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

centercenter00

دانشکده مهندسی عمران و معماری
گروه عمران
سلامت سنجی سازه‌ای پلهای راه آهن، مطالعه موردی پل باقرآباد ورامین به منظور بررسی محدودیت‌های ناوگان ریلی
الهام عسکری
استاد راهنما :
دکتر علی کیهانی
پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد
بهمن 1393
دانشگاه شاهرود
دانشکده مهندسی عمران و معماری
گروه عمران
پایان نامه کارشناسی ارشد خانم الهام عسکری
تحت عنوان: سلامت سنجی سازه‌ای پلهای راه آهن، مطالعه موردی پل باقرآباد ورامین به منظور بررسی محدودیت‌های ناوگان ریلی
در تاریخ 28/11/93 توسط کمیته تخصصی زیر جهت اخذ مدرک کارشناسی ارشد مورد ارزیابی و با درجه عالی مورد پذیرش قرار گرفت.
امضاء اساتید مشاور امضاء اساتید راهنما
دکتر علی کیهانی
امضاء نماینده تحصیلات تکمیلی امضاء اساتید داور
دکتر سعید گلیان دکتر وحیدرضا کلات جاری
دکتر سید فضل الله ساغروانی
تعهد نامه
اینجانب الهام عسکری دانشجوی دوره کارشناسی ارشد رشته سازه دانشکده عمران و معماری دانشگاه صنعتی شاهرود نویسنده سلامت سنجی سازه‌ای پلهای راه آهن، مطالعه موردی پل باقرآباد ورامین به منظور بررسی محدودیت‌های ناوگان ریلی
تحت راهنمائی دکتر علی کیهانی به عنوان استاد راهنما متعهد میشوم:
تحقیقات در این پایان نامه توسط اینجانب انجام شده و از صحت و اصالت برخوردار است.
در استفاده از نتایج پژوهشهای محققان دیگر به مرجع مورد استفاده استناد شده است.
مطالب مندرج در پایان نامه تاکنون توسط خود یا فرد دیگری برای دریافت هیج نوع مدرکی یا امتیازی در هیج جا ارائه نشده است.
کلیه حقوق معنوی این اثر متعلق به دانشگاه صنعتی شاهرود میباشد و مقالات مستخرج با نام “دانشگاه شاهرود” ویا “ University of Shahrood ” به چاپ خواهد رسید.
حقوق معنوی تمام افراد که در به دست آوردن نتایج اصلی پایان نامه تاثیر گذار بوده اند در مقالات مستخرج از پایان نامه رعایت شده است.
در کلیه مراحل انجام این پایان نامه، در مواردی که به حوزه اطلاعات شخصی افراد دسترسی یافته یا استفاده شده است اصل رازداری ، ضوابط و اصول اخلاقی انسانی رعایت شده است.

تاریخ:
امضای دانشجو:
مالکیت نتایج و حق و نشر
کلیه حقوق معنوی این اثر و محصولات آن )مقالات مستخرج ، کتاب، برنامه های رایانه ای،
نرم افزارها و تجهیزات ساخته شده است ( متعلق به دانشگاه صنعتی شاهرود میباشد. این مطلب
باید به نحوی مقتضی در تولیدات علمی مربوطه ذکر شود.
استفاده از اطلاعات و نتایج موجود در پایان نامه بدون ذکر مرجع مجاز نمیباشد.
تقدیم به پدرم
که همواره چتر محبتش بر سرم است، بزرگواری که الفبای زندگی را از او آموختم.
تقدیم به مادرم
بلند تکیه‌گاهم،که دامان پر مهرش یگانه پناهم است ،مهربانی که عشق ورزیدن را از او آموختم.
تقدیم به خواهر عزیزم
بهترین دوستم که همواره در کنارم مشوقم در انجام پایاننامهام بودند و من اراده و پشتکار را از او آموختم.
