فهرست مطالب

مهندسی زیر ساخت های حمل و نقل - سال ششم شماره 1 (پیاپی 21، بهار 1399)

مجله مهندسی زیر ساخت های حمل و نقل
سال ششم شماره 1 (پیاپی 21، بهار 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/03/28
  • تعداد عناوین: 7
|
  • حسن زیاری، بهروز قبادی پور، مجید جبالبارزی* صفحات 1-10
    در این مطالعه، با مدل‏سازی غیرهمگن، رفتار رشد ترک خوردگی مخلوط آسفالتی بررسی می گردد. بدین منظور، ابتدا نمونه های آسفالتی با استفاده از الگوریتم تولید و توزیع تصادفی سنگدانه ها ایجاد می شوند. سپس، این نمونه های آسفالتی به صورت عددی مورد تحلیل قرار گرفته و پارامترهای شکست مخلوط آسفالتی محاسبه می گردند. در ادامه، تاثیر توزیع سنگدانه ها، مدول الاستیسیته سنگدانه ها، ضریب پواسون سنگدانه ها، مدول الاستیسیته ماستیک، ضریب پواسون ماستیک و بارگذاری تحت مودهای ترکیبی بر پارامترهای شکست مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که مدل‏سازی غیرهمگن به صورت محسوسی پاسخ های مکانیکی مخلوط آسفالتی را تحت تاثیر قرار می دهد. موقعیت نوک ترک تاثیر به سزایی بر مقدار و علامت ضرایب شدت تنش دارد. به طوری که اگر نوک ترک در ناحیه ماستیک قرار داشته باشد، ضریب شدت تنش مودIدر مدل‏سازی همگن کمتر از مدل‏سازی غیرهمگن خواهد بود. در حالی که اگر نوک ترک در سنگدانه هاقرار داشته باشد، مقدار ضریب شدت تنش مدل‏سازی غیرهمگن بیشتر از مدل‏سازی همگن می گردد.
    کلیدواژگان: تحلیل اجزای محدود، مدل‏سازی غیرهمگن، مکانیک شکست، ضرایب شدت تنش، الگوریتم تولید و توزیع تصادفی سنگدانه ها
  • سید مازیار مرعشی، محمدهادی پاشایی*، محمدمهدی خطیبی صفحات 13-28

    مکان یابی مستقیم آسیب در پل مستلزم به‏کارگیری تعداد زیادی حسگر ارتعاشی روی سازه است که این امر معمولا پرهزینه و زمان بر می باشد. در برهم کنش وسیله نقلیه- پل، پاسخ ارتعاشی وسیله نقلیه عبوری شامل پاسخ ارتعاشی پل نیز می باشد که می توان از آن برای استخراج پارامترهای مودال پل بهره برد. در این مقاله، به منظورمکان یابی غیرمستقیم آسیب در پل از نسبت انتقال پذیری پاسخ وسیله نقلیه استفاده شده است. با نصب شتاب سنج روی محور وسیله نقلیه، اندازه گیری شتاب در حین حرکت صورت می گیرد و نیازی به توقف وسیله نقلیه روی پل ندارد. در اغلب روش ها، فرض بر این است که نیروی تحریک به صورت نویز سفید باشد. اما در این روش، خصوصیات نیروی تحریک در نظر گرفته نمی شود، که این مورد از دیگر مزایای روش می باشد. از آنجا که وجود پروفیل سطح جاده باعث می شود شناسایی پارامترهای مودال دشوار گردد، در این مقاله از تفاضل سیگنال شتاب از دو محور مشابه برای حذف اثر پروفیل سطح استفاده شده است. در شبیه سازی عددی به روش المان محدود، پل با حضور پروفیل سطح و سه وسیله نقلیه به صورت سیستم های دو درجه آزادی جرم- فنر- دمپر مدل شده اند. با حل هم زمان مدل پل- وسیله نقلیه و سپس حذف اثر پروفیل سطح، شناسایی شکل مود پل میسر می گردد. سپس، مساله برهم کنش پل- وسیله نقلیه با درنظر گرفتن آسیب در پل، مجددا حل شده و مکان یابی آسیب با استفاده از شاخص تغییر انحنای شکل مود مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی عددی دلالت بر توانایی روش پیشنهادی در حضور نویز اندازه گیری دارد.

