دینامیکی، آهن، قطار، بارگذاری، میپردازد.، میرایی

د 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

این نوشته در پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

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