تقدیر و تشکر
به مصداق «من لم یشکر المخلوق لم یشکر الخالق » شایسته است از استاد فرهیخته و فرزانهام جناب آقای دکتر علی کیهانی که در تمام مراحل پایاننامهام راهنمای من بودند تقدیر و تشکر نمایم.
همچنین از جناب آقای دکتر شروان عطایی که با راهنماییهای خود نقش مهمی در آشنایی عمیق با موضوع داشتند تشکر میکنم.
جای دارد از جناب آقای مهندس آبهیمانیو کومار مهندس برجسته در زمینه مدلسازی با نرمافزار ABAQUS که با راهنماییهای خود من را در مدلسازی موفقم یاری کردند قدردانی میکنم.
از خانم مهندس پرستو صاحب زمانی، مهندس ناظر پروژه من در اداره راه آهن، و تمامی کارکنان اداره راه آهن و شرکت زیمنس که صمیمانه من را در جهت تکمیل اطلاعات مورد نیازم یاری نمودند کمال تشکر و قدردانی را دارم.
و در پایان، خداوند متعال را شاکرم به خاطر عنایت قطرهای از بحر علم در راه نگارش این پایاننامه و تمامی دوستان ارزشمندی که در راستای نگارش آن در راه من قرارداد.

این پایان نامه مورد حمایت اداره ” راه آهن جمهوری اسلامی ایران” قرار دارد.

چکیده
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
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
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
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
TOC \o “1-3” \h \z \u فصل اول: مقدمه PAGEREF _Toc422641947 \h 11-1-مقدمه PAGEREF _Toc422641948 \h 21-2- لزوم انجام تحقیق PAGEREF _Toc422641949 \h 31-3- نوآوری و اهداف تحقیق PAGEREF _Toc422641950 \h 31-4- فرضیات تحقیق PAGEREF _Toc422641951 \h 41-5- ساختار فصول تحقیق PAGEREF _Toc422641952 \h 4فصل دوم: مروری بر کارهای انجام شده قبلی PAGEREF _Toc422641953 \h 72-1- سلامت سنجی سازه‌ای PAGEREF _Toc422641954 \h 82-2- کدها و آیین نامه‌های طراحی و بارگذاری پل راه آهن PAGEREF _Toc422641955 \h 112-2-1- آیین نامه‌ایران PAGEREF _Toc422641956 \h 112-2-2- آیین نامه اروپا PAGEREF _Toc422641957 \h 122-3- انواع بارگذاری برای تحلیل دینامیکی پل PAGEREF _Toc422641958 \h 132-4- تاریخچه مطالعات دینامیکی پلهای راه آهن PAGEREF _Toc422641959 \h 142-5- مدلسازی وسیله نقلیه PAGEREF _Toc422641960 \h 182-6- مدل تحلیلی پل PAGEREF _Toc422641961 \h 222-7- پل راه آهن و وسیله نقلیه PAGEREF _Toc422641962 \h 242-8- مطالعات میدانی PAGEREF _Toc422641963 \h 252-9- تحلیل پل خرپایی پل پس از شکست یک عضو PAGEREF _Toc422641964 \h 26فصل سوم: مفاهیم و تئوریهای مورد کاربرد PAGEREF _Toc422641965 \h 293-1- تحلیل دینامیکی PAGEREF _Toc422641966 \h 303-1-1- مفاهیم مهم در تحلیل دینامیکی PAGEREF _Toc422641967 \h 303-1-2- روشهای مختلف تحلیل دینامیکی [54] PAGEREF _Toc422641968 \h 383-1-2-1- تحلیل دینامیکی خطی PAGEREF _Toc422641969 \h 383-1-2-2- تحلیل دینامیکی غیرخطی PAGEREF _Toc422641970 \h 393-1-3- تحلیل دینامیکی پل‌های راه آهن