آسیب سیستم ساختاری تیر بدون بالاست نوع CRTS III-32

از زمان پیدایش راه‌آهن‌های سریع‌السیر، آن‌ها به تدریج با ویژگی‌های صاف، سریع، ایمن و راحت خود به مسیر جدیدی برای توسعه حمل‌ونقل ریلی جهانی تبدیل شده‌اند [1]. ساختار مسیر، به عنوان جزء اصلی سیستم های راه آهن پرسرعت، با انتقال مستقیم بارهای وسیله نقلیه بین سازه های بالا و پایین، نقش مهمی را ایفا می کند. بنابراین، برای اطمینان از نرمی و ایمنی عملیات قطارهای پرسرعت، حفظ پایداری و قابلیت اطمینان سیستم مسیر ضروری است. سیستم مسیر از مسیرهای بالاست به مسیرهای بدون بالاست تبدیل شده است و بر اشکالاتی مانند سر و صدای زیاد و هزینه های نگهداری بالا غلبه کرده است، در حالی که سیستم مسیر دوام را به میزان قابل توجهی بهبود بخشیده است.

با توسعه سریع راه‌آهن‌های پرسرعت، چین به‌طور مستقل مسیر بدون بالاست نوع III CRTS (سیستم مسیر راه‌آهن چین) را توسعه داده است، یک ساختار جدید مسیر راه‌آهن پرسرعت با حقوق کامل مالکیت معنوی [2]. سازه ها از بالا به پایین عبارتند از ریل فولادی، دال مسیر، لایه بتنی خود متراکم، ژئوتکستایل و صفحه پایه، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. اکنون به طور گسترده در خط راه آهن سریع السیر ژنگژو-ژوژو استفاده می شود [3] . در مقایسه با دال‌های مسیر CRTS I و CRTS II، CRTS III مزایای بسیاری از جمله صافی بالا، پایداری و سهولت تعمیر و نگهداری را ارائه می‌دهد که آن را در ساخت راه‌آهن پرسرعت محبوب می‌کند.

اگرچه مسیر بدون بالاست نوع CRTS III از پایداری بالا و تعمیر و نگهداری کم برخوردار است، آسیب و خرابی آن پس از سرویس طولانی مدت اجتناب ناپذیر است. در برخی مناطق، مسیر بدون بالاست نوع CRTS III مشکلاتی مانند جدا شدن بتن خود تراکم دال مسیر و براده برداری لبه بتن خود متراکم را تجربه کرده است [4]. این شرایط ویژگی‌های انتقال بار سیستم مسیر چندلایه را تغییر می‌دهد و به طور بالقوه بر صافی مسیر و ایمنی قطار در موارد شدید تأثیر می‌گذارد.

برای مسیر بدون بالاست نوع CRTS III، صفحه پایه به طور صلب به پایه زیرین متصل است. لغزش نسبی بین بتن خود متراکم و هر دو صفحه پایه و دال مسیر رخ می دهد. در سال‌های اخیر، تعداد زیادی از محققان در مورد جداسازی بین لایه‌ای دال مسیر و بتن خود تراکم مطالعه کرده‌اند. به عنوان مثال، لیو و همکاران. [5] بر تنش‌های بین لایه‌ای در سطح مشترک تحت دما، انقباض، بار قطار و تغییر شکل پایه مسیر بدون بالاست نوع CRTS III متمرکز شده است. هوانگ و همکاران [6] آزمایش‌های نمونه اولیه را بر روی مسیرهای بدون بالاست نوع CRTS III انجام داد. آنها از شبیه سازی اجزای محدود برای مطالعه تغییر شکل تاب خوردگی تحت بارهای دما استفاده کردند. نتایج نشان داد که اتصال بین دال مسیر و بتن خود تراکم باید چسبنده باشد. ژائو و همکاران [7]، [8]، [9] از روش سازنده انسجام خستگی رابط استفاده کرد. مکانیسم گسترش آسیب رابط تحت بارهای چرخه ای طولانی مدت مورد بررسی قرار گرفت. آنها تأثیر جداسازی اولیه اولیه و استحکام باند را بر خواص مکانیکی خستگی بین لایه‌های مسیر بدون بالاست بررسی کردند. به طور مشابه، چندین محقق تخریب خواص مکانیکی سیستم های ریلی تحت بارگذاری طولانی مدت را مطالعه کرده بودند. به عنوان مثال، لیو و همکاران. [10]، [11] آزمایش‌های خستگی خمشی عرضی مسیر بدون بالاست نوع CRTS III را انجام دادند و آسیب خستگی و ایجاد تنش-کرنش در مسیر بدون بالاست را تحت تأثیر چرخه‌ای طولانی مدت ممان‌های خمشی عرضی مورد مطالعه قرار دادند. نتایج نشان داد که پس از انباشته شدن خستگی 5 میلیون بار، بار ترک خوردگی لایه بتن خود متراکم و بارهای لغزش بین لایه به ترتیب 20 تا 30 درصد و بیش از 25 درصد کاهش یافت. آسیب خستگی و جداسازی بین لایه‌ای اثرات نامطلوبی بر عملکرد کار هم افزایی دال مسیر و لایه بتنی خود متراکم داشت. وو و همکاران [12] یک مدل مسیر بدون بالاست نوع CRTS III در مقیاس کامل را بر اساس مدل دینامیکی مسیر-زیرگرم ایجاد کرد. از طریق آزمون بار خستگی، ویژگی های تکامل خستگی سفتی لایه جداسازی به دست آمد. نتایج نشان داد که تغییر شکل فشاری لایه ایزوله، شتاب دال مسیر و تنش بتن خود تراکم با افزایش تعداد بار قطار کاهش می‌یابد. در مقابل، شتاب و تنش صفحه پایه افزایش یافت. آسیب خستگی و جداسازی بین لایه‌ای اثرات نامطلوبی بر عملکرد کار هم افزایی دال مسیر و لایه بتنی خود متراکم داشت. وو و همکاران [12] یک مدل مسیر بدون بالاست نوع CRTS III در مقیاس کامل را بر اساس مدل دینامیکی مسیر-زیرگرم ایجاد کرد. از طریق آزمون بار خستگی، ویژگی های تکامل خستگی سفتی لایه جداسازی به دست آمد. نتایج نشان داد که تغییر شکل فشاری لایه ایزوله، شتاب دال مسیر و تنش بتن خود تراکم با افزایش تعداد بار قطار کاهش می‌یابد. در مقابل، شتاب و تنش صفحه پایه افزایش یافت. آسیب خستگی و جداسازی بین لایه‌ای اثرات نامطلوبی بر عملکرد کار هم افزایی دال مسیر و لایه بتنی خود متراکم داشت. وو و همکاران [12] یک مدل مسیر بدون بالاست نوع CRTS III در مقیاس کامل را بر اساس مدل دینامیکی مسیر-زیرگرم ایجاد کرد. از طریق آزمون بار خستگی، ویژگی های تکامل خستگی سفتی لایه جداسازی به دست آمد. نتایج نشان داد که تغییر شکل فشاری لایه ایزوله، شتاب دال مسیر و تنش بتن خود تراکم با افزایش تعداد بار قطار کاهش می‌یابد. در مقابل، شتاب و تنش صفحه پایه افزایش یافت. [12] یک مدل مسیر بدون بالاست نوع CRTS III در مقیاس کامل را بر اساس مدل دینامیکی مسیر-زیرگرم ایجاد کرد. از طریق آزمون بار خستگی، ویژگی های تکامل خستگی سفتی لایه جداسازی به دست آمد. نتایج نشان داد که تغییر شکل فشاری لایه ایزوله، شتاب دال مسیر و تنش بتن خود تراکم با افزایش تعداد بار قطار کاهش می‌یابد. در مقابل، شتاب و تنش صفحه پایه افزایش یافت. [12] یک مدل مسیر بدون بالاست نوع CRTS III در مقیاس کامل را بر اساس مدل دینامیکی مسیر-زیرگرم ایجاد کرد. از طریق آزمون بار خستگی، ویژگی های تکامل خستگی سفتی لایه جداسازی به دست آمد. نتایج نشان داد که تغییر شکل فشاری لایه ایزوله، شتاب دال مسیر و تنش بتن خود تراکم با افزایش تعداد بار قطار کاهش می‌یابد. در مقابل، شتاب و تنش صفحه پایه افزایش یافت. و تنش بتن خود متراکم با افزایش تعداد بار قطار کاهش یافت. در مقابل، شتاب و تنش صفحه پایه افزایش یافت. و تنش بتن خود متراکم با افزایش تعداد بار قطار کاهش یافت. در مقابل، شتاب و تنش صفحه پایه افزایش یافت.

