بررسی رفتار اسلب تراک های بتنی درجا و پیش ساخته ی راه آهن تحت اثر رفتار غیرخطی خاک

هدف از ایجاد ساختار خط در راه آهن، فراهم کردن امکان حرکت ایمن و اقتصادی قطار است. این امر نیازمند این است که خط به عنوان یک مسیر پایدار با نظم افقی و قائم مناسب عمل کند. ازآنجا که خط در معرض بارهای دینامیکی وارده از طرف قطار است، لذا هر یک از اجزای سیستم خط باید در پاسخ به بارهای ترافیکی به نحو مناسبی به وظایف خود عمل کند. در این بین خاک بستر زیر اسلب تراک به عنوان تکیه گاه، نقش مهمی را در تنش ها و تغییرمکان های قائم ایفا می کند و این تغییرشکل های قائم از جمله مواردی است که باید در خطوط اسلب تراک بتنی به آن توجه داشت است؛ چراکه می تواند ایمنی حرکت را به مخاطره بیاندازد و سروصدای زیادی ایجادکند. بنابراین درآنالیزها ارزیابی دقیق این تغییرشکل ها مهم است. با توجه به نیاز مهندسین به ارزیابی سریع از میزان تنش ها و تغییرشکل های روسازی بتنی در سیستم قطارهای سریع السیر، لازم است که تحلیل هایی انجام شود تا اثر نوع خاک و ابعاد دال بتنی را در میزان این تنش ها و تغییرشکل ها نشان دهد. این تاثیر در این تحقیق با انجام یک مطالعه ی پارامتریک روی نوع بتن، ابعاد اسلب تراک و انواع خاکها (ازخاک خیلی سست تا خاک متراکم) انجام شده است. ولی از آن جا که در اکثر تحقیقات رفتار خاک را با فنرهای خطی وینکلر مدل سازی می شود، لازم است که در مدل سازی، رفتار غیرخطی خاک در نظرگرفته شود تا بتوان اثر تغییرشکل های غیرخطی خاک را در طراحی اسلب تراک بررسی نمود. برای نیل به این هدف برای مدل سازی خاک در بخش اول نتایج از فنرهای وینکلر خطی و المان combin14 و در بخش دوم از مدل bnwf(تیر بر بستر غیر ارتجاعی وینکلر) و المان combin39 استفاده گردیده است. این مدل اثر ابعاد (طول و عرض و ضخامت) و شکل دال را در سختی خاک منظور کرده و منحنی رفتاری خاک را به صورت غیرخطی ارائه می دهد. در این تحقیق مجموعه ی روسازی (شامل ریل ها، پابندها و اسلب تراک) و زیرسازی خط(خاک بستر) با به کارگیری المان های مناسب در نرم افزار ansys مدل شده اند. نتایج تحقیق حاکی از آن است که نوع بتن، رفتار خاک و ابعاد (طول، عرض و ضخامت) اسلب تراک بتنی سه عامل مهم در تعیین میزان تنش ها (نیروها و لنگرهای خمشی) و تغییرمکان های بتن می باشند. براساس نتایج به دست آمده، مقادیر تنش ها و تغییرشکل ها در راستای عرضی نسبت به راستای طولی دال قابل ملاحظه تر است و لنگرهای عرضی منفی باعث ترک خوردگی دال می شود؛ لذا در ادامه ی تحقیق هدف بر این بوده که به گونه ای بتوان مقادیر لنگرهای مثبت و منفی داخلی دال را تا حدود زیادی به هم نزدیک کرد تا افزایش باربری اسلب تراک را به همراه داشته باشد و در نهایت طراحی بهینه تر انجام شود. با توجه به نتایج به دست آمده، در دو حالت دال بتنی پیش ساخته و درجا، مقدار2/4 متر (در حالت رفتار خطی خاک) و مقدار2/3 متر (در حالت رفتار غیرخطی) به عنوان عرض بهینه ی دال به دست آمد. درادامه ی این مطالعه، تاثیر رفتار خاک، ضخامت و طول پیوستگی دال، در مقادیر لنگرهای خمشی بررسی شد که با توجه به نتایج عددی به دست آمده در خاک های تقریبا متراکم، مقدار طول 4/8 و ضخامت 20 سانتی متر برای دال جوابگوی بارهای وارده از طرف قطار خواهد بود. در قسمت پایانی این تحقیق نحوه ی تغییرات بار ترک خوردگی و بار گسیختگی نهایی دال برحسب نوع خاک بستر و مقاومت فشاری بتن برای دال به عرض های 2، 2/3 و 2/5 به دست آمده است.