PAGEREF _Toc422641971 \h 403-2- آئین نامه‌ایران PAGEREF _Toc422641972 \h 443-2-1- نشریه 395: دستورالعمل طراحی پل‌های فولادی [8] PAGEREF _Toc422641973 \h 443-2-2- نشریه 139: آئین نامه بارگذاری پلها [7] PAGEREF _Toc422641974 \h 513-3- آئین نامه اروپا [9] PAGEREF _Toc422641975 \h 543-3-1- بار قطار PAGEREF _Toc422641976 \h 543-3-3- تحلیل دینامیکی PAGEREF _Toc422641977 \h 603-3-4- پارامترهای دینامیکی پل PAGEREF _Toc422641978 \h 633-4- معیارهای ایمنی ترافیک PAGEREF _Toc422641979 \h 643-4-1- شتاب قائم عرشه PAGEREF _Toc422641980 \h 643-4-2- تغییر شکل قائم عرشه PAGEREF _Toc422641981 \h 643-4-3- معیار راحتی مسافر PAGEREF _Toc422641982 \h 643-5- انتخاب نرم‌افزار PAGEREF _Toc422641983 \h 653-6- مروری بر نرم افزار ABAQUS PAGEREF _Toc422641984 \h 693-6-1- معرفی محصولات ABAQUS PAGEREF _Toc422641985 \h 693-6-2- انواع تحلیل در ABAQUS PAGEREF _Toc422641986 \h 703-6-3- معرفی انواع المان‌های مورد استفاده در ABAQUS PAGEREF _Toc422641987 \h 70فصل چهارم : دستورالعمل پیشنهادی و بررسی یک مثال PAGEREF _Toc422641988 \h 774-1- دستورالعمل پیشنهادی PAGEREF _Toc422641989 \h 784-2- تعیین سرعت حد یک پل واقعی با استفاده از دستورالعمل پیشنهادی : PAGEREF _Toc422641990 \h 89فصل پنجم : نتیجه گیری PAGEREF _Toc422641996 \h 1095-1- مقدمه PAGEREF _Toc422641997 \h 1105-2- نتیجهگیری PAGEREF _Toc422641998 \h 1105-3- پیشنهادات برای تحقیقات آتی در این زمینه PAGEREF _Toc422641999 \h 113پیوست 1 : ابعاد و مشخصات مقاطع پل خرپایی مورد بررسی PAGEREF _Toc422642000 \h 115منابع PAGEREF _Toc422642001 \h 127

فهرست اشکال
TOC \h \z \t “زیرنویس شکل” \c شکل (2-1) مدل بار متحرک PAGEREF _Toc422642039 \h 19شکل (2-2) مدل جرم متحرک PAGEREF _Toc422642040 \h 20شکل (2-3) جرم فنر بندی شده متحرک PAGEREF _Toc422642041 \h 21شکل (2-4) وسیله نقلیه ریلی به صورت سری PAGEREF _Toc422642042 \h 25شکل (3-1) حداکثر پاسخ دینامیکی در برابر ضریب میرایی [17] PAGEREF _Toc422642043 \h 32شکل (3-2) تیر ساده تحت بارهای متمرکز با فاصله یکنواخت [55] PAGEREF _Toc422642044 \h 34شکل (3-3) الگوی بار قطار با دو محور باربر [55] PAGEREF _Toc422642045 \h 36شکل (3-4) سختی دینامیکی B نسبت به طول دهانه L پل‌های خرپایی فولادی [12] PAGEREF _Toc422642046 \h 42شکل (3-5) اولین فرکانس طبیعینسبت به طول دهانه L پل‌های خرپایی فولادی PAGEREF _Toc422642047 \h 43شکل (3-6) مهار بندی خر پاها [8] PAGEREF _Toc422642048 \h 45شکل (3-7) بارگذاری استاندارد [7] PAGEREF _Toc422642049 \h 52شکل (3-8) الگوی بار و مقادیر مربوط به آن برای بارهای قائم [9] PAGEREF _Toc422642050 \h 54شکل (3-9) الگوی بار و [9] PAGEREF _Toc422642051 \h 55شکل (3-10) خروج از مرکزیت بارهای قائم [9] PAGEREF _Toc422642052 \h 56شکل (3-11) فلوچارت تعیین نوع تحلیل (دینامیکی یا استاتیکی) [9] PAGEREF _Toc422642053 \h 58شکل (3-12) محدوده فرکانس طبیعی پل بر اساس طول دهانه [9] PAGEREF _Toc422642054 \h 59شکل (3-13) الگوی بار HSLM-A [9] PAGEREF _Toc422642055 \h 60شکل (3-14) الگوی بار HSLM-B [9] PAGEREF _Toc422642056 \h 61شکل (3-15) الگوی بار HSLM-B [9] PAGEREF _Toc422642057 \h 62شکل (4-1) یک بوژی ساخته شده توسط شرکت زیمنس PAGEREF _Toc422642058 \h 80شکل (4-2) آرایش واگن قطارهای پردیس[58] PAGEREF _Toc422642059 \h 80شکل (4-3) ترکیب چندگانه واگن‌های پردیس[58] PAGEREF _Toc422642060 \h 81شکل (4-4) مدل بار متحرک[55] PAGEREF _Toc422642061 \h 84شکل (4-5) مدل جرم متحرک[55] PAGEREF _Toc422642062 \h 84شکل (4-6) مدل جرم- فنر- دمپر متحرک[55] PAGEREF _Toc422642063 \h 84شکل (4-7) مدل سیستم قطار a) مدل عمومی قطار، b) مدل جرم-فنر-دمپر[55] PAGEREF _Toc422642064 \h 85شکل (4-8) طول دهانه پل، طول قطار و سرعت عبوری [55] PAGEREF _Toc422642065 \h 86شکل (4-9) نمایی از پل مورد بررسی PAGEREF _Toc422642066 \h 91شکل (4-10) نمایی از پل مورد بررسی PAGEREF _Toc422642067 \h 92شکل (4-11) نمایی از تکیه‌گاه غلتکی پل PAGEREF _Toc422642068 \h 92شکل (4-12) نمایی از تکیه‌گاه مفصلی پل PAGEREF _Toc422642069 \h 93شکل (4-13) مقاطع اعضای پل خرپایی و ابعاد آن برحسبcm PAGEREF _Toc422642070 \h 94شکل (4-14) نمای جانبی خرپا بر حسب m PAGEREF _Toc422642071 \h 95شکل (4-15) نمای فوقانی خرپا بر حسب m PAGEREF _Toc422642072 \h 95شکل (4-16) نمای تحتانی خرپا بر حسب m PAGEREF _Toc422642073 \h 95شکل (4-17) نمای فوقانی خرپای زیر ریل بر حسب m PAGEREF _Toc422642074 \h 95شکل (4-18) : قطار پردیس با 6 واگن PAGEREF _Toc422642075 \h 96شکل (4-19) نمایی از پل مدل شده در نرم افزار Abaqus PAGEREF _Toc422642076 \h 97شکل (4-20) شکل مود اول ارتعاش طبیعی پل PAGEREF _Toc422642077 \h 98شکل (4-21) اولین فرکانس طبیعی f1 نسبت به طول دهانه L پل‌های خرپایی فولاد PAGEREF _Toc422642078 \h 99شکل (4-22) سرعت قطار در برابر حداکثر خیز وسط دهانه PAGEREF _Toc422642079 \h 100شکل (4-23) موقعیت اعضای بحرانی در قاب اصلی خرپا PAGEREF _Toc422642080 \h 101شکل (4-42) حداکثر تنش اعضای خرپا در برابر سرعت قطار PAGEREF _Toc422642081 \h 102شکل (4-52) سرعت قطار در برابر حداکثر شتاب قائم وسط دهانه پل PAGEREF _Toc422642082 \h 103شکل (4-26) نمای جانبی خرپای سالم PAGEREF _Toc422642083 \h 104شکل (4-27) نمای جانبی خرپای با عضو بحرانی 1 PAGEREF _Toc422642084 \h 105شکل (4-28) نمای جانبی خرپای با عضو بحرانی 2 PAGEREF _Toc422642085 \h 106شکل (پ1-1) ابعاد خرپا PAGEREF _Toc422642086 \h 116شکل (پ1-2) ابعاد خرپا PAGEREF _Toc422642087 \h 116شکل (پ1-3) ابعاد خرپا PAGEREF _Toc422642088 \h 116شکل (پ1-4) ابعاد خرپا PAGEREF _Toc422642089 \h 116شکل (پ1-5) ابعاد مقاطع PAGEREF _Toc422642090 \h 117شکل (پ1-6) ستون‌های غیر منشوری در پل PAGEREF _Toc422642091 \h 118شکل شماره (پ1-7) مقطع ستونها PAGEREF _Toc422642092 \h 119شکل شماره (پ1-8) پارامترهای سطح مقطع PAGEREF _Toc422642093 \h 120شکل (پ1-9) نقشه آرماتورگذاری فونداسیون پل ورامین PAGEREF _Toc422642094 \h 125

