استاد راهنما :
دکتر علی کیهانی
پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد
بهمن 1393
دانشگاه شاهرود
دانشکده مهندسی عمران و معماری
گروه عمران
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
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 کردن خطوط ریلی موجود در راستای نیل به این هدف میباشد. به این ترتیب بایستی وضعیت کنونی خطوط ریلی به دقت مورد مطالعه و مطالعه قرار بگیرد تا نقاط اشکال آن شناسایی گردد. مانند 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 کردن 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 در نظر داشتن عدم وجود آیین نامه و دستورالعملی مناسب به این مقصود برای پلهای راه آهن، و همچنین نیاز روزافزون کشور به توسعه و راه‌اندازی قطارهای سریعالسیر، نیاز به داشتن چنین دستورالعملی احساس میگردد. مطالعه حاضر دستورالعملی صریح و کاربردی به این مقصود ارائه کرده که به گونه کامل در فصل 4 تبیین داده شده می باشد.
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 مطالعه، حداکثر شتاب وسط دهانه پل شناسایی گردید. در این حالت اگرچه شتاب بیش از حد مجاز میگردد و سازه دیگر کفایت خدمت دهی ندارد، اما پل همچنان بدون آسیب‌دیدگی باقی می‌ماند. در این حالت با بهره گیری 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)،“ مطالعه 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 مقصود 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 مقصود مطالعه 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
فصل اول: مقدمه. 1
1-1- مقدمه. 2
1-2- لزوم انجام پژوهش. 3
1-3- نوآوری و اهداف پژوهش. 3
1-4- فرضیات پژوهش. 4
1-5- ساختار فصول پژوهش. 4
فصل دوم: مروری بر کارهای انجام شده قبلی. 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 بهره گیری در ABAQUS. 70
فصل چهارم : دستورالعمل پیشنهادی و مطالعه یک مثال. 77
4-1- دستورالعمل پیشنهادی. 78
4-2- تعیین سرعت حد یک پل واقعی با بهره گیری 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 مطالعه. 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 مطالعه. 91
شکل (4-10) نمایی از پل مورد مطالعه. 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 ستونها.. 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 ارتباط 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
میتوان گفت اولین راه حمل و نقل سریع بشر راه آهن بوده می باشد 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 می باشد 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 می باشد 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[1] آمریکا در سال 2007 که منجر به خسارات جانی و مالی زیادی گردید و بعد از آن شکست یک عضو از پل خرپایی کیسوگوا اوهاشی[2] در ژاپن در اثر یک حادثه نقطه عطف مهمی در شروع سری جدید تحقیقات وسیعتر دانشمندان در زمینه سلامت سنجی پلها بود.[3]
کنترل و مطالعه 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 میگردد. سلامت سنجی سازهای پل زیر مجموعه مدیریت پل محسوب میگردد. مطالعه کفایت خدمت دهی پل در برابر بارگذاریهای جدید مانند مورد هایی می باشد که در مبحث سلامت سنجی سازهای پل به آن پرداخته میگردد. یکی دیگر از زیرمجموعههای علم سلامت سنجی پلها مطالعه پلهای خرپایی و پایداری سازه بعد از شکست یک عضو آن میباشد. اغلب مطالعات انجام شده در این زمینه مربوط به پلهای خرپایی بزرگراهی می باشد، اما در مطالعه حاضر به مطالعه این موضوع در پلهای خرپایی راه آهن پرداخته شده می باشد.
1-2- لزوم انجام پژوهش
کشور ما با جمعیت بالای خود نیازمند یک شبکه حمل و نقل ریلی ایمن و پر سرعت به مقصود جابجایی مسافر می باشد. 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. پس پیش از شروع احداث و بهره‌برداری، لازم می باشد تا کلیه بسترهای آن در کشور مهیا گردد. 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 در نظر داشتن 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 می باشد.
شناخت صحیح رفتار دینامیکی پل برای پیش‌بینی واقعی پاسخ سازه در برابر بارهای جدید، مانند قطارهای سریعالسیر، ضروری می باشد که باعث رسیدن به یک طراحی اقتصادی برای سازههای جدید یا شناسایی منطقی پلهای در حال سرویس و تعمیر میگردد.
1-3- نوآوری و اهداف پژوهش
در این پژوهش، هدف تعیین سرعت حدی مجاز قطارهای سریعالسیر برای عبور از پلهای خرپایی راه آهن میباشد. بدین مقصود روش پیشنهادی روی یک پل واقعی مورد مطالعه قرار گرفته می باشد. در این روش کوشش شده کلیه بندهای آئین نامه‌ایران در نظر گرفته گردد و در صورت نیاز از آئین نامه اروپا بهره گیری شده می باشد.
بعلاوه در این مطالعه به مطالعه رفتار دینامیکی پل بعد از شکست عضو بحرانی پرداخته شده می باشد. هدف مطالعه کفایت باربری پل بعد از شکست در عضو یا اعضای بحرانی می باشد.
با در نظر داشتن 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 می باشد. از جنبههای نوآوری مطالعه حاضر مطالعه 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 می باشد.
1-4- فرضیات پژوهش
- تنها اثرات قائم بارگذاری ناشی از وسیله نقلیه در نظر گرفته میگردد.
- فرض می گردد شکست در عضو یا اعضای بحرانی قبل از عبور قطار رخ داده می باشد.
1-5- ساختار فصول پژوهش
با در نظر داشتن 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 پژوهش به نحوی مطلوب انجام گیرد.
این پایان‌نامه در پنج فصل و به تبیین ذیل تدوین شده می باشد:
در فصل اول مقدمه و کلیاتی درمورد طریقه پژوهش، اظهار شده می باشد.
در فصل دوم مفاهیم و تعاریف پایه مرتبط با موضوع پژوهش و مروری بر کارهای انجام شده قبلی ارائه شده و به گونه اختصار تبیین داده شدهاند.
در فصل سوم معرفی روشها و کارهای گذشته با جزییات بیشتر، مطالعه آیین نامههای رایج در این زمینه، انتخاب نرم افزار مناسب و توضیحاتی در مورد نرم افزار ABAQUS ارائه میگردد.
در فصل چهارم روش پیشنهادی شامل پارامترهای کنترلی و تکنیکهای مدلسازی ارائه و به مطالعه آن‌ها قالب مطالعه موردی پل خرپایی راه آهن ورامین پرداخته میگردد. صحت سنجی نتایج نرم افزار نیز با مقایسه نتایج آن با یک آزمایش میدانی انجام میگردد؛ و در انتها نتایج خروجیهای نرم افزار ارائه و تحلیل میگردد.
فصل پنجم در این فصل با در نظر داشتن خروجیهای نرم افزاری که در فصل چهارم ارائه شده نتیجهگیری میگردد. در پایان پیشنهاد‌هایی برای تحقیقات و مطالعات آتی در این زمینه ارائه میگردد.
[1] Minnesota
[2] Kisogowana Ohashi
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
تعداد صفحه :168
قیمت : 14700 تومان
