فهرست مطالب

مجله مهندسی زیر ساخت های حمل و نقل
سال چهارم شماره 3 (پیاپی 15، پاییز 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/09/24
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مصطفی وامق*، محمود عامری، سیدفرهاد چاوشیان نایینی، محمدحسن میرابی مقدم صفحات 1-14

    در پی اعمال بارهای ترافیکی سنگین و محورهای متنوع امروزی، ضرورت اصلاح خواص قیر و مخلوط های آسفالتی به منظور کاهش شدت خرابی ها و هزینه های تعمیر و نگهداری روسازی، امری اجتناب ناپذیر است. خستگی آسفالت نوعی خرابی سازه ای است که محققین زیادی را به دنبال یافتن راه هایی برای مقابله با این خرابی سوق داده است. یکی از این راه ها، به کارگیری ترکیبات پلیمری به منظور اصلاح خواص قیر و نهایتا مخلوط های آسفالتی است. در این پژوهش، از ترکیب دو پلیمر ارزان قیمت تولید داخل با نام های تجاری SBR و PP و با نسبت هایی برابر در مخلوط های آسفالتی استفاده شده و تاثیر عملکرد خستگی این ترکیب پلیمری با پلیمر گران قیمت و وارداتی SBS مقایسه گردید. در این راستا، آزمون های خستگی تیر خمشی و خستگی کشش غیرمستقیم روی نمونه های آسفالتی انجام گرفت. نتایج نشان داد که ترکیب دو پلیمر با بهبود عملکرد خستگی مخلوط های آسفالتی موجب افزایش تا بیشتر از 50% عمر خستگی به نسبت پلیمر SBS گشته و می توان از آن به عنوان یک افزودنی مقرون به صرفه برای جایگزینی پلیمر SBS استفاده نمود.

    کلیدواژگان: مخلوط آسفالتی گرم، عمر خستگی، آمیخته پلیمری، آزمایش خستگی تیر خمشی، نانورس
  • نریمان برازی جمور، محمودرضا کی منش*، منصور فخری صفحات 15-32

    در سال‏های اخیر، با توجه به کمبود مصالح تازه و اهمیت حفاظت از محیط زیست، میزان استفاده از مصالح بازیافتی، از جمله تراشه آسفالت، در راستای کاهش تولید آلاینده های ناشی از تهیه مخلوط های آسفالتی افزایش یافته است. همچنین، جهت کاهش میزان انرژی مصرفی، فناوری های نوینی در زمینه تولید و اجرای مخلوط های آسفالتی گرم در حال گسترش هستند تا مخلوط های آسفالتی با دمایی به مراتب کمتر از مخلوط های متداول تولید گردند. در این پژوهش، از تراشه آسفالت بازیافتی در ساخت مخلوط آسفالتی با استخوان‎بندی سنگدانه‎ای (SMA) جهت انجام آزمایش حساسیت رطوبتی همراه با افزودنی‎های گرم زایکوترم و ساسوبیت و همچنین از الیاف TOPCEL در جهت جلوگیری از ریزش قیر این نوع مخلوط آسفالتی، استفاده شده است. هدف از انجام این پژوهش،ارایه یک مدل بر پایه سیستم استنتاج عصبی- فازی سازگار (ANFIS) ، برای پیش‎بینی حساسیت رطوبتی مخلوط آسفالتی با دانه‎بندی سنگدانه‎ای (SMA) حاوی درصدهای مختلف تراشه آسفالت با داشتن افزودنی های مختلف گرم می‎باشد. پارامترهای ورودی به مدل ANFIS شامل درصدهای مختلف تراشه آسفالت حاوی افزودنی گرم و نسبت مقاومت کششی نمونه در حالت اشباع به مقاومت کششی نمونه در حالت خشک به عنوان خروجی مدل می‎باشد. نتایج به دست آمده نشان‎دهنده دقت بالای مدل با ضرایب تعیین 1 و 982/0 به ترتیب برای مجموعه داده‎های آموزش و آزمایشی و 774/0 برای داده های ارزیابی می‎باشد. همچنین، مخلوط‎های نیمه گرم حاوی 50% تراشه آسفالت رفتار مناسب‎تری از خود نشان دادند.

