22976

بررسي عددي – ميداني تأثير فرش بالاست (UBM) بر رفتار ديناميكي پل بتني دال‌تخت راه‌آهن (مطالعه موردي پل كيلومتر 755+25 خط 5 متروي تهران)

كارشناسي ارشد

مهندسي خطوط راه آهن

1395

1398/10/9

دكتر مرتضي اسماعيلي

راه آهن

فرش بالاست (UBM) به لايه‌هاي ارتجاعي يكپارچه¬اي اطلاق مي‌شود كه از فوم‌هاي پلي‌اورتان‌ صنعتي و پلاستيك سلولي و يا خرده لاستيك بازيافتي برجهنده و الاستيك ساخته مي‌شود و مهمترين مشخصه‌هاي آن مدول استاتيكي و ديناميكي آن‌ها است. اين لايه‌ها كه اخيرا كاربرد زيادي در صنعت ريلي جهان پيدا كرده‌اند به منظور حفاظت از بالاست و خوردگي آن با افزايش ناحيه‌ي تماس بالاست و توزيع بهتر بارها، به‌كارگيري در نواحي انتقال براي كاهش نشست‌هاي غيريكنواخت و ضربه‌هاي وارده به خط و همچنين كاهش نويز و ارتعاشات انتقال‌يافته از خط به سازه‌هاي اطراف در خطوط ريلي استفاده مي‌شود و مهم‌ترين هدف اين فرش‌ها نيز كنترل و كاهش صدا و ارتعاشات در خطوط ريلي است. از آن‌جا كه تاكنون فرش‌هاي يكپارچه‌ي توليد شده توسط خرده لاستيك با دانه‌بندي مخصوص در داخل كشور تحقيقي صورت نگرفته است و به منظور مقايسه كاركرد و دوام آن‌ها در مقايسه با فرش‌هاي پليمري (پلي‌اورتان)، در اين تحقيق به منظور كنترل ارتعاشات (خيز و شتاب‌هاي قائم سيستم خط و سازه‌ي ريلي)، يك پل بتني در خط 5 متروي تهران، نزديك به ايستگاه اتمسفر، در كيلومتر 755 + 25 مورد مطالعه‌ي موردي قرار گرفته است كه با اجراي فرش‌هاي ارتجاعي بالاست از جنس خرده‌لاستيك، ميزان ارتعاشات خطوط و عملكرد سازه‌ي پل قبل و بعد از نصب اين فرش‌ها، به علاوه‌ي كارايي اين فرش‌ها مورد بررسي قرار گيرد. به علاوه با استفاده از برنامه‌نويسي در نرم‌افزار متلب به تحليل عددي حركت يك لوكوموتيو بر روي خط واقع شده بر روي يك پل بتني و بررسي پارامترهاي فيزيكي و مكانيكي لايه‌ي ارتجاعي، پل و اجزاي خط آهن و ناوگان پرداخته شده است تا ضمن بررسي اثرات پارامترهاي مذكور (نظير بار محوري، سرعت حركت لوكوموتيو، نوع فرش و ...) بر خط و سازه، طراحي لايه‌هاي ارتجاعي فرش بالاست و بهينه‌سازي هزينه‌هاي نگداري خطوط و سازه‌ي پل مورد تحقيق قرارگيرد. نتايج به دست آمده از اين تحقيق نشان مي‌دهد كه استفاده از اين‌گونه فرش‌هاي ارتجاعي بالاست، انعطاف‌پذيري قائم خط و سازه‌ي ريلي در همه‌ي شرايط افزايش مي‌دهد كه اين موضوع با افزايش تغييرشكل‌هاي قائم روسازي خط، كاهش تغييرشكل‌هاي قائم عرشه‌ي پل و نيز كاهش شتاب‌هاي قائم وارده به خط و سازه‌ي پل همراه خواهد بود. به علاوه افزايش بار محوري بيشترين تأثير را بين فاكتورهاي بررسي شده بر مقادير تغييرشكل‌هاي قائم خط و عرشه دارا مي‌باشد و سرعت نيز اثرگذارترين پارامتر بر مقادير شتاب‌هاي قائم خط و سازه است. همچنين تغييرات سرعت و مقاومت فشاري بتن عرشه‌ي پل، اثر محسوس و قابل توجهي بر تغييرشكل‌هاي قائم خط و عرشه‌ي پل ندارد. به علاوه تغيير نوع فرش (استفاده از فرش سخت يا نرم‌تر) در خط، تغييرشكل‌هاي قائم روسازي خط را كاهش مي‌دهد اما شتاب‌هاي قائم عرشه‌ي پل را نيز به ميزان كمي تشديد مي‌كند.

1399/09/26

Numerical-Field Study of the Effect of Under Ballast Mat (UBM) On Dynamic Behavior of the Railway Concrete Flat Plate Bridge (Case study of 25+755 km Bridge of Tehran Metro Line 5)

12/29/2020 12:00:00 AM

“Under Ballast Mat” (UBM) refers to integrated elastic layers made of industrial and cellular polyurethane foam or resilient and elastic recyclable granular rubber, and their most important characteristics are their static and dynamic modulus. These layers have recently become widely used in the world rail industry to protect ballast and its corrosion by increasing contact area and distributing loads more efficiently, utilizing in “Transition Zones” to reduce non-uniform settlements and load impacts, as well as reduce transmitted noise and vibrations from railway tracks to the surrounding structures. The most important purpose of these mats is to mitigate noise and vibrations in railway tracks. In this study, in order to control the vibrations (vertical deflections and accelerations of rail system and structure), a concrete bridge at the Tehran Metro Line 5, in 25 + 755 km, near the “Atmosphere” station, was studied. The vibration rate and performance of the bridge structure before and after installation of these high elastic mat was examined. In addition, numerical analysis of the movement of an on-line locomotive on a concrete bridge and the physical and mechanical parameters of the resilient layer, bridge, and rail and fleet components are studied to investigate the effects of these parameters (Such as axial load, speed of locomotive movement, mats type, etc.) on superstructure of railway tracks and bridge structures using programming in MATLAB software. The design UBM is also investigated in order to optimize the maintenance costs of the railway tracks and bridge structures. The results of this study show that the application of “Under Ballast Mats”, increasing the vertical flexibility of the superstructure and substructure under all conditions. Although increasing vertical superstructure deformations, decreasing vertical bridge deck deformations and decreasing vertical acceleration to the tracks and the bridge structure will be along. In addition, the increase in axial load had the greatest effect on the investigated factors on the values of the vertical deformations of superstructure and deck. And velocity was also the most effective parameter on the values of the track and structural vertical acceleration. As well, changes in speed and compressive strength of bridge deck concrete have no effect on vertical track and bridge deck deformations. Also, changing the type of mats (using harder or softer mats) in the track, reduces the vertical deflections of the superstructure, but increase the vertical acceleration of the bridge deck.