تخمین ضریب ضربه در پل‌های قوسی بنایی تحت اثر حرکت قطار پرسرعت پردیس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، مهندسی سازه، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

2 استادیار، مهندسی سازه، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

چکیده

یکی از مهمترین پارامترهایی که می‌تواند رفتار دینامیکی پل را تحت اثر عبور قطار بیان نماید ضریب ضربه و یا بار دینامیکی مجاز است. این پارامتر در آیین‌نامه‌های طراحی پل‌ها در برابر عبور قطار به جای تحلیل‌های طاقت‌فرسای دینامیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. با وجود اینکه استفاده از ضریب ضربه در برخی موارد پاسخ‌های محافظه‌کارانه‌ای ارائه می‌دهد، اما استفاده از این ضرایب و روابط احتمالی مستخرج از آنها به دلیل صرفه‌جویی در هزینه‌های محاسباتی، تنها جایگزین مناسب تحلیل‌های دینامیکی است. پل‌های قوسی بنایی از لحاظ هندسی و رفتاری سازه‌های پیچیده‌ای هستند و تهیه مدل عددی و انجام تحلیل دینامیکی باتوجه به تعدد آنها امکان‌پذیر نیست؛ بنابراین محاسبه ضریب ضربه ناشی از عبور قطارهای پرسرعت می‌تواند رفتار اولیه پل‌های قوسی بنایی را مشخص نماید و بستر استفاده از این زیرساخت‌های مهم ریلی را فراهم نماید. برای این منظور در مطالعه حاضر ابتدا مدل اجزای محدود دو پل قوسی بنایی که از لحاظ مشخصات هندسی و مکانیکی کاملاً متفاوت هستند تهیه شد و در ادامه با انجام 52 تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی ضریب ضربه و بار دینامیکی مجاز محاسبه شده است. نتایج نشان می‌دهد که رفتار پل‌های قوسی بنایی در شرایط مختلف در برابر قطار پرسرعت پردیس مناسب است و همه ضرایب ضربه محاسبه شده در محدوده مناسبی قرار دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Impact factor estimation of railway masonry arch bridges subjected to the Pardis high-speed train

نویسندگان [English]

  • Peyman Azimi 1
  • Mahdi Yazdani 2
1 M.Sc., Grad., Faculty of Engineering, Arak University, Arak, Iran.
2 Assistant Professor, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, Iran.
چکیده [English]

