مطالعه ای در مورد پل های تخت با دهانه کوتاه ساخته شده با تیرهای پوشیده فولادی

مطالعه ای در مورد پل های تخت با دهانه کوتاه ساخته شده با تیرهای پوشیده فولادی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه راه – ساختمان، معماری، عمران

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات رایگان

مطالعه 20 الی 100% رایگان مقالات ترجمه شده

1- قابلیت مطالعه رایگان 20 الی 100 درصدی مقالات 2- قابلیت سفارش فایل های این ترجمه با قیمتی مناسب مشتمل بر 3 فایل: pdf انگیسی و فارسی مقاله همراه با msword فارسی -- تذکر: برای استفاده گسترده تر کاربران گرامی از مقالات آماده ترجمه شده، قیمت خرید این مقالات بسیار کمتر از قیمت سفارش ترجمه می باشد.  

چگونگی سفارش

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه (شماره حساب) ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.com شامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر -- مقالات آماده سفارش داده شده عرفا در زمان اندک یا حداکثر ظرف مدت چند ساعت به ایمیل شما ارسال خواهند شد. در صورت نیاز فوری از طریق اس ام اس اطلاع دهید.

مطالعه ای در مورد پل های تخت با دهانه کوتاه ساخته شده با تیرهای پوشیده فولادی

سازه ها و پل های فولادی

دانشگاه زیلینا، کالج مهندسی راه و ساختمان، اسلواکی

الزویر

2012

چکیده

مطالعه حاضر بر روی بهینه سازی و کارایی یک راه حل متعارف نسبی برای پل های راه آهن دارای دهانه کوتاه تمرکز دارد. رو سازی این پل ها بوسیله عرشه بتنی تقویت شده با استفاده از تیرهای پوشیده فولادی ساخته شده است. مخصوصا، رفتار خمشی این پل ها در مطالعه جاری مورد تحلیل قرار می گیرد. در این بررسی، سطوح مقطع حقیقی پل همراه با دهانه های آن نیز به حساب می آیند. در این زمینه رویه هایی برمبنای قواعد جدید اروپا اعمال شد. غالبا، توزیع مجدد عرضی یکپارچه و ساده بار برای هر یک از شاه تیرهای پوشیده فولادی در امتداد سطوح مقطع پل برمبنای تحلیل های کلی مد نظر می باشد. با توجه به آنکه دال بتنی و تیرهای فولادی با ترکیب خاص در ساختار عرشه کامپوزیتی متشکل از بتن – فولاد در کنار هم مورد استفاده قرار گرفته اند، رفتار حقیقی آنها  به  میزان  شدیدی  تحت  تاثیر  اثرات صفحه ای  می باشد. پروسه های ساده با مدل های ایجاد شده بوسیله تحلیل های محدود مورد مقایسه قرار گرفتند. انواع مختلف سطوح مقطع فولادی نیز آنالیز شدند. بطور عملی، تیرهای نورد گرم و تیرهای فولادی بازسازی شده نیز مورد مقایسه قرار می گیرند. بعلاوه بخش های فولادی جوش داده شده I– شکل غیر متقارن و T – شکل بالا – به پایین نیز مورد بررسی قرار گرفتند. بعلاوه، ویژگی های بهینه سازی برمبنای مصرف مواد نیز بعنوان یک معیار مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت، تاثیر پایه عرشه و قرنیز بر روی رفتار خمشی نیز مورد بررسی قرار می گیرد.

کلمات کلیدی: سازه های کامپوزیت فولاد- بتن، تیرهای پوشیده فولادی، پل های راه آهن، مطالعه پارامتری.

