◄ خلاصه مقاله افزایش بارمحوری پل های سنگی، دکتر میثم جهانگیری و همکاران

خلاصه مقاله "ارزیابی افزایش بار محوری پل قوسی بنایی تاریخی بر اساس آزمایش بارگذاری میدانی" که از سوی آقایان شروان عطایی، میثم جهانگیری و وحید کاظمی آشتیانی در شماره 116 سال 2016 مجله مصالح سازه و ساختمان (Construction and Building Materials) ارائه گردید، (Evaluation of axle load increasing on a monumental masonry arch bridge based on field load testing):

این پژوهش به ارزیابی ظرفیت باربری و امکان افزایش بارمحوری مجاز یک پل قوسی بنایی راه آهن می پردازد. پل مورد مطالعه پل صالح حمید در منطقه راه آهن زاگرس و استان لرستان است که در زمان انجام پژوهش حدود ۸۰ سال قدمت داشته و طول آن در حدود ۲۰۰ متر می باشد. سازه فاقد آرماتور بوده و پایه ها و قوس های آن از مصالح بنایی تشکیل شده اند. مهمترین دهانه پل دهانه هفتم دارای طول ۴۰ متر و ارتفاع تقریبی ۳۰ متر است. هدف اصلی پژوهش بررسی امکان افزایش بار محوری مجاز از ۲۰۰ به ۲۵۰ کیلونیوتن بود. روش تحقیق شامل سه مرحله اصلی بود آزمایش بارگذاری میدانی مدلسازی عددی و ارزیابی ظرفیت باربری، ابتدا مشخصات هندسی پل از نقشه های اجرایی و مشخصات مکانیکی مصالح از طریق نمونه برداری و آزمایش تعیین شد. سپس یک مدل سه بعدی اجزای محدود ایجاد گردید برای کالیبراسیون مدل آزمایش بارگذاری دینامیکی با استفاده از دو لکوموتیو با وزن مجموع حدود ۱۱۰۰ کیلونیوتن و در سرعت های مختلف بین ۵ تا ۵۸ کیلومتر بر ساعت انجام شد.

تغییر مکان قائم در وسط و یک چهارم دهانه اصلی با استفاده از حسگرهای DCDT با دقت حدود 0.01 میلی متر و شتاب قائم نیز با شتاب سنج اندازه گیری شد، نتایج آزمایش نشان داد که با افزایش سرعت قطار اثرات دینامیکی سازه افزایش می یابد. ضریب ضربه دینامیکی بر اساس نتایج آزمایش برابر ۱.۲ به دست آمد که اندکی بیشتر از مقدار ۱.۱۶ پیشنهادی آیین نامه مورد استفاده بود. همچنین افزایش سرعت قطار از ۵ به حدود ۶۰ کیلومتر بر ساعت باعث افزایش تقریباً پنج برابری RMS شتاب در وسط دهانه اصلی شد.

توضیحات تکمیلی، مدل سازی عددی: مدل سه بعدی در ABAQUS با المان جامد ۸ گرهی ساخته شد. در تحلیل حساسیت مش اندازه های ۷۰ تا ۳۰ سانتی متر را بررسی کرد و اندازه ۴۰ سانتی متر مناسب تشخیص داده شد. مدل نهایی ۱۵٬۸۷۷ المان و ۲۲٬۶۷۴ گره داشت. به دلیل وجود سنگ بستر، فونداسیون و لایه های خاک مدل نشد و درجات آزادی پایه ها و قوس اصلی در محل اتصال مهار گردید.

نتایج میدانی: دقت اندازه گیری 0.01 میلی متر و ارتفاع نقطه اندازه گیری حدود ۳۰ متر از بستر رود بود. یک شتاب سنج یک جهته با ظرفیت g۵ نیز در میانه دهانه نصب شد. نتایج نشان داد که بیشترین جابه جایی قائم در میانه قوس اصلی در حدود ۱۰۰۰ میکرومتر رخ می دهد. ضریب ضربه دینامیکی از نسبت جابه جایی دینامیکی به استاتیکی محاسبه شد؛ جابه جایی حاصل از عبور با سرعت ۵ کیلومتر بر ساعت به عنوان حالت استاتیکی در نظر گرفته شد. بیشترین رشد در محدوده سرعت بررسی شده حدود 19.8% بود. بنابراین ضریب ضربه برابر 1.2 به دست آمد، در حالی که مقدار آیین نامه ای 1.16 است.

همچنین RMS شتاب در میانه دهانه با افزایش سرعت از ۵ به ۶۰ کیلومتر بر ساعت حدود پنج برابر شد که نشان دهنده افزایش سطح ارتعاش با سرعت است. برای مصالح بنایی قوس و پایه، مقاومت فشاری معادل و مدول الاستیسیته با روابط تجربی محاسبه شد. مقاومت فشاری معادل قوس 5.88 مگاپاسکال و مدول الاستیسیته 11.3 گیگاپاسکال، و برای پایه به ترتیب 6.06 مگاپاسکال و 11.6 گیگاپاسکال به دست آمد. منحنی تنش-کرنش پلاستیک نیز برای در نظر گرفتن اثرات پلاستیسیته به کار رفت. مقایسه جابه جایی های میدانی و عددی در سرعت ۵ کیلومتر بر ساعت تطابق خوبی نشان داد و مدل معتبر شناخته شد.

برای ارزیابی ظرفیت نهایی، بارگذاری استاندارد UIC 776-1 با بارمحوری ۲۵۰ کیلونیوتن و بار گسترده ۸۰ کیلونیوتن بر متر در میانه و ربع دهانه اعمال شد. مکانیزم غالب شکست، تشکیل چهار لولا پلاستیک در نظر گرفته شد. تشکیل لولاها هم با مدل اجزای محدود و هم با نرم افزار RING بررسی شد. بدون در نظر گرفتن ضرایب جزئی، ضرایب کفایت چند برابر بار استاندارد بود. کمترین ضریب کفایت برای قوس اصلی 1.25 به دست آمد. برای قوس های کناری ۶ و ۸ این مقدار بزرگ تر و حداقل حدود 1.97 تا 2.66 بود. این نتایج نشان می دهد پل برای بارمحوری ۲۵۰ کیلونیوتن (25493 کیلوگرم یا 25 تن نیرو) کفایت لازم را دارد.

تصاویری از پل‌ های تاریخی راه‌ آهن ایران