فهرست مطالب

مهندسی زیر ساخت های حمل و نقل - سال دوم شماره 3 (پیاپی 7، پاییز 1395)

مجله مهندسی زیر ساخت های حمل و نقل
سال دوم شماره 3 (پیاپی 7، پاییز 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/09/03
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مرتضی اسماعیلی، سعید مجیدی پرست، احمد سیدحسینی صفحات 1-16
    مقاومت جانبی تراورس یکی از پارامترهای کلیدی تضمین کننده مقاومت جانبی خط و هندسه آن در صفحه افقی می‏باشد. متداول‏ترین روش تعیین مقاومت جانبی تراورس تک، آزمایش استاتیک STPT است. مهمترین نقطه ضعف آزمایش یاد شده، ارزیابی استاتیک مقاومت جانبی است. در صورتی که در عمل، بار اعمالی از جانب چرخ، یک بار دینامیک است. برای رفع این نقیصه، در تحقیق حاضر، از آزمایش بارگذاری پاندولی برای اعمال بار دینامیک بر تراورس بتنی استفاده شده است. برای جلوگیری از خرد شدن تراورس بتنی در حین آزمایش ضربه، یک پد الاستومتریک در وجه جانبی تراورس نصب شده است. نتایج آزمایش‏های صورت گرفته برای جرم‏های مختلف و زوایای رهاسازی متنوع در قالب نمودارهای طراحی متناظر با بارگذاری واقعی چرخ ارائه شده است. همچنین، نتایج این آزمایش با نتایج تعدادی آزمایش STPT در شرایط مشابه مقایسه گردیده است. نتایج این مقایسه بیانگر آن است که بر خلاف وجود مقاومت جانبی ثابت به‏دست آمده برابر 5/6 کیلونیوتن در آزمایش STPT ، نیروی نظیر جابجایی 2 میلی‏متر در آزمایش پاندولی از حدود 2 تا 31 کیلونیوتن متغیر است. بنابراین، نسبت مقاومت جانبی دینامیک به مقاومت جانبی استاتیک در محدوده ی 3/0 تا 9/4 قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: بارگذاری جانبی دینامیک خط، آزمایش بارگذاری پاندولی، مقاومت جانبی دینامیک تراورس، نیروهای دینامیک در خط
  • مصطفی آدرسی، ابوالفضل حسنی، محمدرضا سلیمانی، علی یزدیان ورجانی صفحات 17-34
    امروزه، ساخت و توسعه رویه های بتنی ارزان قیمت هوشمند مورد توجه قرار گرفته است. هوشمند سازی رویه بتنی به جسم روسازی این توانایی را می بخشد که در عین باربری، توانایی تشخیص گسترش خرابی با گذشت زمان و یا نیروهای وارده به روسازی را پیدا می کند. حسگرهای بتنی با استفاده از اختلاط مواد هادی، از قبیل نانولوله های کربنی، با بتن روسازی ساخته می شوند. با پایش تغییر مقاومت الکتریکی عبوری از حسگرهای جا داده شده در جسم روسازی راه، میزان تغییرات بارگذاری یا رشد خرابی مشخص می شود. نکته اصلی در استفاده از این حسگرها، بررسی تاثیر هر یک از پارامترهای موثر در فرایند ساخت، بر عملکرد این حسگرها است. در این تحقیق، تاثیر دو پارامتر کیفیت پخش نانولوله ها در حسگر و مقدار نانولوله کربن که در فرایند ساخت این حسگرها نقش اصلی را دارند، بر عملکرد حسگرها، ارزیابی شد. در این پژوهش، حسگرهای مختلف حاوی مقادیر 1/0، 125/0، 15/0 و 2/0 درصد وزنی سیمان، نانولوله کربن چنددیواره که با سطوح انرژی (یک ساعت حمام اولتراسونیک، دو ساعت حمام اولتراسونیک و یک ساعت حمام اولتراسونیک به همراه 90 دقیقه اولتراسونیک میله ای) ساخته شدند و بر اساس معیارهای عملکردی مختلف از قبیل حساسیت، تکرارپذیری (درونی و بیرونی) و پسماند تاثیر هر یک از این عوامل تحت بارگذاری دینامیک ارزیابی شدند. نتایج نشان داد که استفاده از انرژی بیشتر در فرایند پخش نانولوله کربن در فاز آبی، باعث پخش همگن تر نانومواد در داخل حسگر شده و این پارامتر نسبت به پارامتر مقدار نانولوله کربن تاثیر بیشتری بر معیارهای حسگر بتنی خواهد داشت. همچنین، در یک سطح انرژی ثابت، با افزایش میزان نانولوله کربن، معیارهای عملکردی حسگر بهبود می یابند.
