Kentiçi raylı sistemlerin üstyapısı ve dinamik analizi
Superstructure of urban railway and dynamic analysis
Yazar: ONUR ÖZALP
Danışman: YRD. DOÇ. DR. İSMAİL ŞAHİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Son yıllarda büyük gelişim gösteren demiryolları, ulaşım sistemleri içerisinde önemli bir yere sahiptir. Globalleşen dünyada yolcu ve yük taşımacılığına olan ihtiyaç oldukça artmıştır. Kentiçi trafik ihtiyacının artmasından ötürü, raylı sistem kapasitelerinin artırılması ihtiyacı hissedilmiştir. Kapasitenin artması, hız ve dingil başına etkiyen yüklerde artışlara neden olarak, raylı sistem üstyapısında dinamik zorlanma, üstyapı elemanlarında yorulma hasarları gibi problemleri beraberinde getirmektedir. Bu problemler sonucunda bakım ve onarım masraflarında ciddi artışlar meydana gelmektedir. Tüm bu olumsuzlukları en aza indirmek için yol tasarımında hem rijit üstyapı seçenekleri hem de balastlı üstyapı seçeneklerinde uygun tasarım ve üstyapı bileşenleri araştırılmaktadır.Demiryolu sistemleri elastik yapılarından ötürü hız ve dingil yüklerindeki artışa bağlı olarak oldukça fazla titreşime ve zorlayıcı kuvvete maruz kalmaktadır. Bu kuvvetler sistemde çökmeler meydana getirmektedir. Yük taşıyan her yapıda beklendiği gibi belirli sınırlar dahilinde demiryolu sistemlerinde de çökmelerin olması sürpriz değildir. Oluşacak bu çökmelerin maksimum değerinin hangi frekansta oluşacağını bilmemiz, rezonans riskini en aza indirmemizde bize yardımcı olacaktır. Zorlayıcı kuvvetlerden bir veya birkaçının frekansı ile sistemin doğal frekansının çakışması durumunda, titreşim genliği açısından tahrip edici özelliğe sahip rezonans titreşimleri meydana gelecektir. Bu tip sorunlarla karşılaşılmaması için, yapacağımız kapsamlı bir dinamik analiz yardımıyla uygun yol tipini, uygun yol bileşenleri ile birlikte seçebiliriz.Bu çalışmada ?Kentiçi Raylı Sistemlerin Üstyapısı ve Dinamik Analizi? konusu incelenmiştir. İlk bölümde konuya kısaca giriş yapıldıktan sonra, ikinci bölümde öncelikle kentiçi demiryolu üstyapı tipleri ile yol yapısına gelen etkiler kısaca ele alınmıştır. Üçüncü bölümde, ?Titreşim Analizi? başlığı altında, titreşim kavramı, titreşim çeşitleri ve titreşim sönümleyiciler ele alınmıştır. Dördüncü bölümde ise, yol sisteminin modellenmesi, yol dinamiği için kullanılabilecek çözüm teknikleri incelenmiştir. Seçilen standart yol modeli için frekans tanım alanlı çözüm metodu ile analitik çözümlemeler yapılarak, farklı yol bileşenlerinin kullanılması durumunda elde edilen sonuçlar ve daha önceden benzer konuda yapılmış çalışmada elde edilen sonuç ile yapılan bir karşılaştırma sunulmuştur. Bu çalışmada bir önce yapılan çalışmadan bir adım ileri gidilerek, söz konusu modelin travers altında bulunan tabaka detaylandırılmıştır. Yapılan bu detaylandırma sonucunda tüm rijit üstyapı tipleri için kullanılabilecek bir model sunulmuştur. Sonuçlar bölümünde ise, gelecekte yapılacak çalışmalara ışık tutması açısından genel tavsiyelerde bulunulmuş ve bu çalışmanın sonucunda elde edilen bilgiler ışığında da birtakım önerilere yer verilmiştir.

Abstract:
The railways which have been improved rapidly, have an important role in the transportation systems. The requirement to the passanger and freight transportation increased remarkably in the globalised world. Because of the increase of the urban traffic requirement, there is a need to escalate the capacity of the railway systems. Escalation of the capacity affects the operation speed and axle loads. By that effect, some kind of problems like dynamic forces, the damages of track components, occurs on the superstructure of the railways. These problems cause increase in maintenance costs and to minimise the possible problems, suitable design techniques and track components for ballastless and ballasted tracks are still being investigated.Because of their elastic properties, railway systems are subjected to excessive vibrations and forces due to high velocities and increased axle loads. These loads are the cause of settlements in the systems. As expected in all structures, which carry loads, the settlements of the railway systems are not a surprise in some limits. If we knew frequency of the maximum settlement, it would be very helpful to minimise the resonance risk. Since one or more of the forced vibration frequency coincides with the natural frequency of the system, resonance vibrations, which are destructive because of their magnitude may occur. Therefore; to prevent these problems we can choose the suitable superstructure type and track components by comprehensive dynamic analysis.In this study, a research about ?Urban Rail Systems and Dynamic Analysis of the Superstructure? is presented. After giving a brief introduction in the first section, the type of railway track structures and forces acting on track structure are primarily described in the second section of this study. In the third section titled as ?Vibration Analysis?, expressions about vibration, vibration types and the vibration absorbers are explained. In the forth section, modelling of the track structure, solution techniques that can be used for necessary dynamic analysis during design stages are examined. Analytical solutions computed by frequency domain method for the selected standard track model according to different track components and a comparison with the previous study about this subject are presented. In this study the subject is taken one step ahead from the previous study by modelling the layer under sleeper in detail. By this way a model is presented for all rigid superstructure types. As a conclusion, general recommendations are presented to give an idea and a suggestion for future researches and studies.