◄ خلاصه مقاله ارزیابی رفتار دینامیکی ناحیه انتقال ریل - پل، دکتر حمیدرضا حیدری

خلاصه مقاله «ارزیابی رفتار دینامیکی ناحیه انتقال ریل-پل: مدل سازی عددی و اندازه گیری های میدانی» نوشته دکتر حمیدرضا حیدری (از هیئت علمی دانشکده راه آهن)، به بررسی یکی از مهم ترین مشکلات خطوط ریلی یعنی تغییر ناگهانی سختی قائم مسیر در محل اتصال ریل به پل های کوتاه دهانه می پردازد.

در این نواحی، به دلیل تفاوت سختی بین خاکریز و سازه پل، بارهای دینامیکی افزایش یافته و نشست نامتقارن، تغییر شکل هندسی خط، آسیب به اجزای مسیر و افزایش هزینه های نگهداری رخ می دهد. یکی از راهکارهای عملی برای کاهش این مشکلات، استفاده از دال نزدیک شونده (approach slab) در ناحیه انتقال است. هدف پژوهش، بررسی اثر پارامترهای هندسی دال نزدیک شونده شامل ضخامت، طول و شیب بر رفتار دینامیکی ناحیه انتقال است.

در بخش مدل سازی، یک مدل سه بعدی اجزای محدود از پل قابی شکل ریلی همراه با دال نزدیک شونده در نرم افزار ABAQUS ساخته شده است. مدل شامل ریل، تراورس، بالاست، زیربالاست، لایه های خاکریز و زیرسازی، پل قابی بتنی و دال بتنی نزدیک شونده است. طول کل مدل ۵۶٫۴۰ متر، طول دهانه پل بتنی ۱۵٫۶ متر، ضخامت بالاست ۰٫۳۵ متر، زیربالاست ۰٫۱۵ متر، خاکریز ۵٫۴ متر و لایه خاک ۵ متر در نظر گرفته شده است. ریل ها از نوع 60E1 با المان تیر اویلر-برنولی و تراورس ها به طول ۲٫۶۰ متر و مقطع مستطیلی ۰٫۲۰×۰٫۱۵ متر مدل شده اند. سایر اجزا با المان های شش وجهی هشت گرهی شبیه سازی شده اند. 

بار عبوری قطار به صورت بار چرخ متحرک روی گره های ریل مدل شده است. نیروی چرخ به صورت متمرکز و با الگوی مثلثی در زمان اعمال می شود؛ به گونه ای که وقتی فاصله چرخ از گره بیش از نصف طول المان ریل باشد، دامنه نیرو صفر است. مشخصات مکانیکی مواد: مدول الاستیسیته ریل ۲۱۰ گیگاپاسکال، بالاست ۱۱۰ مگاپاسکال، بتن پل و دال ۲۰ گیگاپاسکال، تراورس ۲۰ گیگاپاسکال و خاکریز ۵۰ مگاپاسکال و سختی صفحه زیرریل ۶۵ کیلونیوتن برمیلی متر و میرایی ۷۵ کیلونیوتن ثانیه مدل شدند.

برای اعتبارسنجی، آزمایش میدانی روی یک پل قابی بتنی در خط تهران-تبریز انجام شده است. ابزار اندازه گیری شامل یک سامانه لیزری/دوربینی نصب شده روی لکوموتیو GT26 بود که با تاباندن پرتو لیزر به سطح ریل و پردازش تصویر، جابه جایی قائم ریل را اندازه گیری می کرد. دقت این سامانه حدود ۰٫۱ میلی متر در سرعت پایین گزارش شده است. آزمون ها سه بار تکرار و نتایج میانگین گیری شد. مقایسه نتایج مدل عددی و اندازه گیری میدانی نشان داد اختلاف کمتر از ۷% و اعتبار مدل را تأیید می کند.

در بخش بهینه سازی هندسی، ابتدا اثر ضخامت دال بررسی شد. ضخامت های ۲۰، ۳۰، ۴۵، ۶۰ و ۷۵ سانتی متر با طول ۴ متر و شیب ۲٫۵% تحلیل شدند. نتایج نشان داد افزایش ضخامت تا ۴۵ سانتی متر به طور محسوسی رفتار دینامیکی را بهبود می دهد. برای ضخامت ۳۰ سانتی متر، جابه جایی ریل حدود ۱3% و تغییرشکل بالاست حدود ۱۰% کاهش یافت. برای ضخامت ۴۵ سانتی متر، کاهش جابه جایی ریل بیش از ۱۸% و بالاست بیش از ۱۲% بود. بنابراین ضخامت ۴۵ به عنوان حد بهینه پیشنهاد شد.

سپس اثر طول دال با مقادیر ۳، ۴، ۶ و ۸ متر و با ضخامت ۳۰ سانتی متر و شیب ۲٫۵% ارزیابی شد. نتایج نشان داد طول کمتر از ۶ متر عملکرد مناسبی ندارد. با طول ۶ متر، جابه جایی ریل بیش از ۲۰% و تغییرشکل بالاست بیش از ۱۳% کاهش یافت. با طول ۸ متر، این کاهش ها به ترتیب حدود ۲۲ و ۱۵ درصد بود. بنابراین حداقل طول مؤثر ۶ متر تعیین شد. 

در ادامه، اثر شیب دال در محدوده ۰ تا ۱۰% بررسی شد. ضخامت و طول ثابت ۳۰ سانتی متر و ۴ متر بودند. نتایج نشان داد با افزایش شیب تا ۵%، کاهش جابه جایی ها بیشتر می شود و پس از آن روند نزولی دارد. در شیب ۵%، جابه جایی قائم ریل ۲۲% و جابه جایی بالاست حدود ۱۲% نسبت به حالت بدون دال کاهش یافت، شیب ۵% به عنوان شیب بهینه شناخته شد. در نهایت، دال با ابعاد هندسی بهینه شامل شیب ۵%، ضخامت ۴۵ سانتی متر و طول ۶ متر مدل شد. مقایسه این مدل با حالت بدون دال نشان داد ناحیه انتقال نرم تر و تدریجی تر می شود.

به طور میانگین، جابه جایی ریل حدود ۲۴% و جابه جایی بالاست حدود ۱۸% کاهش یافت. نتایج نشان داد پارامترهای هندسی دال نزدیک شونده نقش مهمی در پاسخ دینامیکی ناحیه انتقال ریل-پل دارند و استفاده از دال با شیب ۵%، ضخامت ۴۵ و طول حداقل ۶ متر می تواند عملکرد دینامیکی را بهبود و هزینه های نگهداری را کاهش دهد.