فهرست جداول
TOC \f F \h \z \t “بالانویس جدول” \c جدول (3-1) سرعت‌های تشدید برای تیر ساده با طول دهانه‌های مختلف56] [ PAGEREF _Toc422642269 \h 35جدول (3- 2) سختی دینامیکی B طبق معادله (3-11) و رگرسیون خطی PAGEREF _Toc422642270 \h 42جدول (3-3) اولین فرکانس طبیعی پل‌های راه آهن، رگرسیون توانی PAGEREF _Toc422642271 \h 43جدول (3-4) ضریب در رابطه اندرکنشی [8] PAGEREF _Toc422642272 \h 50جدول (3-5) ضرایب اصلاح [7] PAGEREF _Toc422642273 \h 53جدول (3-6) مقادیر مشخصه برای الگوهای بارگذاری و [9] PAGEREF _Toc422642274 \h 55جدول (3-7) HSLM-A [9] PAGEREF _Toc422642275 \h 61جدول (3-8) کاربرد HSLM-A و HSLM-B [9] PAGEREF _Toc422642276 \h 62جدول (3-9) درصد میرایی سازه [9] PAGEREF _Toc422642277 \h 63جدول (3-10) سطوح راحتی مسافر و حدود شتاب قائم [6] PAGEREF _Toc422642278 \h 65جدول (4-1) مشخصات مصالح PAGEREF _Toc422642279 \h 79جدول (4-2) : اطلاعات کامل ابعاد ترنست پردیس بر حسب mm [58] PAGEREF _Toc422642280 \h 81جدول (4-3) محاسبات وزن هر چرخ بر حسب ton [58] PAGEREF _Toc422642281 \h 82جدول (4-4) اطلاعات سیستم تعلیق بوژی زیمنس [58] PAGEREF _Toc422642282 \h 82جدول (4-5) سرعت‌های پیشنهادی برای قطارهای سریعالسیر در تحلیل PAGEREF _Toc422642283 \h 87جدول (4-6) زمان لازم برای عبور و تحلیل PAGEREF _Toc422642284 \h 98جدول (4-7) مقادیر مجاز پارامترهای کنترل صلاحیت باربری پل PAGEREF _Toc422642285 \h 100جدول (4-8) سرعت قطار در برابر حداکثر خیز وسط دهانه PAGEREF _Toc422642286 \h 100جدول (4-9) نیروی داخلی اعضای بحرانی در هر سرعت PAGEREF _Toc422642287 \h 101جدول (4-11) سرعت قطار در برابر حداکثر شتاب قائم وسط دهانه پل PAGEREF _Toc422642288 \h 103جدول (4-12) مقادیر نیروهای داخلی موجود در عضو بحرانی 1 PAGEREF _Toc422642289 \h 105جدول (4-13) مقادیر نیروهای موجود در عضو بحرانی 2 PAGEREF _Toc422642290 \h 107جدول (4-14) تنش حداکثر عضو بحرانی پل با حذف عضو بحرانی مرحله قبل PAGEREF _Toc422642291 \h 107جدول (پ1-1) سطح مقطع المان منشوری معادل PAGEREF _Toc422642292 \h 122جدول (پ1-2) سختی پیچشی ستون منشوری معادل PAGEREF _Toc422642293 \h 124

فصل اول: مقدمه
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 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 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 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 وسیعتر دانشمندان در زمینه سلامت سنجی پل‌ها بود.