1- مقدمه

تیرهای کامپوزیت فولاد و بتن در حال حاضر در زمینه های مختلف ساخت و ساز، شامل سازه های مدیریتی و ساختمان های صنعتی، و همچنین جهت روسازی پل، بکار گرفته می شوند. کارایی این نوع از تیرها برمبنای بهره گیری از ویژگی های مطلوب مواد اصلی می باشد، همانند صلبیت و استحکام زیاد بتن در مقایسه با استحکام بالای فولاد تحت تنش. در این مبحث، سیستم ساختاری کامپوزیت ها مخصوصا بعنوان یک جایگزین موثر در مبحث پل های راه آهن بشمار می آید. تقریبا 14% پل های مورد استفاده در اروپا جزء پل های با ساختار کامپوزیت فولاد و بتن می باشند [1]. کشورهایی همانند آلمان (26%)، ایتالیا (24%) و فرانسه (20%) جزء پیشروهای این عرصه بشمار می آیند. برای دهانه های از 8 الی 16 متر، تیرهای – فیلر نقش مهمی را ایفا می نمایند. پل هایی که دارای تیرهای پوشیده فولادی هستند بعنوان شایع ترین راه حل برای پل های موجود راه آهن با دهانه کوچک، همانند پل های کشور اسلواکی، بشمار می آیند [2]. علیرغم عیوب آشکار آنها، نظیر وزن بیشتر، بهره برداری ناموثرتر از مواد، پل های تخت تیر – فیلر هنوز نیز بوسیله مدیران راه آهن و دیگر موسسات ترجیح داده می شوند. یکی از دلایل اصلی و کلیدی برای طراحی این نوع از پل ها مزیت صلبیت بیشتر آنها می باشد، مخصوصا از نقطه نظر معیارهای اکیدتری که سبب محدود شدن تغییر شکل یافتگی و ارتقای رفتار دینامیکی آنها شده است؛ این ویژگی ها برای شبکه راه آهن پر سرعت معاصر بعنوان ویژگی های مطلوب بشمار می آید. عمق ساختاری کوچک معرف یکی دیگر از مزیت های معنی دار پل تخت تیر – فیلر می باشد. حتی آزمایشات انجام شده برمبنای ویژگی های طویل المدت، همراه با خصیصه های مربوط به حفظ و نگهداری و تعمیرات، همگی اولویت استفاده از این نوع از ساختارهای روسازی را عنوان می نمایند [3]. طراحی پل های تیر پوش حتی برمبنای فعالیت های استاندارد و ویژگی های مربوط بدان نیز در برخی از کشورهای اروپایی مورد حمایت می باشد. بطور مثال، رهنمودهای تشریح شده بوسیله اتحادیه بین المللی راه آهن (VIC) [4]  و  قوانین کشورهای آلمان [5] یا قواعد جمهوری چک [6]  در این زمینه  مفید  قلمداد می شوند. در کشور اسلواکی، هیچگونه استانداردی مدرنی قبل از ارائه دستورالعمل های مرتبط و قواعد یورو 4 وجود نداشته است [7]. فهرست های ارائه شده در [8] که جهت ارتقا با استفاده از مقاطع نورد شده مدنظر می باشند و در این راستا این فهرست در زمینه استفاده از سطوح نورد شده و ارائه آسانتر راهکارها و رویه های کاربردی مدنظر قرار گرفته است. با این حال حتی با استفاده از آن دسته از مستندات و سوابق پیشین که از جزئیات کافی نیز برخوردار می باشند، هنوز مستندات کافی در این زمینه وجود نداشته و شاهد کمبودهایی در این راستا هستیم.

