21359

21359

بررسي تاثير الگوي بار در ارزيابي قابليت اعتماد پل هاي فلزي در راه آهن تحت خرابي خستگي

كارشناسي ارشد

خط و سازه هاي ريلي

1395

1398/4/16

دكتر سعيد محمدزاده

راه آهن

پل¬هاي راه¬آهن، بخش مهمي از سيستم حمل و نقل ريلي را تشكيل مي¬دهند. عملكرد صحيح آن¬ها در مسائل مختلف اقتصادي، سياسي، توسعه و امنيت كشورها تاثير بسزايي دارد لذا همواره تلاش برآن است كه هزينه¬هاي تحميلي در اثر خرابي¬ها و تعميرهاي پيش¬بيني نشده به حداقل ممكن برسد. از آنجايي كه پل¬هاي راه¬آهن در معرض بارهاي تكرار شونده قرار دارند، ممكن است در تنش¬هايي كمتر از تنش مجاز دچار شكست شوند. خرابي¬هاي ناشي از خستگي، اعم از ترك¬ها يا عيوب سطحي و شكستگي¬هايي كه در اثر آن¬ها رخ مي¬دهند، يكي از مهمترين عوامل فروريختن پل¬ها مي¬باشد از طرفي خستگي در ذات خود پديده¬اي تصادفي و داراي عدم قطعيت است. خصوصيات تصادفي بارهاي ترافيكي اعمالي و نيز ماهيت تصادفي پارامترهاي موثر در مقاومت و باربري پل¬ها، ضرورت بكارگيري روش¬هاي احتمالاتي در برآورد مقاومت خستگي سازه و تعيين عمر آن را آشكار مي¬نمايد. در مسائل مهندسي براي بررسي عدم قطعيت¬ها از تئوري قابليت اعتماد استفاده مي¬شود. در اين تئوري با در نظر گرفتن پارامترهاي تصادفي، احتمال شكست سازه محاسبه مي¬ شود. لذا جهت بررسي مقاومت خستگي پل و تعيين عمر سازه و همچنين تعيين نقاطي كه در آنها احتمال شكست خستگي بيشتر است از تئوري قابليت اعتماد استفاده مي¬¬شود. با توجه به اهميت موضوع در اين پروژه تاثير الگوي بار در قابليت اعتماد پل¬هاي فلزي تحت خرابي خستگي مورد بررسي قرار گرفته است. رويكرد اصلي در تحليل خرابي خستگي در اعضا و اتصالات پل، استفاده از منحني S-N مي¬باشد. با درنظر گرفتن الگوي بار و مقاومت خستگي به عنوان متغيرهاي تصادفي در تحليل خستگي، عملكرد سازه بايستي با استفاده از روش¬هاي احتمالاتي و تئوري قابليت اعتماد مورد بررسي قرار گيرد. در اين پايان¬نامه پل نكا به عنوان مورد مطالعاتي در نظر گرفته شد و تحليل قابليت اعتماد در گاست پليت به عنوان عضو مهمي در اتصالات پل¬هاي خرپايي، انجام گرفت. با استفاده از روش شبيه سازي مونت كارلو، شبيه¬سازي ترافيك عبوري انجام گرفت. در اين شبيه¬سازي تعداد واگن¬هاي هر قطار، بار محوري واگن¬ها و تعداد قطارهاي باري و مسافري عبوري در سال تصادفي در نظر گرفته¬شد. آسيب خستگي تحت تاثير دو پارامتر مهم دامنه¬ي تنش موثر و تعداد سيكل¬هاي بارگذاري است. براي محاسبه¬ي دامنه¬ي تنش موثر بايستي تاريخچه زماني تنش تحت اثر بارهاي عبوري تعيين شود. با فرض اينكه تمام المان¬هاي پل تحت بارگذاري طراحي در ناحيه الاستيك باقي مي¬مانند و طيف بارگذاري موجود پل از بارگذاري طرح تجاوز نمي¬كند و همچنين قانون جمع آثار قوا خط تاثير تنش نقاط مختلفي از گاست پليت با استفاده از مدل اجزا محدود سازه در نرم افزار آباكوس، بدست آمد. سپس در نرم افزار متلب، بار شبيه سازي شده از خط تاثير تنش هر نقطه عبور داده شد و بدين صورت تاريخچه تنش در نقاط مورد نظر حاصل شد. با استفاده از روش شمارش سيكل " جريان باران " و قانون ماينر، دامنه تنش معادل و تعداد كل سيكل بارگذاري به ازاي عبور بار محاسبه شد. با تكرار اين روند به تعداد كافي، تابع توزيع احتمالاتي، ميانگين و ضريب تغييرات دامنه تنش معادل و تعداد كل سيكل بارگذاري بدست آمد. با استفاده از دامنه¬ي تنش معادل و تعداد كل سيكل¬هاي بارگذاري در اثر عبور بار شبيه¬سازي شده، تابع توزيع احتمالاتي و پارامترهاي آماري آسيب تجمعي خستگي در دوره زماني 10 تا 50 سال محاسبه شد. با در نظر گرفتن مقاومت خستگي به عنوان پارامتر تصادفي و با تعريف تابع حالت حدي به صورت نسبت آسيب تجمعي خستگي به مقاومت خستگي، شاخص قابليت اعتماد گاست پليت در دوره¬ زماني 10 تا 50 سال بدست آورده شد. مقايسه¬ي نتايج تحليل قابليت اعتماد نقاط مختلف نشان مي¬دهد شاخص قابليت اعتماد در نقاط اتصال گاست پليت به لبه¬هاي تير اصلي و تيرهاي مورب كمتر از ساير نقاط است لذا احتمال شكست در اين نقاط بيشتر از ساير نقاط گاست پليت است. كلمات كليدي: پل فولادي ، الگوي بار تصادفي ، تحليل خستگي ، گاست پليت ، تحليل قابليت اعتماد

1398/09/02

Impact Of Load Pattern On Fatigue Reliability Assessment Of Steel RailWay Bridge

7/7/2019 12:00:00 AM

Railway bridges subject to a wide range of repeatitive stresses whose responsible for failure in stresses lower than allowable stress. Therefore, it is essential to analyze the fatigue damage in bridge elements and connections. The main approach in fatigue damage analysis in bridge elements and connections is carried out using S-N diagram. Considering the load pattern and fatigue strength as the random variables in fatigue analysis, the structure performance shall be assessed utilizing probability methods and theory of reliability. Reliability analysis was carried out in gusset plate as a vital element in connections of truss bridges. The results of reliability analysis in the time intervals of 10 to 50 years on its different points demonstrate that the reliability index in connection points of gusset plate to the main girder and diagonal beams is less than other points, so the failure probability in such points is less in comparison with another points of gusset plate. Keywords: Steel bridge; random load pattern; fatigue analysis; gusset plate; reliability analysis.