برای زیرسازی مسیر بدون بالاست، تیر جعبه مهمترین سیستم سازه باربری راه آهن پرسرعت است. در راه‌آهن پرسرعت پکن-شانگهای، تیرهای جعبه‌ای با پشتیبانی از رایانه شخصی بیش از 90 درصد کل طول تیر را تشکیل می‌دهند [13]. پیچیدگی عملکرد بتن در سازه های تیرهای جعبه ای به شدت بر سیستم مسیر تأثیر می گذارد. تغییر شکل در تیرهای جعبه، مانند قوس به سمت بالا ناشی از پیش تنیدگی و توسعه قوس تحت خزش، می تواند بر صافی و پایداری سیستم مسیر بالایی تأثیر بگذارد. علاوه بر این، نشست ناهموار پایه تیرهای جعبه به دلیل نرم شدن زمین می تواند بر سیستم مسیر تأثیر بگذارد. گو و همکاران [14] وضعیت تنش لایه‌های مسیر بدون بالاست را تحلیل کرد و یک مدل تحلیلی نقشه‌برداری جهانی برای تغییر شکل عمودی تیر و هندسه ریل ایجاد کرد. این مطالعه روشی را برای ارزیابی کمی تغییر شکل مسیر به دلیل تغییر شکل‌های پل و تخریب بین لایه‌ای ارائه کرد. هوانگ و همکاران [15] یک مدل اجزای محدود دقیق و دقیق از مسیر بدون بالاست نوع CRTS II برای بررسی آسیب ارائه کرد. نتایج نشان داد که آسیب کششی باعث ایجاد ترک‌های اولیه در داخل درز باریک می‌شود، سپس افزایش آسیب فشاری عامل اصلی شکست نهایی بتن درز باریک است. گائو و همکاران [16] یک روش تحلیل دینامیکی قطار-راه آهن-ساختار با جفت عمودی بر اساس ارتعاش اجباری ایجاد کرد. نتایج نشان داد که این روش می‌تواند به طور دقیق ویژگی‌های دینامیکی زیرساخت‌های دارای بیماری‌های موضعی را تحلیل کند. زو و همکاران [17] یک الگوریتم ترکیبی را بر اساس روش تغییر زمان جفت شده و روش تکرار جداسازی پیشنهاد کرد. نتایج مثال نشان داد که الگوریتم ترکیبی از بازده محاسباتی بالاتری نسبت به روش متغییر زمانی جفت شده برخوردار بوده و از دقت یکسانی برخوردار است. ژانگ و همکاران [18] مدلی بر اساس تئوری دینامیک جفت شده قطار-پل برای بررسی اینکه چگونه نشست دیفرانسیل پایه‌های راه‌آهن پرسرعت بر استانداردهای مختلف مربوط به عملکرد راه‌آهن تأثیر می‌گذارد، توسعه داد. نتایج نشان داد که بیشتر شاخص ها بسیار کمتر از حد استاندارد شده بودند. ژنگ و همکاران [19]، [20]، [21] کمبر خزشی تیرهای جعبه را انجام دادند و تغییر شکل‌های اضافی حاصل را در سیستم مسیر بالایی ترسیم کردند. آنها دریافتند که مسیر بدون بالاست نوع CRTS II خزش تیر جعبه را کاهش می دهد. جینگ و همکاران [22] یک مدل تحلیلی برای گسترش انجماد مسیر بدون بالاست نوع CRTS Ⅲ بر اساس ساختار اصلی آسیب پلاستیک بتن ایجاد کرد. مدل به دقت رفتار آسیب غیرخطی مسیرها را تحت تأثیر مکان‌های انجماد، طول موج‌ها و دامنه‌های مختلف پیش‌بینی کرد. زو و همکاران [23] یک مدل المان محدود سه بعدی را برای بررسی آسیب رابط که بین دال پیش ساخته و لایه ملات CA (آسفالت سیمانی) در سیستم مسیر دال سیستم راه آهن چین (CRTS-II) رخ داده است، ارائه کرد. این نشان داد که آسیب رابط می تواند باعث تغییر در پاسخ ارتعاشی مسیر دال شود و در نتیجه بر ایمنی و پایداری آن تأثیر بگذارد. [23] یک مدل المان محدود سه بعدی را برای بررسی آسیب رابط که بین دال پیش ساخته و لایه ملات CA (آسفالت سیمانی) در سیستم مسیر دال سیستم راه آهن چین (CRTS-II) رخ داده است، ارائه کرد. این نشان داد که آسیب رابط می تواند باعث تغییر در پاسخ ارتعاشی مسیر دال شود و در نتیجه بر ایمنی و پایداری آن تأثیر بگذارد. [23] یک مدل المان محدود سه بعدی را برای بررسی آسیب رابط که بین دال پیش ساخته و لایه ملات CA (آسفالت سیمانی) در سیستم مسیر دال سیستم راه آهن چین (CRTS-II) رخ داده است، ارائه کرد. این نشان داد که آسیب رابط می تواند باعث تغییر در پاسخ ارتعاشی مسیر دال شود و در نتیجه بر ایمنی و پایداری آن تأثیر بگذارد.