    کلیدواژگان: حسگر بتنی، نانولوله کربن، کیفیت پخش، عملکرد
  • مسعود مونسان، محمدرضا طلایی، حبیب الله ملاطفی صفحات 33-47
    طراحی مناسب و کارآمد سیستم تهویه تونل برای افزایش ایمنی تونل ها در هنگام آتش سوزی ضروری و لازم است. هدف از طراحی یک سیستم تهویه، کنترل آتش و جریان دود برای ایجاد یک مسیر امن برای فرار مسافران است. نصب فن های جریان محوری، یا همان جت فن، از روش های مرسوم برای ایجاد جریان طولی تهویه در تونل است. اما کارایی سیستم تهویه طولی با افزایش طول تونل کاهش می یابد. در این مقاله، یک سیستم تهویه طولی با شافت تخلیه ترکیب شده و عملکرد آن در شرایط اضطراری در تونل های نسبتا طویل مورد بررسی قرار گرفت. در سیستم تهویه با یک شافت تخلیه، هدف محدود کردن ناحیه آتش و دود در فاصله بین منبع آتش و شافت است. در این مقاله، از کد FDS، که یک مدل دینامیک سیالات محاسباتی است، برای مطالعه حرکت جریان دود و توزیع دما در تونل استفاده شده است. سپس، اثر تغییر پارامترهایی نظیر دبی جریان خروجی از شافت، سرعت طولی ورودی، شیب تونل، ابعاد شافت تهویه، نرخ رهایش حرارت و محل وقوع آتش بر توزیع دما در زیر سقف تونل مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که عملکرد سیستم تهویه طولی با استفاده از شافت تخلیه بهبود یافته و تغییر شیب تونل، و به موجب آن تغییر در حرکت جریان دود در تونل، به خوبی با استفاده از سیستم تهویه طولی همراه با یک شافت تهویه قابل کنترل است. همچنین، نتایج نشان می دهد که افزایش سطح مقطع خروجی شافت تهویه تاثیر چندانی بر عملکرد سیستم ندارد. با توجه به این پارامتر، سناریوهای مختلف می تواند تعریف شده و امکان کنترل ناحیه آتش و جریان دود به خوبی به وجود بیاید.
    کلیدواژگان: تهویه تونل، ایمنی تونل، توزیع دما
  • حسن زیاری، ارمان قاسمی کلیجی، رضوان باباگلی صفحات 47-63
    امروزه استفاده از مواد بازیافتی به عنوان اصلاح کننده در مخلوط های آسفالتی می تواند دارای مزیت های اقتصادی و محیط زیستی فراوانی باشد. در این مطالعه، به بررسی استفاده از الیاف تهیه شده از بطری های پلاستیکی (PET) موجود در زباله ها و کاربرد آن در بتن آسفالتی گرم پرداخته شده است. بدین منظور، بطری های پلاستیکی به ابعاد 5/2 x10، 5/2x20 و 5/2x30 میلی متر بریده شده و با مقادیر 25/0، 5/0، 75/0 و 0/1 درصد از وزن مصالح سنگی، با استفاده از روش خشک، در نمونه ها به کار رفته اند. در این تحقیق، خصوصیات مکانیکی و عملکردی مخلوط آسفالتی اصلاح شده از طریق آزمایش هایی از قبیل: مقاومت مارشال، کشش غیرمستقیم، مدول برجهندگی، حساسیت رطوبتی و خزش مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که استفاده از PET سبب بهبود مقاومت در برابر تغییرشکل های دائمی مخلوط های آسفالتی شده، ولی باعث کاهش مقاومت مارشال و مقاومت کششی نمونه ها نیز شده است همچنین، مشخص شد که الیاف PET با طول 10 میلی متر با مقادیر 25/0، 5/0 و 75/0 درصد نتیجه بهتری را نسبت به دیگر نمونه ها داشته اند.