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 میشود. سلامت سنجی سازهای پل زیر مجموعه مدیریت پل محسوب میشود. بررسی کفایت خدمت دهی پل در برابر بارگذاریهای جدید از جمله مواردی است که در مبحث سلامت سنجی سازه‌ای پل به آن پرداخته میشود. 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.
1-2- لزوم انجام تحقیقکشور 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 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 سریعالسیر، ضروری است که باعث رسیدن به یک طراحی اقتصادی برای سازههای جدید یا شناسایی منطقی پلهای در حال سرویس و تعمیر میشود.
1-3- 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، 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 است. از جنبههای 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.
1-4- فرضیات تحقیقتنها اثرات قائم بارگذاری ناشی از وسیله نقلیه در نظر گرفته میشود.
فرض می‌شود شکست در عضو یا اعضای بحرانی قبل از عبور قطار رخ داده است.
1-5- ساختار فصول تحقیقبا توجه به 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 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 شدهاند.
در فصل سوم معرفی روشها و کارهای گذشته با جزییات بیشتر، بررسی آیین نامههای رایج در این زمینه، انتخاب نرم افزار مناسب و توضیحاتی در مورد نرم افزار ABAQUS ارائه میشود.
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 میشود. صحت سنجی نتایج نرم افزار نیز با مقایسه نتایج آن با یک آزمایش میدانی انجام میشود؛ 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 نتیجهگیری میشود. 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 استفاده 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 میشود.
2-1- سلامت سنجی سازه‌ایعلم 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 ابزاری برای مدیریت پل در طول طراحی، ساخت و بهره‌برداری و نگهداری از پل است. سلامت سنجی سازهای پل زیرمجموعه مدیریت پل محسوب میشود. 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 میشود. هلموت ونزل 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، میپردازد. سپس روشها و تکنیکهای رتبه دهی و ارزیابی پل را مرور میکند. همچنین به بررسی روشهای کشف خرابی در پل میپردازد. سپس روش تخمین طول عمر باقیمانده سازه پل از طریق ارزیابی آن را معرفی میکند. در ادامه روشهای مختلف سلامت سنجی سازهای (SHM) را بیان میکند. او در این کتاب چندین مطالعه موردی در باب سلامت سنجی از سراسر دنیا که مربوط به پلهای معروف میباشد، با جزییات بیان میکند. [1]
شروان عطایی (1380) 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 میکند. او از مدل معتبر سازی شده پل برای تعیین ظرفیت باربری حال حاضر، تشخیص معایب احتمالی و ارزیابی ایمنی آن در شرایط بهره‌برداری استفاده میکند 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 میشود. [2]
شروان عطایی (1386) در پایان نامه خود به سلامت سنجی یک پل خرپایی واقعی راه آهن واقع در نکا میپردازد. او از طریق آزمایش میدانی و ثبت پاسخ سازه، مدلسازی اجزاء محدود خود را معتبرسازی میکند؛ و با استفاده از مدل معتبر شده به ارزیابی سازه تحت بارهای آیین نامهای میپردازد. آزمایش بارگذاری در سرعت‌های 5km/h و 20km/h و 45km/h انجام گردید. طبق نتایج ارائه شده از این آزمایشها، حداکثر خیز وسط دهانه پل در سرعت‌های مختلف تفاوت اندکی با یکدیگر داشتهاند 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 استفاده 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 میشود و با استفاده از سنسورها، پاسخ ارتعاشی سازه اندازه گیری میشود. مسئله مهم بعد از آزمایش، تفسیر سیگنالهای اندازهگیری 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 میپردازد. [3]