    کلیدواژگان: پایش سلامت پل، مکان یابی آسیب، نسبت انتقال پذیری، انحنای شکل مود، پروفیل سطح جاده
  • حامد خانی*، حسین بهمنی، رضا روشنی صفحات 29-44

    نوع عملکرد روسازی آسفالتی به خواص مواد تشکیل دهنده آن، روند تولید و اجرا وابسته است. انرژی آزاد سطحی از خصوصیات مهم سنگدانه و قیر در پیش بینی نحوه عملکرد مخلوط آسفالتی است. انرژی آزاد سطحی بیانگر میزان چسبندگی قیر و سنگدانه و پارامتر های انرژی مربوط به عملکرد مقاومت رطوبتی ترکیب قیر و سنگدانه است. علاوه بر آن، دمای اختلاط قیر های اصلاح شده، به عنوان بخشی از روش آماده‏ سازی قیر های اصلاح شده، نقش موثری در عملکرد نهایی قیر و ترکیب آن با سنگدانه دارد. در این مقاله، به بررسی تاثیر قیر های اصلاح شده با رزین اپوکسی و دمای آماده سازی آن ها بر انرژی آزاد سطحی قیر و مقاومت رطوبتی مخلوط های آسفالتی پرداخته شده است. برای این مهم، قیر های اصلاح شده حاوی افزودنی رزین اپوکسی در 2، 4، 6 و 8 درصد وزنی قیر در دو دمای 90 و 130 درجه سلسیوس آماده سازی شده و پارامتر های انرژی آزاد سطحی مربوط به حساسیت رطوبتی مورد محاسبه قرار گرفتند. نتایج نشان دهنده عملکرد متفاوت ترکیب قیر و سنگدانه در ازای درصدهای افزودنی و دمای آماده سازی متفاوت قیر است. در ترکیب قیر و سنگدانه سیلیسی، قیر اصلاح شده با 6% رزین اپوکسی با دمای اختلاط 90 درجه سلسیوس، و در ترکیب قیر و سنگدانه آهکی، قیر اصلاح شده با 4% رزین اپوکسی با دمای اختلاط 130 درجه سلسیوس، عملکرد بهینه را به لحاظ مقاومت رطوبتی از خود نشان دادند.

    کلیدواژگان: انرژی آزاد سطحی، قیر اصلاح شده با رزین اپوکسی، مقاومت رطوبتی
  • شاهین شعبانی* صفحات 45-63

    در فرآیند اصلاح قیر به کمک افزودنی ها بویژه در هنگام افزودن نانومواد، گاهی شرایط تولید نمونه بسیار سخت و بعضا فقط در مقیاس آزمایشگاهی ممکن است. در این پژوهش سعی شد با اعمال تغییراتی در نحوه آماده سازی نمونه ها، شرایط فرآیندی تولید را آسانتر و در عین حال عملکرد نمونه ها را نیز بهبود بخشید. مطالعات نشان داده است، استفاده از پلیمر SBS (LG501)  و نانورس (Cloisite-15A) خواص قیر را به نحو مطلوبی اصلاح کرده است. ساخت آمیخته ای از مواد افزودنی با استفاده از مخلوط کن داخلی، هدف اصلی این پژوهش در تسهیل اصلاح قیر است. چرا که اولا به آماده سازی نانورس و افزایش فاصله بین صفحات آن کمک می کند و ثانیا مراحل و مدت زمان افزودن مواد مختلف به قیر در مخلوط کن برشی با دور بالا را کاهش می دهد. با انجام این روش، نه تنها در ساخت نمونه بلکه در خواص ریولوژیکی و نحوه پخش مواد در قیر بهبود حاصل می شود و حتی می توان شرایط کاهش دور اختلاط را مهیا کرد. با استفاده از آزمایش های کلاسیک (درجه نفوذ، نقطه نرمی و شکل پذیری) و آزمایش های انجام شده با استفاده از ریومتر برش دینامیکی، مانند تعیین رده عملکردی PG و آزمایش جاروب دما به بررسی و مقایسه خواص نمونه های اصلاح شده با روش های مختلف پرداخته شد. نتایج نشان داد استفاده از پیش اختلاط در مقایسه با روش عادی اختلاط، خواص قیر را بهبود بخشیده است. همچنین نتایج عملکردی مشابهی بین نمونه های حاوی پیش آمیخته با نمونه های اختلاط عادی در دور اختلاط کمتر مشاهده شد. کاهش دور اختلاط اثرات قابل توجهی بر بهبود پیرشدگی قیر داشت که برتری استفاده از روش پیش اختلاط را نشان می دهد. همچنین نمایش خواص اطمینان بخش در بازه پیوسته دمایی در نمونه های ساخته شده به روش پیش اختلاط مشهود بود. بطور کلی تغییر روش اصلاح قیر، اثر خود را هم بر کاهش پیرشدگی ناشی از فرآیند اختلاط و هم در تهیه مخلوط همگن تر و دارای خواص بهبود یافته ی اطمینان بخش نشان داد.

    کلیدواژگان: شیارشدگی، آمیخته اصلی، پیش اختلاط، جاروب دما، رده عملکردی
  • امیرحسن رضایی فرعی*، هوشنگ کاتبی، مجتبی شیرزه حق صفحات 65-82

    استفاده از سیستم حمل و نقل زیرزمینی مترو یکی از ضروریات توسعه شهری است. حفاری تونل مترو در محیط های شهری معمولا با استفاده از دستگاه TBM-EPB صورت می گیرد و نشست‏های سطحی ناشی از آن می تواند برای سازه های سطحی و زیرساخت های شهری خطرناک باشد. در این مطالعه، تاثیر وجود سازه سطحی بر نشست‏های سطحی ناشی از حفاری تونل مترو بررسی شده است. این بررسی شامل مقاطعی از متروی مادرید و سه مقطع فرضی یک لایه بوده و سه پارامتر جنس خاک، تعداد طبقات سازه سطحی و نسبت روباره به قطر تونل به عنوان متغیر فرض گردیده است. بدین منظور، سه نوع خاک (ماسه آهکی، رس قهوه ای و رس پلاستیک آبی)، تعداد طبقات برای سازه سطحی (3، 5 و 10) و سه نسبت  (1، 5/1 و 2) انتخاب شده است. در مدل‏سازی های دوبعدی حفاری تونل از روش کنترل افت حجم و مدل رفتاری موهر-کولمب برای خاک استفاده گردیده است. بر اساس نتایج حاصل، وجود سازه سطحی و تاثیر سختی ناشی از آن، همواره نشست‏های ناشی از حفاری تونل را کاهش داده است. البته میزان کاهش نشست‏ها بسته به نوع خاک، تعداد طبقات سازه سطحی و نسبت  تونل متفاوت بوده و با تعویض جنس خاک، میزان تاثیرگذاری دو پارامتر دیگر تغییرات محسوسی داشته است.

    کلیدواژگان: حفاری مکانیزه تونل، نشست، سازه سطحی، مدل‏سازی عددی، آباکوس
  • دانش ستاری*، مسعود حاجی علیلوی بناب، اکبر عرب جوادی صفحات 83-99

    امروزه، حمل ونقل یکی از اجزای مهم اقتصاد ملی محسوب می گردد. هر ساله بسیاری از تپه های خاکی و دامنه کوه ها برای احداث زیرساخت های حمل ونقل خاک برداری می شوند. پایداری ترانشه های ایجاد شده در اثر خاک برداری ها، در دوره اجرا و بهره برداری پروژه از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در طبیعت، این ترانشه ها عمدتا غیراشباع بوده و بایستی با استفاده از تیوری خاک های غیراشباع بررسی گردند. یکی از دلایل اصلی ناپایداری ترانشه ها، بارش باران و نفوذ آب ناشی از آن می باشد. در این تحقیق، با استفاده از تیوری خاک های غیراشباع و روش عددی تفاضل محدود، روند نفوذ آب باران و تاثیر آن در تغییرات فشار آب منفذی، درجه اشباع، تغییرشکل ها و در نهایت پایداری آن در طول مدت زمان بارش ها بررسی گردید. برای این منظور، علاوه بر انجام آزمایش های صحرایی و آزمایشگاهی جهت برآورد پارامترهای ژیومکانیک مصالح، از نرم افزار RETC برای به دست آوردن پارامترهای منحنی آب- خاک استفاده شده است. نتایج تحقیق نشان می دهد که ضریب اطمینان با طولانی تر شدن بارش های با شدت کم در مدت 5 ماه از 283/1 به 221/1 کاهش پیدا کرده، ولی نرخ کاهش به حدی نیست که باعث ناپایداری کامل شیروانی گردد. ولی برای بارش کوتاه مدت- شدت زیاد، به دلیل عدم فرصت نفوذ و جریان آب در شیروانی، بیشترین تاثیر در دو متر بالایی شیروانی اتفاق افتاده و در این محدوده علاوه بر افزایش وزن، کاهش مکش و مقاومت برشی خاک غیراشباع اتفاق افتاده است. در نتیجه ی اثر مضاعف این دو عامل، ضریب اطمینان در طول مدت 48 ساعت به مقدار 981/0 کاهش پیدا کرده و منجر به ناپایداری شیروانی گردیده است.

    کلیدواژگان: حمل ونقل، ترانشه خاکی، غیراشباع، تفاضل محدود، نفوذ آب، منحنی مشخصه آب و خاک
  • بهرام شیرینی*، علی عبدی کردانی صفحات 101-118

    راحتی رانندگی و مسافت دید دو پارامتر اصلی در طراحی قوس های قایم جاده هستند. یکی از مهم ترین معیارهای اندازه گیری راحتی رانندگی در قوس های قایم، شتاب قایم است. روابط محاسبه شتاب قایم در منابع معتبر طراحی هندسی جاده از جمله کتاب سبز آشتو بر اساس مدل جرم نقطه ای است که در آن خودرو به عنوان یک جسم نقطه ای دارای جرم مشخص فرض شده است. با توجه به اینکه خودرو از قسمت‏های بسیاری تشکیل شده است، پاسخ های دینامیک هر قسمت متفاوت از یک جسم نقطه ای است. در این تحقیق، برای بررسی دقیق تر شتاب قایم خودرو و مقایسه با شتاب قایم حاصل از مدل جرم نقطه ای، از نرم افزارهای شبیه سازی دینامیک Carsim و Trucksim تحت مدل Multi-Body (M-B) استفاده شده است. پاسخ های دینامیک سه نوع وسیله نقلیه تحت سرعت ها و شیب های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که بسته به سرعت وسیله نقلیه، شیب مسیر و نوع وسیله نقلیه، اختلاف قابل توجهی بین نتایج این دو مدل وجود دارد و مدل جرم نقطه ای شتاب کمتری را ارایه می دهد. به طوری که اختلاف شتاب قایم بین مدل جرم نقطه ای و مدل M-B بسته به سرعت و شیب مسیر در خودروی سواری بین 6/12 تا 9/25 درصد، در خودروی SUV بین 8/23 تا 1/29 درصد و در کامیون بین 29 تا 6/47 درصد است. با توجه به نتایج این تحقیق، استفاده از مدل دینامیک M-B در طراحی قوس های قایم با توجه به شبیه سازی دقیق تر خودرو، طرح  واقع بینانه تری را ارایه می دهد.

    کلیدواژگان: راحتی رانندگی، مسافت دید، قوس قائم، شتاب قائم، شبیه سازی دینامیک
|
  • Hassan Ziari, Behrooz Ghobadipour, Majid Jebalbarezi * Pages 1-10
    In this study, cracking growth behavior of asphalt mixture was investigated by heterogeneous modeling. First, the asphalt samples are created by using generation and random distribution algorithm of the aggregates. These asphalt samples are numerically analyzed and failure parameters of the asphalt mixture are calculated. Then, the effect of aggregate distribution, elasticity modulus of aggregates, Poisson coefficient of aggregates, elasticity modulus of mastic, Poisson coefficient of mastic, and loading under combined modes on failure parameters are evaluated. Results showed that heterogeneous modeling considerably affects the mechanical responses of asphalt mixture. Position of the crack tip has significant effect on value and sign of the stress intensity factors, such that if the crack tip is located in the mastic region, the mode I of stress intensity factor in homogeneous modeling will be less than heterogeneous modeling. But if the crack tip is located in the aggregates, the stress intensity factor of heterogeneous modeling will be greater than homogeneous modeling.
    Keywords: Finite element analysis, Heterogeneous modeling, Failure mechanics, Stress intensity factor, Generation, random distribution algorithm of aggregates
  • Seyed Maziar Marashi, MohammadHadi Pashaei *, MohammadMahdi Khatibi Pages 13-28

