بررسی عملکرد استفاده از ناحیه انتقال چند بخشی در خطوط ریلی به روش عددی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی راه‌آهن، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی راه‌آهن، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

تغییرات سختی قائم خط در طول مسیرهای ریلی می تواند منجر به افزایش بارهای دینامیکی، ایجاد تغییر شکل‌های نامتقارن، آسیب دیدن اجزاء خط و در نتیجه افزایش هزینه‌های نگهداری گردد. از این رو بایستی با ایجاد ناحیه انتقال در محل هایی که سختی خط بطور قابل توجهی تغییر می نماید، مشکلات مذکور را کاهش داد. از جمله نقاطی که سختی قائم خط ریلی بصورت ناگهانی تغییر می یابد، محل اتصال خط بدون بالاست و خط بالاستی می باشد. یک روش ابتکاری جهت ساخت ناحیه انتقال در محل اتصال دالخط و خط بالاستی، استفاده ترکیبی از دال دسترسی و ریل های کمکی در طول ناحیه انتقال می باشد. در این مطالعه سعی گردیده تا رفتار دینامیکی این نوع ناحیه انتقال با ساخت مدل عددی اندرکنش خط-وسیله نقلیه مورد ارزیابی قرار گیرد. برای این منظور یک مدل سه بعدی از خط ریلی شامل دالخط، ناحیه انتقال و خط بالاستی ساخته شد. سپس به منظور بررسی رفتار دینامیکی ناحیه انتقال با دال دسترسی و ریل های کمکی، تحلیل حساسیت های مختلف بر روی مدل انجام گرفت. نتایج این بررسی ها نشان می دهد که استفاده ترکیبی از دال دسترسی و ریل های کمکی موجب گردیده تا در سرعت های کم و متوسط (km/h 200، 120) میزان افزایش تغییرات تغییرمکان ریل بطور متوسط در محل ناحیه انتقال با دال دسترسی و ریل های کمکی 22% و در محل ریل های کمکی 28% گردد. این در حالی است که این مقادیر برای سرعت های بالا (km/h 300) در محل ناحیه انتقال با دال دسترسی-ریل های کمکی 28.5% و در محل ریل های کمکی 33% می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analysis of a multi-Part Transition Zone Application in Railway Track by Numerical Method

نویسندگان [English]

  • Hamidreza Heydari-Noghabi 1
  • Morteza Esmaeili 2
  • Jabarali Zakeri, 2
1 Assistant Professor, School of Railway Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.
2 Professor, School of Railway Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Abrupt track vertical stiffness variations along railway tracks can lead to increased dynamic loads, asymmetric deformations, damaged track components, and consequently, increased maintenance costs. Therefore, such problems must be reduced by constructing a transition zone that smoothes the track stiffness change. The junction of slab track and ballasted track is one of the existing areas where vertical track stiffness can suddenly change, therefore requiring a transition zone. One of the innovative methods for constructing the transition zone at the junction of slab and ballasted tracks is implementation of the combined approach slab and auxiliary rails along the transition zone. In the present study, the dynamic behavior of this type of transition zone was evaluated by a train-track interaction model. For this purpose, a 3D model of the railway track was made, representing the slab track, the transition zone, and the ballasted track. Then, in order to study the dynamic behavior of the transition zone with combined approach slab and auxiliary rails, different sensitive analyses, such as vehicle speed, vehicle load, number of auxiliary rails and railpad stiffness, were performed with the model. The obtained results showed that the use of combined approach slab and auxiliary rails reduced the rail deflection variations along the transition zone from 35% to 22%-28% for low and medium speeds (120, 200 km/h), and from 41% to 28.5%-33% for high speeds (300 km/h).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Railway Track
  • Numerical Analysis
  • Multi-Part Transition Zone
  • Train-Track Interaction Model
-B.E. Zuada Coelho, (2010). Dynamics of railway transition zones in soft soils. MSc. Thesis, Delft University of Technology.
-B.E. Zuada Coelho, P. Hölscher, F. B. J. Barends, (2011). Dynamic behaviour of transition zones in railways. Proceedings of the 21st European Young Geotechnical Engineers' Conference, Rotterdam, 133-139.
-B.E. Zuada Coelho, P. Hölscher, J. Priest, W. Powrie, F. B. J. Barends, (2010). An assessment of transition zone performance. Proc. IMechE Part F. J. Rail and Rapid Transit, Vol. 224, 1-11.
-­Brinckerhoff, Q. and Douglas, Inc., (2000). TCRP Rep- ort 57: Track Design Hand- book for Light Rail Transit. Transportation Research Board, National Research Council, Washington, DC.
-­D. Read, D. Li, (2006). Research results digest 79- Design of Track Transitions. Transportation Technology Center, Inc.(TTCI), October.
-­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, 1341–1348.
CRC Press.
-­Jabbar-Ali Zakeri and Vida Ghorbani, (2011). Investigation on dynamic behavior of railway track in transition zone. Journal of Mechanical Science and Technology, 25 (2), 287-292.
-­K. J. Bathe. (1996). Finite Element Procedures. Prentice Hall.
-­Lei, X. and B. Zhang (2009). Influence of track stiffness distribution on vehicle and track interactions in track transition. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F. Journal of Rail and Rapid Transit 2010 224, 592.
-­M. Asghar Bhatti. (2005). Fundamental Finite Element Analysis and Applications: with Mathematica and Matlab Computations. John Wiley & Sons, Inc. 1 edition, February.
- Ricardo Insa, Pablo Salvador, Javier Inarejos and Alejandro Roda, (2012). Analysis of the influence of under sleeper pads on the railway vehicle/track dynamic interaction in transition zone. Journal of Rail and Rapid Transit, 226 (4), 409-420.
-­Sasaoka, C. D. and D. Davies (2005). Implementing track transition solutions for heavy axle load service. In AREMA 2005.
-­Sussman, T.R. and E.T. Selig. (1998). Track Component Contributions to Track Stiffness. E.T. Selig, Inc. Amherst, MA.
-­T. J .R. Hughes. (2003). The Finite Element Method. Dover Publications Inc., March.
-­Varandas, J.N. P. Hölscher, and M.A.G. Silva. (2013). Settlement of ballasted track under traffic loading. Application to transition zones. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F. Journal of Rail and Rapid Transit, 228(3).
- Varandas, J.N., (2013). Long-Term Behavioure of Railway Transitions under Dynamic Loading to Soft Soil Sites. Master Thesis, Universidade Nova de Lisboa, Portugal.
- Yao Shan, Bettina Albers, Stavros A. Savidis, (2013). Influence of different transition zones on the dynamic response. Computers and Geotechnics, Vol. 48, 21-28.
-AREMA, (2005). Portfolio of Track work Plans, American Railway Engineering and Maintenance of Way Association, Plan NO. 913-52.
-­Coelho, B., J. Priest, P. Holscher, and W. Powrie (2009). Monitoring of transition zones in railways. In M. Forde (Ed.), Railway Engineering. Engineering Technics Press.
-­Holscher, P. and P. Meijers (2007). Literature study of knowledge and experience of transition zones. Technical Report, GeoDelft
-­Li, D., D. Otter, and G. Carr (2010). Railway Bridge approaches under heavy axle load traffic: problems, causes, and remedies. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F. Journal of Rail and Rapid Transit 224 (5),
383– 390.