سازه‌های باز شونده و جمع شونده

سازه‌های فضایی را می‌توان به عنوان برگی بر گرفته از طبیعت دانست، فرم‌های طبیعی از صلبیت فوق العاده ای برخوردارند واز حداقل مصالح برای حداکثر استفاده سازه ای بهره می‌گیرند 1 سبکی و نصب سریع، چند منظوره بودن، تنوع در شکل و طرح عدم نیاز به نیروی زیاد در مراحل نصب و برچیدن، سهولت حمل ونقل، قابلیت استفاده در ابعاد ودهانه‌های مختلف و از جمله عواملی می‌

دسته بندی	عمران
بازدید ها	0
فرمت فایل	doc
حجم فایل	16593 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	61

فروشنده فایل

کد کاربری 2106

تمام فایل ها

سازه‌های باز شونده و جمع شونده

-1 مقدمه

سازه‌های فضایی را می‌توان به عنوان برگی بر گرفته از طبیعت دانست، فرم‌های طبیعی از صلبیت فوق العاده ای برخوردارند واز حداقل مصالح برای حداکثر استفاده سازه ای بهره می‌گیرند ]1[ سبکی و نصب سریع، چند منظوره بودن، تنوع در شکل و طرح عدم نیاز به نیروی زیاد در مراحل نصب و برچیدن، سهولت حمل ونقل، قابلیت استفاده در ابعاد ودهانه‌های مختلف و ... از جمله عواملی می‌باشند که استفاده روز افزون این نوع سازه‌ها را در دنیای علم و فن آوری توجیه پذیر می‌سازند ]2[ توسعه قابل توجه سازه‌های فضا کار مرهون تلاش و فعالیت مهندسان نخبه دنیا در اواخر قرن نوزدهم می‌باشد. ]3[

گر چه در ابتدا هدف از بکار گیری سازه‌های فضا کار بعنوان سازه‌هایی موقت بود ولی در عمل از آنها به عنوان سازه‌هایی دائمی‌استفاده شد و به انواع مختلف و با مصالح متفاوت در کشورهای گوناگون طراحی و اجرا گردید.

احتیاج به سازه‌های متحرک که به طور ساده و سریع نصب گردد و قابل حمل و نصب مجدد در مکانهای مورد نیاز باشد باعث پیدایش سازه‌های فضا کار باز شونده و جمع شونده شد که با رشد روز افزون استفاده از این نوع سازه‌ها بخصوص در کشورهای صنعتی توجه پژوهشگران و صنعت گران به این سازه‌ها افزایش یافت. ]6[ در کشور ما هر سال زلزله‌های مخرب و سیل‌های وایرانگر عده ای از هموطنانمان را بی خانمان می‌کند، زلزله زدگان و سیل زدگان نیاز مبرم به سر پناه دارند در این میان استفاده از این سازه‌ها می‌تواند کمک موثری در حفظ جان و مال این عزیزان داشته باشد، به غیر از این کاربردهای فراوان این نوع از سازه‌های فضایی تلاش روز افزون پژوهشگران و صنعت گران این مرز و بوم را می‌طلبد و امید آنست که آن چه در این سمینار ارائه می‌گردد، ذره ای هر چند کوچک در راه رشد و اعتلای کشور عزیزمان باشد.

1-2 تعریف سازه‌های فضایی باز شونده و جمع شونده

یک سازه باز و جمع شونده تشکیل شده است از قطعات پیش ساخته یا المان‌هایی که می‌توانند باز و بسته شوند و در حالت‌های از پیش تعیین شده قرار بگریند ضمن این که توانایی تحمل بار را نیز دارند. ]4[

1-3 موارد کاربرد سازه‌های فضایی باز شونده و جمع شونده

برای این که کاربردهای مختلف این نوع سازه‌ها را بررسی ‌کنیم ابتدا باید موارد نیاز و همچنین مزایای آنها در مقایسه با انواع سازه‌ها مورد مطالعه قرار بگیرد و سپس کاربردهای مختلف آنها ذکر شود.

1-3-1 موارد نیاز به سازه‌های باز شونده و جمع شونده

سازه‌های باز شونده و جمع شونده زیر مجموعه ای از آن دسته از سازه‌ها هستند که به سرعت و سهولت قابل نصب بوده و می‌توان آنها را به راحتی برای استفاده مجدد جمع آوری کرد نیاز به چنین سازه‌هایی از زمان‌های قدیم وجود داشته است ]10[. یعنی از هنگامی‌که قبایل چادر نشین برای یافتن مرتع و چراگاههای بهتر از جایی به جایی دیگر نقل مکان می‌کردند سازه‌های کوچک وسبک و متراکم شده ای مانند سیاه چادرها، خیمه سرخ پوستان و چادر کروی عشایر چنین نیازی را بر آورده می‌کردند، اکثر این سازه‌ها با وصل کردن میله‌های راست ساده در روی زمین به یکدیگر نصب شده و با پارچه‌ها ی سخت پوشیده می‌شوند. باز کردن و نصب آنها برای ابعاد متوسط هر چند .وقت زیادی نمی‌گرفت اما به هر حال وقت گیر بود، مخصوصا در شرایط نامساعد آب وهوایی مشکل آفرین می‌نمود]12[

1-3-2 مزایای سازه‌های فضایی باز شونده و جمع شونده.

می‌توان بر اساس نحوه ساخت و استفاه مزایای زیر را برای این نوع سازه‌ها ذکر کرد

1- پیش ساخته بودن

2- سبک وکم حجم بودن

3- سهولت حمل ونقل

4- نصب سریع و آسان

5- عدم نیاز به نیروی متخصص و تجهیزات کم برای نصب و برچیدن سازه

6- قابلیت جمع آوری و انتقال و نصب مجدد

7- نوع در شکل و طراحی

8- قابلیت استفاده در ابعاد وانداره‌های مختلف

9- چند منظوره بودن

1-3-3 موارد استفاده

برخی از کاربردهای مورد انتظار برای این نوع سازه‌ها عبارتند از:

1- سرپناههای اضطراری

2- پل‌های اضطراری

3- ساختمان‌ها در نقاط پرت و دور دست

4- گنبدها و یا چلیک‌های کروی و سهموی ثابت و متحرک

5- پوشش‌های محافظتی موقت

6- جرثقیل‌ها، پله‌ها، برج‌ها، و دکل‌های باز و جمع شونده

7- داربست‌ها، قالب بندیها، اسکلت بندی یا آمارتور بندی برای سازه‌های دائمی‌

8- سر پناه به عنوان سایبان یا محافظ در برابر بارندگی

9- آنتن‌های بشقابی

شکل 1-2-1 نمونه ای از آنتن های بشقابی [5]

10- اردوگاههای سبک وزن و سازه‌های تفریحی

11- دیوارهای جدا کننده یا سازه ای

12- درب‌ها و دریچه‌های ورود و خروج

13- گلخانه‌ها و سایر کاربرد‌های کشاورزی

14- بازو‌ها و اندامهای سیار

15- وسایل اسباب بازی

16- ابزارها و وسایل مکانیکی و صنعتی

17- صنایع هوا فضا

1-4 مکانیزم‌های مختلف در سازه‌های باز شونده و جمع شونده

به طور کلی می‌توان سازه‌های باز شونده و جمع شونده را از لحاظ مکانیزم و طرح اولیه به چند دسته تقسیم کرد که در زیر به آنها اشاره می‌کنیم.

1-4-1 مکانیزم‌های چتری

ایده و طرح این دسته از سازه‌ها بر اساس عملکرد چتر ساده باران می‌باشد و شامل یک پایه ثابت و یا متحرک بوده که گرد آ گرد آن گروهی از میله‌ها وجود داشته و بوسیله لغزاندن یک گره در امتداد پایه به سمت بالای آن باز می‌شود البته سازه‌های چتری دیگری نیز وجود دارند که با استفاده از مکانیزم‌های دیگر مانند مکانیزم المان قیچی سان (SLE) [1] ساخته می‌شوند که به آنها مکانیزم چتری نمی‌گویند ]2[

شکل 1-4-1 یکنوع مکانیزم چتری ]2[

1-4-2 مکانیزم المان‌های تا شونده مفصلی (زانویی)

این مکانیزم شامل میله‌هایی است که وقتی مکانیزم باز می‌شود مفصل‌هایی که دو میله را به هم متصل کرده اند طوری قفل می‌شوند که دو میله مانند قطعه پیوسته منفرد عمل کند ]6[

شکل 1-4-2 مکانیزم المانی های تا شونده مفصلی]2[

1-4-3 مکانیزم المان‌های قیچی سان

اصول کار این مکانیزم بر اساس عملکرد پانتو گراف می‌باشد، برای استفاده سازه ای از این مکانیزم باید آن را محدود نمود تا قابلیت باربری پیدا کنند و پایدار شود. ]2[ ]13[

شکل 1-4-3 مکانیزم المانهای قیچی سان ]2[

1-4-4 مکانیزم کشویی

در این مکانیزم اجزای سازه در حالت جمع شده بوسیله کشوهایی در یکدیگر فرو می‌روند و هنگام باز کردن المان‌ها یکی پس از دیگری و یا باهم از داخل یکدیگر خارج می‌شوند. ]2[

