فایل بررسی سلامت سنجی سازه‌ای پلهای راه آهن

توضیحات

فایل بررسی سلامت سنجی سازه‌ای پلهای راه آهن
این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد.
چكيده
امروزه با توسعه روزافزون صنعت حمل ‌و نقل ریلی در جهان و همچنین کشور ما، راه‌اندازی قطار سریع‌السیر روزبه‌روز اهمیت بیشتری پیدا می¬کند. به همین دلیل برنامه‌ریزی و سیاست¬های حمل ‌و نقل در جهت آماده¬سازی بستری مناسب برای مهیا نمودن خطوط ریلی موجود در راستای نیل به این هدف می¬باشد. به این ترتیب باید وضعیت کنونی خطوط ریلی به دقت مورد بررسی و مطالعه قرار بگیرد تا نقاط ضعف آن شناسایی گردد. از جمله سازه¬های مهم و استراتژیک در خطوط ریلی، پل¬ها می¬باشند. پل¬ها چه از منظر تکنولوژی ساخت و چه از منظر هزینه¬های اجرایی، در جایگاه ویژه¬ای از اهمیت قرار می¬گیرند. به همین دلیل سلامت سنجی و مقاوم‌سازی پل¬های راه آهن از مهم‌ترین برنامه¬ها برای مهیا نمودن شبکه خطوط ریلی ایمن در بهره‌برداری از قطارهای سریع‌السیر می¬باشد.
هدف از این مطالعه ارائه دستورالعملی برای تعیین حداکثر سرعت مجاز قطارهای سریع¬السیر برای عبور از پل-های راه آهن موجود می¬باشد. با توجه به عدم وجود آیین نامه و دستورالعملی مناسب به این منظور برای پل¬های راه آهن، و همچنین نیاز روزافزون کشور به توسعه و راه‌اندازی قطارهای سریع‌السیر، نیاز به داشتن چنین دستورالعملی احساس می¬شود. 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 می¬توان گفت بسیاری از پل-های راه آهن که زمان ساخت آن‌ها به 50 تا 70 سال پیش برمی¬گردد، تحت عبور قطارهای سریع¬السیر مقاومت کافی را از خود نشان می¬دهند. 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 می¬شود و سازه دیگر کفایت خدمت دهی ندارد، اما پل همچنان بدون آسیب‌دیدگی باقی می‌ماند. در این حالت با استفاده از تمهیداتی مناسب می¬توان از طریق کنترل شتاب قائم وسط دهانه پل، سرعت حدی مجاز قطارها را افزایش داد.
کلمات کلیدی: سلامت سنجی سازه¬ای، مدل اجزا محدود، تحلیل دینامیکی خطی، قطار سریع السیر، پل خرپایی فولادی
فهرست مقالات مستخرج
1- عسکری ا،. کیهانی، ع،. کریم¬پور، ب،.(1392)،' بررسی تأثیر سرعت‌های بالای قطار در رفتار سازه¬ای 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 پل¬های راه آهن تحت عبور قطار سریع¬السیر'، اولین همایش ملی راه آهن سریع¬السیر 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 سریع¬السیر 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 ستون¬ها 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
فصل اول: مقدمه
1-1- مقدمه
می‌توان گفت اولین راه حمل و نقل سریع بشر راه آهن بوده است که قدمت آن بیشتر از جاده¬ها و اتومبیل می-باشد. 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 می¬توان 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 است که اغلب قطارهای جدید از پل¬های 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 پل¬های راه آهن، فراهم نمود.
فاجعه ریزش پل I-35W روی رودخانه می سی سی پی واقع در ایالت مینسوتای آمریکا در سال 2007 که منجر به خسارات جانی و مالی زیادی شد و بعد از آن شکست یک عضو از پل خرپایی کیسوگوا اوهاشی در ژاپن در اثر یک حادثه نقطه عطف مهمی در شروع سری جدید تحقیقات وسیع¬تر دانشمندان در زمینه سلامت سنجی پل‌ها بود.
کنترل و بررسی سلامت پل‌ها، اعم از پل¬های در حال اجرا و پل¬های موجود در گستره¬ی علم مدیریت پل قرار می-گیرد که از علوم جدید و البته مهمی می¬باشد که در کشورهای پیشرفته به دلیل وجود تعداد زیاد پل¬های قدیمی و صرفه اقتصادی در تعمیر و بازسازی آن‌ها بجای ساخت سازه¬های جدید، به آن بسیار توجه می¬شود. سلامت سنجی سازه¬ای پل زیر مجموعه مدیریت پل محسوب می¬شود. بررسی کفایت خدمت دهی پل در برابر بارگذاری¬های جدید از جمله مواردی است که در مبحث سلامت سنجی سازه‌ای پل به آن پرداخته می¬شود. یکی دیگر از زیرمجموعه¬های علم سلامت سنجی پل¬ها بررسی پل¬های خرپایی و پایداری سازه بعد از شکست یک عضو آن می¬باشد. اغلب مطالعات انجام شده در این زمینه مربوط به پل¬های خرپایی بزرگراهی است، اما در مطالعه حاضر به بررسی این موضوع در پل¬های خرپایی راه آهن پرداخته شده است.
1-2- لزوم انجام تحقیق
كشور ما با جمعيت بالاي خود نيازمند یک شبكه حمل و نقل ريلي ایمن و پر سرعت به منظور جابجايي مسافر است. راه‌اندازی قطار سريع السير پروژه‌ای عظیم و پر اهمیت بوده و به عنوان یکی از ایمن‌ترین و موثرترین سیستم های حمل و نقل محسوب می¬گردد. بنابراين پیش از شروع احداث و بهره‌برداری، لازم است تا کلیه بسترهای آن در کشور مهیا شود. درصد زیادی از پل¬های شبکه ریلی ایران سنی بالغ بر 50 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 سریع¬السیر، ضروری است که باعث رسیدن به یک طراحی اقتصادی برای سازه¬های جدید یا شناسایی منطقی پل¬های در حال سرویس و تعمیر می¬شود.
1-3- نوآوری و اهداف تحقیق
در این تحقیق، هدف تعیین سرعت حدی مجاز قطارهای سریع¬السیر برای عبور از پل¬های خرپایی راه آهن می¬باشد. بدین منظور روش پیشنهادی روی یک پل واقعی مورد بررسی قرار گرفته است. در این روش سعی شده کلیه بند¬های 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 پل¬های خرپایی، فرآیند شکست عضو بحرانی و حمل بار در هر پل، خود دارای الگویی جدید و متفاوت با سایر الگوهای سازه‌ای خرپا می-باشد.