پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد
 

بهمن 1393
 

دانشگاه شاهرود
 

دانشکده مهندسی عمران و معماری
 

گروه عمران
 

 
چکیده
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 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 هزینه­ های 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 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 می­شود و سازه دیگر کفایت خدمت دهی ندارد، اما پل همچنان بدون آسیب‌دیدگی باقی می‌ماند. در این حالت با بهره گرفتن 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
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:     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- روش های 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 بهره گرفتن 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