22863

بررسي مقاومت برشي بالاست تقويت‌شده با پلي اورتان به كمك آزمايش برش مستقيم بزرگ‌مقياس

كارشناسي ارشد

مهندسي خط و سازه هاي ريلي

1399-1400

1399/9/1

دكتر جبارعلي ذاكري سردرودي

دكتر مرتضي اسمعيلي

راه آهن

اغلب خطوط بالاستي نواحي شرقي و جنوب شرقي ايران بر مناطقي ماسه گير بناشده است كه اين امر باعث ايجاد مشكلاتي اساسي ازجمله نفوذ شن و ماسه به خلل و فرج بالاست، آلودگي خط و كاهش مقاومت برشي مي‌گردد. به اين منظور مواد پلي اورتاني براي بهبود رفتار خطوط بالاستي و افزايش مقاومت برشي آن، مورداستفاده قرار مي‌گيرد. در اين پايان‌نامه با تزريق پلي اورتان فيلتر هواي سنگين (توليدشده توسط شركت كبودان شيمي زرين) به بالاست معدن شهريار و انجام آزمايش برش مستقيم بزرگ‌مقياس توسط دستگاه جعبه برش كه در دانشكده راه‌آهن دانشگاه علم و صنعت ايران موجود است، پارامترهاي برشي بالاست تقويت‌شده با پلي اورتان را استخراج كرده و موردبررسي قرارداديم. لازم به ذكر است كه براي ساخت پلي اورتان موردنظر و دست‌يابي به نسبت بهينه‌اي از پلي اول و ايزوسيانات، آزمايش‌هاي فشار بر روي نمونه‌هاي پليمري مكعبي و نمونه‌هاي استوانه‌اي بالاست تقويت‌شده با پلي اورتان با نسبت‌هاي مختلفي تعريف گرديد كه نهايتاً بر طبق نتايج حاصل، نسبت 2 واحد پلي اول به 1 واحد ايزوسيانات مورد تائيد قرار گرفت و از اين نسبت براي ساخت پلي اورتان لازم جهت تزريق به نمونه‌هاي آزمايش جعبه برش استفاده شد. آزمايش‌ها جعبه برش با استفاده از 3 سربار 50، 100 و 150 كيلو پاسكال انجام گرفت. به‌عنوان‌مثال نتيجه شد كه پس از تزريق پلي اورتان به بالاست حداكثر تنش برشي در سربار 150 كيلو پاسكال از205.9 به 324.7 كيلو پاسكال(57.73 درصد) و همچنين مدول برشي بالاست تقويت‌شده با پلي اورتان نسبت به بالاست بدون پلي اورتان از2499.5 به 3865.3 كيلو پاسكال(54.6) درافزايش‌يافته است كه اين نشان‌دهنده‌ي عملكرد بهتر بالاست در حضور پلي اورتان است. همچنين به‌تبع آن مي‌توان نتيجه گرفت كه مقاومت برشي و مقاومت جانبي افزايش مي‌يابد كه افزايش مقاومت جانبي مي‌تواند مانع انحراف جانبي خط گردد و ايمني خط را افزايش دهد. بر اساس پوش گسيختگي موهر كلمب زاويه اصطكاك داخلي بالاست تقويت‌شده با پلي اورتان از 41.97 به 45.97درجه (9.5درصد) و همچنين افزايش ضريب چسبندگي بالاست تقويت‌شده با پلي اورتان از 64.67 به 168.37كيلو پاسكال (160.35درصد) نسبت به بالاست بدون پلي اورتان كه نشان‌دهنده‌ي افزايش پارامترهاي برشي بالاست است.

1399/09/17

Evaluation of shear strength of polyurethane-reinforced ballast using large-scale direct shear test

11/21/2020 12:00:00 AM

Most of the ballasted tracks in the eastern and southeastern regions of Iran are built on sandy areas, which causes major problems such as sand penetration into the ballast pores, track fouling and decrease of shear strength. Therefore, polyurethane materials are used to improve the behavior of the ballasted tracks and increase its shear strength. In this thesis, by injecting polyurethane air filter (produced by Kaboudan Shimi Zarrin Company) into the ballast of Shahriar mine and performing the direct shear test in large scale by shear box machine available in the Railway Faculty of Iran University of Science and Technology, We extracted shear parameters of polyurethane-reinforced ballast and investigated them. It should be noted that in order to make the desired polyurethane and achieve the optimum ratio of polyol and isocyanate, pressure tests on cubic polymer samples and cylindrical polyurethane-reinforced ballast samples with different ratios were defined and finally, based on the results, the ratio of 2 polyol units to 1 isocyanate unit was confirmed, and this ratio was used to make polyurethane for injection into the shear box test specimens. The shear box tests were performed using 3 different loads of 50, 100 and 150 kPa. For an instance, it was concluded that after injection of polyurethane to the ballast, the maximum shear stress at the load of 150 kPa has increased from 205.9 to 324.7 kPa(57.73%), indicating better performance of ballast in the presence of polyurethane. It can also be concluded that the shear strength and lateral strength increase which the increasing in the lateral strength can prevent lateral track deflection and also increase track safety. Based on the mohr coulomb failure envelope ,the internal friction angle has increased from 41.97 to 45.97 degree(9.5%) compared to the non-polyurethane specimens, and the adhesion coefficient for the polyurethane-reinforced ballast has increase from 66.67 to 168.37 kPa (160.35%), indicating a signifcant improvement in ballast shear parameters.