Demiryolu üstyapı hesaplarının analitik ve nümerik yöntemlerle incelenmesi

Abstract

Demiryolu hattının hayata geçebilmesi için, öncelikle projelendirilmesi gerekmektedir. Projelendirme süreci inşaat mühendisliği açısından hem geometrik yönden hem de zemin üzerine inşa edilecek üstyapı analizi yönünden incelenmektedir. Geometrik yönden inceleme belirli kriterlere göre düz hat ve kurpların tasarımıdır. Üstyapı analizinin incelenmesi ise, zemin koşullarına göre zemine aktarılacak yük ile zeminde oluşacak gerilmeler ve deplasman hesaplarının doğruluğudur. Bu çalışmada, balast tabakası üzerine oturan ray ve traverslerden oluşan yapı elastik yatağa oturan kiriş olarak sonlu elemanlar yöntemiyle iki (2D) ve üç (3D) boyutlu modellendirilerek çözülmüştür. Sonlu eleman programı olarak SAP2000 programı kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar geleneksel yöntemle (analitik model, Winkler Elastik Yatak Modeli) çözülerek, karşılaştırılmıştır. Sonlu elemanlar yöntemiyle boyuna doğrultuda bulunan yerdeğiştirme ve momentler geleneksel yöntemle hemen hemen aynı sonuçları vermiştir. Sonlu elemanlarla kurulan modelde balast tabakası yay, düzlem (2D) ve üç boyutlu eleman (3D) olarak modellendirilmiştir. Balast tabakasının yay olarak çözümünde yatak katsayısı, düzlem ve üç boyutlu eleman olarak çözümünde ise elastisite modülü kullanılmıştır. Sonlu elemanlar yöntemiyle oluşturulan modellerin doğruluğu test edildikten sonra demiryolu üstyapısı ve altyapısını oluşturan bileşenlerin boyutlandırılması yapılmış ve başarılı sonuçlar elde edilmiştir.

In order to be able to carry out of railway track, it is required that the design phase should be completed in front. In terms of civil engineering, the projecting process is investigated in aspect of the geometry and the superstructure analysis to be built on the ground. Investigation in geometric aspect is the design of the curves and straight line according to the specific criteria. Examination of the superstructure analysis is the accuracy in calculations of stresses and displacement to occur in ground and the loads to be transferred to the ground according to the soil conditions. In this study, rails and sleepers structure which are laid on ballast layer modelled and solved as two (2D) and three dimensional (3D) models using finite element methods as a beam on an elastic foundation. SAP2000 program is used as the finite element program. The system is also modelled and solved with conventional method (analytical method, Winkler's Model of Elastic Foundation) and the results are compared to each other. The results of displacements and moments along the beam are calculated in very close proximity in both methods. The ballast layer is modelled as a spring model, a plane element (2D) and a solid element (3D) in finite element methods. The modules of subgrade reaction are used in the spring model and the stress-strain modules are used in the plane and solid elements. After testing the accuracy of the models created by the finite element method, dimensioning of the components forming the railway superstructure and infrastructure are done and successful results are obtained.