FBE- Raylı Sistemler Mühendisliği Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/18840

Gözat

Yayın Türü "Tez" ile FBE- Raylı Sistemler Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    Tramvay hatlarında farklı durumların plak yorulmasına etkisinin incelenmesi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020-06-08) Erdem, Efe ; Öztürk, Zübeyde ; 526181007 ; Raylı Sistemler Mühendisliği ; Railway Systems Engineering
    İki yüz yılı aşkın tarihiyle demiryolu taşımacılığı genel çalışma prensibini korusa da ilk günden bugüne son teknoloji araçlarla ulaşılan hızlar, yeni sinyal sistemleri ile ulaşılan sefer sıklık seviyeleri ve balastsız hatlarla ulaşılan kullanım ömürleri düşünüldüğünde çok büyük gelişmeler göstermektedir. Son dönemlerde hat tasarımlarında oluşan gelişim yüksek hızlarda dahi hat geometrisinin bozulmadan uzun yıllar korunmasını sağlamıştır. Hat yapısındaki en önemli gelişme balastsız hat yapılarının kullanımının yaygınlaşmasıdır. Maddelerin yorulma özelliği demiryolu ve havayolu kazaları ile fark edilip literatüre geçmiş ve bu alanda birçok bilimsel çalışma yapılmıştır. İlk çalışmalarda yorulmanın metallerin kristalleşmesinden kaynaklı olduğu düşünülmüş olsa da daha sonra aslında yorulmanın zamanla maddenin zayıflayıp ekstrem yüklere ulaşmasa bile kırılmasına neden olduğu anlaşılmıştır. Demiryollarında yorulma etkisi öncelikle ray ve tekerlerde görülmüş daha sonra araç gövdelerinde, boji elemanlarında, traverslerde, ray bağlantı elemanlarında ve plaklarda yorulma detaylı bir şekilde araştırılmıştır. Araç ve hat üst yapı elemanlarının tasarımlarında kullanılan teorik değerler testlerle doğrulanmalı ve düzenli bir bakım onarım planı yapılmalıdır. Demiryolları tarihinin en büyük kazalarından biri olan Eschede tren kazası yorulma kaynaklı ve tamamen kullanılan teker tipinin yorulma testlerinin yapılmaması ve bakımının doğru yapılmaması kaynaklı olmuştur. Demiryolu üst yapısında rayların teker-ray etkileşimindeki tekrarlı kuvvetler nedeniyle deformasyonları oldukça sık rastlanan durumlardır. Farklı doğrultudaki kuvvetlerin etkisi nedeniyle raylarda temas yüzeyi çatlakları, kabuklanma, izole cebire çatlakları, ray kaynağı çatlakları ve makas bölgelerinde mangan bloklarda oluşan tehlikeli sonuçlar doğacak hasarlar oluşabilir. Bu hasarları azaltmak için iyi bir ray teker analizi yapılmalı ve yüzeyi sertleştirilmiş raylar kullanılmalıdır. Hataların tehlikeli sonuçlarını sıfıra indirmek doğru bakım ve kullanımla mümkündür. Ray taşlama, kurplarda yağlama, yüzey kaynakları gibi yöntemlerle ray hasarları büyük çatlak ve kırıklara dönmeden müdahale edilebilir. Demiryolu hatlarında balastsız hat döşemelerinin yorulma analizleri, balastsız hatların yorulma açısından balastsız hatlarla kıyaslanması gibi alanlarda geçmişte bazı çalışmalar yapılmıştır. Bununla birlikte beton elemanların fiber donatılı olup olmamasının yorulmaya etkisi ile ilgili testler literatür araştırmasında incelenmiştir. Bu çalışmalarda yapılan testlerle balastsız hat plaklarının kırılma oluşturacak kritik deplasman değeri üzerinde yorulma yükleme sayısı kapasitesi tahmini yapılmıştır. Bir diğer araştırmada ise hat kesitinde asfalt tabakanın özelliklerini, plak beton sınıfını ve ray bağlantı elemanı rijitliğini değiştirerek en ideal tasarım durumları için tasarım önerilerinde bulunulmuştur. Bu çalışmada yorulmanın tarihi, önermeler, hipotezler, yapılan bilimsel çalışmalar incelendikten sonra, bir tramvay hattı dingil yükleri ve kesitine benzer bir koşul için hesaplamalar yapılmıştır. Bir referans ve beş karşılaştırma durumu için hesaplamalar xxii yapılmış ve ray tipi, selet aralığı, selet genişliği, ray yastığı rijitliği ve dingiller arası mesafe gibi parametrelerin değiştirilmesinin yorulma üzerinde etkileri araştırılmıştır. İlk aşamada yapısal analiz programı üzerinde yorulma analizleri yapılacak olan hattın katı modeli yapılmış ve elemanların Elastisite modülü, Poisson oranı gibi parametreleri eklenmiştir. Daha sonra ilgili standarda göre hesaplanan arttırılmış dingil yükü raylar üzerinde uygulanmıştır. Elemanlar arası bağlantı özellikleri de program üzerinde tanımlanarak gerçeğe yakın sonuçlar hesaplanmaya çalışılmıştır. Altı farklı model için analizler yapılıp gerilme dağılımı, ray ve zemin deplasman grafiklerinin çıktıları alınmış ve incelenmiştir. Oluşan plak gerilmeleri üzerinden ilgili standartta verilen ampirik formüllerle yükleme sayısı tahmini yapılmıştır. Analiz sonuçları açık ve net bir şekilde göstermektedir ki gerilme dağılımının homojen olduğu plaklarda yorulmaya karşı dayanım ömrü daha uzun oluşan gerilmeler daha düşüktür. Gerilme konsantrasyonları yorulma için faydalı bir durum değildir ancak beton plakta bir gerilme konsantrasyonu azaltma durumunda raydaki deplasmanlar artmakta ve ray gerilmeleri artmaktadır. Bu nedenle bu hesaplamaları yaparken sadece plak gerilmeleri değil aynı zaman ray, ray bağlantı elemanı ve varsa traverslerin üzerinde oluşacak iç kuvvetler de göz önünde bulundurulmalıdır. Sonuç olarak bu çalışma raylı sistemlerde özellikle de demiryolu üst yapısında yorulmanın ne denli önemli bir kriter olduğunu, gerekli testlerin ve bakım-onarımın zamanında yapılması gerektiğini ve bazı parametrelerin değiştirildiğinde nasıl katkılar-zararlar getireceğini göstermiş ve birçok yorulma analizi-testi için fikir vermeyi amaçlamıştır.