کتاب مهندسی راه‌ آهن ویژه مهندسان عمران

کتاب مهندسی راه‌ آهن ویژه مهندسان عمران

 کتاب مهندسی راه‌ آهن 

امروزه راه آهن در یک دوره خاصی به سر می‌برد. خطوط جدید با سرعت‌های بالا در حال اجرا بوده و خطوط قدیمی در حال نوسازی و یا بازسازی هستند. آگاهی از مسائل زیست محیطی، تراکم روزانه مسافر در فرودگاه‌ها و ترافیک زیاد جاده‌ها و جست و جو برای ایمنی بیشتر نقش نوینی را در حمل و نقل به راه آهن واگذار کرده است. در عین حال روش‌های تحلیل تا اندازه زیادی دگرگون شده و استفاده از فن آوری‌های نوین و قابلیت‌های رایانه روش‌های طراحی قدیمی را تغییر داده است. شاید می‌توان گفت که تنها خصوصیت مشترک راه آهن نوین و راه آهن نیم قرن گذشته، اینست که هر دو روی ریل اما با دو طراحی و فناوری کاملا متفاوت حرکت می‌کنند.

مهندسی راه یک نظام مهندسی است که درباره طراحی، ساخت، نگهداری و بهره‌برداری از راه آهن بحث می‌کند و دانش کافی از فناوری‌های نوین، اقتصاد حمل و نقل و جامع شناسی را نیز طلب می‌کند.

راه آهن همانند اغلب فعالیت‌ها، نیز در مرحله اول یعنی از ابتدای پیدایش خود تا اواسط قرن بیستم توسعه سریع یافته و حمل و نقل زمینی را به انحصار در آورد. در حالیکه در مرحله دوم یعنی تا دهه ۱۹۸۰ ، به علت کاهش شدید فعالیت‌های حمل و نقلی ناشی از رقابت اتومبیل و هواپیما دچار بحران شده و آسیب دید.

با این وجود چندسالی است راه آهن در مرحله نوینی به خصوص در بخش‌هایی نظیر قطارهای پرسرعت و مغناطیسی، خدمات ترددی، حمل و نقل چند وجهی و غیره از توسعه قرار گرفته است. اگرچه سهم راه آهن هنوز از بازار حمل و نقل ناچیز است ولی می‌توان در انتظار آینده‌ای بهتر برای آن بود.

کتاب مهندسی راه‌ آهن برای استفاده دانشجویان مهندسی عمران می‌باشد.

تاریخچه راه آهن

از سپیده دم فعالیت‌های بشری تا به امروز حمل و نقل ایمن و سریع انسان و کالا هدف همیشگی هر جامعه سازمان یافته‌ای بوده است. تحولات اساسی شناخته شده در توسعه حمل و نقل شامل اختراع چرخ، راه آهن و هواپیما می‌باشد. که راه آهن به شکل امروزی برای اولین بار در اوایل قرن نوزدهم و در معادن انگلیس استفاده شد. خصوصیت اصلی این سیستم حمل نقل تامین حرکت هدایت شده چرخ توسط ریل می‌باشد، به طوریکه تنها یک درجه آزادی را برای وسیله نقلیه ریلی فراهم می‌آورد.

حرکت گاری‌ها و واگن‌ها بر روی ریل‌های فلزی در یک نقاشی مربوط به سال ۱۵۵۰ میلادی، که در شهر باسل سویس یافت شده و روش‌های حمل و نقل در معادن آلسس را نشان می‌دهد، به تصویر کشیده است. حرکت هدایت شده گاری‌ها به طور کلی، آنگونه که از شیارهای ایجاد شده روی سنگفرش‌ها برای تسهیل و تسریع حرکت گاری‌ها بر می‌آید، در زمان رومی‌ها نیز شناخته شده بود.

شیارهای عمیق موجود در زمین‌های صخره‌ای مونث پنتلی در نزدیک آتن، که سنگ‌های مرمر سفید برای پارتنن و سایر بناهای تاریخی از آنجا تامین شده است، روش‌های مورد استفاده توسط یونانی‌های باستان برای انتقال تخته سنگ‌های مرمرین به محل‌های ساخت را آشکار می‌کند. علاوه بر این، آنگونه که بعضی نویسندگان گفته‌اند، حرکت هدایت شده با قرار دادن ناودانی‌های چوبی بر روی راه‌های لجن زار و هدایت کالسکه‌ها در یونان باستان مورد استفاده قرار گرفته است.