Currently, the Pardis high-speed train with a speed of 150 (km/h) is known as the only high-speed train in service in Iran. Impact factor or dynamic load allowance are the most important parameters that can express the dynamic behavior of the bridge under a train. These parameters are used in bridge design codes instead of exhaustive dynamic analyses. Although the use of impact coefficients in some cases provides conservative answers, the use of these coefficients and the possible relationships derived from them can be a good alternative to dynamic analyses due to time and computational cost savings. Masonry arch bridges are geometrically and behaviorally complex structures and it is impossible to prepare an accurate numerical model and to conduct dynamic analyses due to their multiplicity; Therefore, calculating the impact factor due to the passage of high-speed trains can determine the initial behavior of masonry arch bridges. For this purpose, in the present study, first the finite element model of two masonry arch bridges was prepared which are completely different in terms of geometric and mechanical characteristics, and then by performing 52 dynamic analyzes, the time history of impact factor and dynamic load allowance has been calculated. The results show that the behavior of masonry arch bridges is appropriate in different conditions under the Pardis high-speed train and all the calculated impact coefficients are in the rational range.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Masonry Arch Bridge
  • Dynamic Analysis
  • High-Speed Trains
  • Impact Factor
  • Dynamic Load Allowance
-American Association of State, H., & Transportation, O. (2010). AASHTO LRFD Bridge Design Specifications: US Customary Units. American Association of State Highway and Transportation Officials.
-Arema, L. M. D. (2013). American railway engineering and maintenance-of-way association. Manual for railway engineering.
-Ataei, S., & Miri, A. (2018). Investigating dynamic amplification factor of railway masonry arch bridges through dynamic load tests. Construction and Building Materials, 183, 693-705. doi.org/https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.06.151
-Au, F. T. K., Wang, J. J., & Cheung, Y. K. (2002). Impact study of cable-stayed railway bridges with random rail irregularities. Engineering Structures, 24(5), 529-541.
-Azimi, P., & Yazdani, M. (2021). Assessment of Old Railway Bridges Under the Pardis High-Speed Train. Journal of Structural and Construction Engineering, 8(5), 260-278.  doi.org/10.22065/jsce.2019.183400.1846
-Bayraktar, A., Altuniik, A. C., Birinci, F., Sevim, B., & Türker, T. (2010). Finite-element analysis and vibration testing of a two-span masonry arch bridge [Article]. Journal of Performance of Constructed Facilities, 24(1), 46-52. doi.org/10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0000060
-Biggs, J. M. (1964). Introduction to structural dynamics. McGraw-Hill.
-Delgado, R. E., Calcada, R. (Ed.), Goicolea, J. (Ed.), Gabaldon, F. (Ed.). (2008). Dynamics of High-Speed Railway Bridges (1st Edition ed.) [Engineering & Technology]. CRC Press doi.org/10.1201/9780203895405
-Forgács, T., Sarhosis, V., & Ádány, S. (2020). Shakedown and dynamic behaviour of masonry arch railway bridges. Engineering Structures, 111474. doi.org/https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.111474
-Galvín, P., Romero, A., Moliner, E., & Martínez-Rodrigo, M. D. (2018). Two FE models to analyse the dynamic response of short span simply-supported oblique high-speed railway bridges: Comparison and experimental validation. Engineering Structures, 167, 48-64. doi.org/10.1016/j.engstruct.2018.03.052
-Gou, H., Zhou, W., Chen, G., Bao, Y., & Pu, Q. (2018). In-situ test and dynamic response of a double-deck tied-arch bridge. Steel and Composite Structures, 27(2), 161-175.    doi.org/10.12989/SCS.2018.27.2.161
-Hamidi, S. A., & Danshjoo, F. (2010). Determination of impact factor for steel railway bridges considering simultaneous effects of vehicle speed and axle distance to span length ratio. Engineering Structures, 32(5), 1369-1376. doi.org/10.1016/j.engstruct.2010.01.015
-Kwark, J., Choi, E., Kim, Y., Kim, B., & Kim, S. (2004). Dynamic behavior of two-span continuous concrete bridges under moving high-speed train. Computers & structures, 82(4-5), 463-474.
-Kwasniewski, L., Li, H., Wekezer, J., & Malachowski, J. (2006). Finite element analysis of vehicle–bridge interaction. Finite Elements in Analysis and Design, 42(11), 950-959.
-Ma, L., Zhang, W., Cai, S. C. S., & Li, S. (2021). The dynamic amplification factors for continuous beam bridges along high-speed railways [Article]. Advances in Structural Engineering, 24(11), 2542-2554. doi.org/10.1177/13694332211003288
-Marefat, M. S., Ghahremani-Gargary, E., & Ataei, S. (2004). Load test of a plain concrete arch railway bridge of 20-m span [Article]. Construction and Building Materials, 18(9), 661-667. doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2004.04.025
-Marefat, M. S., Yazdani, M., & Jafari, M. (2019). Seismic assessment of small to medium spans plain concrete arch bridges [Article]. European Journal of Environmental and Civil Engineering, 23(7), 894-915. doi.org/10.1080/19648189.2017.1320589
-Moghimi, H., & Ronagh, H. R. (2008). Impact factors for a composite steel bridge using non-linear dynamic simulation. International Journal of Impact Engineering, 35(11), 1228-1243. doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2007.07.003
-O'Connor, C. (2000). Bridge loads: An international perspective. CRC Press.
-Trainset Iran DH4-1 PARADISE, Project: Y.5213-12 / F.0532. (2005). In O. m. S. T. System (Ed.).
-Yazdani, M., & Azimi, P. (2020). Assessment of railway plain concrete arch bridges subjected to high-speed trains. Structures, 27, 174-193. doi.org/10.1016/j.istruc.2020.05.042
-Yoon, H., Chin, W. J., Kang, J. Y., Kwark, J., & Hwang, E.-S. (2013). Computation of Impact Factor of High-Speed Railway Bridge by KTX Train Riding Test.
-Zhang, X., Sennah, K., & Kennedy, J. (2003). Evaluation of impact factors for composite concrete–steel cellular straight bridges. Engineering Structures, 25(3), 313-321.