بررسی عددی تاثیر وجود لایه آسفالت مخلوط گرم بر رفتار ناحیه انتقال پل‌های دهانه کوتاه خطوط ریلی بالاستی

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده حمل و نقل، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

2 دانشجوی دکتری مهندسی راه‌آهن ، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

3 کارشناس ارشد مهندسی راه‌آهن، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

چنانچه در طول مسیر خطوط ریلی، سختی قائم خط بطور ناگهانی تغییر کند، این تغییر سختی ناگهانی منجر به افزایش نیروهای دینامیکی وارد به خط می‌گردد. به علت افزایش نیروهای دینامیکی در این نواحی، نشست های نامتقارن خط، خرابی های ریل و اجزای روسازی و ناوگان افزایش خواهد یافت. تاکنون روش‌های مختلفی به عنوان ناحیه انتقال جهت ایجاد تغییر تدریجی در سختی خط ارائه و اجرا گردیده است. استفاده از لایه آسفالت مخلوط گرم (HMA) به عنوان روشی جدید جهت انتقال سختی تدریجی در نواحی انتقال خطوط ریلی شناخته می‌شود. بنایراین در تحقیق حاضر تاثیر لایه آسفالت مخلوط گرم بر رفتار خط ریلی در ناحیه انتقال پل‌های دهانه کوتاه بررسی گردید. برای این منظور یک مدل اجزاء محدود از خط ریلی بالاستی در محل پل‌ های دهانه کوتاه بتنی با در نظر گرفتن اجزای روسازی و زیرسازی بالاستی ساخته شد و تاثیر پارامتر‌های هندسی لایه آسفالتی (شامل ضخامت و طول لایه آسفالت مخلوط گرم) از منظر معیارهای مختلف (تغییر مکان ریل، تغییر مکان قائم وسط لایه بالاست و مقدار تنش نرمال در لایه بستر) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج بدست آمده از این ارزیابی‌ها نشان می‌دهد که لایه آسفالت مخلوط گرم با ضخامت 70 سانتی متر و طول 7 متر بر رفتار خط ریلی در محل ناحیه انتقال پل‌های بتنی با دهانه کوتاه تاثیر مناسبی دارد به طوری که وجود این لایه موجب گردیده تا تغییر مکان قائم ریل، تغییر مکان قائم لایه بالاست و مقدار تنش در لایه بستر به ترتیب حدود %19، 22% و 36 % کاهش یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of HMA Effect on Dynamic Behavoiur of Railway Track Transition Zone

نویسندگان [English]

  • Alireza Gharighoran 1
  • Hamidreza Heydari-Noghabi 2
  • Ali Moeini 3
1 Assistant professor, Faculty of Transportation, University of Isfahan, Iran
2 PhD student, Iran University of Science and Technology, Iran
3 MSc, Faculty of Transportation, University of Isfahan, Iran
چکیده [English]

There are many structures along the railway tracks such bridges and culverts. The track vertical stiffness suddenly changes where the track passes over these structures. Therefore, these locations are called transition zones. Sudden track stiffness changes in these locations can lead to the asymmetric deformations, railway roughness, damage to the components of superstructure system. Studies shown that changing of the track stiffness along the railway lines is one of the main sources of tracks geometric damages. One of the most common places that the railway track stiffness changed along the railway lines are the culverts and bridges. The vertical stiffness change in these area causes the asymmetric deformations, rail roughness, damage of the components and as a result increasing the maintenance costs. One of the methods to solve the above problems is used to the hot mix asphalt (HMA) layer in adjacent of the culverts and bridges. In the present study, the behaviour of railway track in adjacent of culverts with HMA layer has been evaluated. For this purpose, a 3D finite element model of railway track culvert with HMA layer was built, and then different sensitivities on the geometric dimensions of HMA layer (including thickness and length) were analysed. Also based on analyse with exist a optimized layer of hot mixed asphalt around bridges structures the rail vertical displacement, ballasted layer vertical displacement and the normal stress in the middle of the subsgrade layer decreased approximately 19%, 22% and 36% respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Railway track transition zone
  • Hot mix asphalt (HMA) layer
  • Railway ballasted tracks
  • Culvert
  • Finite element modelling

[1]. Hunt, H. E. M.(1997). Settlement of railway track near bridge abutments. Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Transport 123 (1), 68–73.

[2]. David, R. and Li, D.( 2006). Design of track transitions., Research results digest 79, pp. 4–15 (Transportation Technology Center, Inc., Pueblo, Colorado).

[3].Hsi,J.( 2008). Bridge approach embankments supported on concrete injected columns. Geo Congress 2008, 612 -619.

[4]. Holscher, P. and P. Meijers.( 2007). Literature study of knowledge and experience of transition zones. Technical report, Geo Delft.

[5]. Sasaoka, C. D. and D. Davies.( 2005). Implementing track transition solutions for heavy axle load service. In AREMA 2005.

[6]. Hyslip, J. P., D. Li, and C. R. McDaniel.( 2009). Railway bridge transition case study. In E. Tutumluer   and L. Al-Qadi (Eds.), Proceedings of the 8th International Conference Bearing Capacity of Roads, Railways and Airfields, pp. 1341–1348. CRC Press.

[7]. Li, D., J. Rose, H. Lees, and D. Davis.(2001). Hot-Mix Asphalt Trackbed Performance Evaluation at Alps, New Mexico. In Technology Digest TD 01-015.Association of American Railroads, Transportation Technology Center, Inc, 2001.

[8]. Rose, J., L. A. Walker, and D. Li.(2002). Heavy Haul Asphalt Underlayment Trackbeds: Pressure, Deflection, Materials, Properties, Measurements.” In Proceedings, Railway Engineering 2002. Engineering Technics Press. Edinburgh.

[9]. Zhong, X., X. Zeng, and J.Rose.( 2002). Shear Modulus and Damping Ratio of Rubber-modified Asphalt Mixes and Unsaturated Subgrade Soils. Journal of Materials in Civil Engineering, 14(6), 496-502. doi:10.1061/(ASCE)0899-1561,14:6(496).

[10]. Rose, J. G.( 2013).Selected in track application and performances of hot-mix asphalt track beds. Paper presented at the the 2013 Joint Rail Conference, JRC 2013, Knoxville, Tennessee, USA.

[11]. Rose, J. G.( 2000). Asphalt trackbeds: selection, design, installation practices, long-term performances & material properties. In Proceedings of the Railway Engineering – 2000 Third International Conference and Exhibition, London.

[12]. Kylen, J.(Sweden). 2D-model of a portal frame railway bridge for dynamic analysis. Master Thesis. Royal Institute of Technology (KTH). Department of Civil and Architectural Engineering.Division of Structural Design and Bridges Stockholm.

[13] Coelho, B.E.( 2010).“Dynamics of railway transition zones in soft soils”; MSc. Thesis, Delft University of Technology.

[14]. Alejandro,R., J.Carballeira, A. Rovira and P. Vila.( 2010). Influence of Transition Zone Configurations on Train-Track-Bridge Dynamic Response. 17th International Congress on Sound and Vibration (ICSV17), Cairo,Egypt, 18-22.

[15]. Bronsert, J., M. Baeßler, P. Cuellar and W. Rucker (2013). Numerical Modeling of Train-Track-Interaction at Bridge Transition Zones Considering the Long-Term Behavioure 11th International Conference on Vibration Problems. Lisbon, Portugal.

[16] Intercity-Express 3 (ICE 3), High Speed Trainset Velaro, Siemens Transportation Systems; "http://www.siemens.com".

[17]. Huan Feng,(2013).” 3D-models of Railway Track for Dynamic Analysis”, Master Degree Project, School of Architecture and the Built Environment Royal Institute of Technology, Stockholm.

[18]. Li, D. and D. Davis.( 2013). Transition of railroad bridge approaches. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 131 (11), 1392–1398.