    کلیدواژگان: بطری های پلاستیکی، پلی اتیلن ترفتالات (PET)، خواص عملکردی، حساسیت رطوبتی
  • وهب توفیق، هلدا پهلوانی صفحات 63-79
    این مقاله به بررسی جزئیات مدل‏سازی دیوار حائل خاک مسلح ژئوگریدی با استفاده از نرم افزار اجزای محدود به صورت کرنش مسطح و در فضای دو بعدی پرداخته است. در این تحقیق، در مدل‏سازی رفتار خاک از مدل موهر- کولمب استفاده شده است و مدل رفتاری لایه های ژئوگرید نیز به صورت الاستیک خطی در نظر گرفته شده است. به منظور اعتبارسنجی مدل، از داده های حاصل از سنسور گذاری در یکی از دیوار های پروژه ای در توسان ایالت آریزونا در آمریکا استفاده شده است. کرنش های افقی در لایه های ژئوگرید و کرنش های قائم و افقی خاک در ارتفاع های مشخصی از این دیوار با استفاده از نرم افزار محاسبه شده اند. نتایج عددی تطابق خوبی با نتایج واقعی اندازه گیری شده دارند. در ادامه، با تغییر چیدمان لایه های ژئوگرید و تغییر طول این لایه ها، میزان جابه جایی راس دیوار و بیشینه نیروی ایجاد شده در لایه های ژئوگرید مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که با تغییر طول و فاصله بین لایه ها می توان به طراحی اقتصادی تری نسبت به نتایج حاصل از روش تعادل حدی دست یافت. همچنین، این نتیجه به‏دست آمد که لایه های زیرین ژئوگرید نسبت به سایر لایه ها بیشترین تاثیر را در جابه جایی راس دیوار دارند و از این رو طراحان باید در این قسمت از تعداد لایه های بیشتری استفاده کنند. این تحقیق نشان می دهد که روش اجزای محدود روش مناسبی برای مدل‏سازی دیوار های حائل خاک مسلح، پیش بینی رفتار آنها و رفع نواقص داده های حاصل از سنسور گذاری است.
    کلیدواژگان: دیوار حائل، ژئوگرید، مدل موهر، کولمب
  • غلامعلی شفابخش، محمد قنبریان صفحات 79-94
    عواملی از قبیل تبخیر مواد فرار قیر و اکسیداسیون آنها در روند اختلاط قیر با سنگدانه، حمل آن به محل پروژه و همچنین در طول عمر سرویس دهی روسازی، منجر به پیرشدگی قیر می‏گردند و می توانند زمینه ساز ایجاد برخی از خرابی های روسازی آسفالتی باشند. در اثر پیرشدگی، قیر شکننده شده و به مرور زمان ترک هایی در سطح روسازی مشاهده می گردد که وجود این ترک ها، ضمن کاهش کیفیت رانندگی، سبب افزایش هزینه های تعمیر و نگهداری روسازی می گردد. شیارشدگی نیز از سری خرابی هایی به شمار می آید که ضمن کاهش ایمنی سفر، هزینه های تعمیر و نگهداری راه ها را افزایش می دهد. از سری عواملی که با شناخت بیشتر آنها می توان روسازی هایی با عمر طولانی مدت طراحی کرد، مشخصات اجزای تشکیل دهنده مخلوط آسفالتی، یعنی ماده چسباننده قیری و مصالح سنگی می باشند. با توجه به اینکه تحقیقات کمی در مورد تاثیر خصوصیات فیزیکی مخلوط، از قبیل جنس مصالح سنگی، بر پارامترهای مقاومتی آن صورت گرفته ، در این پژوهش، تاثیر جنس مصالح سنگی بر قابلیت خزشی مخلوط آسفالتی گرم پیرشده مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، نمونه های آسفالتی با دو نوع مصالح سنگی آهکی و سیلیسی ساخته شده و تحت روند پیرشدگی بر اساس روش استاندارد مربوطه قرار گرفته اند. سپس، نمونه های آسفالتی تحت آزمون خزش دینامیک در تنش های 100 و 300 کیلوپاسکال و دماهای 50 و 60 درجه سلسیوس قرار گرفته و کرنش های پایدار آنها اندازه گیری شده است. نتایج توسط نرم افزار متلب آنالیز شده و مدل آزمایشگاهی رفتار خزشی بتن آسفالتی پیر شده، با لحاظ تاثیر جنس مصالح سنگی، ارائه گردیده است. نتایج نشان می دهد که نمونه های آهکی، نسبت به نمونه های سیلیسی، مقاومت بیشتری را در برابر تغییرشکل ماندگار وابسته به زمان از خود بروز می دهند.
