فهرست مطالبفصل اول: مقدمه.. 11-1- مقدمه.. 21-2- لزوم انجام تحقیق.. 31-3- نوآوری و اهداف تحقیق.. 31-4- فرضیات تحقیق.. 41-5- ساختار فصول تحقیق.. 4فصل دوم: مروري بر کارهاي انجام شده قبلي.. 72-1- سلامت سنجی سازهای.. 82-2- کدها و آیین نامه‌های طراحی و بارگذاری پل راه آهن.. 112-2-1- آیین نامه‌ایران.. 112-2-2- آیین نامه اروپا.. 122-3- انواع بارگذاری برای تحلیل دینامیکی پل.. 132-4- تاریخچه مطالعات دینامیکی پلهای راه آهن.. 142-5- مدلسازی وسیله نقلیه.. 182-6- مدل تحلیلی پل.. 222-7- پل راه آهن و وسیله نقلیه.. 242-8- مطالعات میدانی.. 252-9- تحلیل پل خرپایی پل پس از شکست یک عضو.. 26فصل سوم: مفاهیم و تئوریهای مورد کاربرد.. 293-1- تحلیل دینامیکی.. 303-1-1- مفاهیم مهم در تحلیل دینامیکی.. 303-1-2- روشهای مختلف تحلیل دینامیکی [54]383-1-2-1- تحلیل دینامیکی خطی.. 383-1-2-2- تحلیل دینامیکی غیرخطی.. 393-1-3- تحلیل دینامیکی پلهای راه آهن.. 403-2- آئین نامه‌ایران.. 443-2-1- نشریه 395: دستورالعمل طراحی پلهای فولادی [8]443-2-2- نشریه 139: آئین نامه بارگذاری پلها [7]513-3- آئین نامه اروپا [9]543-3-1- بار قطار.. 543-3-3- تحلیل دینامیکی.. 603-3-4- پارامترهای دینامیکی پل.. 633-4- معیارهای ایمنی ترافیک.. 643-4-1- شتاب قائم عرشه.. 643-4-2- تغییر شکل قائم عرشه.. 643-4-3- معیار راحتی مسافر.. 643-5- انتخاب نرم‌افزار.. 653-6- مروری بر نرم افزار ABAQUS. 693-6-1- معرفی محصولات ABAQUS. 693-6-2- انواع تحلیل در ABAQUS. 703-6-3- معرفی انواع المان‌های مورد استفاده در ABAQUS. 70فصل چهارم : دستورالعمل پیشنهادی و بررسی یک مثال.. 774-1- دستورالعمل پیشنهادی.. 784-2- تعیین سرعت حد یک پل واقعی با استفاده از دستورالعمل پیشنهادی : 89فصل پنجم : نتیجه گیری.. 1095-1- مقدمه.. 1105-2- نتیجهگیری.. 1105-3- پیشنهادات برای تحقیقات آتی در این زمینه.. 113پیوست 1 : ابعاد و مشخصات مقاطع پل خرپایی مورد بررسی.. 115منابع.. 127 فهرست اشکالشکل (2-1) مدل بار متحرک.. 19شکل (2-2) مدل جرم متحرک.. 20شکل (2-3) جرم فنر بندی شده متحرک.. 21شکل (2-4) وسیله نقلیه ریلی به صورت سری.. 25شکل (3-1) حداکثر پاسخ دینامیکی در برابر ضریب میرایی[17]32شکل (3-2) تیر ساده تحت بارهای متمرکز با فاصله یکنواخت [55]34شکل (3-3) الگوی بار قطار با دو محور باربر [55]36شکل (3-4) سختی دینامیکی B نسبت به طول دهانه L پلهای خرپایی فولادی [12]42شکل (3-5) اولین فرکانس طبیعینسبت به طول دهانه L پلهای خرپایی فولادی 43شکل (3-6) مهار بندی خر پاها [8]45شکل (3-7) بارگذاری استاندارد [7]52شکل (3-8) الگوی بار و مقادیر مربوط به آن برای بارهای قائم [9]54شکل (3-9) الگوی بار و [9]55شکل (3-10) خروج از مرکزیت بارهای قائم [9]56شکل (3-11) فلوچارت تعیین نوع تحلیل (دینامیکی یا استاتیکی) [9]58شکل (3-12) محدوده فرکانس طبیعی پل بر اساس طول دهانه [9]59شکل (3-13) الگوی بار HSLM-A[9]60شکل (3-14) الگوی بار HSLM-B[9]61شکل (3-15) الگوی بار HSLM-B[9]62شکل (4-1) یک بوژی ساخته شده توسط شرکت زیمنس.. 80شکل (4-2) آرایش واگن قطارهای پردیس[58]80شکل (4-3) ترکیب چندگانه واگن‌های پردیس[58]81شکل (4-4) مدل بار متحرک[55]84شکل (4-5) مدل جرم متحرک[55]84شکل (4-6) مدل جرم- فنر- دمپر متحرک[55]84شکل (4-7) مدل سیستم قطار a) مدل عمومی قطار، b) مدل جرم-فنر-دمپر[55]85شکل (4-8) طول دهانه پل، طول قطار و سرعت عبوری [55]86شکل (4-9) نمایی از پل مورد بررسی.. 91شکل (4-10) نمایی از پل مورد بررسی.. 