    کلیدواژگان: تراشه آسفالت، حساسیت رطوبتی، الیاف TOPCEL، سیستم استنتاج عصبی- فازی
  • مانا معتمدی، غلامعلی شفابخش* ، محمد آزادی صفحات 33-44
    روسازی آسفالتی راه‏ها متشکل از قیر، سنگدانه و فیلر می باشد. قیر نقش مهمی در خصوصیات مخلوط های آسفالتی داشته و از این جهت شناسایی رفتار آن حائز اهمیت است. بتن آسفالتی همچنان پرکاربردترین مصالح در ساخت جاده ها می باشد. خرابی خستگی از متداول ترین خرابی در راه‏ها بوده و سالانه هزینه زیادی صرف تعمیر و نگهداری راه‏ها می شود. اصلاح قیر یکی از روش های مهم جهت افزایش مقاومت روسازی در برابر خرابی می باشد. در این پژوهش، نانوسیلیکا و پلی یورتان سنتز شده با مقادیر 3، 5 و 7 درصد وزنی قیر استفاده شدند. به دلیل عدم پایداری ترموپلاستیک پلی یورتان در قیر، از پلی یورتان سنتز شده استفاده شد. برای سنتز پلی‏یورتان، از ترکیب پلی ال و ایزوسیانات استفاده شد. برای بررسی خستگی از تست جاروب زمان استفاده شد. نتایج نشان می دهد که پلی‏یورتان سنتز شده و نانوسیلیکا عمر خستگی را بهبود بخشیدند. تاثیر پلی‏یورتان سنتز شده بر عمر خستگی به مراتب بیشتر از نانوسیلیکا بود. مقدار افزایش عمر خستگی برای نانوسیلیکا و پلی‏یورتان سنتز شده در کرنش کم 7/3 و 5/4 برابر بود. نتایج تست شیمیایی طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز و تست های فیزیکی نشان می دهد که تغییرات فیزیکی ایجاد شده در قیر برای پیش بینی خستگی به تنهایی قابل اعتماد نیست. تغییرات شیمیایی و ایجاد پیوندهای مختلف در رفتار خستگی تاثیرگذار می باشند.
    کلیدواژگان: رفتار خستگی، پلی‏ یورتان سنتز شده، نانوسیلیکا، تست جاروب زمان، طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز
  • مهرداد جعفری، محمدرضا طلایی * صفحات 45-63
    با ورود قطار تندرو به تونل، یک موج فشاری در جلوی قطار به‏وجود می آید. همین امر عامل ایجاد پدیده پیستونی در تونل است که تمام جریان هوای درون تونل را تحت تاثیر قرار می دهد. این پدیده در بلندمدت باعث مشکلاتی از جمله تخریب لایه های دیواره تونل، تهدید امنیت مسافران، تهویه ایستگاه‏های زیرزمینی و حتی در مواردی آسیب به قطار می شود. در این پژوهش، این پدیده برای ورود یک قطار از نوع ICE2 به تونل تک خط مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه سازی با استفاده از حل عددی در نرم افزار محاسبات سیالاتی انسیس فلوئنت، به روش اسلایدینگ مش، به صورت سه بعدی، تراکم ناپذیر و مغشوش انجام شده است. برای اطمینان از روش عددی، سرعت جریان درون تونل با یک تست تجربی صحت سنجی شده است. شبیه سازی ها برای قطار با سرعت های 60، 80 و 100 متر بر ثانیه انجام شده است. نتایج کلی نشان از آن دارد که هر چه سرعت قطار افزایش داده شود، در نتیجه آن، دامنه فشار و سرعت موج هوایی تولید شده افزایش می یابد. در نهایت، میزان استحکام شیشه روبروی قطار در مقابل حداکثر موج هوای ایجاد شده مورد مطالعه قرار گرفته و محدوده ی مجاز سرعت قطار در ورود به تونل قابل برداشت است.
    کلیدواژگان: قطار تندرو، پدیده پیستونی، امواج فشار تراکمی و انبساطی، جریان تراکم ناپذیر، اسلایدینگ مش
  • نعمت الله حیدریان، محمدکاظم شربت دار *، آزاده حقیقت صفحات 63-82

