خلاصه

امروزه با توسعه سیستم حمل و نقل ریلی در دنیا، قطارهایی با شکل و اندازه های متفاوت و با سرعت های مختلف، به این ناوگان وارد شده است. مطالعه لرزش زمین در اثر حرکت قطار ها نیز همواره مورد توجه مهندسان بوده است. تغییر مشخصه های قطار از جمله فاصله چرخ ها، طول و سرعت ، و همچنین تغییر خاک بستر ریل، در نوع ارتعاشات بوجود آمده موثر می باشند. مطالعه اثر تغییر فواصل چرخ ها و تغییر سرعت حرکت قطار، با فرض طول واگن و وزن واگن یکسان از اهداف این بررسی است. در این تحقیق، مدلسازی عددی به روش اجزاء محدود، با درنظر گرفتن مدل ارتجاعی-خمیری کامل انجام شده است . بارگذاری حرکت قطار بصورت یک بار هارمونیک تحت زمان است. نتایج بررسیها حاکی از تاثیر قابل توجه سرعت قطار، بر ارتعاشات ناشی از حرکت قطار و همچنین تاثیر ناچیز تغییر فواصل چرخ ها در مدل های بررسی شده بر ارتعاشات ناشی از حرکت قطار می باشد.

کلمات کلیدی: ارتعاش، حرکت قطار، فواصل چرخ ها، سرعت حرکت

۱٫ مقدمه

حرکت قطارها همواره باعث ایجاد لرزش در زمین میشود. این لرزش ها در زمانهای گذشته بدلیل فاصلهای که مسیرهای قطار با مناطق مسکونی شهری داشت، کمتر مورد توجه قرار میگرفت. اما با توسعه سیستم حمل و نقل عمومی بویژه سیستم حمل و نقل ریلی، شبکههای راه آهن سراسری به سرعت به نواحی مختلف کشورها کشیده شد و ساختمانهای مسکونی جدیدی در کنار ریل ها ساخته شد. ورود مدلهای متنوع واگن و لکوموتیو به این ناوگان نیز هر کدام تاثیراتی بر لرزشهای ناشی از حرکت قطار در زمین داشت.[۱] این لرزشها میتواند در مواردی باعث ایجاد مشکلات برای تاسیسات و یا ساختمانهای مجاور شود. محدوده فرکانسی لرزشهای ناشی از حرکت قطار بین ۰ تا ۲۵۰ هرتز می باشد که این محدوده فرکانسی میتواند برای سازه مشکل ساز باشد و بایستی مورد بررسی قرار گیرد۲]،.[۱در دو دهه اخیر افراد زیادی به بررسی این مسئله پرداختهاند.

در مورد تاریخچه این بررسی ها باید گفت که اولین مدلهای ارائه شده در اندرکنش دینامیکی تیر و نیم فضای الاستیک توسط فیلیپوف (۱۹۶۱) و لابرا((۱۹۷۵ برای بررسی اثرات لرزش انجام شد. مدل فوق با فرض توزیع تنش یکنواخت در زیر تیر، اثر بار متحرک بر تیر قرار گرفته در نیم فضای الاستیک را بررسی می کند. [۳] برهرمن و کندی هم از اولین کسانی بودند که در سال های ۱۹۷۳ روی موضوع لرزش زمین ناشی از حرکت قطار کار کردند. در سال ۲۰۰۳ هال از روش اجزا محدود برای مدلسازی سه بعدی ارتعاشات ناشی از حرکت قطار استفاده کرد.[۴] عوامل بسیاری در ارتعاشات ناشی از حرکت قطار موثرند در زیر به تعدادی از این عوامل اشاره شده است.[۵]

– فاصله چرخ ها

– سرعت قطار

– وزن واگن ( نیروی محوری قائم)

– عدم بالانس و زبری چرخ ها

– شتاب مثبت و منفی قطار

۱

– خمیدگی یا انحنای مسیر

– سختی و هندسه تراورس

– سختی و هندسه و فاصله تراورس

نکته مهم اینست که بررسی همه پارامتر های موثر در لرزش کاری بسیار مشکل و زمانبر است . اما می توان با ساده سازی مسئله و در نظر گرفتن پارامتر های اصلی به بررسی موضوع پرداخت.[۶] در این تحقیق تنها اثر وزن قطار(نیروی قائم) در مدلسازی عددی در نظر گرفته شده است و لرزش زمین ناشی از حرکت قطار با سرعتهای مختلف بررسی شده است. سه سرعت ۸۰ ، ۱۶۰ و ۲۴۰ کیلومتر بر ساعت مدنظر قرار گرفت. همچنین به منظور بررسی اثر محتوای فرکانسی بار با فرض طول ثابت واگن از سه فاصله مختلف چرخها برای تعیین بار استفاده شده است.

۲٫ بدست آوردن مدل بار قطار

کلیه مقالات برای بدست آوردن مدل بار، یک واگن با طول و وزن ثابت و فاصله متغییر چرخها در نظر گرفته شده است. اکثر واگنها و لکوموتیوها خود به تنهایی دارای چرخ نمیباشند، بلکه بر روی یک ابزار حرکتی به نام ارابه (بوژی) قرار میگیرند. بوژی ها معمولا دارای مدلهای ۲ محور (B-B) و ۳ محور (C-C) میباشند. فواصل محورهای بوژی و نیز فاصله خود بوژیها نسبت به یکدیگر در استانداردهای مختلف ارائه شده است. از جمله مهمترین آنها میتوان از استاندارد [۷] UIC نام برد. در این تحقیق از واگن دارای دو بوژی دو محوره استفاده شده است. وزن واگن با احتساب مسافر و بار در جدول ۱ ارائه شده است.برای محاسبه تابع بار-زمان با انتخاب یک نقطه از ریل مقدار بار وارد شده در زمانهای مختلف را بر آن نقطه بدست میآوریم(شکل .(۱ با توجه به پیچیده بودن شکل بار ناشی از چرخ ها، فرض میکنیم که بار در حد فاصل دو چرخ نزدیک به هم((X دارای مقدار ثابت F1 و در فاصله بین دو چرخ دور((X2 مقدار آن صفر است.[۸]

. شکل -۱ تصویر شماتیک واگن برای تشکیل تابع بار-زمان
با توجه به شکل ۱ و داده های موجود در جدول