فهرست مطالب کتاب مهندسی راه‌ آهن

فصل ۱: تاریخچه و کلیات :

۱-۱- تاریخچه راه‌اهن

۱-۲- خصوصیات و امتیازات راه‌آهن

۱-۲-۱- ویژگی‌های منحصر به فرد راه‌اهن

۱-۲-۲- امتیازات راه‌اهن

۱-۳– مقطع عرضی راه‌آهن‌های یک خطه و دوخطه

۱-۴- مقایسه خطوط با عرض‌های متفاوت

۱-۵- بررسی استاتیکی راه‌آهن تحت تاثیر نیروهای قائم

۱-۶- تغییر شکل ارتجاعی ریل

۱-۷- بررسی‌های دینامیکی

۱-۸- بررسی نیروهای وارد بر خط

۱-۸-۲- نیروی عمودی (قائم) چرخ

۱-۸-۳- نیروی جانبی بار چرخ

فصل ۲: ریل :

۲-۱- شكل مقطع عرضی ریل

۲-۲- تکامل شکل ریل با گذشت زمان

۲-۳- نیمرخ های متفاوت ریل

۲-۳-۱- نیمرخ لبه دار

۲-۳-۲- نیمرخ پایه دار

۲-۳-۳- نیمرخ دو قارچی

۲-۴- انتخاب بهترین نیمرخ ریل

۲-۵- تماس ریل وچرخ

۲-۶- مشخصات فنی ریل

۲-۶-۲- ریل‌های مخصوص

۲-۶-۳- ریل قاشقی

۲-۶-۴- ریل زیرسری جرثقیل سقفی

۲-۷- جوش دادن ریل‌ها

۲-۷-۱- جوشکاری قوس الکتریک‌

۲-۷-۲- جوشکاری فشار گا

۲-۷-۳- جوشکاری ریل سر به سر‌

۲-۷-۴- جوشکاری ترمیت‌

۲-۸- معایب ریل‌ها

۲-۸-۱- سایش

۲-۸-۲- ناهمواری‌های موجی شکل

۲-۸-۳- ترک‌های جان

۲-۸-۴- ترک‌های واقع در سوراخها

۲-۸-۵- شکست عرضی

۲-۸-۶- لکه تخم مرغی

۲-۸-۷- پوسته شدن سطح کلاهک

۲-۸-۸- پوسته شدن لبه داخلی کلاهک

۲-۸-۹- سوختگی موضعی سطح کلاهک

۲-۸-۱۰- سوختگی پیوسته سطح کلاهک

۲-۸-۱۱- ترک‌های قائم در جان

۲-۸-۱۲- ترک‌های قائم در کف

۲-۸-۱۳- ترک‌های عرضی

۲-۸-۱۴- ترک‌های افقی جان

۲-۸-۱۵- ترک‌های عرضی کلاهک

۲-۸-۱۶- ترک‌های عرضی در محل اتصالات

۲-۹- ریل‌های طویل

۲-۱۰- محاسبه تنش در یك قطعه ریل

۲-۱۰-۱- محاسبه تنش خمشی موجود در پاشنه ریل

۲-۱۰-۲- تنش خمشی مجاز در پاشنه ریل

۲-۱۰-۳- محاسبه تنش خمشی در لبه پایینی کلاهک ریل

۲-۱۰-۴- تنش حرارتی طولی در ریل

۲-۱۰-۵- محاسبه تنش‌های تماسی بین چرخ و ریل و تنش برشی در کلاهک ریل

فصل ۳: تراورس :

۳-۱- وظایف تراورس‌ها

۳-۲- جنس و مشخصات تراورس‌ها

۳-۲-۱- تراورس‌های چوبی و علل تخریب آن

۳-۳- اشباع تراورس‌های چوبی

۳-۴- تراورس‌های فولادی

۳-۵- مقایسه تراورس‌های چوبی و فلزی

۳-۶- تراورس‌های بتنی

۳-۷- تعیین فاصله بین تراورس‌ها

۳-۸- انواع تراورس‌های بتنی

۳-۸-۱- طبقه بندی تراورس‌های بتنی به لحاظ شکل ظاهری

۳-۸-۲- طبقه بندی تراورس‌های بتنی به لحاظ تکنولوژی ساخت

فصل ۴: اتصالات و درز :

