذاتی باشند. این نامنظمی­ها که در واقعیت سه بعدی هستند، اغلب با تقریب به صورت دو بعدی مدل می­شوند. از جایی که راه آهن دارای دو ریل به موازات هم می­باشد، الگوی نامنظمی هر ریل می ­تواند با دیگری متفاوت باشد. [۱۲]
گابتا[۵۶] (۱۹۸۰) برای مدل کردن این نامنظمی­ها، آن ها را به صورت تابع سینوسی فرض نمود. به منظور در نظر گرفتن واقعیت تصادفی بودن این نامنظمی، پروفیل راه را می­توان به صورت یک تابع تصادفی گاووسی ثابت و با بهره گرفتن از برخی توابع چگالی طیف توان مدلسازی کرد.از نقطه نظر دینامیک سازه­ها، طول موج­ها یا فرکانس­های اعمال شده ناشی از نامنظمی سطح پل، نقشی مشابه با فرکانس­های پل ایفا می­ کند، بطوریکه اگر این دو فرکانس مقداری یکسان یا نزدیک بهم پیدا کنند، پدیده تشدید در حین عبور وسیله نقلیه هم در پل و هم در وسیله نقلیه رخ می­دهد.[۴۶]
۲-۷- پل راه آهن و وسیله نقلیه
اکثر کارهایی که در بالا به آن­ها اشاره شد مدلسازی وسیله نقلیه را به صورت یک بار و یا تعداد محدودی بار متحرک در نظر گرفته اند؛ اما تعداد معدودی از محققین پاسخ دینامیکی پل را تحت عبور مجموعه بارهای متحرک متوالی با فاصله یکسان از یکدیگر مورد بررسی قرار داده اند شکل (۲-۴). بولوتین (۱۹۶۴) یک تیر که تحت عبور تعداد نامحدودی بار متحرک با فاصله یکسان d از یکدیگر و سرعت ثابت v ههستند، مورد مطالعه قرار داد. در این مطالعه پریود بار متحرک به عنوان یک پارامتر کلیدی معرفی شد[۴۷]. همین مسئله توسط فری با (۱۹۷۲) بررسی شد و به این نتیجه رسید که وقتی گام­های زمانی بین دو بار متحرک متوالی برابر با پریود ارتعاش طبیعی پل شود یا برابر با ترکیب خطی ارتعاشات طبیعی پل شود، پاسخ ارتعاش نیروی پایدار به حداکثر خود می­رسد [۱۶]. پاسخ دینامیکی یک پل شاه تیری یا پل خرپایی حین عبور یک سری از وسایل نقلیه ریلی توسط چو (۱۹۷۹) مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. [۳۵]
شکل (۲-۴) وسیله نقلیه ریلی به صورت سری
با پیشرفت لکومتیوها و تکنولوژی­های کنترل، امروزه استفاده از قطارهایی با سرعت طراحی ۳۰۰ و بیش­تر امری عادی می­باشد. در مطالعه و طراحی در مورد پل‌های خطوط سریع السیر ریلی، علاوه بر اهمیت محدودیت دامنه ارتعاشات پل، راحتی مسافران قطار از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. این موضوع توسط شتاب قائم و جانبی قطار سنجیده می­ شود.
۲-۸- مطالعات میدانی
ضیا [۵۷] (۲۰۰۳) (الف) مقاله ای در مورد تحلیل تجربی پل راه آهن سریع السیر ارائه نمود. پل مورد بررسی شامل چندین دهانه با شاه تیرهای سراسری و تکیه‌گاه ساده و قطار دارای چندین واگن بود. نتایج مفیدی در رابطه با قطارهای بند بند[۵۸] از تحلیل داده ­های ثبت شده به دست آمد. تغییر شکل قائم به دست آمده منطقی بود و بین تغییر شکل­های قائم به دست آمده برای یک قطار و دو قطار، تفاوت اندکی وجود داشت. بیشترین شتاب قائم پل کمتر از ۱m/s2 و بیشترین شتاب جانبی از این مقدار هم کمتر بود. در رابطه با شتاب­ها نتایج قابل توجهی بین پاسخ ناشی از یک قطار و دو قطار وجود نداشت. ]۴۸[
ضیا (۲۰۰۳) (ب) اثر دینامیکی متقابل بین قطار- پل تحت اثر قطارهای بندبند را مطالعه نموده است. قطارهای بند بند داری خصوصیات دینامیکی متمایزی می­باشند و رفتار آن­ها برای حفظ تعادل وسیله نقلیه بسیار مهم است. پاسخ­های دینامیکی محاسبه شده پل و قطار با داده ­های اندازه گیری شده مقایسه شدند. مهم­ترین مشخصات لرزه­ای پل و این نوع قطار به نحوی مطلوب در مدل کامپیوتری مدل شدند. انطباق خوبی بین نتایج محاسباتی و داده ­های اندازه ­گیری شده وجود داشت که نشان دهنده صحت مدل دینامیکی و مدل شبیه سازی شده کامپیوتری است. قطارهای بند بند خصوصیات حرکتی خوبی در سرعت‌های بالا دارند. ]۴۹[
