مقاله تاثیر سختی جانبی پابند بر رفتار جانبی سازه خط آهن

بخشی از مقاله

تاثیر سختی جانبی پابند بر رفتار جانبی سازه خط آهن

چکیده

اجزاي خطوط راه آهن به منظور تحمل و انتقال نیروهاي وارده از طرف قطار به بستر طراحی می شوند. نیروهاي وارده بر خطوط متناسب با محل قرارگیري آنها در مسیر, نیروهاي متفاوتی می باشند. در قوس هاي مسیر به علت نیروي گریز از مرکز قطار, نیروي جانبی وارده به ریل قابل توجه می باشد. این نیرو باید توسط فنر پابند به تراورس منتقل شده تا مقاومت جانبی تراورس, نیروي وارده را خنثی نماید. در این مقاله با استفاده از نرم افزار sap2000 چند نمونه مدل سازه خط آهن به طول 9 متر, متشکل از 16 تراورس با پابندهاي متفاومت از نظر مقدار سختی جانبی, ساخته شده است. حداکثر نیروي جانبی که احتمال دارد در اثر ضربات شدید به ریل وارد شود, به سازه مدل شده خط وارد شده است. در اثر اعمال نیرو به ریل, اختلاف جابجایی ریل نسبت به تراروس, خیز ریل و غیره... محاسبه و ارائه شده است. از نتایج بدست آمده می توان به میزان تاثیر سختی پابند بر اختلاف جابجایی بین ریل و تراورس اشاره کرد و به میزان استفاده از مقاومت جانبی تراورس پی برد. با پی بردن به میزان تاثیر سختی پابند بر جابجایی جانبی تراورس, می توان با توجه به میزان اهمیت مسیر راه آهن, سختی بهینه پابند را تعیین نموده و باعث ایجاد مقاومت جانبی لازم براي خطوط آهن شد.

کلید واژه ها : فنر پابند , تراورس , سختی جانبی , مقاومت جانبی

. 1 مقدمه

خط آهن بدلیل اینکه مدام در معرض انواع نیروها (تغییر درجه هوا و بارهاي قطار) قرار دارد, احتمال ایجاد اشکالات زیادي در مسیر آن وجود دارد و باید بطور مرتب به این اشکالات رسیدگی شود. یکی از قسمت هاي بسیار مهم خط آهن که کمتر به چشم می آید و ایجاد آسیب در آنها می تواند باعث صدمات فراوانی به سازه شود, پابندها می باشند. پابندها قطعاتی هستند که وظیفه اتصال ریل به تراورس بر عهده آنها است و جهت جلوگیري از جابجایی ریل مورد استفاده قرار می گیرند. در طی زمان بهره برداي, احتمال کاهش سختی و شل شدن پابندها وجود دارد. با ایجاد سختی کافی براي پابندها در هنگام ساخت و نگهداري هاي لازم و به موقع, می توان مانع بروز اشکالات احتمالی در زمان بهره برداري از خط آهن شد و هزینه هاي نگهداري خط آهن را با این کار می توان به میزان قابل توجهی کاهش داد. هدف از ارائه این مقاله, بررسی نقش سختی پابندها و میزان تاثیرگذاري آن بر روي مقاومت جانبی تراورس ها می باشد. مطالعات گسترده اي در خصوص پابندها و رفتار آنها ارائه شده است که می توان به آزمایشات استاتیکی و دینامیکی 6]و[7 اشاره کرد .

. 2 اجزاي سازه خط آهن

سازه خط آهن از اجزاي مختلفی شامل بستر خاکی, بالاست, تراورس, ریل و پابندها تشکیل شده است(شکل .(1

ریل مهمترین جزء روسازي بوده و تراورس جهت انتقال بار چرخ به بالاست نقش مهمی را به عهده دارد. اتصال ریل به تراورس نیز به کمک پابندها صورت می گیرد. پابندها ابتدا بصورت پابندهاي صلبی بوده ولی به مرور زمان طراحی پابندهاي ارتجاعی به افزایش سرعت قطارها کمک کرده است بطوریکه با استفاده از پابندهاي فنري, سرعت قطارها به طور عملیاتی تا 350 km/h و به صورت آزمایشی تا 574/6 km/h (آزمایش sncf فرانسه در سال (2008 رسیده است.

شکل –1 سازه خط آهن

. 3 مقاومت جانبی انواع بالاست

مقاومت جانبی به کیفیت لایه دانه اي بالاست بستگی دارد.[1] مقادیر تقریبی زیر جهت محاسبه ارائه شده است :
شن گرد, غیرشکسته : کاهش %35-30
شن گرد, شکسته : مشابه دانه بندي گرید 1 بالاست
بالاست ریزدانه : (30*10) کاهش 5تا %10
بالاست درشت دانه : (150*80) افزایش %20
مقادیر فوق الذکر نسبت به بالاست عادي با دانه بندي شماره 20) 1 تا 60 میلیمتر) (%100) ارائه شده اند.

. 4 مدل سازي خط آهن

مدل هاي ساخته شده داراي طولی معادل 9 متر می باشند و براي ساخت آنها از 16 تراورس بتنی B70 به طول هاي 2/6 استفاده شده است. ریل هاي استفاده شده در این مدل ها از نوع UIC60 می باشند که در فاصله 150 سانتیمتري از هم بر روي تراورس ها واقع شده اند. براي مدل سازي ریل و تراورس ها از المان هاي solid استفاده کرده ایم. همچنین براي ایجاد پابند ها و اثر بالاست بر تراورس از المان هاي Link استفاده شده است.

. 5 نتایج جابجایی جانبی ریل نسبت به تراورس

در این مقاله از چهار مدل سازه با سختی پابند هاي kN/mm 10 , 2 , 1 , 0/1 استفاده شده است. در تمام این مدل ها از بار قائم 12/5 تن و بار جانبی 5 تن استفاده شده است. با انجام تحلیل هر مدل, نتایج جابجایی ریل و تراورس را برداشت کرده و گراف هاي نمودارهاي (3) تا (6)را ترسیم کرده ایم.

گراف هاي ترسیم شده بیان کننده جابجایی نقاط مقابل هم در زیر ریل و روي تراورس می باشند ( شکل (2 که دو سر المان فنر پابند را تشکیل می دهند. نتایج نقاط روي تراورس را در گراف جابجایی تراورس قرار داده ایم. براي ایجاد گراف جابجایی ریل هم به همین نحوه عمل شده است. هر نقطه از مدل که جابجایی آن برداشت شده است, در گراف با علامت دایره نمایش داده ایم.

نقطه ریل

نقطه تراورس

شکل -2 نقاط مورد استفاده براي ترسیم گراف هاي جابجایی