    Direct damage localization of bridge involves the use of a large number of vibration sensors on the structure, which is often costly and time-consuming. Through vehicle bridge interaction, dynamic response of a passing vehicle includes the bridge response which may be used for extracting bridge modal parameters. In this paper, transmissibility measurement of the vehicle response is dedicated to localize indirectly the bridge damage. As the sensor is embedded on the axle of the vehicle, recording the signal is fulfilled during the vehicle passage and there is no need to stop the vehicle. There is white noise assumption in most other techniques. But excitation characteristics are not considered in this method; which is another advantage. Since the road profile may cause modal parameter identification to be difficult, subtracting the acceleration signals from two identical axles is used here in order to remove the influence of road profile. In the numerical simulation by finite element method, the bridge model is accompanied by road profile and three vehicles are assumed to be 2DOF systems of mass-spring-damper. By solving the vehicle-bridge interaction equations simultaneously and then removing the effect of road profile, the estimation of bridge mode shape would be possible. Then, by considering bridge damage, the vehicle-bridge interaction equations are solved once more and the damage localization is fulfilled using the changes in the mode shape curvature. Results of numerical simulations indicated the capability of the proposed method in the presence of measured noise.

    Keywords: Bridge Health Monitoring, Damage Localization, Transmissibility, Mode Shape Curvature, Road profile
  • Hossein Bahmani, Reza Roshani Pages 29-44

    The type of asphalt pavement performance depends on its material properties, manufacturing process and implementation. Surface free energy is an important feature of aggregates and bitumen in predicting the performance of asphalt mixture. Surface free energy indicates the amount of bitumen and aggregate adhesion and the energy parameters related to the moisture resistance performance of bitumen and aggregate. In addition, the mixing temperature of modified bitumen, as part of the modified bitumen preparation method, may have an effective role in the final performance of the bitumen and its composition with aggregates. In this article, the effect of modified bitumens with epoxy resin and their preparation temperature on bitumen surface free energy and moisture resistance of asphalt mixtures is investigated. For this purpose, the modified bitumens containing epoxy resin additive were prepared at 2, 4, 6 and 8 percent (w/w) of bitumen at two temperatures of 90 and 130 °C and surface free energy parameters related to moisture sensitivity were calculated. Results showed different performance between various compositions of bitumen and aggregates for different percentages of additive and bitumen preparation temperatures. In bitumen and silica aggregates, modified bitumen with 6% epoxy resin at 90 °C mixing temperature, and in bitumen and limestone aggregates, modified bitumen with 4% epoxy resin, with 130 °C mixing temperature, showed optimum performance in terms of moisture resistance.

    Keywords: Surface free energy, Modified bitumen with epoxy resin, Moisture resistance
  • Shahin Shabaani * Pages 45-63

    Improving bitumen with additives such as nanomaterials will be difficult in adding the materials and mixing them occasionally both in laboratory and real scale. Therefore, in this research, we tried to improve the performance of the samples by making changes in the way of preparing the samples, while simplifying production process conditions. The hypothesis of this research is based on the principle that this method firstly helps prepare the Nano-clay and increase the distance between the plates, and secondly, reduces the steps and the time duration of adding different materials to bitumen. Also, it improves the rheological properties and the way in which the materials are dispersed in bitumen. In this research, 12 samples were considered that have been prepared by pre-mixing and conventional mixing methods, and the differences in their properties were investigated under different process conditions. Using classical experiments (degree of penetration, softness and ductility point) and performance based tests such as PG and temperature sweep, tested and compared the properties of the samples improved in different methods. The results showed that the use of premixing method compared to the conventional method has a greater effect on improvement of the properties of bitumen and achievement on the similar properties with the conventional method but in less mixing speed. The reduction of mixing speed, while affecting the improvement of bitumen aging, demonstrated the superiority of using the premixing method. In general, changing the method of bitumen improvement showed its effect on reducing aging caused by the mixing process and on preparing a more homogeneous mixture having more suitable function. It should be noted that the samples made by the premixing method showed a higher "behavior change temperature" (T75 °) than the conventional method.