سید مهدی بخت ور (۲۰۰۴) از طریق آزمایش میدانی بارگذاری پل، به ارزیابی باربری پل خرپایی راه آهن نکا تحت بارهای بهره برداری پرداخت. او با نصب سنسورهای شتاب سنج، جابجایی سنج و کرنش سنج بر روی پل مذکور، در حین عبور بار مشخص، پاسخ دینامیکی پل را ثبت کرده و با استفاده ازین داده ­ها مدل اجزا محدود آن را بهنگام سازی نمود. او ارزیابی کفایت خدمتدهی اعضای پل را با بهره گرفتن از آئین نامه AASHTO و تحت دو نوع بارگذاری، بار آئین نامه­ای و بار واقعی قطار، انجام داد؛ و به این نتیجه رسید که برخی اعضای پل مورد بررسی نیاز به مقاوم سازی دارند. ]۵۰[
۲-۹- تحلیل پل خرپایی پل پس از شکست یک عضو
یاماگوشی (۲۰۱۱) به بررسی پاسخ سازه بعد از شکست در یک عضو می ­پردازد. او در مقاله خود یک مدل سه بعدی اجزا محدود از یک پل خرپایی راه آهن واقع در ژاپن با بهره گرفتن از نرم افزار Y-Fiber 3D می­سازد. در این مقاله انتخاب عضو برای حذف کردن صرفا بر اساس انتخاب نویسنده بوده است. او اشاره می­ کند که حذف یک عضو در خرپا بطور ناگهانی خود باعث ایجاد نوعی بارگذاری دینامیکی در سازه می­ شود. به همین دلیل برای اعمال این اثر یاماگوشی یک روش پیشنهادی برای مدلسازی نحوه حذف عضو در مدل اجزا محدود خود ارائه میکند. همچنین برای کنترل سلامت و کفایت خدمتدهی سایر اعضا خرپا بعد از شکست در یک عضو، از فرمول­ها ارزیابی آیین نامه پل‌های راه آهن ژاپن استفاده می­ کند. [۱۸]
ماساتساگونی ناگای[۵۹] و تاکشی میاشیتا[۶۰] در مقاله ای به بررسی مهم­ترین مسائل در تعمیر و نگهداری پل‌های راه آهن ژاپن می­پردازند. آن­ها اشاره می­ کنند که از عوامل شکست ناگهانی در یک عضو پل‌های خرپاییفولادی، می­توان به فرسایش آن در اثر هوا و آب نام برد. به همین دلیل با شناخت اعضای حساس به شکست پل‌های خرپایی می­توان با بازرسی و در صورت نیاز تعمیر و تقویت به موقع آن­ها مانع از بروز این قبیل شکست­ها در پل بشویم. [۵۱]
هنگ لم[۶۱] در مقاله خود از طریق آزمایش روی یک نمونه آزمایشگاهی به بررسی اثر اعضای ثانویه پل‌های خرپایی بر قابلیت باربری پل بعد از شکست در یک عضو می ­پردازد. او اثر دو نوع عضو ثانویه شامل تیر عرضی با مقطع I و سخت­کننده­ های افقی که در کف خرپا دو قاب اصلی را بهم وصل می­ کنند با الگوی X را بررسی کرد. او نشان داد که سخت کننده­ های افقی X شکل باعث افزایش ظرفیت باربری پل بعد از شکست عضو می­ شود در حالیکه تیر عرضی با مقطع I تاثیر قابل توجهی بر آن ندارد. تیر عرضی زمانی که با سخت کننده عرضی X شکل ترکیب شود، سبب بهبود عملکرد آن می­ شود. [۵۲]
کازونوری یاماگوچی[۶۲] در مقاله خود به بررسی حالات مختلف شکست در یک عضو خرپایی و باز توزیع نیروهای داخلی آن می ­پردازد. او در واقع مرجعی برای حالات مختلف شکست در اعضای خرپا و اثر آن بر سایر اعضا ارائه کرده است. از جمله شکست در اعضای قطری، شکست تیر­های اصلی فوقانی و تحتانی و اعضای قطری واقع در لبه خرپا. او نشان داد که شکست در بعضی اعضا منجر به خرابی کل سازه می­ شود. [۵۳]
فصل سوم: مفاهیم و تئوری­های مورد کاربرد
۳-۱- تحلیل دینامیکی
۳-۱-۱- مفاهیم مهم در تحلیل دینامیکی
اغلب فرضیات مسائل دینامیکی عمدتاً به دلیل تغییر پارامترها نسبت به زمان، از فرضیات مسائل استاتیکی پیچیده­تر هستند. اندازه، جهت و/یا وضعیت یک بار دینامیکی با زمان تغییر می­ کنند. به طور مشابه نیز، پاسخ­های سازه­ای به بار دینامیکی با زمان تغییر می­ کند. به همین دلیل برای یک مسئله دینامیکی عکس مسائل استاتیکی بیش از یک راه حل واحد وجود دارد. با توجه به جذابیت تاریخچه پاسخ در مسائل دینامیکی، مجموعه ­ای از راه‌ حل ‌های مختلف برای آن­ها ارائه‌شده و گسترش یافتند.

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...