دایگو سایدام (2011) 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 میشود که آن نیز به عمر سازه وابسته میباشد. این مقاله یک چارچوب کلی برای پیشبینی 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 شاخصهای فرسایش و افزایش بار زنده، معرفی کرد. [4]
زوجین سانگ (2011) در مقاله خود روشی سریع برای کشف خرابی در پلهای راه آهن با استفاده از روش تحلیل دینامیکی، ارائه کرده است. او دو پارامتر را در مقاله خود معرفی میکند شاخص تعیین محل خرابی 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 DE. به طور کلی روشهای کشف خرابی دو دسته جای میگیرند: 1) روشهایی بر اساس دادههای آزمایش دینامیکی و 2) روشهایی بر اساس دادههای آزمایش استاتیکی که روشهای دینامیکی به دلیل دقت بیشتر مورد استقبال بیشتری قرارگرفته‌اند. در روش دینامیکی از پارامترهای دینامیکی زیر برای کشف محل خرابی و وسعت آن استفاده میشود : فرکانسهای طبیعی سازه، شکل مودها، میرایی مودال، منحنی تغییر شکل مودها و انرژی کرنشی مودال.[5]
یوشیاکی اوکای (2010) با استفاده از مدلسازی پل راه آهن در یک نرم افزار اجزا محدود، به محاسبه ظرفیت باربرداری آن بعد از شکست یک عضو، میپردازد. او 16 حالت برای حذف عضو در نظر میگیرد و در هر تحلیل فقط یک عضو را حذف میکند 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 میکند. او از جنبههای تکنیکی مختلف شکست در یک عضو را بررسی میکند. این جنبهها عبارت‌اند از: تخمین خرابی سازه با استفاده 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. ]6[
2-2- کدها و آیین نامه‌های طراحی و بارگذاری پل راه آهن2-2-1- آیین نامه‌ایران
نشریه 139 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 میپردازد. همچنین در بخش 7.7 این آیین نامه معیار و نحوه ارزیابی تغییر شکلهای پل راه آهن بیان شده است. ]7[ در این آئین نامه هیچ اشارهای به بارگذاری مربوط به قطارهای سریعالسیر نشده است.
نشریه 395 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 10 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 18 فصل و با موضوعات زیر ارائه شده است:
1- مصالح، 2- محدودیتهای لاغری، 3- اعضای کششی، 4- اعضای خمشی (تیرها و تیر ورقها)، 5- تیرهای مختلط، 6- تیرهای جعبهای، 7- اعضای فشاری، 8- ترکیب تنشها، 9- وسایل اتصال، 10- اتصالات و وصلهها، 11- تنشهای مجاز خستگی، 12- خرپاها، 13- تیرورقهای قوسی با ورق جان یکپارچه، 14- تیرهای خمیده، 15- مسائل ویژه در طرح و محاسبه، 16- ساخت، نصب و کنترل نوع کار، 17- بالشتکهای الاستومتری، 18- رنگ آمیزی و گالوانیزه کردن قسمتهای فلزی. [8]
2-2-2- آیین نامه اروپا بخش دوم آیین نامه اروپا[9] با عنوان عملکرد سازهها، به بارگذاری پلها پرداخته شده است. در این بخش از آییننامه اروپا، اصول بارگذاری و طراحی انواع پل شامل پل راه، پل گذرگاه عابر پیاده و در فصل 6 به پلهای راه آهن میپردازد. در بخش 6.4 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:
سرعت ترافیک عبوری
طول دهانه پل و طول اعضا
جرم سازه
فرکانس طبیعی سازه و شکل مودهای اصلی پل
تعداد محورهای بارگذرای، بار هر محور و فاصله محورها از یکدیگر
میرایی سازه
نامنظمی‌های عمودی مسیر حرکت قطار روی پل
جرم با فنر/ بدون فنر و سیستم تعلیق وسیله نقلیه
الگوی تکیه‌گاه‌های موجود در طول دال عرشه
معایب وسیله نقلیه
خصوصیات دینامیکی مسیر (از جمله: ضخامت لایه بالاست، تراورس ها و …)
در این آیین نامه قید میشود که به منظور طراحی پل، تحلیل دینامیکی پلها باید با استفاده 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.