۴-۱- اتصالات

۴-۲- انواع اتصالات

۴-۲-۱- اتصالات صلب

۴-۲-۲- میخ و پیچ تراورس

۴-۲-۳- زینچه فولادی

۴-۳- اتصالات ارتجاعی

۴-۳-۲- اتصالات ارتجاعی نوع پیچی

۴-۳-۳- اتصالات ارتجاعی فنری

۴-۴- ادوات ضد خزش

۴-۵- درز ریل

۴-۶- انواع درزبندها

۴-۶-۱- درز ریل دارای تکیه گاه‌

۴-۶-۲- درز ریل‌های معلق‌

۴-۶-۳- درزهای تقویت شده‌

۴-۶-۴- درز ریل‌های جوش شده‌

۴-۶-۵- درزهای ناهمگون‌

۴-۶-۶- درزهای عایق بندی شده‌

۴-۶-۷- درزهای انبساطی‌

۴-۷- وضعیت قرار گرفتن درزها

۴-۷-۱- درزهای متقابل‌

۴-۷-۲- درزهای متناوب

۴-۷-۳- درزهای متقارب‌

فصل ۵: بالاست :

۵-۱- بالاست

۵-۱-۲- نقش تولید اعمال قشرهای متفاوت

۵-۲- ضخامت بالاست وتاثیرآن در پایداری خط

۵-۳- طبقه بندی خطوط بالاستی

۵-۴- وظیفه بالاست

فصل ۶: اجرای قوس در راه‌ اهن :

۶-۱- احداث راه‌آهن در قوس

۶-۱-۱- شعاع قوس

۶-۱-۲- انواع منحنی‌های اتصال

۶-۲- منحنی‌های سهمی

۶-۲-۲- روابط منحنی سهمی درجه چهار

۶-۲-۳- اجزا ی منحنی سهمی درجه چهار

۶-۲-۴- روابط واجزای منحنی سهمی درجه سه

۶-۳- روابط و اجزای منحنی اتصال کلوتوئید

۶-۴- معادله عمومی منحنی‌های اتصال

۶-۵- طول منحنی‌های اتصال

۶-۶- مقایسه عملکرد انواع منحنی‌های اتصال

فصل ۷: قطار شهری :

۷-۱- بررسی انواع سیستمهای ریلی در شهرها

۷-۱-۱- تراموا

۷-۱-۲- قطارهای سبك شهری

۷-۱-۳- مونوریل

۷-۱-۴- مترو

فهرست اشکال

شکل (۱-۱)

مقطع عرضی روسازی بالاستی راه‌اهن یك خطه در مسیر مستقیم- مقطع عرضی روسازی بالاستی راه‌اهن یك خطه در قوس

شکل (۱-۲)

مقطع عرضی روسازی بالاستی راه‌اهن دو خطه در مسیر مستقیم- مقطع عرضی روسازی بالاستی راه‌اهن دو خطه در قوس

شکل (۱-۳)

عرض خط و شیب عرضی ریل در خطوط راه‌اهن

شکل (۱-۴)

توزیع نیروی قائم در روسازی بالاستی

شکل (۱-۵)

تغییر شكل ارتجاعی ریل

شکل (۱-۶)

نیروهای اصلی وارد بر ریل خط راه‌آهن

شکل (۱-۷)

توزیع آماری میزان تنش و تغییرشکل ریل

شکل (۱-۸)

مقایسه بارهای دینامیکی چرخ

شکل (۱-۹)

مقایسه ضریب ضربه در روابط مختلف

شکل (۱-۱۰)

ارتباط بین نیروی انتقالی و انحنای خط برای وسایل نقلیه ریلی با سرعت بالا

شکل (۱-۱۱)

انواع آرایش محوری بوژی لوکوموتیوها و واگن‌ها

شکل (۲-۱)

مشخصات هندسی ریل‌های اجزای پروفیل ریل

شکل (۲-۲)

خط چوبی با ریل‌های چدنی

شکل (۲-۳)

حالات قرار گیری ریل L شكل در خط

شکل (۲-۴)

تمای چرخ-ریل

شکل (۲-۵)

نیروی جلوبرنده در سرعت های متوسط

شکل (۲-۶

(مقطع ریل ۳۳- U

شکل (۲-۷)

مقطع ریل ۵۰- R

شکل (۲-۸)

مقطع ریل ۶۰- UIC

شکل (۲-۹)

مقطع ریل قاشقی ۳۷- PH

شکل (۲-۱۰)

مقطع ریل قاشقی نوع ۵۴- HI

شکل (۲-۱۱)

مقطع ریل زیر سری جرثقیل سقفی

شکل (۲-۱۲)

سایش قائم و سایش جانبی ریل

شکل (۲-۱۳)

حداکثر فاصله محورها  در بوژیهای سه محوره و دو محوره

شکل (۲-۱۴)

نمودار اصلی ممآن‌ها، فشارها و تغییرشکل‌های زیر یک بار چرخ Hay

شکل (۲-۱۵)

تنش‌های وارد بر ریل

شکل (۲-۱۶)

نیم فضا تحت بار یکنواخت معیار خمش خط راه‌آهن

شکل (۲-۱۷)