    Keywords: Rutting, Premix, Temperature sweep, Performance Grade
  • Amirhasan Rezaei Farei *, Hooshang Katebi, Mojtaba Shirzehhagh Pages 65-82

    The need for development of an urban underground transport network is increasing in modern cities. Nowadays, to excavate metro tunnels in urban areas, earth pressure balanced-tunnel boring machine (TBM-EPB) is widely employed. Nevertheless, inevitable ground movements in the surroundings of the tunnel could still be dangerous for surface structures and urban infrastructures. In this study, the effect of surface structure on tunneling-induced surface settlements was investigated. This study consisted of some sections of Madrid metro project and three hypothetical monolayer sections, and the three assumed variables were soil type, number of surface structure stories, and surface loading to tunnel diameter ratio (C/D). Three types of soil (calcareous sand, brown clay and blue plastic clay), three number of stories for surface structure (3, 5 and 10) and three C/D ratios (1, 1.5 and 2) were chosen for the parametric study. The volume loss control method and Mohr-Columb model for soil were used in the two-dimensional modeling of TBM tunneling. Results indicated that the existence of surface structures and their stiffness effect have always decreased tunneling-induced settlements. However, the intensity of this settlement reduction varied with soil type, number of surface structure stories and C/D ratio, and by changing the soil type, the effectiveness of the other two parameters varied sensibly.

    Keywords: Mechanized Tunneling, Settlement, Surface Structure, Numerical modeling, Abaqus
  • Danesh Sattari *, Masoud Hajialilue Bonab, Akbar Arab Javadi Pages 83-99

    Nowadays, transportation is one of the most important components of national economy. Every year, many hills and natural slopes are excavated to build transport infrastructure. The stability of trenches created by excavations is important during construction and operation. In nature, these treches are mainly unsaturated and should be analyzed with theory of unsaturated soils. One of the main causes of trench instability is rainfall and water infiltration. In this research, using theory of unsaturated soils and finite difference numerical method, rainfall infiltration trend and its effect on pore water pressure variations, saturation percent, deformations and finally its stability during rainfall event was investigated. For his purpose, in addition to field and laboratory test for estimation of geomechanical parameters of the materials, the RETC software was used to obtain soil-water characteristics parameters. Results showed that the factor of safety decreases with increasing duration of low-intensity rainfall from 1.283 to 1.221 in 5 months, but the rate of decline is not sufficient to cause complete instability. But for short-term high-intensity rainfall, due to the lack of infiltration and water flow in the slope, maximum impact occurred in the upper 2 m of the slope, and in this zone, in addition to weight increasing, suction and shear strength of the unsaturated soil have decreased. Due to conjugate effect of these two factors, within 48 hours, the factor of safety decreased to 0.981 and led to instability of trench.

    Keywords: Transportation, Unsaturated soil, Trench, FDM, Water infiltration, SWRC
  • Bahram Shirini *, Ali Abdi Kordani Pages 101-118

    Ride comfort and sight distance are two main parameters of designing roads’ vertical curves. Vertical acceleration is one of the most important criteria for measuring ride comfort in vertical curves. Vertical acceleration equations in geometric design of roads in the literature, such as Green Book of AASHTO, are based on point mass model where vehicle is assumed to be a point object with a specific mass. Considering that vehicle is a multi-body system, dynamic responses of each part of this system can be different from a point object. In this study, CarSim and TruckSim dynamic simulation softwares utilizing Multi-Body (M-B) model are used to investigate more accurately the vertical acceleration, and to compare it with the vertical acceleration of the point mass model. Dynamic responses of three types of vehicles have been investigated under different speeds and grades. Results indicated a significant difference between the results of the two models, depending on the vehicle speed and the road grade, and the point mass model suggested less acceleration such that difference of the vertical acceleration between the point mass model and the M-B model, depending on the vehicle speed and the road grade, ranged 12.6-25.9% for Sedan, 23.8-29.1% for SUV and 29-47.6% for the truck. According to the results of this study, to design vertical curves, the use of M-B dynamic model, according to more accurate simulation of the vehicle, delivers more realistic design.

    Keywords: Ride comfort, Sight distance, vertical curve, vertical acceleration, Dynamic simulation