2- مطالعه پارامتری

2-1. دلایل و پارامتر ورودی

امروزه پل های تخت تیر – فیلر با تیرهای نورد شده H – شکل غالبا برای پل های جدید بوسیله طراحان پیشنهاد می شوند. این نوع از تیرها علیرغم شاخص نه چندان خوب مصرف فولاد ترجیح داده می شوند. از طرف دیگر بازسازی و تعمیر سطوح مقطع جوشکاری شده در برخی از موارد راهکار ارزان تری را ارئه می دهد، با این حال چنین فرآیندی سبب افزایش هزینه های اجزای فولادی می شود. بعلاوه، برخی از مطالعات شکل غیر متعارف اینگونه بخش ها، مخصوصا بخش های – T بالا به پایین، را مد نظر قرار داده اند. تحلیل کلی کنونی پل ها از نقطه نظر عرفی در مقایسه با محاسبه یک مدل تیر واحد بسیار ساده می باشد. در چنین موردی، توزیع مجدد یکپارچه بار در امتداد پهنای عرشه مدنظر است. علاوه بر این دیدگاه تقریبی، مدل های دو بعدی و سه بعدی، توسعه یافته در نرم افزار FEM، بطور فزاینده ای مورد استفاده قرار می گیرند. مدل صفحه ای عرشه همراه با تیرهای فولادی، با تقریب بوسیله پشت بندها و میله های قرار گرفته در داخل عرشه، بعنوان شایع ترین تکنیک به کار گرفته شده مدنظر است. توزیع مجدد ارتقا یافته بار را بر این مبنا می توان انتظار داشت و همچنین نیروهای عرضی دقیق تری با استفاده از این مدل حاصل می شوند. در این مقاله [10]، تاثیر لبه ها و دیواره های جانبی و اثرات آن بر روی توزیع مجدد لنگر مورد بررسی قرار می گیرد. برمبنای رفتار واقعی پل های موجود [3]، این مورد را می توان اذعان داشت که این قسمت را می توان بعنوان کنسول سبک، بدون در نظر گیری تیرهای پوشیده زیرین، محاسبه نمود.

جهت مقایسه کارایی مواد انواع مختلف تیرها و تناسب تحلیل کاربردی، مطالعه پارامتری ذیل اجرا شد. یک روسازی که حاوی یک خط سیر با پل راه آهن دو سویه می باشد را همانند شکل 1 در نظر بگیرید. مجموع پهنای عرشه بتنی زیر یک مسیر، شامل پایه های دو طرفه، 2-7 متر است. بر این مبنا پنج مقدار دهانه تقویتی ساده مرتبط با این پل بصورت 0/8 متر، 0/10 متر، 0/12 متر، 0/14 متر و 0/16 متر مشخص شد. بعلاوه، این بررسی چهار پهنای محتمل عرشه تیر – فیلر همانند 5/2 متر، 0/3 متر، 5/3 متر را در نظر گرفته و همچنین یک جایگزین پهن تر با دال به پهنای 0/4 را مشخص می سازد. این داده های ورودی مترادف با عرشه های پل، به ترتیب با 5، 6، 7 و 8 تیر پوشیده، در داخل یک عرشه تیر – فیلر می باشند. بنابراین، بیست نوع شکل عرشه پل مختلف در  این مبحث مشخص گردید. بعلاوه، سه نوع مختلف تیرهای فولادی در مطالعه پارامتری مدنظر می باشند. در ابتدا، پروفیل های I – شکل جوشکاری شده غیر متقارن بررسی شدند. متعاقبا، سطوح مقطع جوشکاری شده T – شکل بالا به پایین فولاد دارای بلندی یکسان نیز مطالعه شدند. در نهایت، انواع از قبل تایید شده تیرهای – H نورد شده از کاتالوک [8] با دو جایگزین مختلف تیرها مقایسه شد. فولاد رتبه S275 برای تیرها و B500B برای بخش های عرضی تقویت شده به حساب آورده شدند. علاوه بر این ماده بتن C30/37 نیز مدنظر قرار گرفت.

انتخاب داده های ورودی برای سازه های پل تیر- فیلر در جدول 1 می بایست معرف شرایط محدوده مورد نیاز مشخص شده در دستورالعمل های [4، 6 و 8] باشد. فلانژهای پایینی پوشیده نشدند چرا که نوعی پنجره کرکره ای دائمی با ضخامت 30 میلیمتر بطور آشکار بر روی سطح بالایی لبه های پایینی برای کلیه سطوح مقطع قرار گرفت. علاوه بر این نوعی آرماتور تقویت کننده عرضی f16 در امتداد سوراخ های f40 در جان تیر قرار داده شد.

