Demiryolu üstyapısının dinamik analizi
Dynamic analysis of railway track structure
Yazar: NEZİHE SEVGİ YALÇIN
Danışman: PROF.DR. AYDIN EREL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Ulaştırma sistemleri içerisinde önemli bir yere sahip olan demiryolları, özellikle son 50 yıliçerisinde hızlı bir gelişim göstermiştir. Günümüzdeki gelişmeler doğrultusunda hatkapasitesindeki artışın yanısıra artan hız ve yük taşıma kapasitesi, bu sistemin veriminiartırmakla birlikte birtakım problemleri de beraberinde getirmektedir. Bu koşulların, aşırıdinamik zorlanmalara neden olmasının yanısıra; tekrarlı dinamik dingil yükleri, taşıt ve yolelemanlarında önemli yorulma hasarlarına yol açabilmektedir. Bu durum yolcu konfor vegüvenliğini olumsuz etkilemekte, ayrıca bakım ve onarım masraflarının da artmasına nedenolmaktadır. Olası problemleri en aza indirgemek amacıyla, hem yol tasarımı için rijit üstyapıseçenekleri, hem de balastlı üstyapı uygulamaları için uygun tasarım ve üstyapı bileşenleriaraştırılmaktadır.Raylı sistemler elastik yapıları nedeniyle yüksek hız ve artan dingil yükleri altında oldukçafazla titreşime ve zorlayıcı kuvvetlere maruz kalmaktadırlar. Bu kuvvetlerin frekans bölgeleri,özellikle rezonans titreşimleri açısından bilinmeye değerdir. Zira zorlayıcı kuvvetlerden birveya birkaçının frekansı sistemin doğal frekansıyla çakıştığı takdirde, titreşim genliğiaçısından tahrip edici özelliğe sahip rezonans titreşimleri meydana gelmektedir. Dolayısıylarezonans titreşimleri ve istenmeyen dinamik problemlerle karşılaşılmaması için taşıt ve yolbileşenlerinin dinamik davranışları çok iyi tanımlanmalı, alternatif yol tipleri için uygundinamik modeller kurulmalı ve tasarım safhasında kapsamlı bir dinamik analiz yapılmalıdır.Bu çalışmada ?Demiryolu Üstyapısının Dinamik Analizi? konusunda bir incelemesunulmuştur. İlk bölümde konuya kısaca giriş yapıldıktan sonra, ikinci bölümde öncelikledemiryolu üstyapı tipleri ile yol yapısına gelen etkiler kısaca ele alınmış ve demiryoluyapısının zorlanmasına yönelik günümüze kadar yapılan çalışmalara ilişkin genel bir bilgisunulmuştur. Üçüncü bölümde, ?Titreşim Analizi? başlığı altında, ilgili tanımlamalara yerverilmiş ve sistemlere yönelik titreşim analizi genel bir şekilde anlatılmıştır. Bu çalışmanınana içeriğini kapsayan dördüncü bölümde ise, taşıt-yol bileşenlerine ilişkin dinamik özellikler,taşıt-yol sisteminde oluşabilecek dinamik problemler, taşıt ve yola ilişkin dinamik modellerile yol tasarımı için gerekli olan dinamik analizler için kullanılabilecek çözüm teknikleriincelenmiştir. Ayrıca seçilen standart yol modeli için frekans tanım alanlı çözüm metodu ileanalitik çözümlemeler yapılarak, farklı yol bileşenlerinin kullanılması durumunda elde edilensonuçlar Ek 1'de sunulmuştur. Sonuçlar bölümünde ise, gelecekte yapılacak çalışmalara ışıktutması açısından genel tavsiyelerde bulunulmuş ve bu çalışmanın sonucunda elde edilenbilgiler ışığında da birtakım önerilere yer verilmiştir.Anahtar Kelimeler: Demiryolu üstyapısı, demiryolunun dinamik modellenmesi, dinamikanaliz, titreşim, frekans tanım alanı, zaman tanım alanı.

Abstract:
Railways, which have an important role in transportation systems have been rapidly improvedespecially in the last 50 years. In accordance with the contemporary developments, such asincreased line capacity and increase in operating speeds and axle loads in rail transportation,the efficiency of this system has increased; but on the other side, these improvements havecaused some problems. The increase of axle loads and operating speeds not only cause theexcessive dynamic forces subjected to train-track system but can also cause the damages oftrain and track components by the repeated dynamic axle loads. All these factors havenegative effects on passenger safety and comfort and also cause increase in maintenancecosts. To minimize the possible problems, ballastless track alternatives and suitable designand track components for ballasted tracks have been still investigated.Because of their elastic properties, railway systems are subjected to excessive vibrations andforces due to high velocities and increased axle loads. Frequency spectrums of these forces,especially for the resonance vibrations, are important to be known. Since one or more of theforced vibration frequency coincides with the natural frequency of the system, resonancevibrations, which are destructive because of their magnitude may occur. Therefore, to preventresonance vibrations and undesirable problems; the dynamic behaviors of train and trackcomponents should be well-known, suitable dynamic models should be evaluated foralternative track structures and comprehensive dynamic analysis should be performed duringdesign stages.In this study, a research about ?Dynamic Analysis of Railway Track Structure? is presented.After a brief introduction given in the first section; the type of railway track structures andforces acting on track structure are primarily described and a general information about theextant studies associated with the vertical stability of railway track structure is given in thesecond section of this study. In the third section titled as ?Vibration Analysis?, expressionsabout vibration and vibration analysis for systems are generally defined. The fourth sectioncomprises the main contents of this study. In this section, dynamic properties of train-trackcomponents, dynamic problems that can occur within the train-track system, dynamic modelsfor train and track structure and solution techniques that can be used for necessary dynamicanalysis during design stages are examined. Also, analytical solutions calculated by frequencydomain method for the selected standard track model according to different track componentsare presented in Appendix 1. As a conclusion, general recommendations are presented to givean idea and a suggestion for future researches and studies.Keywords: Superstructure of railway, dynamic modeling of railway track, dynamic analysis,vibration, frequency domain, time domain.