تعيين سختي برشي قفل‌شدگي لايه‌هاي بالاست به روش آزمايشگاهي

Determination of Ballast Layers Shear Interlocking Stiffness by Laboratory Method

پديده قفل­ شدگي برشي بين لايه­هاي بالاست­ قرارگرفته در زير تروارس­هاي مجارو هم، در اثر بارگذاري محوري و با وجود سه عامل ضخامت زياد لايه بالاست، زاويه توزيع تنش بزرگ در توده بالاست و كم بودن فاصله بين تراورس­ها رخ مي­دهد. تحت اين شرايط و با فرض انتقال بار در داخل توده­هاي بالاست به صورت يك توزيع تنش هرمي، يك همپوشاني بين هرم­هاي مجاورهم ايجاد مي­شود كه موجب بسيج شدن يك سختي و ميرايي مضاف بر سختي و ميرايي لايه بالاست در راستاي قائم مي­شود. اين دو پارامتر كوپل برشي ناميده مي­شوند. تاكنون در تحقيقات اندكي به مطالعه اين پارامترها پرداخته شده است از اينرو در اين مقاله با هدف ارزيابي سختي برشي بالاست در ناحيه قفل­شدگي، با توسعه يك روش آزمايشگاهي، آزمايش­هاي برش بالاست تحت سربارهاي استاتيكي 200، 300 و 400 كيلوگرم و در تراكم نسبي 70 درصد صورت پذيرفته است. همچنين اثر مقادير تراكم نسبي 40 ،70 و 95 درصد نيز بر ميزان مقاومت برشي بررسي شده است. براي انجام آزمايش­ها يك دستگاه برش بالاست بزرگ مقياس در آزمايشگاه روسازي راه­آهن دانشگاه علم و صنعت ايران ساخته شده و مورد استفاده قرار گرفته است. بر اساس نتايج بدست­آمده، براي تعيين پارامتر سختي برشي قفل­شدگي لايه­هاي بالاست، يك مدل رياضي چهار پارامتري كه در برگيرنده بارمحوري، وزن مخصوص لايه بالاست، سرعت قطار و قطر چرخ قطار مي­باشد توسعه داده شده است.

Ballast shear interlocking is phenomenon that occurs between adjacent ballast masses under sleepers due to axial loading. This phenomenon is caused when three factors: 1) large thickness of the ballast layer, 2) large stress distribution angle at ballast mass of under sleeper, 3) small sleeper spacing are available at ballasted track. Thus, despite these three factors together and based on the assumption of transfer load from sleeper into ballast mass in accordance with a stress distribution pyramid, caused an overlap between two adjacent pyramids that this intersection would mobilize shear stiffness and shear damping in addition to stiffness and damping ballast layer in the vertical direction. This stiffness and damping is called the shear coupling. Considering the fact that so far, few studies have investigated about these parameters, but the method for calculating them is not provided in the technical literature. Therefore, in this research by developing a laboratory method in order to determine the ballast shear stiffness parameter and shear strength, shear tests of ballast in the vertical direction in the locking zone under static overheads 200, 300 and 400 kg in the relative density is 70.95% done and the effect of relative densities of 40, 70 and 94.44 percent on the shearing of the ballast is investigated. For this purpose, a device for shear of ballast in Railway Superstructure Laboratory of the railway engineering school was designed and built. Finally, based on the results and the integrate them, in order to use the results a mathematical relationship for ballast shear stiffness parameter has been determined which includes the axial load and vehicle speed and high density relative of the ballast