علاوه بر مدل تیر اصلی، توزیع مجدد بار پهنای عرشه عرضی را در نظر بگیرید، که برمبنای مدل عددی با استفاده از مش دو بعدی اجزای محدود برای عرشه مربوطه با تیرهای فولادی مدلسازی شده بعنوان پشت بندهای پوشیده مشخص شدند که برای کلیه موارد جایگزین اجرا شد. اندازه شاه تیرها حاصل آمده از فرایند تایید فرایند مشخص گردید. نگارش حقیقی یورو 4 [7] نیز بکار گرفته شد. بنابراین، برخی از تفاوت ها در مقایسه با یک کد اولیه قبلی به حساب آمد [11]. تقریبا سطح مشابه ای از خمش خمیری بخش های کامپوزیت در کلیه موارد مورد انتظار خواهد بود. با توجه به عملکردهای مرتبط، مدل بار ترافیک 71 و مدل SW/2 بر مبنای قواعد یورو 2 [12] به حساب آمدند. تایید محدوده سرویس پذیری نیز به خوبی اعمال شد. هر دوی رویه های ساختاری و تاثیرات علم رئولوژی در محاسبه الاستیک تنش ها محسوب شد. کلیه تغییر شکل ها را نیز می بایست تصدیق کرد.

2-2. مصرف فولاد

در شکل 2، مصرف فولاد برای پل های تحت بررسی ارائه شده است. مقدار فولاد برمبنای جرم تیر فولادی سطح مقطع عرشه برحسب واحد طول پل مشخص می شود. در اولین نمودار سمت چپ (الف)، این ارتباط برای بخش های فولادی I – شکل غیر متقارن ارائه شده است. نمودارهای طولی در سمت راست شکل (ب) برای بخش های T –  شکل  بالا به پایین معتبر می باشند. کنترل تفصیلی می تواند معرف آن باشد که در مورد  پل های پهن تر می توان صرفه جویی خاصی از نظر مصرف مواد فولادی حاصل آورد. کاهش مصرف فولاد در سطح  مقطع با توجه به افزایش پهنا یکی از موارد معنی دار در ارتباط باذ تیرهای – T  بالا به پایین می باشد. برای عرشه های پهن تر (از 0/3 الی 0/4 متر)، نتایج کاربرد تیرهای – I جوش داده شده نامتقارن به نظر بصورت عملی بسیار مشابه می باشد.

بررسی جایگزین مصرف تیر برای سه سطح مقطع تیر فولادی بررسی شده را می توان در شکل 3 مشاهده نمود. مقادیر پایه به وسیله تحلیل های مرتبط برحسب توصیه های UIC حاصل آمده اند [8]، که بصورت شایع برای تیرهای – H نورد شده معتبر خواهند بود. می توان مشاهده نمود که استفاده از سطوح مقطع جوشکاری شده بازسازی شده ممکن است منجر به صرفه جویی مواد در کلیه موارد شود. مخصوصا جایگزینی تیرهای نورد شده بوسیله شاه تیرهای تعمیری که به راحتی حاصل می آیند را می توان بعنوان راه حل اقتصادی برای دهانه های کوچکتر مشخص ساخت. بطور عملی، روسازی های پل تا دهانه های دارای درازای هشت متر، برحسب اقتصاد مواد فولادی در حدود 50%  بدون توجه به آنکه پهنای عرشه تا چه اندازه است قابل توجه و مطلوب خواهد بود. 

از نقطه نظر ظاهر، استفاده بخش های غیر متقارن جایگزین، چه تیرهای – I یا تیرهای T ، ممکن است منجر به صرفه جویی های قابل توجه و معنی داری در فولاد، مخصوصا برای پل های کوتاه تر، شود. در هر حال، این مورد را می توان بطور قطعی از مطالعه جاری نتیجه گیری نمود که کدام یک از تیرهای I یا T شکل از نظر کاربرد مناسب تر می باشند. ویژگی قابل توجه، همانند عمق ساختار پل، فاصله گذاری مختلف تیر و روش ساختار پل ها، را بطور خاص می بایست مدنظر قرار داد.

