تقويت پل‌هاي طاقي سنگي بر مبناي رويكرد احتمالاتي

دكتري تخصصي

در خطوط راه آهن ايران و همچنين در تمام دنيا پل هاي طاقي سنگي زيادي موجود هستند كه با وجود قدمت زياد، همچنان بهره برداري ميشوند. با توجه به عمر زيادي كه از طراحي و ساخت اين سازه ها گذشته، قطعاً در اين مدت روشهاي طراحي و ساخت پيشرفت قابل توجهي داشته است. علاوه بر اين، افزايش بارهاي محوري و افزايش سرعت قطار در تمام شبكه هاي خطوط راه آهن، به عنوان امري ضروري در ساليان اخير، مطرح و بررسي شده اند. از طرفي اجزاي خط راه آهن از جمله ابنيه فني، بايستي قابليت اين افزايش بار محوري و سرعت قطار را دارا باشند. از جمله راهكارهاي متداول براي حصول اين مهم در پلهاي مذكور، تقويت آنهاست. روش تقويت، مصالح پل، مدل هاي رفتاري در مصالح پل و مواد تقويتي، چسبندگي بين مواد تقويتي و پل طاقي سنگي از جمله مواردي هستند كه عملكرد تقويت را تحت تأثير قرار مي‌دهند. با توجه به اينكه در طراحي و توسعه خطوط جديد معمولاً بارهاي محوري بالاتري (25 تن) نسبت به بارهاي محوري خطوط قديمي تر (18.5، 20 و 22.5 تن) لحاظ مي شوند و اين خطوط جديد در شبكه‌اي قرار خواهند گرفت كه قسمتهايي از آن همچنان داراي زيرساختهاي قديمي هستند، اگر بار محوري بهره‌برداري كمتر انتخاب شود بخشي از عملكرد ايده آل خط مورد استفاده قرار نخواهد گرفت و استفاده از بار محوري بزرگتر ممكن است خساراتي را در سازه هاي قديمي و در ادامه در كل شبكه ايجاد كند. در اينجاست كه بايستي باربري سازه ارزيابي شده و در صورت نياز تقويت صورت گيرد. يك رويكرد براي افزايش كارآيي پلها، بهسازي روسازه است و رويكرد ديگر تقويت سازه پل. يكي از روشهاي پركاربرد در تقويت سازه پل ها استفاده از مواد مركب و از متداولترين مواد مركب جهت استفاده در تقويت سازه هاي عمراني، پليمرهاي مسلح شده با الياف (FRP) است. در بخشي از اين رساله اثر بهسازي روسازه در پاسخ سازه پل بررسي شده است. مشاهده مي شود كه مجذور مربعات شتابهاي قائم پل در صورت عمليات تفكيك بالاست در حدود 1.75 برابر و در صورت اجراي فرش بالاست در حدود 2.3 برابر كاهش پيدا كرده است. از طرفي در ساخت پلهاي طاقي سنگي و در گذر عمر آنها، عدم قطعيت هاي فراواني وجود دارد كه در برآورد رفتار اين پلها نقش مهمي ايفا ميكنند و چنين به نظر ميآيد كه به دلايل گوناگون و مولفه هاي فراوان و غيرقطعي موجود در مسأله، دستيابي به سطح ايمني اينگونه سازه ها به سادگي امكان پذير نباشد. از جمله عدم قطعيت‌هاي مهم در ارزيابي پلهاي طاقي سنگي، ميتوان به غيرقطعي بودن ضريب ضربه اشاره كرد كه در اين رساله با استفاده از اطلاعات پايش دائمي، روشهايي براي تخمين توزيع احتمالاتي ضريب ضربه ارائه شده است. نتايج بررسي غيرقطعي بودن اين متغير نشان ميدهد كه ضريب ضربه ي معادل پوشش 95% نتايج خروجي، 1.5 برابر از آنچه در آيين نامه به شكل قطعي پيشنهاد شده، بيشتر است. به دليل پيچيده بودن عملكرد پل هاي طاقي سنگي و به منظور ارزيابي دقيق آنها، بايستي مدلي معقول‌تر نسبت به مدلهاي متداول، توسعه داد. در اين رساله، مدل مجزاي بلوك-ملات برمبناي اجزاي محدود كرنش مسطح معرفي و توسعه داده شده كه خروجيِ مدل در مقايسه با نتايج آزمايشات ميداني، بيانگر دقت بالاتر و شناسايي بهتر موقعيت قله ها نسبت به روش هاي عادي است. همچنين درباره قابليت هاي اساسي اين مدل ميتوان به بررسي وجود ترك در قوس طاقي سنگي اشاره كرد. وجود ترك، تنش هاي كششي ناشي از بار زنده را در حدود 19% كاهش داده و تنشهاي فشاري را تا سه برابر افزايش مي دهد. تحليل و بررسي تقويت در سازه ي پل طاقي سنگي از ديگر مطالعات انجام شده در اين رساله بوده است. ابتدا براي قوس ساده و مدل هاي متداول، اثر تقويت بررسي شده و نهايتاً در حدود 12% كاهش در تنش ها ملاحظه مي گردد. اين در حاليست كه با استفاده از مدلسازي دقيقتر و نظر به عملكرد واقعي تر بلوك و ملات در پل هاي طاقي سنگي و همچنين اِعمال ترك در نقاط مختلف قوس، تا كاهش 35% را مي توان در تنش ها مشاهده كرد. در ادامه، مسأله از حالت قطعي خارج شده و با درنظرگيري عدم قطعيت هاي مختلف در سازه ي پل، سيستم تقويت و چسبندگي، بار قطار و ضريب ضربه، شاخص قابليت اعتماد و احتمال خرابي براي پلِ تقويت شده محاسبه گشته كه نتايج اين بررسي ها بيانگر كاهش 78% احتمال خرابي در پلِ ترك خورده است.

195294

دانشگاه علم و صنعت ايران

خط و سازه‌هاي ريلي

دكتر سعيد محمدزاده