20998

۲۰۹۹۸

مطالعه عددي و ميداني سهم بالاست در ظرفيت كمانش خط

دكتري

مهندسي خط و سازه هاي ريلي

۹۱-۹۸

۱۳۹۸/۰۴/۰۴

دكتر مرتضي اسماعيلي - دكتر سعيد محمدزاده

راه آهن

خطوط ريلي پيوسته، بدليل برخورداري از مزاياي متعدد، بطور گسترده¬اي جايگزين خطوط درزدار شده¬اند؛ اما وقوع پديده كمانش حرارتي از معضلات خطوط پيوسته است. موضوع اين پژوهش به بررسي تاثير مشخصات هندسي و مكانيكي لايه بالاست بر ظرفيت كمانش خط اختصاص يافته¬است. در اين راستا يك خط آزمايش در ايستگاه راه¬آهن آپرين احداث و تجهيز شده و آزمايش¬هاي تعيين مقاومت جانبي و طولي بالاست و آزمايش كمانش خط بر روي آن اجرا شده¬است. آزمايش مقاومت جانبي بالاست با روش اجزاءمجزا شبيه¬سازي شده و مطالعات پارامتريك مقاومت جانبي بالاست با تغيير ضخامت، عرض شانه، ارتفاع شانه، ضريب اصطكاك بين ذره¬اي و درصد تخلخل انجام شده¬است. در مرحله بعد شبيه¬سازي اجزاءمحدود كمانش حرارتي خط انجام شده و پاسخ¬هاي بدست آمده از مطالعات پارامتريك اجزاءمجزا بر روي مقاومت جانبي بالاست براي تعريف فنر جانبي بالاست در مدل اجزاءمحدود خط بكار رفته¬است. سپس، تغييرات ظرفيت كمانش خط با تغيير مشخصات فنر جانبي بالاست بررسي شده¬است. نتايج اين پژوهش نشان مي¬دهد كه در لايه بالاست شبيه¬سازي شده، با cm 10 افزايش ضخامت بالاست بطور متوسط نيروي مقاوم جانبي 11.56% كاهش مي¬يابد. با افزايش عرض شانه از cm 20 تا 40 مقاومت جانبي 6.8% افزايش داشته، اما با افزايش عرض شانه به بيش از cm 40 تغييري در مقاومت جانبي ايجاد نمي¬گردد. به ازاي هر cm 10 كاهش ارتفاع شانه مقاومت جانبي بطور متوسط 5.59% كاهش يافته و با اضافه نمودن گرده¬ماهي به ارتفاع cm 10 مقاومت جانبي نسبت به شانه مسطح 13.86% افزايش يافته¬است. با تغيير ضريب اصطكاك بين¬ذره¬اي از 0.6 تا 1 بطور متوسط به ازاي هر 0.1 افزايش مقاومت جانبي 13.88% افزايش يافته-است. با تغيير درصد تخلخل لايه بالاست از 50% تا 35% بطور متوسط با هر 5% كاهش درصد تخلخل، مقاومت جانبي 12.06% افزايش يافته¬است. دماي حداكثر و حداقل كمانش متناسب با افزايش يا كاهش مقاومت جانبي تغيير مي¬نمايد و نرخ تغييرات دماي حداكثر، بزرگتر است.

1398/06/16

Numerical and field investigation of the ballast influence on the CWR buckling capacity

6/24/2020 12:00:00 AM

Continues welded rail (CWR) tracks have been broadly replaced the jointed rails due to their numerous benefits, but thermal buckling phenomenon is a probable challenge for CWR track. This project is concerned to investigate the effect of geometrical and mechanical specifications of ballast layer on the thermal buckling capacity. To this aim, a test track in the Aprin railway station is constructed and outfitted to conduct different tests including: Single Tie (sleeper) Push Test (STPT), Ballast longitudinal resistance test and track buckling test. Ballast lateral resistance test that is known as STPT is simulated using DEM and results are validated with the field data. Then, the sensitivity of ballast lateral resistance to ballast specifications including under sleeper ballast depth, shoulder width, shoulder height, inter particle coefficient of friction and ballast porosity is analyzed. In the next step, thermal buckling of CWR track is simulated using FEM and model is validated with the existing literature. The lateral force-displacement responses that have been obtained in the DEM analysis are imported to the finite element model to represent ballast lateral nonlinear spring. Afterwards, the effect of ballast specifications on the track buckling capacity is parametrically studied. Results of the parametric studies have been proved that the average decrement of ballast lateral resistance due to every 10 cm increase of ballast depth is 11.56%. Ballast lateral resistance have been increased by 6.8% due shoulder width increment from 20 cm to 40 cm, but the effect of more increase upper than 40 cm was negligible. When ballast shoulder height is reduced to half of the sleeper height, ballast lateral resistance decrement comparing to flat shoulder condition is 10.89%, and if the shoulder is completely removed the mentioned decrement is 26.20%. The gibbous shaped part on the flat shoulder have been resulted to 13.86% increase in the ballast lateral resistance. Due to every 0.1 increment of inter particle coefficient of friction from 0.6 to 1, ballast lateral resistance have been increased by average value of 13.88%. The average decrease of ballast lateral resistance due to every 5% increment of BP is found to be 12.06%. Track buckling temperatures (TMax and Tmin) have been changed due to the variations of ballast lateral resistance, and the variation of TMax is more significant.