    کلیدواژگان: پیرشدگی آسفالت، مخلوط آسفالتی، قابلیت خزشی، جنس مصالح سنگی
  • محمد حسین زاده، سعید پورزینلی صفحات 95-116
    به منظور کاهش هزینه و زمان تحلیل های لرزه ای و نیز به دلیل عدم شناخت صحیح مشخصات سازه ها و نیروهای وارد بر آن ها، معمولا در مدل‏سازی، از فرضیات ساده کننده ای استفاده می شود که می تواند موجب حصول پاسخ های غیر واقعی گردد. از جمله فرضیات ساده کننده در مدل‏سازی پل ها می توان به عدم لحاظ پدیده ی ضربه و اندرکنش خاک- سازه اشاره کرد. لذا، در این تحقیق، با مدل‏سازی سه پل سه دهانه، با دوره های تناوب مختلف، اثر پدیده ی ضربه که در محل درز انقطاع بین دو بخش از عرشه و یا عرشه و پایه های کناری (کوله) رخ می دهد بر پاسخ های لرزه ای پل ها تحت شتابنگاشت های حوزه دور و نزدیک بررسی شده است. همچنین، اثر مشخصات دینامیک پل و اندرکنش خاک- سازه بر پدیده ی ضربه با محاسبه پارامترهای بیشینه نیروی ضربه و تعداد برخورد مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که مدل‏سازی اثر ضربه، به علت محدود کردن حرکات عرشه ، موجب کاهش بیشینه جابجایی آن می گردد. به طوری که رفتار پایه ها در برخی تحلیل های انجام شده با این فرض در محدوده رفتار الاستیک قرار می گیرد. مقادیر کاهش جابجایی در پل های مختلف، حداقل برابر 31% و حداکثر برابر 48% می باشد. از سوی دیگر، ملاحظه ی اثر اندرکنش خاک- سازه، حداکثر موجب افزایش 40 و 45 درصدی به ترتیب در مقادیر بیشینه جابجایی و بیشینه نیروی ضربه در پل های مورد مطالعه (نسبت به حالت بستر صلب) می گردد. همچنین، بررسی پاسخ ها از منظر نوع زلزله نشان می دهد که زلزله های حوزه نزدیک موجب ایجاد پاسخ های لرزه ای بزرگتری نسبت به زلزله های حوزه دور در پل ها می گردند.
    کلیدواژگان: پل، ضربه، اندرکنش خاک، سازه، زلزله های حوزه دور و نزدیک
|
  • Morteza Esmaeili, Saeed Majidi Parast, Ahmad Seyed Hosseini Pages 1-16
    Tie lateral resistance is one of the key parameters ensuring track lateral resistance and track stability in horizontal plane. Single tie push test (STPT) is the most common method to determine the static lateral resistance (SLR) of a single tie in ballasted tracks. The most important weakness of this test is evaluation of the SLR. Since the transferred force by train wheel to the rails has a dynamic nature, evaluation of SLR by STPT seems questionable; hence, for obviating the mentioned deficiency in STPT, in the present study, an innovative pendulum loading test device (PLTD) was designed and developed for assessing the dynamic lateral resistance (DLR) of single tie. By using the PLTD, a hammer is released with adjustable weights and triggering angels to impact on lateral side of sleeper and consequently, the tie lateral displacement as well as its acceleration are recorded. To prevent concrete tie breakage due to hammer impact, an elastomeric pad is attached at the end of tie. The tests’ results with different impact weights and triggering angels are presented as load-displacement diagrams corresponding to real wheel load as a design tool. Also, the results of this study were compared to some other STPT tests under similar conditions. The results of this comparison showed that despite constant lateral resistance of 6.5 kN in the STPT test, the corresponding force of 2 mm displacement in pendulum test varies from 2 to 31 kN. Finally, it was proved that the DLR/SLR ratio is in the range of 0.3-4.9, which can be used for practical purposes.
