Skip to main content
SUPERVISOR
Abas Eslami haghighat,Morteza Madhkhan
عباس اسلامی حقیقت (استاد مشاور) مرتضی مدح خوان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Seyyed Hossein Hosseini
سیدحسین حسینی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Behavior of Precast and Insitu Railroad Concrete Slab Tracks with Considering Nonlinear Behavior of Soil
The aim of making line structure in railroad is to provide the safe and economic passage of trains. This requires an appropriate performance of line as a sustainable path with discipline in both horizontal and vertical alignments. The line is subjected to dynamic loading exerted from train. Hence every element of the line system should respond to the traffic loading properly. In this case the subgrade soil as a support under the slab track plays an important role in stresses and vertical displacements. Concern should be given to these kinds of displacements since they can endanger the safety of the motion and induce noise. Therefore, in the analysis, estimation of these displacements are important. Because of the engineers requirements to a rapid estimation of stresses and displacements in concrete pavements with express train system, some analyses should be done to display effect of the type of the soil and the concrete slab in the stresses and displacements. Here, this effect is explored through a parametric study on the type of the concrete, the dimensions of the slab tracks and different types of soils (from very weak to very dense ). In the most of studies, the behavior of soil is modeled with linear Winkler springs. However it is necessary to consider the nonlinear behavior of soils to study the effects of nonlinear deformation in design of slab tracks. To recieve this goal, in the first step, the result of linear Winkler springs and combin14 element are utilized and in the second step the BNWF model and combin39 element are used. This model applies the effects of dimensions (length, width and thickness) and shape of slab in the stiffness of soil and presents the diagram of behavior of soil in nonlinear shape. In this study, a set of the pavement including rails, fasteners, slab tracks and line infrastructure (subgrade soil) are modeled with appropriate elements in ANSYS Software. The results show that the type of concrete, behavior of the soil and dimensions of slab track are three main terms in determining the stress level (force and bending moment) and displacements in concrete. According to the results, stresses and displacements in transverse direction are higher in comparison with longitudinal direction and the negative transverse moments cause cracks in slab. It was also an objective to balance positive and negative moments in order to increase the capacity of slab tracks and make a better design. From the results, in prefabricated and insite made slabs, 2.4 meter in linear and 2.3 meter in nonlinear behavior of soil are derived for the optimum width of slab. Also in the semi dense soils, the length of 4.8 meter and thickness of 20 centimeter for slab is suitable for train loading. At the end of this study, the way of changing in the cracking load and the ultimate collapse load based on the type of the subgrade soil and concrete compressive strength is derived for the slabs with 2, 2.3 and 2.5 meter width. Keywords :Concret Slahy;Track, Winkler Springs, NonlinearBehavior, BNWF Model, Cracking Load, Ultimate CollapseLoad
هدف از ایجاد ساختار خط در راه آهن، فراهم کردن امکان حرکت ایمن و اقتصادی قطار است. این امر نیازمند این است که خط به عنوان یک مسیرپایدار با نظم افقی و قائم مناسب عمل کند. ازآنجا که خط در معرض با رهای دینامیکی وارده از طرف قطار است، لذا هر یک از اجزای سیستم خط باید در پاسخ به بارهای ترافیکی به نحو مناسبی به وظایف خود عمل کند. در این بین خاک بستر زیر اسلب تراک به عنوان تکیه گاه، نقش مهمی را در تنش ها و تغییر مکان های قائم ایفا می کند و این تغییرشکل های قائم از جمله مواردی است که باید در خطوط اسلب تراک بتنی به آن توجه داشت است؛ چراکه می تواند ایمنی حرکت را به مخاطره بیاندازد و سروصدای زیادی ایجادکند.بنابراین درآنالیزها ارزیابی دقیق این تغییرشکل ها مهم است.با توجه به نیاز مهندسین به ارزیابی سریع از میزان تنش ها و تغییر شکل های روسازی بتنی در سیستم قطارهای سریع السیر، لازم است که تحلیل هایی انجام شود تا اثر نوع خاک و ابعاد دال بتنی را در میزان این تنش ها و تغییرشکل ها نشان دهد.این تاثیر در این تحقیق با انجام یک مطالعه ی پارامتریک روی نوع بتن، ابعاد اسلب تراک و انواع خاکها (ازخاک خیلی سست تا خاک متراکم)انجام شده است.ولی از آن جا که در اکثر تحقیقات رفتار خاک را با فنرهای خطی وینکلر مدل سازی می شود، لازم است که در مدل سازی، رفتار غیرخطی خاک در نظرگرفته شود تا بتوان اثر تغییرشکل های غیرخطی خاک را در طراحی اسلب تراک بررسی نمود. برای نیل به این هدف برای مدل سازی خاک در بخش اول نتایج از فنرهای وینکلر خطی و المان combin14و در بخش دوم از مدل BNWF(تیر بر بستر غیر ارتجاعی وینکلر) و المان combin39 استفاده گردیده است. این مدل اثر ابعاد (طول و عرض و ضخامت) و شکل دال را در سختی خاک منظور کرده و منحنی رفتاری خاک را به صورت غیرخطی ارائه می دهد. در این تحقیق مجموعه ی روسازی (شامل ریل ها، پابندها و اسلب تراک) و زیرسازی خط(خاک بستر) با به کارگیری المان های مناسب در نرم افزارAnsysمدل شده hy;اند.نتایجتحقیق حاکی از آن است که نوع بتن،رفتار خاک و ابعاد (طول، عرض و ضخامت) اسلب تراک بتنی سه عامل مهم در تعیین میزان تنش ها(نیروها و لنگرهای خمشی) و تغییرمکان های بتن می باشند. براساس نتایج به دست آمده، مقادیر تنش ها و تغییر شکل ها در راستای عرضی نسبت به راستای طولی دال قابل ملاحظه تر است و لنگرهای عرضی منفی باعث ترک خوردگی دال می شود؛ لذا در ادامه ی تحقیق هدف بر این بوده کهبه گونه ای بتوان مقادیر لنگرهای مثبت و منفی داخلی دال را تا حدود زیادی به هم نزدیک کرد تا افزایش باربری اسلب تراک را به همراه داشته باشد و در نهایت طراحی بهینه تر انجام شود.با توجه به نتایج به دست آمده، در دو حالت دال بتنی پیش ساخته و درجا، مقدار4/2 متر (در حالت رفتار خطی خاک)و مقدار3/2 متر (در حالت رفتار غیر خطی)به عنوان عرض بهینه hy;ی دال به دست آمد.درادامه ی این مطالعه، تاثیر رفتار خاک، ضخامت و طول پیوستگی دال، در مقادیر لنگرهای خمشی بررسی شد که با توجه به نتایج عددی به دست آمدهدر خاک های تقریبا متراکم، مقدار طول 8/4 و ضخامت 20 سانتی متر برای دال جوابگوی بارهای وارده از طرف قطار خواهد بود.در قسمت پایانی این تحقیق نحوه ی تغییرات بار ترک خوردگی و بار گسیختگی نهایی دال برحسب نوع خاک بستر و مقاومت فشاری بتن برای دال به عرض های 2، 3/2 و 5/2 به دست آمده است. کلید واژه ها : اسلب تراک، دال بتنی، فنر وینکلر،رفتار غیرخطی،مدلBNWF، بار ترک خوردگی، بار گسیختگی نهایی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی