شماره ركورد
34558
پديد آورنده
ميرعبداله اميرحسين
عنوان
بررسي تقويت مقاومت برشي بالاست بازيافتي با استفاده از الياف پليمري
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي خطوط راه آهن
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/10/22
استاد راهنما
دكتر عليرضا طلوع كيان
استاد مشاور
فاقد استاد مشاور
دانشكده
دانشكده مهندسي راه آهن
چكيده
بالاست بهعنوان يكي از اجزاي اصلي روسازي ريلي، نقش مهمي در انتقال بار، پايداري جانبي خط و كنترل تغييرشكلهاي خط ايفا ميكند. بهبود رفتار مكانيكي بالاست، بهويژه مقاومت برشي و رفتار حجمي آن، ميتواند موجب افزايش عمر بهرهبرداري خطوط ريلي و كاهش هزينههاي نگهداري شود. در اين پژوهش، اثر بهكارگيري نوارهاي لاستيكي بهعنوان يك روش تقويت و سازگار با محيطزيست بر رفتار برشي بالاست مورد بررسي قرار گرفته است. بدين منظور، مجموعهاي از آزمايشهاي برش مستقيم بزرگمقياس بر روي نمونههاي بالاست بدون نوار لاستيك و نمونههاي تقويتشده با 6، 12 و 18 نوار لاستيكي تحت سه سطح تنش قائم 50، 100 و 150 كيلوپاسكال انجام شد. پارامترهاي مقاومت برشي شامل زاويه اصطكاك داخلي، چسبندگي و زاويه اتساع از نتايج آزمايشها استخراج و تحليل گرديد. نتايج نشان داد كه وجود نوارهاي لاستيكي بهطور كلي باعث افزايش ظرفيت برشي و كنترل تغييرشكلهاي حجمي بالاست ميشود. در سربار 50 كيلوپاسكال، مقاومت برشي بيشينه در نمونههاي تقويتشده با 6، 12 و 18 نوار بهترتيب حدود 31٪، 47٪ و 67٪ نسبت به نمونه بدون لاستيك افزايش يافت. در سربار 100 كيلوپاسكال نيز اين افزايش بهترتيب 18٪، 23٪ و 34٪ بود. با افزايش تنش قائم به 150 كيلوپاسكال، بيشترين بهبود مقاومت برشي مربوط به نمونه 12 نواري با افزايش 19٪ مشاهده شد، در حالي كه افزايش تعداد نوارها به 18 عدد منجر به بهبود مقاومت نشد. همزمان، تغييرمكان افقي متناظر با تنش اوج در حضور نوارها كاهش يافت كه بيانگر افزايش سختي و بسيج سريعتر مقاومت برشي است. از منظر رفتار حجمي، نتايج نشان داد كه نوارهاي لاستيكي موجب مهار اتساع و افزايش محصورشدگي داخلي بالاست ميشوند. زاويه اتساع در سربار اول از حدود °17 در نمونه بدون لاستيك به °12.6 در نمونه 12 نواري (كاهش 26٪) و به حدود °6.8 در نمونه 18 نواري (كاهش 60٪) كاهش يافت. روندي مشابه در سربارهاي دوم و سوم مشاهده شد كه بيانگر كنترل مؤثر رفتار حجمي با افزايش تعداد نوارها است. با اين حال، كاهش شديد زاويه اتساع در نمونه 18 نواري نشاندهنده محصورشدگي بيشازحد و تمايل رفتار بالاست به خط حالت نرم است. تحليل پارامترهاي مقاومتي نشان داد كه چسبندگي ظاهري با افزايش تعداد نوارها افزايش يافته و در نمونههاي 12 و 18 نواري بهترتيب حدود 2 و 3 برابر نمونه بدون لاستيك شد، در حالي كه زاويه اصطكاك داخلي بهصورت تدريجي كاهش يافت (حدود 8٪ در 12 نوار و 30٪ در 18 نوار). اين رفتار بيانگر آن است كه افزايش بيش از حد نوارها اگرچه چسبندگي را افزايش ميدهد، اما به دليل افت مؤلفه اصطكاكي، ميتواند عملكرد برشي كلي سيستم را تضعيف كند. در مجموع، نتايج اين پژوهش نشان ميدهد كه استفاده بهينه از نوارهاي لاستيكي بازيافتي، بهويژه در آرايش 12 نوار لاستيكي، ميتواند تعادل مناسبي بين افزايش مقاومت برشي، حفظ اصطكاك داخلي و كنترل اتساع برقرار كرده و بهعنوان يك راهكار مؤثر براي بهبود رفتار مكانيكي بالاست در روسازيهاي ريلي مورد استفاده قرار گيرد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/12/02
عنوان به انگليسي
Investigation of Shear Strength Improvement of Recycled Ballast Using Polymeric Fibers
تاريخ بهره برداري
1/12/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
ميرعبداله اميرحسين
چكيده به لاتين
