بررسي تاثير تحريكات لرزه اي با شتاب اوجهاي مختلف در رفتار خطوط ريلي با استفاده از يك مدل عددي سه بعدي

Investigation of Seismic Behavior of Railway Track in Earthquake Excitation with Various Peak Ground Acceleration Using 3D Numerical Model

خطوط بالاستي از مهم ترين زيرساختهاي آسيب پذير شبكه خطوط ريلي در زمان وقوع و پس از وقوع زلزله است كه با وجود اهميت كارآيي مناسب آن در سير ايمن قطار، مطالعات اندكي در خصوص ميزان تاثيرپذيري اين خطوط در شرايط زلزله انجام شده است. بنابراين در مقاله حاضر كه ابتدا يك مدل سه بعدي اجزا محدود مناسب براي تحليل لرزه اي، توسعه داده شده كه در آن ريلها و تراورسها با استفاده از المانهاي تير خمشي به عنوان روسازه خط و بالاست و زيربالاست با استفاده از المانهاي جرم- فنر- ميراگر به عنوان زيرسازه خط مدلسازي شده است. در مدل مذكور اثر مقاومت خط در راستاي طولي و جانبي با استفاده از مدل فنر در نظر گرفته شده است. اعتبار سنجي مدل با انجام مقايسه بين نتايج حاصل از آزمايش ميزلرزه و نتايج به دست آمده از تحليل عددي لرزه اي انجام گرفته است. در ادامه، رفتار خطوط ريلي بالاستي در برابر زلزله با ساخت شتابنگاشت مصنوعي بررسي شده است. شرايط سازه اي خط شامل نيروهاي محوري، نيروهاي برشي و لنگرهاي خمشي ايجاد شده در ريلها و تراورسها نيز مورد بررسي و تحليل قرار گرفته است. نتايج بيانگر آن است كه حداكثر تغييرمكان طولي و جانبي خط به ترتيب از مقدار 07 / 0 و 35 / 20 ميليمتر در تحريك با شتاب اوج gal 200 به مقدار 035 / 0 و 8/ 101 ميليمتر در تحريك با شتاب اوج gal 1000 مي رسد كه مي تواند موجب مشكلات بهره برداري از خط شود. نتايج همچنين نشان مي دهند هرچند تحريكات لرزه اي تاثيرسازه اي قابل توجهي بر تراورسها ندارند، اما مي توانند بر ريلها اثرات نامطلوبي برجاي گذارند، بويژه آن گه موجب كمانش آنها حتي در شتاب اوجهاي پايين مي شوند.

Seismic stability of infrastructures against earthquakes is one of the most important engineering challenges in railway transportation systems. Present literature shows that there are many considerable technical shortages in this issue. Therefore a 3D FE model including the beam elements for modeling the rails and sleepers as track superstructures components, a series of lumped masses with spring and dashpot for modeling the ballast, subballast and subgrade as track substructure components and a number of stiffness and damping for considering of longitudinal and lateral resistance was developed. For validation of the model, comparing the results of a shaking table test with seismic analysis outputs of the model is compared. Accordingly this numerical model can be employed for seismic railway track analysis. The influence of earthquake on seismic behavior of railway track by imposing the artificial accelerograms with variation of peak ground accelerations (PGA) from 200gal to 1000gal was studied. For above mentioned assessments, the operational conditions including longitudinal and lateral deflections of track, as well as structural conditions consisting of axial forces, shear forces and bending moments of rail and sleeper were investigated.