    Keywords: Track dynamic lateral loading, Pendulum loading test, Dynamic lateral resistance of tie, Track dynamic forces
  • Mostafa Adresi, Abolfazl Hasani, Mohammadreza Soleimani, Ali Yazdian Pages 17-34
    Today, the construction and development of low cost and smart concrete pavement is considered. Smart concrete pavement provides the ability to measure of load and damage detection at the same time when it withstands under the traffic loading. concrete sensor which is manufactured by mixing conductive fibers (such as carbon nanotubes (CNTs)) with concrete can measure the moving vehicle loads or detect damage propagation by variation in electrical response from two heads of sensor. Two main factors affecting the performance of concrete sensors are the amount of CNTs and their dispersion quality in the mixture with regard to the combined effects of the surfactant composition and content and of the CNTs dispersed with different level of energy. in this research different concrete sensors containing different amounts of CNTs (0.1,0.125,0.15,0.2) percent of cement weight with different levels of dispersion energy levels (one hour of ultrasonic bath, two hours of ultrasonic bath and one hour of ultrasonic bath with 90 minutes of probe ultrasonic) are manufactured. The goal of this study is to evaluate the effects of the main parameters affecting concrete sensor performance using various criteria in dynamic loading regime such as sensitivity of the sensor (Se), standard deviation of the prediction error, repeatability, cross-correlation and hysteresis (SSE). the results shows that, the higher energy levels in dispersion of CNTs in aqua phase lead to proper dispersion in cement phase and this parameter is more effective than the amount of CNTs to improve the concrete sensor performance. Also, in a constant energy level, with an increase in carbon nanotubes, sensor performance improves.
    Keywords: Self, sensing concrete, Carbon nanotube, Dispersion quality, Performance
  • Masoud Mounesan, Mohammad Reza Talaee, Habibollah Molatefi Pages 33-47
    Convenient and efficient design of tunnel ventilation system for increased safety in case of fire is required. One of the main purposes of designing a ventilation system is fire and smoke flow control to create a safe passage to escape the travelers. Longitudinal ventilation system, using jet fan and axial fan, is most commonly used in tunnels. But, efficiency of longitudinal ventilation system decreases with increasing the length of the tunnel. In this paper, the effect of extraction shaft combined with a longitudinal ventilation system, in emergency situations, in a relatively long tunnel, has been studied. In a ventilation system with an extraction shaft, the aim is limiting the flow of fire and smoke in the distance between the fire source and the shaft. In this paper, FDS code, which is a computational fluid dynamic model, was used to study the smoke flow and temperature distribution in the tunnel. The effects of changes in parameters such as flow rate of the output shaft, input speed, slope of tunnel, shaft dimensions and heat release rate on temperature distribution under the tunnel ceiling was investigated. Results showed that efficiency of the longitudinal ventilation system using extraction shaft was increased and change of the tunnel slope, and its corresponding change in the direction of smoke flow in the tunnel, was under control. The results also revealed that increasing the outflow cross section of the ventilation shaft does not have much effect on the system performance. Considering this parameter, different scenarios could be defined and possible control of fire and smoke flow could be created
    Keywords: Tunnel ventilation, Tunnel safety, Extraction shaft
  • Hasan Ziari, Arman Ghasemi Kaliji, Rezvan Babagoli Pages 47-63
    Nowadays, the use of recycled waste materials as modifier in asphalt mixtures could have several economic and environmental benefits. This research evaluates the use of waste polyethylene terephthalate (PET) in hot mix asphalt mixtures. For this purpose, plastic bottles were cut to 10×2.5, 20×2.5 and 30×2.5 mm pieces and were added to the mixture, in dry conditions, as 0.25, 0.5, 0.75 and 1 % of the aggregates weight. In this research, performance properties of the modified asphalt mixture were evaluated through several experimental tests such as:Marshall Stability, resilient modulus, moisture susceptibility and dynamic creep test. Results indicated that addition of PET to the asphalt mixtures improved the resistance to rutting, but also reduced Marshall Stability and tensile strength of the mixtures. Also, it was revealed that PET fibers with 10 mm length and 0.25, 0.5 and 0.75 % substitution weight have better results than other mixtures.