Ballast, as a key component of railway track structures, plays a vital role in load transfer, lateral stability, and controlling permanent deformations. Improving the mechanical behavior of ballast, especially its shear strength and volumetric response, can greatly extend the service life of railway lines and lower maintenance costs. This study examined the effect of using rubber strips as an environmentally friendly reinforcement method on the shear behavior of ballast. To achieve this, a series of large-scale direct shear tests was performed on unreinforced ballast specimens and specimens reinforced with 6, 12, and 18 rubber strips under three normal stress levels of 50, 100, and 150 kPa. Shear strength parameters, including internal friction angle, apparent cohesion, and dilation angle, were determined and analyzed from the experimental results. The findings show that rubber strips generally improve the shear capacity of ballast and help control volumetric deformations. At a normal stress of 50 kPa, the peak shear strength of specimens reinforced with 6, 12, and 18 strips increased by roughly 31%, 47%, and 67%, respectively, compared to unreinforced specimens. At 100 kPa, the corresponding increases were approximately 18%, 23%, and 34%. When the normal stress reached 150 kPa, the greatest shear strength gain was observed in the specimen reinforced with 12 strips, with an increase of about 19%. Increasing the number of strips to 18 did not further improve shear strength. Meanwhile, the horizontal displacement at peak shear stress decreased in reinforced specimens, indicating increased stiffness and quicker mobilization of shear resistance. From a volumetric perspective, results reveal that rubber strips effectively inhibit dilation and promote internal confinement within ballast. The dilation angle at the first normal stress level decreased from about 17° in unreinforced specimens to around 12.6° with 12 strips (a 26% reduction), and further to approximately 6.8° with 18 strips (a 60% reduction). Similar patterns were seen at higher stress levels, confirming the effectiveness of rubber strips in managing volumetric behavior. However, the sharp reduction in dilation angle for specimens with 18 strips suggests excessive confinement and a tendency toward a critical state. Analysis of shear strength parameters showed that apparent cohesion increased with the number of rubber strips, becoming roughly two and three times higher than in unreinforced specimens for the 12- and 18-strip setups, respectively. Conversely, the internal friction angle slightly decreased, reducing by about 8% with 12 strips and approximately 30% with 18 strips. This indicates that, although more strips boost apparent cohesion, the reduced friction component could negatively impact the overall shear performance when excessive reinforcement is used. Overall, this study demonstrates that the best results come from using 12 rubber strips, which balance improvements in shear strength, maintain internal friction, and efficiently control dilation. Therefore, this reinforcement approach offers a promising and sustainable solution for enhancing the mechanical performance of ballast in railway track systems.
كليدواژه هاي فارسي
بالاست راهآهن , نوارهاي لاستيكي بازيافتي , ، آزمايش برش مستقيم بزرگمقياس , مقاومت برشي بالاست , رفتار حجمي بالاست , زاويه اصطكاك داخلي
كليدواژه هاي لاتين
Railway ballast , recycled rubber strips , large-scale direct shear test , ballast shear strength , ballast volumetric behavior , internal friction angle
Author
Amirhossein Mirabdollah
SuperVisor
Dr. Alireza Tolou Kian