1-4-5 سازه‌های باد شده با هوا

این نوع سازه‌ها به دو شکل می‌توانند ساخته شوند در نوع اول بوسیله یک دمنده هوا، با فشار داخلی خیلی کم که برای افراد داخل سازه قابل توجه نمی‌باشد سازه در محل خود نگهداشته می‌شود نوع دوم سازه‌های هوایی باد شده هستند که دارای دو یا چند جدار می‌باشند ]3[

1-4-6 مکانیزم سازه‌های تا شونده صفحه ای

در این مکانیزم صفحات صلب در لبه‌های انتهایی خود با مفصل‌هایی به یکدیگر متصل شده اند و ابعاد و زوایای آنها طوری انتخاب می‌شوند که قابل جمع شدن در یک بسته و باز شدن بصورت مورد نظر باشند. ]7[

1-5 بافتار مختلف در سازه‌هایی باز شونده و جمع شونده

یک المان قیچی سان از دو میله مستقیم الخط که در نقطه‌های میانی (این نقطه لزوما وسط میله‌ها نخواهده بود) به یکدیگر مفصل شده اند تشکیل شده است که این میله‌ها در نقاط انتهای می‌توانند در جهات مختلف به صورت مفصلی به المان‌های قیچی سان دیگر متصل شوند بدین ترتیب می‌توان واحدهای جمع شونده و باز شونده کوچکی را ساخت که هر یک این واحدها می‌توانند به تنهایی باز شده و یا جمع شوند. ]2[

شکل 1-6-1 باز و بسته شدن واحدهای کوچک ]2[

بسته به نحوه اتصال واحد‌های اولیه به یکدیگر می‌توان سازه‌هایی با کاربردها وشکل‌های متفاوت ایجاد کرد که در قسمت‌های بعد به معرفی و شرح آن می‌پردازیم.

1-5-1 سازه‌های خطی

سازه‌های خطی (در این جا به سازه‌های خطی می‌گوییم که دو بعد آنها نسبت به بعد سوم آن خیلی کوچکتر است) را ممکن است با اتصال طرح‌ها و واحدهایی در یک امتداد بدست آورد، برای ساخت سازه‌هایی سخت تر می‌توانیم از المان‌هایی استفاده کنیم که یک اتصال میانی دارند، با واحدهای تابیده شده نیز می‌توانیم قطعات انحناء میانی بسازیم ]6[

شکل 1-6-2 چند نوع سازه خطی باز شو متشکل از واحدهای بهم پیوسته ]6[

1-5-2 شبکه‌های تخت

این شبکه‌ها از سلولهای منظم ساخته شده اند و می‌توانند بصورت سقف، پل یا چتری‌های سخت شده به وسیله کابل یا پارچه مورد استفاده قرار گیرند ]6[

1-5-3 شبکه‌های بلوری

اگر از واحدهایی کج شده استفاه کنیم می‌توانیم سازه‌هایی مانند آنچه در شکل نشان داده شده است را ایجاد کنیم در این واحدهای کج شده خطوط محیطی المان‌های قیچی سان در راستای کج شده محیط یک متوازی الاضلاع می‌باشند ]6[.

شکل 1-6-3 شبکه های بلوری ]6[

1-5-4 چلیک استوانه ای با نقش دو طرفه

می‌توان یک شبکه دو طرفه را طوری بر روی یک استوانه رسم کرد که خطوط شبکه در امتدادهای طول و عرضی استوانه قرار گیرند چنانچه اضلاع این شبکه را با المان‌های قیچی سان عوض کنیم و طرح فاصله محدودیت‌های تعریف شده پیشین را ارضا کند آنگاه به یک ساز چلیکی باز شونده و جمع شونده با کاربردهای فراوان دست خواهیم یافت ] 14[.

شکل 1-6-4 چلیک استوانه ای ]14[

1-5-5 چلیک استوانه ای با نقش سه طرفه

چنانچه شکبه ای مثلثی را بر روی یک سطح استوانه ای رسم کنیم و المان‌های قیچی سان را جایگزین اضلاع آن نماییم به یک چلیک تا شو و باز شو با نقش مثلثی دست می‌یابیم ]کتاب[.

1-5-6 گنبدهای کروی با نقش دو طرفه

اگر شبکه مربعی شکل را در داخل یک سطح کروی تصویر کنیم والمان‌های قیچی سان را جایگزین خطوط تصویر شده نماییم می‌توانیم سازه‌های باز شونده گنبدی ایجاد کنیم ]14[

شکل 1-6-5 گنبد کروی ]14[

1-5-7 گنبدهای کروی با نقش سه طرفه

به چندین طریق می‌توان یک شبکه 3 طرفه را بر روی یک سطح کروی رسم کرد. اساس کار عبارتست از تصویر کردن شبکه ای که در صفحه استوایی کره واقع است، بر روی سطح کره. کانون این تصویر سازی نیز بر روی محور قطبی کره قرار داشته و بسته به شکل و موقعیت شبکه سازه‌هایی متفاوت بوجود می‌آیند. ]14[

1-5-8 گنبدهای کروی با المان‌های قیچی سان 3 لولایی

این نوع سازه‌ها که دارای 3 میله متصل شده در گره میانی هستند عمدتا بوسیله[2] مورد مطالعه قرار گرفته اند. وی مهندسی اسپانیایی بود که در سال 1961 موفق به ساخت اولین مورد از چنین سازه‌هایی شد، سازه او نسبتا بزرگ بود و از المان‌های فلزی ساخته شده بود، المان‌های این سازه در حالت باز شونده و جمع شونده عاری از تنش‌های داخلی بودند (به استثنائی بار مرده) و با این که از المان‌های 3 واحدی تولید شده اند به خاطر این که المان‌ها دو درجه آزادی اضافی دارند نیاز به اعضای مهاری یا مکانیزم‌هایی برای قفل کردن سازه در حالت باز شده دارند و در حین باز شدن نیز تنشن داخلی در اعضای سازه ایجاد نمی‌شود Pinero در سال 1965 برای این سازه‌ها به یک ثبت اختراع در ایالات متحده است یافت ]6[ ]3[.

1-5-9 گنبدهای کروی ژئودزیک

پیدایش گنبد ژئودزیک و تکامل آن نقش موثری در کارهای پیشگامانه[3] داشته است از آنجا که این گنبد، بزرگترین چند وجهی افلاطونی است و نسبت به بقیه گنبدها به کره نزدیکتر است می‌توان از آن برای به حداقل رساندن اختلاف طول المان‌ها در گبندها استفاده کرد، گنبدهای باز شو در این موارد بوسیله تعویض هر ضلع چند وجهی وقطرهای آن با المان‌های قیچی سان که شرایط سازگاری را ارضا می‌کنند بدست می‌آیند ]14 [.

1-5-10 سایر انواع سازه‌های باز شونده و جمع شونده

طرحهای ارائه شده درقسمت‌های قبل امکان ایجاد تعداد زیادی از سازه‌ها را فراهم می‌آورند انواع دیگری از طرح‌ها را نیز می‌توان ذکر کرد از جمله سازه‌های ساخته شده با المان‌های قیچی سان چهار لولایی و شش لولایی که در گره میانی آنها بجای دو میله به ترتیب چهار و شش میله به یکدیگر متصل شده اند.

1-6 طرح گره‌ها و اتصالات و روش‌های باز و بسته کردن سازه

یکی از مباحث مهم در طراحی سازه‌های فضایی مساله طراحی اتصالات و گره‌ها می‌باشد در سازه‌های باز شونده و جمع شونده نیز طرح گره‌ها از قسمت‌های مهم طراحی سازه محسوب می‌شود و نوع اتصالات انتخابی می‌تواند اثر زیادی در عملکرد سازه و قابلیت‌ها و محدودیت‌های آن داشته باشد

مسئله دیگر در طرح سازه‌های باز و جمع شونده روش‌های مورد استفاده برای باز و بسته کردن سازه است برای این کار می‌توان از روش‌های مختلفی که بعضا بر حسب محدودیت‌ها و شرایط خاص در نحوه استفاده از سازه انتخاب می‌شوند استفاده کرد از جمله این روش‌ها می‌توان استفاده از جک‌های هیدرولیکی یا دستی، استفاده از موتورهای الکتریکی، استفاده از کابل و استفاده از وزن سازه و …ر ا نام برد ] 15[.

1-7 تاریخچه سازه‌های فضا کار باز و جمع شونده

احتیاج به سازه‌های متحرکت که به طور ساده و سریع نصب گردد و قابل حمل باشد و نصب و برچیدن آن آسان باشد باعث پیدایش سازه‌های فضا کار جمع شونده و باز شونده شده و است و مهندس[4] در سال 1961 اولین سازه فضا کار تاشو از جمله گنبد تا شو دهانه 90 متر را طراحی و اجرا کرد بعد از آن طراحان دیگر مانند زیگلر[5] و اسکریک[6] با ایده‌های متفاوت و برای اهداف مختلف این سازه‌ها را طرحی و اجرا کرد ه اند بخصوص در دهه‌های اخیر تعداد زیادی استادیوم و فضاهای ورزشی با توجه به نیاز روز افزون در سراسر دنیا ساخته شده اند که میزبانان شایسته ای برای مسابقات جهانی و المپیک نیز نیز بوده اند. ]6[.

1-8 نمونه‌هایی از سازه‌های جمع شونده و باز شونده از سراسر دنیا

1) (Japan) Ball dome

سقف این سازه از دو لایه مجزا از خر پاهای فلزی خمیده و دو پوشش غشایی به طول 37 متر تشکیل شده است، برای جابجایی سقف ابتدا لایه داخلی به اندازه 90 درجه چرخش پیدا می‌کند که در این حالت حدود 40% از پوشش سقف کنار رفته و در صورت عدم نیاز تمام سقف برداشته نمی‌شود. حرکت سقف در این حالت بوسیله ریل‌های خمیده ای که در امتداد محیط سقف می‌باشند امکان پذیر می‌گردد برای گشایش کامل سقف، سقف اصلی در امتداد ریل‌های جداگانه جابجا می‌گردد برای سهولت جابجایی بین دو لایه سقف mm250 فاصله در نظر گرفته شده است و حد فاصل آن دو بوسیله تیوپ‌های خاصی پوشیده است]6[.

شکل 1-8-1 ball dome ]6[

2) (Japan) fukuoko Dome

طول سقف m 222 می‌باشد که بوسیله 3 لایه پوششی پوشانیده شده است که از خر پاهای فلزی مقاوم در برابر بارهای وارده تشکیل یافته است. ]6[

3) (uk) The Millennium stadium

ظرفیت این ورزشگاه 72500 نفر می‌باشد که بوسیله 2 سقف صلب پوشانیده شده است طول و عرض این سقف به ترتیب m120 متر m 80 می‌باشد که از خر پاهای خاصی و پوشش آلومینیوم روی آن تشکیل شده است. سیستم مکانیکی این سقف متشکل از مکانیزم کابل و موتورهای دارای جعبه دنده فیکس شده بر روی سازه است. ]6[

4) Alegre vista (spain)

سقف این سازه دارای شعاع m50 می‌باشد که بوسیله بالشتک‌های سبکی پوشانیده شده است از این سازه برای گاو بازی استفاده می‌شود. ]6[

5)(canada) olympic stadiu in Montreal

باز شو این سازه که در کشور کانادا واقع است ² m 20000 می‌باشد که در نوع خود جالب توجه است. ]3[

6) (Tononto) ontair ]3[

7) (USA) Bank one (98) ]3[

8) (USA) Safeco field (99) ]3[

شکل 1-8-2 safeco field

9) (USA) Minute Maid (00) ]3[

10) (USA) Miller park (01) ]3[

11) (USA) Reliant (02) ]3[

شکل 1-8-3 reliant

2-1 طراحی هندسی سازه های فضایی بازشونده وجمع شونده

در این قسمت اصول کلی و روابط هندسی و ریاضی برای طراحی سازه‌های فضایی باز شونده و جمع شونده مورد بررسی قرار می‌گیرد این اصول و روابط مرهون تلاش دانشمندان بسیاری همچون گنتس[7] وکونتوپلو[8] می باشد، سپس به فرموله کردن آنها برای طراحی سیستماتیک انواع سازه‌های باز شونده و جمع شونده تخت و مسطح خواهیم پرداخت.

2-1-1 اصول کلی و روابط هندسی

کار خود را با یک مجموعه ساده متشکل از دو المان قیچی سان نشان داده شده در شکل (2-1-1) شروع می‌کنیم.

شکل (2-1-1) یک مکانیزم سازه بازشو متشکل از دو المان قیچی سان ]6[

شرط لازم برای امکانپذیری هندسی باز شوندگی و جمع شوندگی این واحد ارضا شرط سازگاری هندسی زیر است.

بنابراین چنانچه واحد شماره 1 را به همان صورت نشان داده شده ثابت نگه داریم، مفصل میانی واحد شماره 2 یعنی نقطه p₂ برای ارضا شرط سازگاری می‌تواند در محل‌های مختلفی قرار گیرد و تنها شرط هندسی این است که باید مجموع فواصل گره p₂ تا نقاط R و S با مقدار ثابت L₁+L^/ ₁ برابر باشد، همانطور که می‌دانیم مکان هندسی نقاطی که مجموع فواصل آنها تا دو نقطه ثابت، مقداری مشخص باشد یک بیضی است که آن دو نقطه ثابت کانون‌های این بیضی هستند، بنابراین چنانچه در شکل a)2-1-2) نشان داده شده است نقطه p₂ می‌تواند هر نقطه ای از نقاط محیط بیضی به کانون‌های R و S باشد. ]8[

شکل (2-1-2 a،b) نمایش صوری شرایط سازگاری هندسی در المانهای قیچی سان]8[

شکل 2-1-2b یک بیضی با پارامترهای مربوطه را نشان می‌دهد، برای طراحی هندسی سازه‌های باز شونده و جمع شونده در شکل‌های دلخواه و مورد نظر می‌توان مانند شکل (2-1-3) از اصول گفته شده در مورد بیضی استفاده نمود و با المان‌های قیچی سان، شکل مورد نظر در حالت باز شده را ایجاد کرد. ]8[. از این مساله می‌توان در حالت 3 بعدی نیز استفاده کرد وبجای بیضی از بیضیگون استفاده نمود. ]9[،]8[

شکل (2-1-3) یک مجموعه بازشونده وجمع شونده با شکل فرضی دلخواه]8[

2-1-2 طراحی هندسی در شبکه‌های فضایی تخت مشکل از واحدهای چند ضلعی منتظم

برای ساخت شبکه‌های فضایی تخت باز شونده و جمع شونده می‌توان از بهم پیوستن واحدهای چند ضلعی منتظم استفاده کرده و به طرحهایی با نقشهای متنوع و زیبا دست یافت. در اینگونه شبکه‌ها از نقش‌هایی می‌توان استفاده نموده که در آن یک یا چند نوع چند ضلعی منتظم با اضلاع برابر بکار رفته باشند همچنین وجود اضلاع قطری در این چند ضلع‌های منتظم می‌تواند سبب ایجاد خود ایستایی در حالت باز شده وهمچنین افزایش سختی و مقاومت و پایداری سازه شود بنابراین اقطار چند ضلعی‌های مزبور نیز در طراحی این سازه‌ها در نظر گرفته می‌شوند حال چنانچه نقش‌هایی با خصوصیات فوق الذکر داشته باشیم می‌توان المان‌های قیچی سان را جایگزین اضلاع و اقطار چند ضلعی‌های مزبور کرده و به شبکه‌های فضایی باز شونده و جمع شونده دست یافت، اگر بخواهیم فقط از یک نوع چند ضلعی متنظم با اعضای قطری آنها استفاده کنیم فقط سه طرح قابل ایجاد خواهد بود که هر یک متشکل از واحدهای مثلث شکل یا مربع شکل و یا شش ضلعی خواهندبود. ]8[

حال به فرموله کردن طراحی هندسی این واحدها با احتساب ابعاد توپی‌ها در گره‌های مفصلی انتهایی میله‌ها می‌پردازیم. چنانچه یک n ضلعی متنظم با المان‌های قیچی سان در اضلاع محیطی و قطری آن داشته باشیم و شعاع توپی گره‌های انتهایی المان R باشد مانند شکل (2-1-3) یک ضلع محیطی و یک قطر آن را در نظر می‌گیریم. ]8[

سازه‌های باز شونده و جمع شوندهطرح توجیهی سازه‌های باز شونده و جمع شوندهدانلود سازه‌های باز شونده و جمع شوندهعمرانسازهسازه‌های باز شوندهسازه‌های فضاییمکانیزم‌های مختلف در سازه‌های باز شونده و جمع شوندهمکانیزم المانی های تا شونده مفصلیطراحی هندسی در شبکه‌های فضایی تخت مشکل از واحدهای چند ضلعی منتظمدانلود طرح توجیهیطراحی هند

ارزیابی اقتصادی و فنی و راه اندازی قطار سریع السیر در مسیر تهران ـ زنجان

سیستم متناسب حمل و نقل از جمله عوامل فیزیکی عمده توسعه اقتصادی و پیشرفت اجتماعی است و از نظر ایجاد اشتغال نیز از بخشهای مهم اقتصادی تلقی می شود در چهل سال اخیر حمل و نقل از توسعه کافی برخوردار نبوده و سهم ارزش افزوده این بخش در تولید ناخالص ملی از سطح نازل 6 درصد تجاوز نکرده است (این نسبت در کشورهای کم توسعه یافته 5 درصد و در کشورهای پیشرفته ترین

دسته بندی	عمران
بازدید ها	0
فرمت فایل	doc
حجم فایل	1663 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	241

فروشنده فایل

کد کاربری 2106

تمام فایل ها

ارزیابی اقتصادی و فنی و راه اندازی قطار سریع السیر در مسیر تهران ـ زنجان

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول: مقدمه

1- مقدمه

1ـ1ـ تاریخچه قطارهای سریع السیر 1

1-1-1- تاریخچه مطالعات قطارهای سریع السیر در ایران

1ـ2ـ تاثیرات غیرمستقیم و تاثیرات فرهنگی- اجتماعی قطارهای سریع السیر 2

فصل دوم: سرعت در راه آهن و راه‌آهن سریع السیر

2ـ1ـ سرعت در راه آهن 3

2ـ2ـ سرعت بازرگانی 4

2ـ3ـ قطار سریع السیر 6

2ـ3ـ1ـ فواید راه آهن سریع السیر 6

2ـ3ـ2ـ چگونه این فواید بدست می‌آیند؟ 6

2ـ3ـ3ـ تاثیرات افزایش خدمات راه‌آهنی (تاثیرات مثبت قطارهای سریع السیر) 7

2ـ3ـ4ـ مقایسه کوتاه با هوا و جاده 8

2ـ4ـ معرفی برخی ازعوامل و شاخص‌های تصمیم‌گیری درارزیابی پروژه‌های راه آهن سریع السیر 9

2ـ4ـ1ـ پراکندگی جمعیت و تولید ناخالص ملی 9

2ـ4ـ2ـ افزایش سرعت، کاهش زمان سفر،افزایش ظرفیت ترافیکی 9

2ـ4ـ3ـ مصرف انرژی 11

2ـ4ـ4ـ تامین منابع مالی 11

2ـ5ـ واژه‌ها و مفاهیم کلیدی در موضوع سرعت قطارهای مسافری 12

2ـ5ـ1ـ رکورد سرعت 13

2ـ5ـ2ـ حد نهایی سرعت عملیاتی 13

2ـ5ـ3ـ رکورد سرعت در شرایط واقعی 13

2ـ5ـ4ـ رکوردهای سرعت قطارهای مسافری چگونه بجا گذاشته می‌شوند؟ 15

2ـ6ـ مقایسه وضعیت قطارهای سریع در ایران و جهان 15

2ـ6ـ1ـ بررسی گذشته راه آهن ایران از دیدگاه تکنولوژی کاربردی جهت نیل به سرعتهای روز 15

2ـ6ـ2ـ بررسی تکنولوژی و سرعت عملیاتی در ایران 17

عنوان صفحه

2ـ6ـ3ـ بررسی وضعیت سرعتها در ایران و جهان 26

2ـ6ـ4ـ رکوردهای سرعت رسمی و عملیاتی درایران 28

2ـ6ـ5ـ سیر تحول تکنولوژی حمل و نقل ریلی جهان در ارتباط با سرعت 29

2ـ6ـ6ـ خلاصه آمارهای مهم سریع السیر 29

فصل سوم: بررسی روسازی خطوط آهن برای کاربرد در قطارهای سریع

3-1- مقدمه 31

3-2- تراورسهای بتنی و دیگر تراورسهای مصنوعی 31

3-2-1- تراورسهای بتنی 31

3-2-2- تراورسهای دیگر 31

3-3- طراحی های مدرن 40

3-4- اتصالات 44

3-5- ریلهای پیوسته جوش شده (CWR) 47

3-5-1- مزایا و معایب 48

3-5-2- تئوری انبساط 48

فصل چهارم: موانع موجود دردستیابی به سرعتهای بالا در راه آهن

4ـ1ـ پارامترهای کاهنده سرعت 52

4-1-1- مقاومت هوا 52

4ـ1ـ2ـ عبور از تونلها 53

4ـ1ـ3ـ علائم 54

4ـ2ـ فاصله ترمز 55

4ـ2ـ1ـ نیاز به توان کششی زیاد 56

4ـ2ـ2ـ پایداری درمسیر مستقیم 56

4ـ2ـ3ـ نیاز به طراحی ویژه خط 59

4ـ3ـ اثرات زیست محیطی 60

4ـ3ـ1ـ تصادفات 60

4ـ3ـ2ـ آسایش مسافرین 61

4ـ3ـ3- عبور از سوزنها و تقاطع‌ها 62

عنوان صفحه

فصل پنجم: ضرورت برقی کردن خطوط راه‌آهن

5ـ1ـ مقدمه 63

5ـ2ـ انرژی، حمل ونقل و راه آهن 64

5ـ2ـ1ـ اهمیت صرفه‌جویی درمصرف فراورده‌های نفتی 66

5ـ2ـ2ـ برقی کردن راه آهن ومزایای آن ازنظر انرژی ومحیط زیست 68

5ـ2ـ3ـ مزایای برقی کردن راه آهن از دیدگاه ترابری 68

5ـ3ـ اصول زیربنایی 70

5ـ4ـ تاریخچه برقی کردن در راه آهن ملی ژاپن 71

5ـ5ـ ضرورت برقی کردن راه آهن 73

5ـ6ـ مقایسه سیستم‌های دیزل- الکتریک و برقی 74

5ـ7ـ مزایای استفاده ازراه‌آهن برقی در سطح کلان اقتصادی 81

5ـ8ـ مزایای استفاده ازراه‌آهن برقی در سطح خرد اقتصادی 82

فصل ششم: آشنایی با سیستم Tilting و معرفی قطارهای سریع السیر دنیا

6ـ1ـ مقدمه 84

6ـ1ـ1ـ سیستم Tilting یا متعادل کننده واگن 85

6ـ1ـ2ـ مزایای سیستم Tilting 86

6ـ1ـ3ـ انواع سیستم‌های موجود Tilting 86

6ـ1ـ4ـ مقایسه واگنهای معمولی و واگنهای مجهز به سیستم متعادل کننده واگن 87

6ـ1ـ5ـ سیستم های متعادل کننده از نوع فعال 87

6ـ1ـ6ـ تجربه استفاده از سیستم Tilting در کشور پرتغال 90

6ـ2ـ معرفی قطارهای سریع السیر دنیا 93

6ـ2ـ1ـ قطار TGV 94

6ـ2ـ2ـ قطار AGV نسل جدید قطارهای TGV فرانسه 96

6ـ2ـ2ـ1ـ ازبین بردن ارتعاشات 99

6ـ2ـ2ـ2ـ تصویر کلی قطار AGV 100

6ـ2ـ3ـ قطارهای ICE 101

6ـ2ـ3ـ1ـ قطارهایICE₂ ،ICE₁ 101

عنوان صفحه

6ـ2ـ3ـ2ـ قطارهای ICE₃ نسل جدید قطارهای ICE 102

6ـ2ـ4ـ ترن‌ست سریع السیر اسپانیای S-103 103

فصل هفتم: نیاز دنیا به استفاده از قطارهای سریع السیر و نگاهی به بزرگترین طرح‌های سریع السیر دنیا

7ـ1ـ مقدمه 104

7ـ1ـ1ـ راه آهن سریع السیر اروپا در قرن 21 106

7ـ1ـ2ـ نتایج بهره برداری از خطوط سریع اروپا 109

7ـ2ـ راه آهن سریع السیر اسپانیا(Renfe) 111

7ـ3ـ نگاهی به بزرگترین پروژه ریلی سریع السیر انگلستان 113

7ـ4ـ راه آهن سریع السیر ایالت کالیفرنیا 115

7ـ4ـ1ـ بخش درون ناحیه‌ای کالیفرنیای جنوبی 115

7ـ4ـ1ـ1ـ اهداف و نیازهای پروژه 117

7ـ4ـ1ـ2ـ نیاز به قطار سریع السیر درایالت کالیفرنیا 118

7ـ5ـ راه آهن سریع السیر ایالت فلوریدا 121

7ـ5ـ1ـ دلایل عقب ماندگی آمریکا از قافله ی طرح قطارهای سریع السیر 123

7-6- اطلاعاتی کوتاه در مورد Maglev 124

فصل هشتم: نگاهی به راه آهن سریع السیر ژاپن واستفاده از تجربیات آنها

8ـ1ـ مقدمه 126

8ـ2ـ اقدامات شرکت باری راه آهن ژاپن پس از خصوصی شدن تا سال 1989 129

8ـ3ـ نمونه‌هایی ازپیشرفت راه‌آهن ژاپن درزمینه حمل کالا 130

8ـ4ـ راه‌آهن ژاپن پس از دو دهه ضرر چگونه به سود دهی رسید؟ 132

8ـ4ـ1ـ انگیزه‌های خصوصی کردن راه آهن 132

8ـ4ـ2ـ نتایج اقتصادی شرکتهای راه‌آهن ژاپن 133

8ـ4ـ3ـ اصلاح وجدان کار کارکنان 133

8-4-4- تجربه موفق شرکتهای منطقه‌ای 134

8ـ5ـ همکاریهای فنی ـ اقتصادی راه آهن ایران و ژاپن 136

8ـ6ـ راه‌آهن سریع السیر شینکانسن 139

8ـ6ـ1ـ فاکتورهای محدود کننده سرعت 140

8ـ6ـ1ـ1ـ کشف زودتر زمین لرزه 140

عنوان صفحه

8ـ6ـ1ـ2ـ سیستم ترمز 140

8ـ6ـ1ـ3ـ پایداری مجموعه 141

8ـ6ـ1ـ4ـ راحتی درهنگام سیر وحرکت 141

8ـ6ـ1ـ5ـ کاهش سرو صدا 141

8ـ6ـ1ـ6ـ کاهش لرزش زمین در هنگام حرکت قطار 142

8ـ7ـ سهم شینکانسن در محیط زیست 142

8ـ7ـ1ـ سهم شینکانسن در صرفه‌جویی انرژی 144

8ـ7ـ2ـ آلودگی صوتی در قطار شینکانسن 145

فصل نهم: طرح راه‌آهن سریع‌السیر تهران ـ زنجان

9ـ1ـ جابه‌جایی مسافر در سطح کشور 146

9ـ1ـ1ـ شبکه راه‌آهن ایران 147

9ـ2ـ پیشینه طرح راه‌آهن سریع‌السیر تهران ـ زنجان 148

9ـ2ـ1ـ مشخصات فنی و هندسی راه‌آهن تهران ـ زنجان 148

9ـ2ـ2ـ اهمیت خط سریع‌السیر تهران ـ زنجان 149

9ـ3ـ بررسی آمار حمل و نقل مسافر در محور تهران ـ زنجان 150

9ـ3ـ1ـ ناوگان جاده‌ای عمومی 150

9ـ3ـ2ـ حمل و نقل توسط سواری شخصی 150

9ـ3ـ3ـ حمل و نقل ریلی مسافر 151

9ـ3ـ4ـ حمل و نقل مسافر توسط ناوگان هوایی 151

9ـ4ـ پیش‌بینی تقاضا برای حمل و نقل مسافر در مسیرهای تهران ـ زنجان 152

9ـ4ـ1ـ سناریوها‌ی تحول آتی جمعیت و شاخص‌های اقتصادی 152

9ـ4ـ1ـ1ـ تحول آتی جمعیت شهری 153

9ـ4ـ1ـ2ـ تحول آتی تولید ناخالص داخلی به قیمت‌های ثابت 153

9ـ4ـ2ـ نتایج سناریوهای پیش‌بینی تقاضا برای حمل و نقل ریلی مسافر 154

عنوان صفحه

9ـ5ـ برنامه‌ زمان‌بندی احداث راه‌آهن سریع‌السیر تهران ـ زنجان 155

9ـ5ـ1ـفعالیتهای عمده احداث راه‌آهن سریع‌السیر تهران ـ زنجان 155

9ـ6ـ برآورد هزینه‌های اجرای طرح 158

9ـ6ـ1ـ هزینه‌ تملیک اراضی 158

9ـ6ـ2ـ هزینه‌های زیرسازی 159

9ـ6ـ3ـ هزینه‌های روسازی، علائم و ارتباطات و برقی کردن 160

9ـ6ـ4ـ هزینه‌های بهره‌برداری 160

9ــ6ـ4ـ1ـ برآورد هزینه‌های بهره‌برداری بر اساس هزینه‌های سرمایه‌‌ای 161

9ـ6ـ4ـ1ـ1ـ هزینه‌ نگهداری از تاسیسات زیربنایی و ناوگان 161

9ـ6ـ4ـ1ـ2ـ هزینه‌های بازاریابی و مصرف سوخت 162

9ـ6ـ5ــ هزینه‌های سرمایه‌ای برای خرید قطارهای سریع‌السیر برقی 163

9ـ6ـ5ـ1ـ تعداد قطارهای سریع‌السیر مورد نیاز 164

9ـ6ـ6ـ هزینه‌های جاری در بیست‌سال نخست بهره‌برداری 165

9ـ7ـ بررسی تعرفه خدمات 167

9ـ7ـ1ـ تعیین جایگاه راه‌آهن سریع‌السیر در سامانه حمل و نقل مسافری 167

9ـ7ـ1ـ1ـ سیاست جلب مسافرین حمل و نقل جاده‌ایی 170

9ـ7ـ2ـ قیمت بلیط مسافری راه‌آهن سریع‌السیر تهران ـ زنجان 170

9ـ8ـ برآورد درآمدهای طرح 171

9ـ9ـ نرخ داخلی بازگشت سرمایه 174

9ـ10ـ آنالیز حساسیت نرخ بازگشت سرمایه نسبت به متغیرهای پایه 180

9ـ10ـ1ـ آنالیز حساسیت نرخ‌ بازگشت سرمایه نسبت به تعرفه‌ خدمات مسافری 180

9ـ10ـ2ـ آنالیز حساسیت نرخ ‌بازگشت سرمایه نسبت به هزینه‌ تملیک اراضی 181

عنوان صفحه

9ـ11ـ هزینه‌های اجتماعی یا هزینه‌های خارج از حمل و نقل 183

9ـ11ـ1ـ هزینه‌های خارج از حمل و نقل 183

9ـ11ـ2ـ روش‌ محاسبه هزینه‌ها 184

9ـ11ـ3ـ هزینه‌های کلی 185

9ـ11ـ4ـ هزینه‌های نهایی 186

9ـ12ـ صرفه‌جویی در مصرف سوخت 189

9ـ12ـ1ـ میزان مصرف سوخت وسایل نقلیه 190

9ـ12ـ2ـ مصرف سوخت لکوموتیوهای راه‌آهن ایران 191

9ـ12ـ3ـ میزان مصرف سوخت وسایل نقلیه مسافری در ایران 192

9ـ12ـ4ـ میزان صرفه‌جویی در مصرف فرآورده‌های نفتی 192

فصل دهم: نتیجه‌گیری

نتیجه‌گیری 194

پیشنهادات 196

منابع و مأخذ 198

- مقدمه

پس از جنگ جهانی دوم، صنعت راه آهن در اکثر نقاط دنیا با بی اقبالی روبرو شد. از دلایل عمده عدم رشد این صنعت در سالهای اولیه پس از جنگ رشد سریع صنایع اتومبیل سازی بود. در ایران نیز صنعت نوپای راه آهن پس از شهریور 1320 با آهنگ رشد بسیار کندی مواجه شد. هر چند در دهه 1960 و پس از آن
راه آهن در کشورهای صنعتی با رشد تکنیک، تقاضا و قابلیت رقابت با گونه های دیگر حمل و نقلی روبرو گردید و توانست با تغییر در شکل اداره، بهره برداری و به گونه ای فعال و کارآ در امر جابجائی کالا و مسافر ایفاء نماید. اما معهذا در ایران این رشد بسیار بطئی بود. برای مثال در سالهای بین 1350 تا 1357 علیرغم شرایط خوب اقتصادی تنها 60 کیلومتر بر طول راه راه آهن ایران افزوده شده و این در حالی بود که برتری قطار در حمل کالا در مسافتهای طولانی و گستردگی کشور ما توجیه مناسبی برای رشد این صنعت می باشد.

در برنامه پنج ساله اول جمهوری اسلامی رشد سالانه 3/12% در حمل بار و 8% در جابجایی مسافر مدنظر بوده است اما در اولین سال برنامه (سال 1368)، کاهش حمل بار به میزان 4% و افزایش حمل مسافر به میزان 5% را شاهد بوده ایم. بدیهی است نیل به اهداف دو برنامه تغییر و تحول در سیستم های فنی و اداری و به کارگیری تکنولوژی جدید را می طلبد.

حقیقت آن است که سیستم فعلی خط آهن سیستمی فعال (به نسبت توان بالقواه آن) می باشد. بیش از 85 درصد از سهم ارزش افزوده بخش حمل و نقل متعلق به حمل و نقل جاده ای است و از طرف دیگر در حمل و نقل جاده ای نسبت سرمایه به محصول در مقایسه با کل اقتصاد و بخشهای دیگر پایین تر است که این امر نشاندهنده سرعت بازگشت سرمایه در حمل و نقل جاده ای می باشد. تغییر دیگر این مسئله عملکرد ضعیف راه آهن است.

این ضعف علاوه بر آن که راه آهن را متکی به حمایتهای پیاپی دولت در جهت بقای خویش نموده مجموعه حمل و نقل را نیز تحت تأثیر قرار داده است. زیرا در پیوست شماره یک لایحه برنامه پنج ساله اول آمده است که:

² سیستم متناسب حمل و نقل از جمله عوامل فیزیکی عمده توسعه اقتصادی و پیشرفت اجتماعی است و از نظر ایجاد اشتغال نیز از بخشهای مهم اقتصادی تلقی می شود. در چهل سال اخیر حمل و نقل از توسعه کافی برخوردار نبوده و سهم ارزش افزوده این بخش در تولید ناخالص ملی از سطح نازل 6 درصد تجاوز نکرده است (این نسبت در کشورهای کم توسعه یافته 5 درصد و در کشورهای پیشرفته ترین بین 12 تا 18 درصد است)².

تمامی مسایل بالا تنها یک روی سکه است و بیانگر آن است که عدم توجه به این ساختار فرسوده باعث عدم امکان رقابت این صنعت با سایر گونه های حمل و نقل می گردد هم از اینرو است که افزایش کارایی شبکه راه آهن و گسترش آن به منظور افزایش سهم آن در حمل و نقل کالا و مسافر از طریق نو کردن شبکه، دو خطه کردن مسیرهای پر تردد، توسعه شبکه و اصلاحات موضعی با تأکید بر استفاده از راه آهن برقی جزو اهداف استراتژیک برنامه بوده است.

اما روی دیگر سکه آن است که رشد سریع جمعیت از طرفی و رشد اقتصادی از طرف دیگر افزایش تقاضای جابجایی مسافر و کالا را در پی دارد و عدم توجه به وسایل حمل و نقل انبوه و عمومی مسافر و کالا باعث ایجاد مشکلات عدیده ای در آینده نزدیک خواهد شد. مشکلاتی که هم اکنون در حمل کالا از مبادی ورودی کشور و نیز در جابجایی مسافر در بعضی از کریدورها مشاهده می شود.

فراهم نمودن امکانات مناسب جهت حمل و نقل کار و مسافر یکی از عمده ترین اهداف توسعه ملی بلکه از اصلی ترین پیش نیازهای تحقق امر توسعه است. تأکید بر بکارگیری وسایل حمل و نقل انبوه و عمومی مسافر از موارد ذکر شده در این اهداف است. واضح است که حمل و نقل ² انبوه و عمومی مسافر و کالا² و
² گسترش شبکه و تجهیزات حمل و نقل زمینی سریع مسافر² جز با راه آهن سریع السیر امکان پذیر نیست.

بررسی همه جانبه تغییر در ساختار راه آهن از عهده این سطور خارج است اما آنچه با بضاعت موجود به نظر ممکن آمد بررسی امکان استفاده از تکنولوژی برتر در جهت ارتقاء سطح سرویس دهی قطارها در یک مسیر است. در دهه های اخیر خطوط آهن در دنیا مرتباً در جهت تقلیل هزینه های نگهداری مورد بررسی و تحقیق قرار گرفته اند و تغییراتی در مهندسی خط (ریلها، پابندهای الاستیک تراورسها و بالاست) به جهت امکان کاربرد این خطوط در قطارهای سریع انجام شده است. از طرفی آنچنان که در فصول بعد خواهد آمد افزایش سرعت قطار به گونه ای که اولاً بتواند با سایر گونه های حمل و نقل رقابت نماید و ثانیاً کارایی اقتصادی نیز داشته باشد ما را به سمت استفاده از قطارهای برقی سوق می دهد.

اما استفاده از قطارهای سریع (ولاجرم استفاده از قطارهای الکتریکی) نیاز به سرمایه گذاری دارد و سرمایه گذاری توجیه اقتصادی آنرا در مقایسه با گونه های دیگر حمل و نقل (قطارهای دیزل، حمل و نقل جاده ای و هوایی) می طلبید.

یکی از خطراتی که همواره پروژه هایی از این دست را تهدید می کند نگرش محدودی است که ارزیابی مزایا و هزینه ها را نه در سطح کشوری بلکه در سطح یک سازمان و یا وزارتخانه بخصوص و صرفاً از جهت سود و زیان و عملکرد مالی آن موسسه در نظر می گیرد. در این خصوص در بررسی استراتژی راه آهن در کشورهای در حال توسعه تصریح شده است که: ² اعمال معیارهای مالی در رابطه با انتخاب و برآورد پروژه ها امری است طبیعی زیرا که مدیریت ها در رابطه با تأثیر پروژه ها بر جریان نقدی بودجه هایشان در کوتاه مدت و دراز مدت و حساب سود و زیان و ترازنامه های سالانه ذینفع و حساس هستند چرا که عملکرد مدیریت ها از این طریق قضاوت می شود. مع الوصف ارزیابی مالی صرف در مورد طرحهای راه آهن کافی نبوده و این طرحها باید در رابطه با ارزش اقتصادی منافع و هزینه هایی که در مقایسه با سایر گزینه های بلافصل دیگر تولید می کنند بررسی شود. ²

در یک بررسی دقیق اقتصادی حتماً باید گزینه های موازی بررسی و مقایسه شوند. عدم بررسی
گزینه های موازی و صرفاً مقایسه قطارهای دیزل با قطارهای برقی نه یک بررسی اقتصادی که حداکثر یک نوع بهینه یابی است. بعلاوه مزایا و هزینه های مربوط به مقایسه اقتصادی طرحهای حمل و نقل محدود به دفاتر سود و زیان مؤسسات ذیربط نبوده و از آن فراتر می رود. بعنوان مثال صرفه جویی در وقت مصرف کننده کاهش مسایل ناشی از آلودگی صدا و آلودگی هوا به خصوص در نواحی شهری و در تونلها، کنترل سوانح را نیز شامل
می شود.

در این رساله ابتدا وضعیت حمل و نقل سریع در جهان ارائه شده و سپس به مطالعه مهندسی خط جهت استفاده در قطارهای برقی سریع و نیز بررسی لکوموتیوهای مختلف پرداخته می شود و تحولات اخیر در این زمینه بیان می گردد سپس کاربرد قطارهای سریع در یک مسیر خاص بررسی می گردد.

1ـ1ـ تاریخچه قطارهای سریع السیر

اولین شبکه راه آهن سریع السیر دنیا کار خود را در ژاپن در سال 1964 میلادی با قطارهای شینکانسن بین توکیو ـ اوزاکا کار خود را آغاز کرد. طول این خط 515 کیلومتر بوده است و دراین مسیر سرعتهای تجاری بالای 210 بدست آمده این محور شهرهای بزرگ و متوسط زیادی را بهم متصل می‌نماید. هم‌چنین 45 درصد جمعیت ژاپن دراین منطقه ساکن بوده و 70 درصد تولید ناخالص ملی(GNP) دراین محور تولید می گردد.[35]

تلاش برای رسیدن به سرعتهای بالا درراه‌آهن پدیده‌ای جدید نیست. اولین باردرسال 1825 درکشور انگلستان با استفاده ازقطاربخاری سرعت 47 بثبت رسید. بعد از آن درسال 1846 درکشور فرانسه بوسیله قطار بخاری با سرعت 120 رکورد جدیدی بثبت رسید و این روند ادامه پیدا کرده تاامروز رکورد این سرعتها از مرز 500 کیلومتری برساعت گذشته. مثلاً قطار مغناطیسی درطی سالهای اخیر به رکورد 552 رسید است اما قطار الکتریکی دارای رکورد سرعت 3/515 درفرانسه است.[35]

اما بعد ازظهور قطارهای سریع السیر درسال1964 در ژاپن، دراروپا عصر قطارهای سریع السیر با قطارهای فرانسوی درآلمانی آغاز شد. درسال 1983، فرانسه اولین خط جدید خود را برای TG
(قطار سریع السیر)، بین پاریس- لیون احداث نمود. فعالیت قطارهای بین شهری(ICE) از سال 1971 شروع شد. سرعت قطارهای ICE ، از سال 1991 بالغ بر 250 کیلومتر بر ساعت میباشد و خدمات رفاهی بالایی را نیز به مسافرین ارائه می‌دهد و امروزه این سرعت با نسل جدید قطارهای 3ICE آلمان به280 رسیده است. امروزه با توجه به این نکته که درسالهای اخیر، راه ‌آهن نسبت به جاده،بخش اعظم بازار حمل و نقل کالا را از دست داده، نیاز به احداث خطوط جدید سریع السیر برای قطارهای سریع السیر بسیار محسوس است. درسال 1970، درجامعه اروپا، حدود28درصد کالا و 10 درصد مسافر توسط قطار جا به جا می‌شد. دراواسط دهه 90 این میزان به 15 درصد برای کالا و6 درصد برای مسافر کاهش یافته است.. اما درسال 2000 با ایجاد یک شبکه ریلی اروپایی برای قطار‌های سریع السیر به وسعت 35 هزار کیلومتر، این روند دوباره معکوس شده است [35] .

در حال حاضر غیر از کشورهای فرانسه، ژاپن، آلمان، انگلستان، ایتالیا، سوئد، اسپانیا، بلژیک، هلند، استرالیا، کانادا، آمریکا، کره، چین، روسیه کشورهایی همچون تایلند، سنگاپور، ترکیه و تایوان و ... در صدد دستیابی به این تکنولوژی هستند.

