Soğuk iklim bölgelerinde yüksek hızlı demiryolu altyapısının dinamik davranışlarının incelenmesi

Ülkemizde giderek yaygınlaşan yüksek hızlı demiryolu sistemlerinde yapımı tamamlanmış ya da devam eden projelerin bakımı ve onarımı konularında belirli kaygıların oluşması sebebiyle altyapı sistemlerinin araştırılması gerekmektedir. Mevsimsel sıcaklık farkları, zeminde yapısal olarak değişime sebep olduğundan zeminin fiziksel ve mekanik özelliklerinde de değişimler meydana getirmektedir. Bu yüzden soğuk iklim bölgelerinde yapılan mühendislik tasarımlarında termal etkilerinde zemin üzerindeki etkileri dikkate alınmalıdır. Bu tez çalışması ile soğuk iklim bölgelerinde bulunan mevcut bir yüksek hızlı demiryolu altyapısına ait elemanlar modellenerek, altyapı zemininin dinamik analizler altındaki davranışları araştırılması amaçlanmıştır. Bu amaçla, modellemede kullanılan demiryolu altyapı sistemlerinin bulunduğu Ankara-Eskişehir hattının iklim ve jeolojik özellikleri ortaya konulmuştur. Daha sonra, alt zemin tabakasında sayısal modellemesi yapılacak olan zemin türüne ait fiziksel ve mühendislik özellikleri farklı donma-çözülme çevrimleri öncesinde ve sonrasında belirlenmiştir. Son olarak, ANSYS sonlu elemanlar programı ile üç boyutlu (3D) olarak modellenen yüksek hızlı demiryolu geometrisi oluşturulup, her bir malzeme özellikleri tanımlanarak farklı donma-çözülme çevrimleri altında EXPLICIT dinamik analiz ile modellenip farklı sınır koşullarında mühendislik davranışları ortaya konulmuştur. Deneysel çalışmalar sonucunda, maksimum donma-çözülme döngüsünden sonra, zeminlerin üç eksenli UU basınç dayanımlarında %19-%40 arası, elastisite modüllerinde %30-%40 arası ve kohezyonunda %50,28 oranında azalma görülürken, içsel sürtünme açısında %4,85 oranında artış görülmüştür. Modelleme sonuçları donma-çözülme çevrimlerinin hem deformasyon hem de dinamik kesme gerilmesi üzerinde önemli etkiler sergilediğini göstermiştir. Tekerleğin hareket ettiği son noktaya kadar olan bölgede deformasyon değerlerinin daha yüksek olduğu, hareket alanı dışındaki kenarda ise daha düşük miktarda kaldığı görülmüştür. Donma-çözülme döngüleri, incelenen sınır şartları altında, zeminin maksimum dinamik kesme gerilmelerini %10,85, %7,43 ve %19,44 oranında azalttığı belirlenmiştir.