28591

ارزيابي منحني هاي شكنندگي در خطوط ريلي مستقيم بالاستي

كارشناسي ارشد

مهندسي خطوط راه آهن

1397

1401/12/09

دكتر مرتضي اسماعيلي

مهندسي راه آهن

حمل و نقل ريلي يكي از مهمترين شيوه هاي حمل و نقل مي باشد و ايمني بالا يكي از بزرگترين مزيّت هاي آن نسبت به ساير گونه هاي حمل و نقل مي باشد. اجتناب ناپذير بودن و تصادفي بودن پديده ي زلزله از جمله مهمترين تهديدات اين مزيّت نسبي به شمار مي رود. تهيه ي منحني هاي شكنندگي يكي از بهترين راه ها براي پيش بيني رفتار همه ي سازه ها از جمله خطوط ريلي در برابر زلزله است و باعث ايجاد آمادگي هاي لازم براي مقابله با زلزله پيش از وقوع آن مي شود. در اين مطالعه ابتدا يك مدل سه بعدي اجزاء محدود از خط ريلي مستقيم بالاستي در نرم افزار SAP2000 توسعه داده شد، سپس اين مدل با يك كار آزمايشگاهي اعتبار سنجي شد. در اين مطالعه روش تحليل تاريخچه زماني غير خطي از ميان انواع روش هاي تحليلي برگزيده شد و پس از معرفي طول بحراني خط به عنوان طولي كه بدترين پاسخ ها در برابر زلزله در آن مشاهده مي شود ، با گسترش خط و اعمال زمين لرزه هاي مختلف و انجام تحليل، اين طول براي 35 ركورد لرزه اي تعيين گرديد. از نوآوري هاي اين مطالعه اثبات اين موضوع است كه طول بحراني براي هر ركورد زلزله ، طول متفاوتي است، برخلاف تحقيقات پيشين كه تصور مي شد طول بحراني براي خط ريلي عددي منحصر به فرد است. در اين مطالعه بيشينه شتاب زمين به عنوان معيار شدت و تغييرمكان جانبي ريل به عنوان پارامتر تقاضاي مهندسي درنظر گرفته شد و چهار شاخص خسارت روي آن تعريف شد.سپس با استفاده از نتايج تحليل تاريخچه زماني و پس از معرفي مفاهيم آماري و روابط احتمالاتي شكنندگي ، منحني هاي شكنندگي براي خط مستقيم بالاستي رسم شدند. به منظور ارزيابي تأثير مقاومت جانبي بالاست بر رفتار لرزه اي خطوط بالاستي ، حداكثر مقدار مقاومت جانبي بالاست 50 درصد كاهش و 50 درصد افزايش يافت و منحني هاي شكنندگي براي آن ها نيز رسم شدند. نتايج نشان مي دهد احتمال رخداد خرابي كامل در شتاب g 1 براي خط با مقاومت جانبي مرجع بالاست 47 درصد ، براي خط با مقاومت جانبي بالاست 50 درصد كمتر از مقاومت مرجع 96 درصد و براي خط با مقاومت جانبي بالاست 50 درصد بيشتر از مقاومت مرجع 10 درصد مي باشد. بنابراين مي توان نتيجه گرفت خطوط ريلي با مقاومت جانبي كمتر بالاست در برابر زلزله بسيار آسيب پذير تر هستند. به عبارت ديگر با كاهش مقاومت جانبي بالاست، به ازاي يك احتمال فراگذشت ثابت، خط ريلي براي رسيدن به يك سطح خرابي، شتاب كمتري تقاضا خواهد كرد.

1402/05/22

Assessment of Fragility Curves in Straight Ballasted Railway Tracks

2/28/2024 12:00:00 AM

Rail transportation is one of the most important modes of transportation and high safety is one of its biggest advantages over other types of transportation.The inevitability and randomness of the earthquake phenomenon are among the most important threats to this relative advantage. Preparing fragility curves is one of the best ways to predict the behavior of all structures, including railway lines, against earthquakes, and it creates the necessary preparations to deal with earthquakes before they occur. In this study, first, a three-dimensional finite element numerical model of the straight ballasted railway was developed in SAP2000 software, then this model was validated with a laboratory work. In this study, the non-linear time history analysis method was chosen among various analytical methods. After introducing the critical length of the Track as the length where the worst responses to earthquakes are observed, by extending the Track and applying different earthquakes and performing analysis, this length was obtained for 35 seismic records. One of the innovations of this study is proving that the critical length for each earthquake record is a different length, unlike previous researches that thought that the critical length for the Track is a unique value. In this study, the Peak Ground Acceleration (PGA) was considered as Intensity Measure (IM), and lateral displacement of the rail was considered as Engineering Demand Parameter (EDP), and four damage indicators were defined on it. Then, using the results of time history analysis and after introducing statistical concepts and probabilistic Equations of fragility, fragility curves were drawn for the ballasted straight track. In order to investigate the influence of ballast lateral resistance on the seismic behavior of ballasted track, the characteristics of ballast lateral resistance were reduced by 50% and increased by 50%, and fragility curves were also drawn for them. The results show that the probability of complete failure at 1g acceleration is 47% for the track with reference lateral resistance, 96% for the track with 50% less than the reference lateral resistance and 10% for the track with 50% higher than the reference lateral resistance. Therefore, it can be concluded that railway track with lower lateral resistance of ballast are much more vulnerable to earthquakes. In other words, with the reduction of ballast lateral resistance, for a fixed failure probability, the railway track will demand less acceleration to reach a failure level.

منحني هاي شكنندگي , آسيب پذيري لرزه اي , تحليل هاي ديناميكي غيرخطي , تحليل تاريخچه زماني غيرخطي , طول بحراني , مدل سه بعدي اجزاء محدود , تحليل حساسيت مقاومت جانبي بالاست

fragility curves , seismic vulnerability , nonlinear dynamic analysis , nonlinear time history analysis , critical length , 3D finite element model , ballast lateral resistance sensitivity analysis

Mehrdad Jozdani

Dr. Esmaeili