2-3- 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 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 میکنند. 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. ]10[
باک نال (2003) 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 میدهند 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 میشود. 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 0.35g در آیین نامه اروپا تعیین شده است.]11[
نبود منبعی مناسب برای ارزیابی دینامیکی پلها در آیین نامه‌های مختلف، چه داخلی و چه خارجی، باعث شد تا از معیار کنترل حداکثر جابهجایی وسط دهانه پل و مقایسه آن با حداکثر جابهجایی 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 نامهها، در ارزیابی سازههای موجود نیز اغنا میشوند که در این مطالعه به بررسی آنها نیز پرداخته میشود.
2-4- تاریخچه مطالعات دینامیکی پلهای راه آهندر 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. [12]
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.[14] [13]
به علت الگوی خاص بار چرخها در قطار ،یک قطار در حال حرکت دو فرکانس ارتعاشی خاص خود را ایجاد میکند، یک فرکانس در اثر سرعت حرکت قطار و دیگری به علت الگوی خاص چرخهای قطار ایجاد میشود. 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 19 میلادی بر میگردد. ویلیس و استوکس در سال 1849 به مطالعه علت شکست پل چاستر انگلیس در سال 1847 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. ]14[ ]13[ 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 میشود.
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 1940، 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 (1922) ، جف کات (1929)، لوان (1935) . کار انجام شده توسط انگلیس (1934) اولین مطالعه دینامیکی کلی پلهای راه آهن بود که بستری مناسب برای رشد مطالعات بعدی در این زمینه فراهم نمود. [12]
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 (1955) و بیگس (1964) در زمینه دینامیک سازهها ، مربوط به مسائل بار متحرک میباشد [15]. مطالعات دیگری که میتوان به آن اشاره نمود توسط فری با (1972) 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 میپردازد. مسائل یک بعدی و دو بعدی را با شرایط مختلف طرح کرده و با روش مشتقات جزئی آنها را حل میکند. 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 ]16[. همچنین میتوان به مطالعات داکی پاتی و گری (1984) اشاره نمود. کتاب دیگر در این زمینه با عنوان« ارتعاش پلهای راه آهن» توسط فری با (1996) 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 دادههای تجربی فراوان و توضیح روشهای امتحان شده موفق برای حل مسائل دینامیکی مربوطه است [12].
لنا بجورکلاند (2004) در قالب تز دکتری به تحلیل دینامیکی یک پل راه آهن تحت عبور قطار سریع السیر میپردازد. 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 میکند. 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 میکند. ]17[
ایکی یاماگوچی (2010) به ارزیابی درجه نامعینی پلهای خرپایی میپردازد. بسته به درجه نامعینی سازه، خرابی قسمتی از سازه میتواند منجر به خرابی کل سازه شود. یاماگوچی با استفاده از روش تحلیل دینامیکی به ارزیابی درجه نامعینی سازه میپردازد و نشان میدهد که نتایج با زمانی که تحلیل سازه به صورت استاتیکی انجام میشود، 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 [18].
کازوهیرو میاچی در سال 2012 به بررسی شکست پیش‌رونده برای سه پل خرپایی راه آهن میپردازد 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 میپردازد. 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 [19].
امروزه با استفاده 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.
2-5- مدلسازی وسیله نقلیهبا صرف‌نظر از اثر اینرسی وسیله نقلیه و فرض کردن وسیله نقلیه به عنوان بار متحرک، شکل (2-1) ، یا بار پالسی، تیموشیکنو (1922) تعداد بسیار زیادی حل تقریبی برای مسائل مختلف تیر ساده تحت بار متحرک ارائه کرد ]20[. مدلهای مشابهی توسط آیره (1950) و



قیمت: 11200 تومان

Leave a Reply

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *