توسعه روشی ساده به منظور پیش‌بینی عمر خستگی روسازی دال‌خط راه‌آهن

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

چکیده

براساس ادبیات موضوع، خستگی بتن مهمترین عامل از بین رفتن روسازی دال­خط راه­آهن می­باشد. در این مقاله، روشی ساده توسعه داده شده است تا با کمک آن بتوان عمر روسازی دال­خط را تخمین زد. به این منظور با کمک مدل نظری تیر دوگانه قرار گرفته بر روی بستر ارتجاعی، تاریخچه زمانی تنش تجربه شده توسط دال بتنی ناشی از عبور یک چرخ قطار تقریب زده
می­شود. در ادامه و با کمک روش سیلان باران، تعداد سیکل­های دامنه تنش تجربه شده توسط دال بتنی ناشی از عبور ناوگان تقریب زده می­شود. در نهایت و با توجه به مدل رفتاری خستگی بتن ناشی از تنش­های کششی و براساس اصل ماینر، عمر دال بتنی تخمین زده می­شود. نتایج بدست آمده نشان می­هد که افزایش ضخامت روسازی دال­خط و مقاومت فشاری 28 روزه بتن باعث افزایش شدید طول عمر روسازی می­شوند. همچنین افزایش سختی بستر روسازی منجر به افزایش خفیفی در عمر روسازی می­شود. افزایش بار محوری قطار و کاهش سرفاصله زمانی اعزام قطار تاثیر بسیار مخربی بر کاهش عمر روسازی دال­خط دارند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Development of a Simple Method to Predict Fatigue Life of Railway Slab Track

نویسنده [English]

  • Amin Khajehdezfuly
Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
چکیده [English]

Fatigue is one of the most effective parameters on the life cycle of the railway slab track. In this paper, a simple method is developed to estimate the life cycle of railway slab track based on the concrete fatigue. For this purpose, a mathematical/analytical model consists of two layered beams laid on elastic foundation is used to calculate the time history of stress induced in the concrete slab. Rain-flow counting method was used to count the stress cycles of the obtained time history. Finally, the life cycle of railway concrete slab track has been calculated according to the tensile fatigue behavior of concrete and stress cycles. The results obtained in this research indicate that as thickness of concrete slab and 28 days compressive strength of the concrete are increased, the life cycle of concrete slab track is increased. When the subgrade stiffness of concrete slab is increased, the life cycle of slab track is raised negligibly. Moreover, when the traffic volume passed over the track is increased, the life cycle of slab track is decreased dramatically.

کلیدواژه‌ها [English]

  • life cycle
  • railway slab track
  • fatigue
- خواجه دزفولی، ا. (1397)، “تعیین حداقل ضخامت روسازی دال خط راه­آهن به کمک روشAASHTO­“ پژوهشنامه حمل و نقل، پژوهشکده حمل و نقل، دوره 15، شماره 1.
 
 
- خواجه دزفولی، ا.، ساکی­پور، ش. (1396)، “پیش بینی عمر روسازی دال خط راه­آهن با کمک مدل تخریب فرسایش PCA “ چهارمین کنفرانس ملی دستاوردهای اخیر در مهندسی عمران، معماری و شهرسازی، تهران، ایران.
 
-AREMA, (2006), American Railway Engineering and Maintenance of Way Association, “Concrete Slab Track“.
-Cornelissen, H. A. W., (1984), “Fatigue Failure of Concrete in Tension“. Heron. Delft, The Netherlands.
-EN., (1992), “Design of concrete structures“.
-Esmaeili, M., Mohammadzadeh, S. and Mehrali, M., (2016), “Dynamic Response of the Coupled Vehicle-Floating Slab Track System using Finite Element Method“.Int. J. Transp. Eng. 4: pp.9-26.
-Esveld, C., (2003), “Recent development in slab track“. European Railway Review, 2: 81–85.
-Esveld, C. and Markine, V., (2003), “Use of expanded polystyrene (EPS) sub-base in railway track design“. In: IABSE Symposium, Antwerp, Belgium.
-Fryba, L., (1972), “Vibration of solids and structures under moving loads“. Springer. Netherlands.
-Hetenyi, M., (1964), “Beams on Elastic Foundation”. The University of Michigan Press, Ann Arbor.
-Huang, Y. H., (2004), “Pavement analysis and design“. Pearson Prentice Hall, Pearson Education Inc. USA, New Jersey.
-International Union of Railways, UIC, 2010. “High Speed around the World Maps“. UIC Lecture. Paris. France.
-Poveda, E., Rena C., Lancha, C. and Ruiz, G., (2008), “Finite element analysis on the fatigue damage under compression of a concrete slab track“. VIII International Conference on Fracture Mechanics of Concrete and Concrete Structures FraMCoS-8.
-Poveda, E., Rena C., Lancha, C. and Ruiz, G., (2015), “A numerical study on the fatigue life design of concrete slabs for railway tracks“.
Eng. Struct. 100: pp.455–467.
-Sadeghi, J., Khajehdezfuly, A., Esmaeili, M. and Poorveis, D. (2016), “Dynamic Interaction of Vehicle and Discontinuous Slab Track Considering Nonlinear Hertz Contact Model“. J. Transp. Eng. 142: pp.1-11.
-Sadeghi, J., Liravi, H. and Esmaeili, M.H. (2017), “Experimental investigation on loading pattern of railway concrete slabs“.Constr. Build. Mater. 153: pp.481-495.
-Sadeghi, J. and Barati, P., (2010), “Evaluation of conventional methods in Analysis and Design of Railway Track System“. ‎Int. J. Civ. Eng. 8: pp.44-56.
-Sadeghi, J. and Barati, P., (2010), “Improvements of conventional methods in railway track analysis and design“. Can. J. Civ. Eng. 37: pp.675- 683.
-Shiau, Y., Huang, Ch., Wang, M. and Lu, L., (2008), “New Model of Cement Product – Precast Slab Track for THSR (Taiwan High Speed Rail)“.  25th International Symposium on Automation and Robotics in Construction. ISARC, pp.129–140.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
-Xavier, N., Abraham G., and Varkey, M. 2016. “Fatigue Evaluation of Track Slabs Reinforced with Steel and CFRP Bars using Finite Element Analysis“. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, 9: pp.16241-16248.
-Yen, Sh. and Lee, Y., (2007), “Parameter Identification and Analysis of a Slab Track System Using 3D ABAQUS Program“. Journal of Transport. Eng. ASCE. 133: pp.288-297.
-Zakeri, J.A., Esmaeili, M. and Fathali, M., (2011), “Evaluation of humped slab track performance in desert railways“. P. I. Mech. Eng. F. J. Rai. 225: pp.566- 573.
-Zakeri, J.A. and Sadeghi, J., (2007), “Field investigation on load distribution and deflections of railway track sleepers“. J. Mech. Sci. Technol. 21: pp.1948- 1956.
-Zhu, Sh. and Cai Ch., (2011), “Fatgue life prediction of CRTS I ballastless slab track“. Third International Conference on Transportation Engineering. ICTE. ASCE.