92شکل (4-11) نمایی از تکیه‌گاه غلتکی پل.. 92شکل (4-12) نمایی از تکیه‌گاه مفصلی پل.. 93شکل (4-13) مقاطع اعضای پل خرپایی و ابعاد آن برحسبcm.. 94شکل (4-14) نمای جانبی خرپا بر حسب m.. 95شکل (4-15) نمای فوقانی خرپابر حسب m.. 95شکل (4-16) نمای تحتانی خرپابر حسب m.. 95شکل (4-17) نمای فوقانی خرپای زیر ریلبر حسب m.. 95شکل (4-18) : قطار پردیس با 6 واگن.. 96شکل (4-19) نمایی از پل مدل شده در نرم افزارAbaqus. 97شکل (4-20) شکل مود اول ارتعاش طبیعی پل.. 98شکل (4-21) اولین فرکانس طبیعی f1 نسبت به طول دهانه L پلهای خرپایی فولاد.. 99شکل (4-22) سرعت قطار در برابر حداکثر خیز وسط دهانه.. 100شکل (4-23) موقعیت اعضای بحرانی در قاب اصلی خرپا.. 101شکل (4-42) حداکثر تنش اعضای خرپا در برابر سرعت قطار.. 102شکل (4-52) سرعت قطار در برابر حداکثر شتاب قائم وسط دهانه پل 103شکل (4-26) نمای جانبی خرپای سالم.. 104شکل (4-27) نمای جانبی خرپای با عضو بحرانی 1. 105شکل (4-28) نمای جانبی خرپای با عضو بحرانی 2. 106شکل (پ1-1) ابعاد خرپا.. 116شکل (پ1-2) ابعاد خرپا.. 116شکل (پ1-3) ابعاد خرپا.. 116شکل (پ1-4) ابعاد خرپا.. 116شکل (پ1-5) ابعاد مقاطع.. 117شکل (پ1-6) ستون‌های غیر منشوری در پل.. 118شکل شماره (پ1-7) مقطع ستونها.. 119شکل شماره (پ1-8) پارامترهای سطح مقطع.. 120شکل (پ1-9) نقشه آرماتورگذاری فونداسیون پل ورامین.. 125 فهرست جداولجدول (3-1) سرعت‌های تشدید برای تیر ساده با طول دهانه‌های مختلف56] [35جدول (3- 2) سختی دینامیکی B طبق معادله (3-11) و رگرسیون خطی 42جدول (3-3) اولین فرکانس طبیعی پلهای راه آهن، رگرسیون توانی 43جدول (3-4) ضریب در رابطه اندرکنشی [8]50جدول (3-5) ضرایب اصلاح [7]53جدول (3-6) مقادیر مشخصه برای الگوهای بارگذاری و [9]55جدول (3-7) HSLM-A [9]61جدول (3-8) کاربرد HSLM-A و HSLM-B[9]62جدول (3-9) درصد میرایی سازه [9]63جدول (3-10) سطوح راحتی مسافر و حدود شتاب قائم [6]65جدول (4-1) مشخصات مصالح.. 79جدول (4-2) : اطلاعات کامل ابعاد ترنست پردیس بر حسب mm [58]81جدول (4-3) محاسبات وزن هر چرخ بر حسب ton[58]82جدول (4-4) اطلاعات سیستم تعلیق بوژی زیمنس [58]82جدول (4-5) سرعت‌های پیشنهادی برای قطارهای سریعالسیر در تحلیل 87جدول (4-6) زمان لازم برای عبور و تحلیل.. 98جدول (4-7) مقادیر مجاز پارامترهای کنترل صلاحیت باربری پل.. 100جدول (4-8) سرعت قطار در برابر حداکثر خیز وسط دهانه.. 100جدول (4-9) نیروی داخلی اعضای بحرانی در هر سرعت.. 101جدول (4-11) سرعت قطار در برابر حداکثر شتاب قائم وسط دهانه پل 103جدول (4-12) مقادیر نیروهای داخلی موجود در عضو بحرانی 1. 105جدول (4-13) مقادیر نیروهای موجود در عضو بحرانی 2. 107جدول (4-14) تنش حداکثر عضو بحرانی پل با حذف عضو بحرانی مرحله قبل 107جدول (پ1-1) سطح مقطع المان منشوری معادل.. 122جدول (پ1-2) سختی پیچشی ستون منشوری معادل.. 124 فصل اول: مقدمه1-1- مقدمهمیتوان گفت اولین راه حمل و نقل سریع بشر راه آهن بوده است که قدمت آن بیشتر از جادهها و اتومبیل میباشد. از تاریخ حرکت اولین قطار در نیمه اول قرن نوزدهم میلادی در انگلستان تا به امروز تغییرات بسیار زیادی چه در راهسازی و ابنیه راه و چه در قطارها ایجادشده است و میتوان این دوره را در دو دسته زمانی جای داد، دوره قطارهای با سرعت‌های پایین (حدود 70 تا 80 کیلومتر در ساعت) و دوره قطارهای سریع السیر (سرعت در حدود 200 تا 300 کیلومتر و بیشتر). این در حالی است که اغلب قطارهای جدید از پلهای قدیمی که برای قطارهای با سرعت پایین طراحی شده‌اند عبور میکنند. شکاف بین این دو دوره پتانسیل بالای مطالعاتی را برای محققین علاقمند به سلامت سنجی سازهای پلهای راه آهن، فراهم نمود.