1-1-1- تاریخچة مطالعات قطارهای سریع السیر در ایران

این پایان نامه بنا به نیاز کشورمان به وجود سیستم‌های قطار سریع السیر بین شهری در ایران اتخاذ شده است . در حالیکه تاریخچه مطالعات مربوط به قطارهای سریع السیر در ایران به قبل از انقلاب اسلامی ایران بر می‌گردد (مطالعات مقدماتی مربوط به خط تهران – مشهد توسط شرکت مشاوره توسعه راه آهن
ژاپن JARTS) و بعد از انقلاب و بهتر می‌توان گفت بعد از جنگ تحمیلی با توجه به نیاز کشور و می‌توان گفت تمامی کشورهای دنیا به این سیستم اوایل دهه 70 شمسی کار مطالعات خط تهران – قم – اصفهان سال 1375 توسط شرکت مترا به انجام رسید و توجیه اجتماعی و اقتصادی این طرح نیز در همین سال به اتمام رسیده اما کماکان این خط بدلیل مشکلات(بیشتر مالی)دولت ناکام مانده است. این در حالی است که در طرح راه آهن 1400 ایران پیش‌بینی شده که سه خط تهران - مشهد و تهران – اصفهان و تهران – تبریز در این سال دارای قطار سریع السیری 350باشند. در حالیکه رکورد سرعت قطارها در دنیا از مرز 550و در قسمت مسافری‌ 350 است اما کماکان ما با اجرای طرح راه آهن سریع السیر تهران – اصفهان با مشکل مواجه هستیم. اما دولت تضمین کرده که در سال 1385 این طرح کلید بخورد سرعت قطار این خط در حدود 250 است.]20[

1ـ2ـ تاثیرات غیر مستقیم و تاثیرات فرهنگی ـ اجتماعی قطارهای سریع السیر

امکان دسترسی به سرعتهای بالا عرصه جدیدی را به روی راه آهن باز کرده است. قطارهای سریع السیر تنها به عنوان جایگزینی کارا در مقابل حمل و نقل جاده‌ای و هوایی نبوده بلکه میتوانند نقش تکمیلی برای دیگر روشهای حمل و نقل ایفا نموده و به ایجاد یک سیستم حمل و نقل هماهنگ و اقتصادی کمک نمایند.

بعد از ساخت راه آهن در سال 1825 میلادی در انگلستان و تولید راه آهن به عنوان سیستم حمل و نقل عمومی جدید ثابت شده است که راه آهن سهم بزرگی در جوامع انسانی، اقتصادی و پیشرفت آنها تا به امروز داشته است. بالا و پایین زیادی در زمینه پیشرفت راه آهن وجود داشته است. ولی اخیراً ثابت شده است که راه آهن توانایی رقابت با هواپیما و دیگر مدهای حمل و نقل را داراست و اگر تلاشهای خود را بهبود در سرعت و خصوصیات عملیاتی بیشتر کند گوی سبقت را حتی از هواپیما خواهد ربود. هم‌چنین فواید راه آهن در قبال ایمنی، مصرف انرژی و آلودگی محیطی که به عنوان معضل قرن بیست و یکم هستند بر همه گواه است. بر اساس اطلاعات اخیر کسب شده در ژاپن سهم راه آهن از مصرف انرژی هواپیما و اتومبیل است و از لحاظ آلودگی محیط زیستی و تولید گاز CO₂ هواپیما و اتومبیل است. [19]

یک شبکه راه آهن سریع السیر دارای مزایای غیر مستقیم زیر است:

1ـ بهبود در روابط بازرگانی و اقتصادی بین کشورها

2ـ مشارکت در سازماندهی دوباره شرکتهای راه آهنی

3ـ کمک به توسعه و گسترش سریعتر تکنولوژیهای نوین

4ـ تشویق توسعه محلی و خروج از تمرکز زدایی

اما به نظر می‌رسد قطارهای سریع السیر دارای تاثیرات متعدد فرهنگی ـ اجتماعی نیز هستند که از آن جمله می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد:

الف) عامل سرعت انتقال تجربیات و اطلاعات را بیشتر فراهم نمود. در نتیجه همسازی فرهنگی و تحول فرهنگی افزایش می‌یابد و فرهنگها به یکپارچگی بیشتری گرایش می‌یابد به عبارت دیگر نوعی هم‌گرایی و وحدت فرهنگی را تشدید می‌کنند.

ب) حجم کالاها کاهش می‌یابد اما ارزش اقتصادی و بهره‌وری بازرگانی آنها بیشتر می‌شود.

ج) سرعت گرایش به صنعت‌های ظریف را تشدید می‌کند بنابراین نیروی فعال جامعه به سمت دانشها و تکنیک‌های چون الکتروینک، مخابرات و رایانه‌ها گرایش عمده‌تری پیدا می‌کنند.

د) عوارض زیست محیطی به شدت کاهش پیدا کرده و آلودگی‌های شیمیایی، صوتی، هوا، خاک و آب قابلیت کنترل بیشتری می‌یابد.

هـ) شکل فیزیکی شهرها تغییر کرده و جغرافیای فضایی جدید را پدید خواهد آورد.

این اثرات دنیای پیشرفته را بر آن داشته است که تلاش کند تا هر چه سریعتر تکنولوژی را توسعه دهد. بنابراین دستیابی به توسعه پایدار در تمامی ابعاد ضرورتاً با دستیابی به تکنولوژیهای سریع گره خورده است . ضرورت توسعه هماهنگ و یکپارچه و دستیابی به راهکارهایی که انسان را در زمان محدودتر و با هزینه کمتر به مقصود برساند، خود دلیل ضرورت توسعه تکنولوژی قطارهای سریع السیر در جهان است زیرا تحولات اجتماعی- اقتصادی ساختاری را ایجاد می‌کند که متناسب با آن ساختار همه فعالیتها و نقش‌های جامعه و انسان شکل می‌گیرد. ساختار دنیای فعلی بدون بهره‌گیری از قطارهای سریع، ساختاری ناهماهنگ و ناقص خواهد بود. ضروتاً دستیابی به توسعه هماهنگ با استفاده از تکنولوژی قطار سریع السیر میسر است .

2ـ1ـ سرعت در راه‌آهن

سرعت در تکنولوژی باعث می‌‌شود که فواصل کشورهای قوی و ضعیف هر روز بیشتر شود. سرعت در کارهای مختلف اثرات متفاوتی بجای می‌گذارد، به عنوان مثال در رشته‌های پزشکی، اقتصاد، ساختمان،
علوم هر روز شاهد عجایب بیشتری هستیم که بهتر است اسم آن را پیشرفت بگذاریم ولی سرعت در وسایل
حمل و نقل نظیر هواپیما، کشتی، مترو، راه‌آهن، اتوبوس باعث می‌شود که سایر موارد فوق‌الذکر سریعتر
دچار تغییر و تحول بشوند. دنیای امروز دنیای سرعت است و کسانی موفق‌ترند که وسایل حمل و نقل
مجهزتر و تندروتری در اختیار دارند ارزش سرعت بر حسب زمان و کیلو متر و یا مایل سنجیده می‌شود.
کیفیت سرعت در جاهای مختلف و وسایل مختلف متفاوت است ارزش سرعت برای افراد جوامع گوناگون
فرق دارد مسلماً یک نفر پزشک برای سرعت ارزش بیشتری قائل است تا یکنفر آدم عادی زیرا پزشک
اگر دیر به اتاق عمل برسد جان بیمارش به خطر خواهد افتاد، یکنفر تاجر و یا یک نفر استاد دانشگاه و
یا یک مهندس تعبیرات گوناگونی در مورد سرعت خواهند داشت اما همه متفقاً این را باور دارند که
سرعت در همه چیز اثر می‌بخشد به زندگی به مبارزه به پیشرفت علمی و نیرو اولین گام برای رسیدن به
دنیای بهتر و پیشرفته اینست که برای دقت خود ارزش قائل شویم و این در صورتی میسر است که حمل و نقل و وسایل ارتباطی خوب و مجهزی داشته باشیم. چرا مردم هواپیما را به راه‌آهن در کشورمان ترجیح می‌دهند به دلیل اینکه چهارده ساعت زمان سیر با یکساعت پرواز قابل قیاس نیست. آیا همه ما که گوشه‌ای از امور را به دست داریم مسئول نیستیم. ضررهای ناشی از دیر رسیدن چه لطمه‌هایی به مسافرین وارد خواهد کرد و آنان را از رسیدن به اهداف خود مأیوس خواهد کرد..

2-2- سرعت بازرگانی

در راه آهن هر گاه صحبت از سرعت میشود مفهوم سرعت فیزیکی و سرعت تجارتی ممکن است مورد نظر باشد. منظور از سرعت فیزیکی متوسط زمان حرکت از مبدا به مقصد، بدون در نظر گرفتن زمانهای تخلیه و بار گیری و توقف‌های بین راهی می‌باشد.

به منظور در نظر گرفتن زمانهای تخلیه، بار‌‌گیری، معطلی‌های بین راه در هنگام بازدیدها و توقف‌های موجود در ایستگاه‌های تشکیلاتی، پارامتر دیگری به نام سرعت تجاری در نظر گرفته می‌شود. نحوه تعیین سرعت تجارتی استفاده از روشها و فرمولهای خاص می‌باشد که شرح آنها از حوصله این بحث خارج است ولی آنچه مورد توجه ماست مقدار سرعت فیزیکی و تجارتی می‌باشد، بدین گونه که سرعت فیزیکی در راه ‌آهن هم‌اکنون در حدود 60 تا 70 کیلو متر در ساعت می‌باشد و حال آنکه سرعت تجاری در سالهای گذشته 3 /4 کیلو متر در ساعت بوده است و این در حالی است که سرعت تجاری در همان سالها در دنیا حدود 45 کیلو متر در ساعت بوده است. [6]

پایین بودن سرعت تجاری به عوامل متعددی بستگی دارد که اهم دلایل آن به شرح زیر است:

1-مکانیزه نبودن ایستگاههای تخلیه و بارگیری جهت بارهایی که تخلیه و بارگیری آنها بر عهده راه آهن می‌باشد.

