تغییر شکل تاب‌خوردگی اولیه صفحات راه‌آهن پرسرعت CRTS III

سازه های مسیر بدون بالاست به دلیل پایداری بالا، صافی، حداقل تغییر شکل و نیاز به تعمیر و نگهداری کم، به مسیر اصلی توسعه برای سازه های راه آهن پرسرعت در سراسر جهان تبدیل شده اند. انواع دال های مسیر در کشورهای مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. سازه‌های مسیر بدون بالاست آلمانی به دلیل عملکرد برتر، مسیرهای بدون بالاست Rheda 2000، تیپ دوبلکس آسپرین و دال Bögl را به طور گسترده اعمال می‌کنند، در حالی که دال مسیر نوع A یکی از معرف‌ترین مسیرهای بدون بالاست دال ژاپن است [1]. دال مسیر CRTS III یک ساختار واحد است که جایگزین لایه ملات آسفالت سنتی با یک لایه بتنی خود تراکم می شود. این سازه از سکوی محدب استوانه ای شکل بین دال های مجاور، آرماتور پورتال بین دال مسیر و لایه بتنی خود متراکم تشکیل شده است. و سکوهای محدب و مقعر به هم پیوسته بین لایه بتنی خود متراکم و صفحه پایه. همه این واحدها به طور هماهنگ برای انتقال نیروهای طولی و جانبی [2]، [3] کار می کنند. دال مسیر یکی از اجزای حیاتی ساختار مسیر بدون بالاست است که مسئول تحمل و انتقال بارهای قطار، ایجاد رابط اتصال دهنده ها و تضمین عملکرد کلی راه آهن است. برای تحقق عملکرد پرسرعت و روان راه‌آهن‌های پرسرعت، دال‌های مسیر باید دارای ویژگی‌هایی مانند استحکام بالا، بدون ترک، مقاومت در برابر خستگی، سطح صاف و قابلیت تولید در یک قالب باشند. در برخی خطوط راه‌آهن، انحراف بیش از حد در صافی دال مسیر می‌تواند تنظیمات دقیق دال‌ها و ریل‌های راه‌آهن را پیچیده کند و در نتیجه استفاده بیش از حد از بست‌ها و قطعات تنظیمی را به همراه داشته باشد.

کیفیت پیش ساخته اولیه نقش مهمی در تضمین صافی دال های مسیر CRTS III ایفا می کند. انقباض بتن در حین ساخت عامل مهمی است که منجر به تغییر شکل اولیه در سازه های بتنی می شود. تغییرات دما و رطوبت می تواند باعث ایجاد شیب تنش در بتن در هنگام مهار آن شود و در نتیجه شیب انقباض در امتداد ارتفاع دال مسیر ایجاد شود که می تواند منجر به تغییر شکل تاب خوردگی شود. برای پرداختن به این موضوع، استاندارد Q/CR 567-2017 [4] شاخص های مربوط به صافی را مشخص می کند، مانند تاب برداشتن سطح نگهدارنده ریل در چهار گوشه دال مسیر و تاب برداشتن قسمت مرکزی سطح نگهدارنده ریل در یک طرف، و به نرخ صلاحیت حداقل 95٪ نیاز دارد. به عنوان یک مورد آزمایشی در حیاط دال مسیر، 400 دال مسیر مورد آزمایش و تجزیه و تحلیل آماری قرار گرفت. نشان دادن تاب برداشتن بیش از حد در برخی از اسلب ها. میزان عبور 91 درصد بود و در میان موارد ناموفق، 84.7 درصد به دلیل تاب برداشتن بیش از حد به سمت بالا در مرکز سطح نگهدارنده ریل یک طرف بود.

تغییر شکل انقباض یک مشخصه طبیعی رفتار بتن اولیه است که در مورد بتن دال مسیر به دلیل نسبت آب به ژل کم، چگالی بالا، سیالیت بالا و مقدار زیاد افزودنی های اضافه شده بیشتر تقویت می شود [5]. در اوایل، نگرانی اصلی ترک خوردن بتن سخت شده ناشی از خشک شدن انقباض بود. از آن زمان تاکنون مکانیسم انقباض بتن در اثر از دست دادن آب به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است. عوامل مختلف مؤثر بر تغییر شکل انقباض مانند نسبت آب به سیمان، دما و رطوبت محیط و مواد افزودنی مورد بررسی قرار گرفته‌اند و یک مدل پیش‌بینی مبتنی بر تجربه برای انقباض خشک شدن ایجاد شده است.

