مطالعه میدانی سختی قائم خط‌ آهن بالاستی بر اساس روش تیر روی بستر ارتجاعی

نوروزی, احسان; ذاکری, جبارعلی; عباسی, علی اکبر; مسیبی, سید علی

doi:10.22075/jtie.2025.36434.1711

مطالعه میدانی سختی قائم خط‌ آهن بالاستی بر اساس روش تیر روی بستر ارتجاعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی راه‏آهن، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران.

² استاد، دانشکده مهندسی راه‏آهن، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران.

³ استادیار، دانشکده مهندسی راه‏آهن، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران.

10.22075/jtie.2025.36434.1711

چکیده

مطالعه حاضر به تحلیل و اندازه‌گیری سختی قائم خط آهن بالاستی بر اساس روش تیر روی بستر ارتجاعی با تمرکز بر تأثیر ماشین پایدارساز دینامیک پرداخته است. بررسی اثر این ماشین بر سختی قائم خطوط بالاستی می‌تواند به مهندسان راه‌آهن در برنامه‌ریزی تعمیر و نگهداری و کاهش هزینه‌های آن کمک کند. یکی از روش‌های نگهداری خطوط ریلی بالاستی، استفاده از قطار تعمیر و نگهداری مکانیزه خطوط (MDZ) برای تنظیم تراز طولی، پلان مسیر و تثبیت خط ریلی است. در حالی که ماشین زیرکوب دارای مزایایی برای اصلاح سریع هندسه‌ی خط است، معایبی نیز به همراه دارد که به کاهش مقاومت و سختی منجر می‌شود. این معایب ناشی از نفوذ کلنگ‌های زیرکوب به لایه‌ی بالاست و بر هم زدن هم-بندی دانه‌های بالاست است. ماشین پایدارساز دینامیک، بر اساس مطالعات و متون فنی، می‌تواند بخشی از معایب ایجادشده توسط ماشین زیرکوب را بهبود بخشد. برای بررسی این تأثیرات، آزمایشی میدانی در خط شماره یک ایستگاه راه‏آهن کرج انجام شد. نتایج آزمایش‌های انجام ‌شده در سه مرحله، شامل قبل از زیرکوبی، بعد از زیرکوبی و پس از استفاده ازماشین پایدارساز نشان می‌دهد که به دلیل عدم زیرکوبی خط به مدت ۵ سال، در مرحله‌ی قبل از زیرکوبی، سختی قائم در بیشترین مقدار خود قرار دارد. بعد از استفاده از ماشین زیرکوب، به علت نفوذ کلنگ‌های آن به لایه‌ی بالاست و کاهش تراکم و سطح تماس بین دانه‌های بالاست، سختی قائم خط حدود 69 درصد کاهش یافته است. با عبور ماشین پایدارساز دینامیک و اعمال ارتعاشات افقی و بار قائم استاتیک، که منجر به افزایش تراکم و هم‌بندی مناسب دانه‌های لایه بالاست می‌شود، سختی قائم خط حدود 47 درصد نسبت به مرحله‌ی بعد از زیرکوبی افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

راه آهن

عنوان مقاله [English]

Field Study of Vertical Stiffness of Ballasted Railway Track by Using the Beam on the Elastic Foundation Method

نویسندگان [English]

Ehsan Norouzi ¹
Jabbar Ali Zakeri ²
Aliakbar Abbasi ¹
Seyed Ali Mosayebi ³

¹ School of Railway Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, I. R. Iran.

² Professor, School of Railway Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, I. R. Iran.

³ Assistant Professor, School of Railway Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran,- I. R. Iran.

چکیده [English]