فاجعه ریزش پل I-35W روی رودخانه می سی سی پی واقع در ایالت مینسوتای[1] آمریکا در سال 2007 که منجر به خسارات جانی و مالی زیادی شد و بعد از آن شکست یک عضو از پل خرپایی کیسوگوا اوهاشی[2] در ژاپن در اثر یک حادثه نقطه عطف مهمی در شروع سری جدید تحقیقات وسیعتر دانشمندان در زمینه سلامت سنجی پلها بود.[3]کنترل و بررسی سلامت پلها، اعم از پلهای در حال اجرا و پلهای موجود در گسترهی علم مدیریت پل قرار میگیرد که از علوم جدید و البته مهمی میباشد که در کشورهای پیشرفته به دلیل وجود تعداد زیاد پلهای قدیمی و صرفه اقتصادی در تعمیر و بازسازی آن‌ها بجای ساخت سازههای جدید، به آنبسیار توجه میشود. سلامت سنجی سازهای پل زیر مجموعه مدیریت پل محسوب میشود. بررسی کفایت خدمت دهی پل در برابر بارگذاریهای جدید از جمله مواردی است که در مبحث سلامت سنجی سازهای پل به آن پرداخته میشود. یکی دیگر از زیرمجموعههای علم سلامت سنجی پلها بررسی پلهای خرپایی و پایداری سازه بعد از شکست یک عضو آن میباشد. اغلب مطالعات انجام شده در این زمینه مربوط به پلهای خرپایی بزرگراهی است، اما در مطالعه حاضر به بررسی این موضوع در پلهای خرپایی راه آهن پرداخته شده است.1-2- لزوم انجام تحقیقكشور ما با جمعيت بالاي خود نيازمند یک شبكه حمل و نقل ريلي ایمن و پر سرعت به منظور جابجايي مسافر است. راه‌اندازی قطار سريع السير پروژه‌ای عظیم و پر اهمیت بوده و به عنوان یکی از ایمن‌ترین و موثرترین سیستم های حمل و نقل محسوب میگردد. بنابراين پیش از شروع احداث و بهره‌برداری، لازم است تا کلیه بسترهای آن در کشور مهیا شود. درصد زیادی از پلهای شبکه ریلی ایران سنی بالغ بر 50 سال دارند که بر اساس آیین نامه و الگوهای بار گذشته طراحی شده‌اند. امروزه با توجه به راه اندازی قطارهای سریعالسیر و پر رنگ شدن اثرات دینامیکی بار، محاسبه ظرفیت نهایی، سلامت سنجی، بازدید فنی و تعمیر پلها اهمیت ویژه‌ای پیدا نموده است.شناخت صحیح رفتار دینامیکی پل برای پیش‌بینی واقعی پاسخ سازه در برابر بارهای جدید، از جمله قطارهای سریعالسیر، ضروری است که باعث رسیدن به یک طراحی اقتصادی برای سازههای جدید یا شناسایی منطقی پلهای در حال سرویس و تعمیر میشود.1-3- نوآوری و اهداف تحقیقدر این تحقیق، هدف تعیین سرعت حدی مجاز قطارهای سریعالسیر برای عبور از پلهای خرپایی راه آهن میباشد. بدین منظور روش پیشنهادی روی یک پل واقعی مورد بررسی قرار گرفته است. در این روش سعی شده کلیه بندهای آئین نامه‌ایران در نظر گرفته شود و در صورت نیاز از آئین نامه اروپا استفاده شده است.بعلاوه در این مطالعه به بررسی رفتار دینامیکی پل بعد از شکست عضو بحرانی پرداخته شده است. هدف بررسی کفایت باربری پل بعد از شکست در عضو یا اعضای بحرانی است.با توجه به پیچیدگی سازهای پلهای خرپایی، فرآیند شکست عضو بحرانی و حمل بار در هر پل، خود دارای الگویی جدید و متفاوت با سایر الگوهای سازهای خرپا میباشد.تا کنون تحقیقات انجام شده روی پلهای خرپایی در این زمینه مربوط به پلهای بزرگراهی و با اعمال بار استاتیکی بوده است. از جنبههای نوآوری مطالعه حاضر بررسی اثر بعد از شکست عضو روی سازه در پلهای خرپایی راه آهن و تحت بار دینامیکی قطار سریعالسیر میباشد. در مطالعه حاضر تحلیل سازه به صورت دینامیکی و تحت بارگذاری قطار واقعی انجام شده است.