در محیط طبیعی، تغییر محتوای آب در بتن به فرآیندهای هیدراتاسیون سیمان، جذب (شرایط انتشار) و تخریب (نشر تکاملی) بستگی دارد [6]. بازانت و نجار [7] از معادله انتشار برای توصیف فرآیند انتقال بخار آب در بتن استفاده کردند و توزیع رطوبت نسبی در بتن را با استفاده از معادله انتشار با رطوبت نسبی هوا به عنوان متغیر میدان محاسبه کردند. سونگ و ولتی و همکاران [8]، [9] تحقیقاتی را در مورد فرآیند انتقال رطوبت در بتن تحت محیط‌های طبیعی مختلف انجام دادند و مکانیسم‌های دفع و جذب رطوبت را تجزیه و تحلیل کردند. علاوه بر این، آنها یک مدل واحد برای فرآیندهای خیس کردن و خشک کردن نمونه های بتنی ایجاد کردند. و توزیع رطوبت نسبی در منافذ بتن را در طول زمان و مکان در طول فرآیند خشک کردن ارزیابی کرد. بر اساس تئوری دینامیک مولکولی، نرخ تبدیل بین فازهای مایع و گاز با دما مرتبط است. نرخ گازی شدن با افزایش دما افزایش می یابد [10]. یانگ لی و همکاران [11]، [12] توزیع دمای غیرخطی مسیر دال CRTS Ⅱ تحت عمل دو نوع مختلف پوشش بازتابنده خورشیدی را بررسی کردند. آنها همچنین پاسخ‌های ساختاری غیرخطی مسیرهای دال جفت شده طولی را تحت تأثیر امواج گرمای شدید و افزایش دمای معمولی مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. جون ژانگ و همکاران [13]، [14] آزمایش‌هایی را برای اندازه‌گیری توزیع دما و رطوبت و همچنین الگوهای توسعه در بتن اولیه با مقاومت‌های مختلف انجام دادند. و مدلی برای محاسبه انقباض بتن ایجاد کرد. ژائو و همکاران [15] توزیع دما و رطوبت در مواد اولیه مبتنی بر سیمان را اندازه گیری کرد و یک مدل جفت دما و رطوبت را ایجاد کرد.

قبل از مرحله پخت با آب مسیر دال، تغییر شکل تاب خوردگی در درجه اول توسط گرادیان دما و انقباض ایجاد می شود. رطوبت نسبی منافذ داخل بتن یک پارامتر کلیدی برای محاسبه انقباض خشک شدن است. در حال حاضر روش های محاسبه برای تعیین رطوبت نسبی منافذ داخل بتن عمدتاً برای بتن بالغ (سن بیش از 7 روز) است. برای بتن اولیه، محاسبه رطوبت نسبی منافذ مستلزم در نظر گرفتن عواملی مانند مصرف آب به دلیل هیدراتاسیون سیمان، و همچنین تاثیر دما و رطوبت بخار بر روی سرعت هیدراتاسیون سیمان و انتشار رطوبت است. در حال حاضر، توزیع رطوبت نسبی در منافذ بتن اولیه بیشتر از طریق آزمایش اندازه گیری می شود. با این حال، به دلیل تاثیر قابل توجه پارامترهای مواد، دمای پخت، و شرایط مرزی بر روی رطوبت نسبی، کاربرد داده های تجربی بسیار محدود است. علاوه بر این، در حال حاضر تحقیقات جامعی در مورد عوامل اصلی ایجاد تغییر شکل تاب‌خوردگی اولیه دال مسیر CRTS III از منظر مکانیسم وجود ندارد. تجزیه و تحلیل کمی از درجه ای که هر عامل در تغییر شکل تاب خوردگی مسیر دال نقش دارد نیز محدود است. در این مطالعه، آزمایش‌های نظارتی بر روی میدان دما و تغییر شکل تاب‌خوردگی مسیرهای دال CRTS III در طول دوره بخار انجام شد، در حالی که به شدت به فرآیند تولید میدان مسیر دال پایبند بود. زمان برابری بخار برای مسیرهای دال نیز محاسبه شد. بر اساس درجه هیدراتاسیون معادل سیمان، یک مدل عددی ایجاد شد. مکانیسم تولید و قانون تکامل مسطح بودن دال مسیر تحت عمل چندین میدان مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. این نتایج می تواند مرجعی برای بهبود کنترل صافی دال مسیر در پروژه های بعدی باشد.