    اتصالات تیر به ستون از نقاط حساس و آسیب پذیر در پایه های قاب های خمشی پل ها هستند و آسیب دیدگی این ناحیه در برابر بارهای جانبی زلزله منجر به کاهش عملکرد لرزه ای قاب و افزایش جابه جایی قاب و در نهایت تخریب اعضاء و حتی تخریب کل سازهپل می شود. با توجه به اهمیت چشمه اتصال در این قاب ها، اجرای صحیح و مطابق جزییات آیین نامه ها تاثیر بسزایی در عملکرد لرزه ای قاب دارد. در این مقاله، تاثیر خاموت ناحیه چشمه اتصال در یک اتصال بتن آرمه پایه پل ها با مقیاس یک دوم، به صورت آزمایشگاهی و عددی، تحت بار لرزه ای رفت و برگشتی مورد بررسی قرار گرفته و سپس یک اتصال ضعیف دیگر فاقد خاموت در چشمه اتصال، با استفاده از مصالح کامپوزیت سیمانی الیافی توانمند (HPFRCC) ، مقاوم سازی شده و تاثیر آن در عملکرد اتصال و میزان جبران فقدان خاموت چشمه اتصال بررسی شده است. همچنین به منظور بررسی حالات مختلف تقویت اتصال پایه های پل، هفت نمونه تحلیلی مختلف معرفی شده و تاثیر پانل های مختلف HPFRCC در بهسازی اتصال و تقویت اتصال بتنی ضعیف توسط نبشی های پیش تنیده فولادی مورد مطالعه و مقایسه قرار گرفته است. در این تحقیق، منحنی های هیسترزیس بار- تغییرمکان و پوش آن ها و منحنی های استهلاک انرژی و سختی و افت سختی اتصالات مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاکی از افزایش ظرفیت خمشی و شکل پذیری و کاهش سریع افت سختی اتصال در سیکل های اولیه در اتصال دارای HPFRCC در محل اتصال، نسبت به اتصال فاقد خاموت در چشمه اتصال قاب های بتنی پل ها بوده است. استفاده از پانل های کامپوزیتی سیمانی با الیاف توانمند، ماکزیمم ظرفیت باربری اتصال پایه پل بتنی را نسبت به اتصال ضعیف از 17 تا 48 درصد، افزایش داد.

    کلیدواژگان: اتصال خمشی بتن آرمه، کامپوزیت سیمانی الیافی توانمند، شکل پذیری، نبشی پیش تنیده، پایه های پل
  • ساناز سلطانی نژاد، صلاح الدین حمیدی، سیدمرتضی مرندی * صفحات 83-98

    خاک های رسی عموما در حالت خشک، سختی و مقاومت مناسب دارند. اما در حضور آب، دچار افت سختی و مقاومت زیاد شده، که موجب کاهش ظرفیت باربری و افزایش نشست و تراکم پذیری خاک می گردد. در پروژه های عمرانی، خاک های رسی، بخصوص رس های نرم، با استفاده از آهک تثبیت می‏شوند. در پژوهش حاضر، نمونه های خاک رسی کایولینیت، با 10، 15 و 20 درصد آهک تثبیت و در دمای 27 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی 2±98 درصد عمل آوری شدند. سه سری خاک مطالعه شد: نمونه های اول پس از 14 روز، نمونه های دوم پس از 28 روز و نمونه های سوم پس از 14 روز عمل آوری در آب، مستغرق شده و سپس آزمایش گردیدند. در راستای مطالعه درشت ساختاری نمونه ها تحت آزمایش تک محوری و مطالعه ریزساختاری و ترکیبات سیمنتاسیون حاصل از واکنش خاک- آهک، آزمایش پراش اشعه ایکس (XRD) ، عکس های میکروسکوپی الکترون پویشی (SEM) و طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDS یا EDX) انجام گردید. نتایج نشان داد که با استفاده از 10% آهک، نمونه هایی که بعد از 14 روز عمل آوری و 14 روز در آب مستغرق شده اند، در مقایسه با نمونه ها 28 روزه، به واسطه ی نفوذ آب و به دنبال آن شکسته و ضعیف شدن استحکام ترکیبات سیمنتاسیون، 65% کاهش مقاومت داشتند. همچنین، در هر دوی مطالعات درشت‏ساختاری و ریز‏ساختاری، برای دست‏یابی به مقاومت مناسب، میزان آهک بهینه حدود 10% است.

    کلیدواژگان: خاک رس، تثبیت خاک، آهک، مقاومت تک محوری، آزمایش های ریزساختاری
  • علی اکبر تقی پور، حمید رسولی *، افشین فامیلی صفحات 99-116

    پدیده پیری و شیارشدگی آسفالت یکی از عوامل عمده ی کاهش عمر مفید آن است. در دهه اخیر و با تصاویر دارای دقت مکانی بالا (کمتر از 10 سانتی متر) ، عملا قابلیت کنترل کیفیت سطح جاده ها به صورت کمی و با دقت بالا به‏دست آمده است. پژوهش حاضر با هدف بررسی پدیده ی پیری و شیارشدگی ایجاد شده روی آسفالت و ارزیابی توان DSM مستخرج از تصاویر پهپادی در زمینه کنترل کیفیت آسفالت در روستای الوار سفلی صورت گرفته است. تصویربرداری فراطیفی برای سه نوع آسفالت دارای عمر کمتر از 2 سال، بین 4 تا 7 سال و بیشتر از 10 سال نشان می دهد که نمودار آسفالت داری عمر کمتر از دو سال همواره پایین تر از سایر نمودارهاست، چرا که قیر استفاده شده در ترکیب آسفالت پس از گذشت مدت مشخصی کیفیت خود را از دست داده، روشن تر شده و در نتیجه بازتاب سطحی آن بیشتر می شود. صحت سنجی نقاط تعلیمی انتخاب شده روی زمین برای فرسودگی، دقت کلی برابر 95% و ضریب کاپا 95 را نشان می‏دهد که بیانگر دقت بالا و صحت نتایج است. همچنین، دقت مکانی بالا (7. 5 cm) امکان مطالعه شیارشدگی های نوع دوم و سوم و امکان بررسی عمق ترک خوردگی و تنش با استفاده از این تصاویر در حد سانتی‏متر را نشان می‏دهد. نتایج بررسی ها نشان داد که DSM حاصل از هم پوشانی تصاویر پهپادی، قابلیت استخراج شیب‏های عرضی سطوح معابر و خیابان ها را داراست که این مورد در بررسی میزان نشست آسفالت در گذر زمان کاربردی است. در صورت رفع مشکل و استانداردسازی شیب سطوح جاده ها و معابر، عملا میزان آبگرفتگی معابر در فصول سرد کاهش یافته و بر عمر مفید آسفالت افزوده می‏شود.

    کلیدواژگان: پهپاد (پهباد)، پیری آسفالت، شیارشدگی آسفالت، نمودار طیفی
|
  • Mostafa Vamegh*, Mahmoud Ameri, Sayed Farhad Chavoshian Naeni, Mohamad Hasan Mirabimoghadam Pages 1-14


    Damage in asphalt pavements due to repetitive stresses and strains caused by both traffic loading and environmental factors can manifest itself as fatigue and thermal cracking, respectively. Cracking is considered as a primary distress mechanism in asphalt pavements. Many studies have been carried out on resolving these distresses. One of these ways is the use of polymer modifiers to improve the properties of asphalt binder and asphalt mixtures. Therefore, this research was conducted to study the effects of domestic polymers (with trade names of SBR and PP) in equal proportions on the fatigue properties of asphalt mixtures compared to expensive imported polymer (called SBS). Accordingly, four-point beam fatigue and indirect resilient modulus tests were carried out. It was found that combination of PP and SBR leads to better preservation of fatigue performance of modifed mixes and increases the fatigue life up to 50% compared to SBS-modified mix. Consequently, such polymers combination can be more beneficial than using SBS polymer

    Keywords: Hot mix asphalt, Fatigue life, Polymer blend, Bending beam fatigue test, Nanoclay
  • nariman barazi jomoor, mahmoud reza keymanesh*, Mansour Fakhri Pages 15-32

    In recent years, regarding the insufficiency of new material and significance of environmental conservation, using recycled material such as Recycled asphalt pavement (RAP) has increased due to the decreased production of environmental pollutants resulting from the preparation of asphalt mixtures. Also, to decrease the energy consumption rate, new technologies have been developed to produce and perform warm asphalt mixtures. These asphalt mixtures have lower temperatures than conventional asphalt mixtures. In this research, RAP has been used in building stone matrix asphalt (SMA) mixture to carry out the moisture susceptibility test by adding warm asphalt additives such as zycotherm, sasobit and Topcel fibers to prevent bitumen draindown of this type of asphalt mixture. The purpose of this paper is to develop a model based on adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) for prediction of moisture susceptibility of stone matrix asphalt mixtures (SMA) containing various percentages of RAP and warm mix additives. Various percentages of RAP containing warm mix additive are the parameters for input layer and the ratio of saturated specimen’s strength to that of dry specimen’s strength is the model output. Results indicated high accuracy of the model with a coefficient of determination (R2) of 1 and 0.982 for training and testing data sets and 0.774 for evaluation data-set, respectively. Also, the warm mixtures containing 50% RAP have shown more suitable behavior.

    Keywords: Recycled asphalt pavement (RAP), Moisture susceptibility, Topcel additive fibers, Adaptive neuro fuzzy inference system
  • mana motamedi, gholamali shafabakhsh*, mohammad azadi Pages 33-44
    Asphalt pavement roads are composed of bitumen, aggregates and filler. Asphalt binder plays an important role in the properties of asphalt mixtures, and it is therefore important to identify its behavior. Asphalt concrete is still the most used material in the construction of roads. Fatigue failure is one of the most common failures in roads, and repairing such failures is very costly. Bitumen correction is one of the important methods to increase the strength of the pavement against failure. In this research, nanosilica and synthesized polyurethane with 3, 5 and 7 asphalt binder percentage were used. Due to the instability of thermoplastic polyurethane in asphalt binder, synthesized polyurethane was used. Polyurethane was synthesized by using a combination of polyol and isocyanate. To test the fatigue, a time sweep test was used. Results showed that synthesized polyurethane and nanosilica have improved the fatigue life. The effect of synthesized polyurethane on fatigue life was much greater than that of nanosilica. The fatigue life was increased 3.7 and 4.5 times for nanosilica and synthesized polyurethane in low strain, respectively. Results of the chemical test of Fourier-Transform Infrared Spectroscopy and physical tests showed that the physical changes which were made in the bitumen are not reliable for prediction of fatigue. In fact, changes in the chemical composition and creation of various bonds are influential on the fatigue behavior.
    Keywords: Fatigue behavior, Synthesized polyurethane, Nanosilica, Time sweep test, Fourier-transform infrared spectroscopy
  • Mehrdad Jafari, mohammad Reza Talaee* Pages 45-63
    When a high-speed train enters into a tunnel, a pressure wave will be created. This leads to piston phenomenon in the tunnel, which affects all air currents in the tunnel. This phenomenon may lead to some problems in the long time like destruction of tunnel wall layers, safety of the passengers, ventilation of the subway stations and disturbing train balance. In this research, this phenomenon was investigated for entering of an ICE2 train to a single-line tunnel. Simulation is performed by using numerical solution in ANSYS Fluent CFD software considering sliding mesh, three-dimensional, incompressible and turbulent flow. The numerical method has been validated with an experimental test for the flow speed in the tunnel. Simulations have been done for 60, 80 and 100 m/s train speeds. Overal results showed that with increasing the train speed, the pressure domain and aerial wave speed will increase too. Finally, the strength of train’s front glass against maximum air wave has been studied and permissible train-speed range for entering the tunnel has been obtained.
    Keywords: High-speed train, Piston effect, Compressive, expansion pressure waves, Incompressible flow, Sliding mesh
  • Neamat Heydarian, M. Kazem Sharbatdar, Azadeh Haghighat Pages 63-82

    Beam-column connections are vulnerable areas of reinforced concrete moment frames-shapes of bridge piles and damaging of this area under the earthquake loads results in decreasing of seismic performance of frame and increasing of frame drift and eventually destruction of members and even the entire bridge structure. Due to the importance of connection zones in these frames, correct implementation based on regulations has significant impact on seismic performance of the frame. In this paper, the influence of stirrup of panel zone in a concrete connection of bridge piles with a scale of one-half has been conducted experimentally and numerically under cyclic seismic loading and then another deficient connection without any stirrup in the panel zone has been reinforced by high-performance fiber-reinforced cementitious composites (HPFRCC), and its effect on connection performance and compensation of the lack of stirrup of the panel zone has been studied. Also, to evaluate different states of connection strengthening of bridge piles, seven different analytical samples have been presented and the influence of different panels of HPFRCC on connection improvement and in strengthening the weak concrete connection by prestressed steel angels has been studied and compared. In this study, the hysteresis curves of load-displacement and their envelope curves and also energy dissipation, stiffness and stiffness loss curves of the connections have been studied. Results indicated that increasing the flexural capacity and ductility and rapid decreasing in stiffness-loss of connection in primary cycles of connection retrofitted with HPFRCC were more than those of the connection without stirrup in connection zone of bridge frame-shape piles. Maximum capacity of deficient connection of RC bridge piles was increased by 17-48% using high performance fiber reinforced cementitious composite (HPFRCC) panels.

    Keywords: Reinforced concrete moment connection, HPFRCC, Ductility, Prestressed angel, Bridge piles
  • Sanaz Soltaninejad, Salaheddin Hamidi, Seyed Morteza Marandi* Pages 83-98

    Clay soils have generally appropriate strength and stiffness in dried conditions. However, their strength parameters such as bearing capacity, unconfined compression strength, and shear strength, are reduced, and compressibility and settlements are increased significantly in the presence of water. In various civil engineering projects, clay soils, especially soft clays, are usually stabilized by using lime. In this research, kaolinite clay samples were stabilized using 0, 10, 15 and 20 percent by weight of lime at temperature of 27 ºC and relative humidity of 98±2 percent. Three series of samples were studied: the first series after 14 days curing, the second series after 28 days curing, and the third series were submerged in water 14 days after curing and then were tested. For macro-structure study, the specimens were tested under unconfined compressive strength test, and for micro-structure studies, and due to cementation of soil-lime-reaction, X-ray Diffraction (XRD) analysis, Scanning Electron Microscope (SEM), and Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS or EDX) were carried out. Results showed that using 10% lime in samples with 14 days curing time and submerged in water for 14 days have 65% lower strengths in comparison with the samples cured for 28 days. This was due to the infiltration of water and breaking and weakening of strength of cementation compounds. Also, for both macro and micro structure studies, optimum lime content is 10% in order to reach the proper soil strength.

    Keywords: Clay soil, Soil stabilization, Lime, Uniaxial strength, Micro-structure experiments
  • Ali Akbar Taghipour, Hamid Rasouli*, Afshin famili Pages 99-116

    Aging and rupture phenomena are important factors which decrease the useful life of asphalt. During the recent decade, by using the images with high spatial accuracy (less than 10 cm) the qualitative monitoring of roads’ surfaces has been achieved. The present study has been performed to evaluate the aging and rupture phenomena on asphalt surface and to evaluate the DSM, extracted from drone images, in asphalt quality control in Alvar-e- Sofla village, Tabriz, Iran. Hyperspectral imaging for three kinds of asphalt (less than 2 years, 4 to 7 years and more than 10 years old) revealed that the 2-year old asphalt has always lower graph than the others because, after a while, the asphalt bitumen losses its quality and gets lighter and thus its surface reflection increases. Calibration of selected learning points for distress shows overall accuracy of 95% and CAPA coefficient of 95, which reveals the high accuracy and correctness of the results. Also, high spatial accuracy (7.5 cm) shows the ability to study type 2 and 3 ruptures, in addition to cracking-depth evaluation and stress via these images at centimeter scale. Results showed that the obtained DSM from overlapping of drone images has the ability to extract lateral slopes of pedestrian and streets, which are applicable in evaluation of asphalt subduction amount during the time. If this problem is fixed and the road slope is standardized, practically the flooding events in cold seasons will be reduced and useful life of asphalt will be increased.

    Keywords: Drone, Asphalt aging, Asphalt rupture, Spectral graph