 2-3. تناسب روش ساده

روش ساده شده مشهود در ارتباط با توزیع مجدد یکنواخت بار در تیرهای واحد هنوز به وسیله قواعد مرتبط [4، 5 و 8]، برای تحلیل کلی عرشه های تیر – فیلر، مورد نظر می باشند. در این مورد، یک رفتار صفحه ای سطح  عرشه را می توان نادیده انگاشت. با این وجود، اندازه گیری ها بر روی ساختار حقیقی [2] موکد رفتار سه بعدی این نوع از عرشه های پل می باشند. مطالعات بعدی می بایست قابل کنترل این روش ساده و همچنین مدل صفحه ای یا تخت موثرتر با استفاده از پشتبندهای پوشیده در روش جزء محدود را مدنظر قرار دهند. مقادیر دفرمه شدگی عرضی سطح مقطع عرشه در میانه – دهانه به تفصیل کنترل شده است. برای رفتار خمشی، چنین تفسیری کاملا کفایت خواهد داشت. مقادیر اصلی محدوده سرویس دهی فراهم آمده بوسیله روش ساده شده کنونی مشخص کننده توزیع بار به میزان 1.0 می باشد. نسبت این مقادیر با مورد حاصله از مدل های محدود پیچیده تر برای عرشه 5 متر با 5 تیر در شکل 4 نشان داده شده است. ارتباط یکسانی، اما در این مورد برای حالت عرشه با پهنای 0/4 متر، را می توان در شکل 5 مشاهده نمود.

از نتایج این مطالعه، این موضوع آشکار می شود که از طریق استفاده از مدل صفحه ای عرشه های تیر – فیلر، رفتار خمشی دقیق تری را می توان حاصل نمود. بعلاوه، در صورتی که روش ساده شده با توزیع مجدد یکپارچه بار برای تیرها را بکار گیریم ،  مقدار  پایین تر  تنش  را  می توان در تیرهای بیرونی مشخص ساخت. بعلاوه، تقویت عرضی را نمی توان به درستی برمبنای نتایج حاصله بوسیله رویکرد ساده شده حاصل آورد. به هنگامی که از مدل جزء محدود صفحه ای در این مطالعه استفاده می شود، لنگر خمشی در تیرهای بیرونی ممکن است مقادیری بیشتر از مقدار 12 الی 16% را حاصل نمایند که خود منوط به پهنای عرشه می باشد. این نتیجه بطور معنی داری با توجه به دهانه کاهش می یابد. برای دهانه های درازتر (0/16 متر) تفاوت ممکن است کمتر از 3% باشد. بنابراین می توان نتیجه گیری نمود که رفتار صفحه ای در مورد عرشه های پهن تر مناسب تر است.

3- نتیجه گیری

پل های تیر – فیلر معرف یک نوع قابل توجه از ساختار پل با توجه به محدوده دهانه از 6 الی 15 متر می باشد. این نوع از پل ها قابلیت ارائه مزیت های کاربرد مصالح شکسته را داشته، که بصورت نسبی توانایی کاهش عمق ساختاری و ارتقای صلبیت استاتیکی یا دینامیکی و همچنین فرآیند ساخت آسان پل را خواهند داشت. با این وجود هنوز شاهد وجود برخی از معضلات مرتبط با این نوع از پل ها می باشیم که معرف برخی از ویژگی های مهمی هستند که البته در این کشور هنوز مد نظر قرار نگرفته اند. علاوه بر بخش های – H نورد شده کلاسیک، شاه تیرهای بازسازی شده و جوشکاری شده جایگزین را می توان برای طراحی اقتصادی این نوع از پل ها بکار گرفت، مخصوصا برای پل هایی که دارای دهانه کوچکتری هستند. بعلاوه، رفتار خمشی صحیح تر را می توان از کاربرد مدل های محدود حاصل آورد.