    Keywords: Plastic Bottle, PET, Performance Characteristics
  • Vahab Toufigh, Helda Pahlevani Pages 63-79
    This paper investigates the details of two-dimensional finite elements modeling of geogrid mechanically stabilized earth wall in plain strain conditions. In this research, Mohr-Coulomb model was used for backfill soil, and geogrid layers were modeled as an isoperimetric linear elastic material. Measured data from an instrumented wall in Tucson, AZ, USA, were used to verify the model. Horizontal strains in geogrid layers and horizontal and vertical strains in individual elevations of backfill soil were obtained from the software. Results were in good agreement with the reference ones. Then, the finite elements model was used to investigate the effects of length and location of geogrid layers on wall deformation and loads in reinforcement layers. Based on the results, an economic design can be successfully performed by changing the length and location of geogrid and this is only possible by finite elements analysis. Moreover, it was achieved that lower geogrid layers had the highest effect on displacement of wall and designers should use more layers at the bottom of the wall. This research showed that finite elements method is an appropriate approach for modeling of MSE walls, predicting of their behavior and resolving defects of the measured data from installation of sensors.
    Keywords: Retaining wall, Geogrid, Mohr, Coulomb model
  • Gholam Ali Shafa Bakhsh, Mohammad Ghanbarian Pages 79-94
    Factors such as bitumen volatile materials’ evaporation and oxidation during mixing with stone grains, its transport to the project site and also during pavement servicing will result in bitumen aging and could lead to some failures in asphalt pavements. As a consequence of aging, the bitumen will become brittle and some cracks can be observed on the pavement which lowers the driving quality and increases the repair and maintaining costs. Rutting is also one of failures which will result in decrease of travel safety, and increase of roads’ maintenance costs. Knowing about the characteristics of asphalt composition (bitumen and stone material) could be useful in design of pavements with longer life. Regarding this subject and also this fact that a few studies have addressed the effect of mixture’s physical properties on the resistance parameters of asphalt, in this study, the impact of stone material’s type on creep abilities of aged warm asphalt mixture is investigated. In this context, asphalt samples with two types of limestone and silica stone materials were fabricated and put under aging trend based on standard methods. Then, the samples underwent dynamic creep test in 100 and 300 kPa and temperature of 50 and 60 oC and their stable strains were measured. Finally, the results were analyzed using MATLAB software and an empirical model for creep behavior of aged asphalt concrete with stone material type consideration was presented. The results showed that lime samples, in comparison with silica samples, are more resistant against time-dependent deformation.
    Keywords: Asphalt aging, Asphalt mixture, Creep compliance, Aggregate type
  • Mohammad Hosseinzade, Saeed Pourzeinali Pages 95-116
    In order to reduce the cost and time of seismic analyses, as well due to lack of deep understanding of structural characteristics and the acting forces, usually, simplified assumptions are applied in structural modeling that could lead to unrealistic responses. Some of these simplified assumptions in bridge modeling are ignoring the pounding phenomenon and soil-structure interaction. Therefore, in the present study, by modeling three 3-span bridges, with different periods of frequency, the pounding effect, which happens in the gap between two parts of the deck and/or the deck and the abutments, on seismic responses of bridges under the near and far field accelerograms, was investigated. Also, the effect of dynamic properties of bridge and soil-structure interaction on pounding phenomenon was studied by calculating the parameters of maximum pounding force and number of impacts. Results showed that considering the pounding effect reduces the maximum displacement due to limiting the movements of the deck such that some of the piers remain within the elastic phase. Minimum and maximum reduced-displacements in different bridges were 31% and 48%, respectively. On the other hand, modeling the soil-structure interaction effect increased the values of maximum displacement (40%) and maximum pounding force (45%), as compared to that of fixed-base model. Also, the analysis of results in terms of the type of earthquake indicated that the near field earthquakes lead to greater responses in the bridges than the far field earthquakes.
    Keywords: Bridge, Pounding, Soil, structure interaction, Near, field, far, field earthquakes