The present study analyzes and measures the vertical stiffness of ballasted railway track based on the beam on the elastic foundation method by focusing on the effects of dynamic stabilizer machine. Investigating the effects of this machine on the vertical stiffness of ballasted tracks can help the railway engineers in track maintenance planning and cost reduction. One of the methods for maintaining ballasted railway tracks is using the mechanized track maintenance trains to adjust longitudinal leveling, track alignment, and stabilize the railway. While the tamping machine has advantages for quickly correcting the track geometry, it also has disadvantages such as a reduction in the lateral resistance and stiffness. These disadvantages result from the penetration of tamping tines into the ballast layer, and lack of coherence in the ballast grading. The dynamic stabilizer machine, based on available technical literature, can reduce some of the deficiencies caused by the tamping machine. To examine these effects, a field experiment was conducted in Line No. 1 at Karaj Railway Station. Results of the tests performed in three steps including before tamping, after tamping, and after using the stabilizer machine indicate that, due to the absence of tamping for five years, the vertical stiffness was at its maximum level before tamping. After employing the tamping machine, the vertical stiffness decreased by approximately 69%, mainly due to the penetration of tamping tines into the ballast layer, which reduced the compaction and the contact surface between ballast particles. Following the passage of the dynamic stabilizer machine and application of horizontal vibrations and static vertical loads, which enhanced the compaction and proper interlocking of ballast particles, the vertical stiffness increased by approximately 47% compared to the step after tamping operation.

کلیدواژه‌ها [English]

Ballasted railway track
Mechanized maintenance
Vertical stiffness
Elastic foundation

مراجع

Abbasi, A., Zakeri, J. A., Norouzi, E. and Mosayebi, S. A. 2024. “Field investigation on the effect of the tamping machine and dynamic track stabilizer on changing the rail support modulus”. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: J. Rail Rapid Transit, 09544097241255718.

Barbir, O., Adam, D., Kopf, F., Pistrol, J., Antony, B. and Auer, F. 2021. “In-situ ballast condition assessment by tamping machine integrated measurement system”. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science.

Cai, C. and Xu, P. 2010. “Dynamic analysis of key design parameters for ballastless track of high-speed railway”. J. Southwest Jiaotong University, 45(4): 493-497.

Esveld, C. 2001. “Modern Railway Track”. MRT-Productions, a subsidiary of Esveld Consulting Services BV.

Gao, L., Shi, S., Zhong, Y., Xu, M. and Xiao, Y. 2023. “Real-time evaluation of mechanical qualities of ballast bed in railway tamping maintenance”. Int. J. Mech. Sci., 248: 108192.

Gräbe, H. and Maree, J. S. 1997. “Use of a dynamic track stabiliser to improve track maintenance and optimisation of track tamping”. In Proceedings of the 6th International Heavy Haul Association Conference, Cape Town, South Africa.

Guo, Y., Markine, V. and Jing, G. 2021. “Review of ballast track tamping: Mechanism, challenges and solutions”. Constr. Build. Mater., 300: 123940.

Hong, X., Wang, X., Zhang, Z., Nadakatti, M. M., Jin, J. and Chi, Y. 2023. “Dynamic stability model and analysis of mechanical properties for railway operations”. Comput. Particle Mech., 10(5): 1205-1219.

Kumara, J. J. and Hayano, K. 2016. “Deformation characteristics of fresh and fouled ballasts subjected to tamping maintenance”. Soils Found., 56(4): 652-663.

Selig, E. 1994. “Track Geotechnology and Substructure Management”. Thomas Telford.

Selig, E. and Li, D. 1994. “Track modulus: Its meaning and factors influencing it”. Transport. Res. Record, 1470: 47-54.

Shi, S., Gao, L., Cai, X., Xiao, Y. and Xu, M. 2022. “Mechanical characteristics of ballasted track under different tamping depths in railway maintenance”. Transport. Geotech., 35: 100799.

Vale, C., Ribeiro, I. M. and Calçada, R. 2012. “Integer programming to optimize tamping in railway tracks as preventive maintenance”. J. Transport. Eng., 138(1): 123-131.

Wang, P., Wang, L., Chen, R., Xu, J., Xu, J. and Gao, M. 2016. “Overview and outlook on railway track stiffness measurement”. J. Modern Transport., 24: 89-102.

Wang, J., Wang, L., Huang, H., Chen, T., Jiang, W., Zhao, Z., Qin, J. and Jia, T. 2023. “Stabilization effect of dynamic stabilizer with different operation parameters”. Adv. Mech. Eng., 15(2): 16878132231157166.

Xiao, H., Zhang, Z., Zhu, Y., Gan, T. and Wang, H. 2023. “Experimental analysis of ballast bed state in newly constructed railways after tamping and stabilizing operation”. Constr. Build. Mater., 362: 129772.

Yan, B. and Yang, J. 2021. “Modeling and parameter optimization of dynamic characteristic variables of ballast bed during operation for dynamic track stabilizer”. Complexity, 2021(1); 5519566.