تحقیقات موجود هنوز مکانیسم تأثیر خزش خزش تیر بر آسیب و زوال هر لایه در مسیرهای بدون بالاست را نشان نداده اند. هنگام مطالعه آسیب و زوال مسیرهای بدون بالاست تحت تأثیر دما و بار زنده [24]، [25]، [26]، تنش اضافی اولیه و آسیب ناشی از خزش ناشی از تیرآهن نادیده گرفته شده است. در نتیجه، منعکس کردن وضعیت تنش واقعی مسیر بدون بالاست در یک زمان خاص دشوار است. فقدان گزارشی در مورد تغییر شکل سطح مسیر ناشی از خزش ناشی از خزش تیر وجود دارد. بنابراین، تجزیه و تحلیل تکامل مکانی-زمانی تنش، کرنش، و تغییر شکل بین لایه‌ای در سیستم مسیر تیر تحت تغییر شکل طولانی‌مدت تیر جعبه، از جمله تیر جعبه، صفحه پایه، ضروری است. لایه بتنی خود متراکم و دال مسیر. این می تواند به کشف قوانین نقشه برداری فضایی سیستم سازه کمک کند.

این مطالعه از نرم‌افزار اجزای محدود ABAQUS [27] برای توسعه ثانویه استفاده کرد تا محاسبات خزش بتن را فعال کند. یک مدل سیستم تیر جعبه مسیر بدون بالاست CRTS III تصفیه شده ایجاد شد. این تجزیه و تحلیل الگوهای خزشی ناشی از خزش را در سیستم تیر-پیست بررسی کرد. در همان زمان، تنش طولی و آسیب رابط مسیرهای بدون بالاست را تحت تغییر شکل طولانی مدت بررسی کرد. تحقیق این مطالعه به پیش‌بینی تغییر شکل طولانی‌مدت در سیستم تیر-پیست دست یافته است که مبنای مهمی برای ارزیابی قابلیت اطمینان و پیش‌بینی عمر سیستم تیر-پیست فراهم می‌کند.