ماکزیمم تنش برشی در تاج ریل

شکل (۳-۱)

مقطع تراورس چوبی

شکل (۳-۲)

تراورس‌های فولادی

شکل (۳-۳)

درصد بار محوری اعمال شده بر تراورس زیر چرخ براساس فاصله مرکز تا مرکز تراورس‌ها

شکل (۳-۴)

تراورس بتنی یک تکه

شکل (۳-۵)

تراورس بتنی دو ت

شکل (۴-۱)

اتصالات

شکل (۴-۲)

اتصال صلب بدون صفحه زیرین و با صفحه زیرین

شکل (۴-۳)

نمونه زینچه زیر ریل

شکل (۴-۴)

اتصال ارتجاعی

شکل (۴-۵)

اتصال نابلا

شکل (۴-۶)

اجزاء اتصال ارتجاعی نوع پیچی

شکل (۴-۷)

اتصال پاندرل

شکل (۴-۸)

اجزاء اتصال ارتجاعی فنری

شکل (۴-۹)

ابزار ضدخزش ریلی

شکل (۴-۱۰)

درز پل دارای تکیه گاه

شکل (۴-۱۱)

درز ریل معلق

شکل (۴-۱۲)

درز ریل تقویت شده

شکل (۵-۱)

مقطع عرضی خط با بالاست

شکل (۵-۲)

اعمال قشرهای متفاوت بالاست

شکل (۶-۱)

اجزاﺀ هندسه مسیر (قوس اتصال- دایره- قوس اتصال)

شکل (۶-۲)

نقطه با انحنای ماکزیمم در سهمی ها

شکل (۶-۳)

دسته سهمی‌ها با درجات یکسان

شکل (۶-۴)

مقایسه منحنی های اتصال

شکل (۶-۵)

رمپ دور سهمی درجه چهار

شکل (۶-۶)

اجزای منحنی سهمی درجه چهار

شکل (۶-۷)

اجزای منحنی اتصال کلوتوئید

شکل (۶-۸)

مقایسه منحنی‌های اتصال براساس شتاب جانبی

شکل (۷-۱)

تراموا

شکل (۷-۲)

تراموا با قاطر

شکل (۷-۳)

قطار سبك شهری

شکل (۷-۴)

خطوط ریلی زیر زمینی (مترو)

فهرست جداول :

جدول (۱-۱)

‌اضافه عرض خط در قوس‌ه

جدول (۱-۲)

پارامترهای خط راه‌آهن و وسیله نقلیه ریلی در محاسبه ضریب ضرب

جدول (۱-۳)

نیروی جانبی وارد از دو نوع لوكوموتیو گذرنده‌از محل قو

جدول (۲-۱)

مشخصات ریل ۳

جدول (۲-۲)

مشخصات ریل ۵۰-

جدول (۲-۳)

مشخصات ریل ۶۰- UI

جدول (۲-۴)

مشخصات ریل قاشقی ۳۷- P

جدول (۲-۵)

مشخصات ریل قاشقی نوع ۵۴- H

جدول (۲-۶)

مشخصات ریل زیر سری جرثقیل سقف

جدول (۲-۷)

سایش مجاز ریل ۶۰- UI

جدول (۲-۸)

خصوصیات ریل‌های مورد استفاده در راه‌آهن استرالی

جدول (۲-۹)

معیار محاسبه تنش مجاز خمشی در پاشنه ری

جدول (۲-۱۰)

پارامتر‌های لازم برای محاسبه تنش خمشی اضافی در لبه پایینی کلاهک ری

جدول (۲-۱۱)

طول درز ریل برای انواع طول ریل‌های موجود در راه‌آهن آلمان

جدول (۲-۱۲)

مقادیر نمونه مقاومت خط در برابر جابجایی طولی ری

جدول (۳-۱)

‌اندازه‌های مجاز ابعاد تراورس‌های چوب

جدول (۳-۲)

ویژگی‌های شیمیایی تراورس‌های فلز

جدول (۳-۳)

ویژگی‌های مکانیکی تراورس‌های فلز

جدول (۳-۴)

مشخصات هندسی تراورس‌های بتن

جدول (۳-۵)

تعداد تراورس‌های لازم در ۱کیلومتر خط بر حسب طبقه خ

جدول (۵-۱)

طبقه بندی خطوط راه‌اهن جمهوری اسلامی ایران

جدول (۶-۱)

شتاب جانبی خنثی نشده و بربلندی مجاز بر اساس سرعت طرح

جدول (۶-۲)

حداقل شعاع قوس‌های افقی بدون کلوتوئید در نشریه۱۶۱

منابع و مآخد کتاب مهندسی راه‌ آهن ویژه مهندسان عمران