2-عدم توانایی تخلیه و بارگیری توسط مالکان بار که تخلیه و بارگیری بر عهده آنان می‌باشد.

3-تک خطه بودن راه‌آهن که قابلیت افزایش سرعت فیزیکی را از راه‌آهن می‌گیرد.

در صورتی که قابلیت تخلیه و بارگیری در ایستگاههای راه ‌آهن بالا باشد، سرعت حمل و نقل و در نتیجه راندمان حمل و نقل باری نیز بالا خواهد رفت، نکته جالب توجه در این جا این مسئله است که واگن‌های راه‌آهن به دلیل ضعف درقدرت تخلیه و بارگیری، اغلب به صورت انبار نگهداری کالا درمی‌آید وچون هزینه انبارداری درقبال نگهداری بار به هنگام رسیدن کالا به مقصد دریافت نمی‌گردد، مالکان کالا ترجیح می‌دهند که کالای خودرا دیرتر تخلیه نمایند، هم‌چنین دربعضی مواقع که امکان تخلیه درمقصد نباشد بالاجبار راه‌آهن بار را به ایستگاه‌های دیگر حمل می‌کند (به ‌دلیل اینکه عوایدی ازحمل مجدد کالا دریافت نمایند)واین خود ضربه‌ای به حمل و نقل کشور وارد می‌سازد. یکی ازمراکز تخلیه و بارگیری راه‌آهن که درشهر یزد مستقر می‌باشد دارای سیستم تخلیه و بارگیری مکانیزه می‌باشد واین مرکز به تنهایی توانسته است سرعت تجارتی رایک کیلومتر برساعت اضافه کند. پارامترهای بسیاری دربالا بردن سرعت تجارتی راه‌آهن تاثیر خواهد داشت که اهم آن موارد به قرار ذیل است:

1-مکانیزه بودن مبادی بارگیری و مقاصد تخلیه بار

2-تعیین نیروی کشش سالم

3-استفاده ازپرسنل کارآمد موجود درراه‌آهن

4-پیش‌بینی واگن‌های سالم

5-رسیدگی دقیق به نگهداری خط

6-منظم بودن ارتباط ایستگاههای بین راهی (یعنی هرایستگاه دقیقاً بداند که در چه زمانی قطار به ایستگاه می‌رسد)

7-بارگیری و تخلیه درب به درب (یعنی بارها ازواگن به طور مستقیم به کامیون حمل شده وبه مقصد منتقل شود)

موفقیت زمانی حاصل می‌شود که به سرعت بازرگانی نیز توجهی داشته باشیم اصولاً برای بالا بردن سرعت بازرگانی بایستی کلیه توقفهای مسیر علاوه بر افزایش سرعت لازم قطار کاهش یابد تا قطار حاصل در اسرع وقت به مقصد برسد این توقفها شامل موارد ذیل می‌باشد:

1ـ تلاقی‌های غلط (بواسطه کنترلر اشتباه)

2ـ تعمیری شدن واگن

3ـ توقف بی‌مورد درایستگاه

4ـ گذرگاههای همسطح

5ـ خرابی نیروی کشش

6ـ کمبود خط درایستگاهها

7ـ مانورهای اضافی جهت تشکیل وتنظیم

8ـ شکستگی ریل

9ـ خرابی علائم وارتباطات

10ـ مسائل جوی

11ـ عدم اجرای مقررات صحیح از طرف مامورین سیروحرکت

2ـ3ـ قطار سریع السیر

معمولاً به ریلی اطلاق می‌شود که خدمات ویژه راه‌آهن را با سرعت 200 تا 300 کیلومتر
بر ساعت پوشش دهد. همانطور که می‌دانیم اولین قطار سریع السیر اولین بار درژاپن درسال 1964 به بهره‌برداری رسید. که این قطار مسیر توکیو- ناگویا- اوزاکا را بطول 515 کیلومتر با سرعت 210 کیلومتر برساعت پوشش می‌داد. زمان سفرطی شده حدوداً سه ساعت و 10 دقیقه با میانگین سرعت 162 کیلومتر بر ساعت
بوده است. [28]

2-3-1- فواید راه‌آهن سریع السیر

فایده اصلی آن، کاهش زمان سفر برای مسافرین است اما فواید مهم دیگر آن درارتباط با کیفیت سفر عبارتند از:

• § تواتر(فرکانس)
• § برنامه زمان‌بندی سیرو حرکت
• § سطح بالای راحتی
• § هزینه‌های سازه‌ای مطابق با نیازهای مسافرین
• § تکمیل مدهای دیگر حمل و نقل
• § خدمات بیشتر درایستگاهها

2-3-2- چگونه این فواید بدست می‌آیند؟

اجزایی که در به انجام رساندن این فواید موثر هستند عبارتند از :

1ـ بخش زیر سازه، که شامل خصوصیات بالقوه در استقرار خط، شعاع قوس درجاهای ویژه و تجهیزات ثابت (تبدیل راه‌ آهن بخاری به برقی، علائم و ارتباطات)

2ـ خود قطارهای سریع السیر، طراحی آنها و تجهیزات بکار رفته که ایمنی و عملکرد آنها را بهبود می‌بخشد .

3ـ اهداف عملیاتی(تجارتی)

4ـ سیاستگذاری بر روی کرایه‌های سیر وحرکت

2-3-3- تاثیرات افزایش خدمات راه‌آهنی (تاثیرات مثبت قطار سریع السیر)

افزایش خدمات راه آهن تأثیرات مثبتی دارد که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1ـ کاهش زمان سفر: که باعث جلوگیری از هدر رفتن زمان مفید مسافرین می‌شود که نمونه‌ای از این کاهش زمان سفرها عبارتند از:

جدول 2-1- مقایسه زمان سفر در دو حالت قطار عادی و سریع السیر در سال 1998 مـیلادی در اروپا ]28[

زمان سفر فعلی (سریع السیر)	زمان سفر قبلی (عادی)	مبادی سفر
2 ساعت و 30دقیقه 2ساعت 2 ساعت و 15 دقیقه 3 ساعت 1 ساعت و 20 دقیقه 1 ساعت و34 دقیقه 2ساعت 1 ساعت و 35 دقیقه	6 ساعت 4 ساعت 6 ساعت 5 ساعت و 15 دقیق 2 ساعت و 35 دقیقه 3 ساعت و 45 دقیقه 3 ساعت و45 دقیقه 3 ساعت	توکیو-اوزاکا پاریس- لیون سویل-مادرید پاریس-لندن پاریس-بروکسل برلین- هانوفر هانوفر- ولفسبورگ فلورانس- رم

2ـ تواتر سرویس: فرکانسهای بالای روزانه باعث جذب بیشتر مسافران می‌شوند که این روند را به دنبال دارند .

• § استفاده ازخدمات سریع السیر منجر به کاهش زمان سفر خواهد شد
• § این مسئله یک اخطار برای افزایش تقاضای ترافیک درآینده است
• § که این افزایش تقاضا منجربه نیاز به افزایش سرویس دهی میشود.
• § که این مسائل نیز باعث افزایش مجدد ترافیک می‌گردد.

3ـ راحتی: استفاده اززمان سفر درقطار برای کار، فعالیتهای فراغتی (مطالعه، موسیقی، فیلم)یا استراحت یک فرصت غیر قابل رقابت را نسبت به دیگر سیستم های حمل و نقلی فراهم می‌نماید. مسافر راه‌آهن می‌تواند درخلال سفر جابجا شود، به رستوران برود یابا کشیدن پاها درکریدور که با انطباقات ویژه‌ای طراحی شده است
استراحت نماید.

4ـ نرخ بلیط: بیشتر شرکتهای راه‌آهنی که از قطار سریع السیر استفاده می‌کنند نرخ کرایه خود را براساس امکانات، تطابق با عادات مسافرین و ارزیابی طبیعی آنها از سفرهاشان تعیین می‌کنند. اغلب کرایه‌ها در اروپا مورد رضایت مسافرین هستند اما امروزه می‌دانیم یک رقابت جدی بین هواپیما و قطار سریع السیر بخاطر نرخ کرایه‌هایشان وجود دارد.

5ـ خوش قولی (دقت درانجام کار): حمل و نقل هوایی بیشتر بر روی شلوغی و زمان تاخیر حساسیت دارد. بر اساس آمارهای منتشر شده از AEA ، 30 درصد هواپیماها در اروپا تاخیری بالای 15 دقیقه درسال 1999 داشته‌اند. حال آنکه سیستمهای سریع السیر منظم‌تر هستند. بطور مثال درکشور اسپانیا 8/99 درصد آنها سر موعد مقرر به ایستگاه می‌رسند.[28]

همچنین OCED اعلام کرده است که هزینه شلوغی جاده‌ها حدود %2 تولید ناخالص ملی است که اجرای شبکه راه‌آهن سریع السیر درکل اروپا می‌تواند آنرا به 12/0 درصد تقلیل دهد .

2-3-4- مقایسه کوتاه با هوا و جاده

قطار سریع السیر در رقابت با هواپیماست و هم به عنوان مکمل آن به حساب می‌آید. برای فواصل کوتاهتر از 500 کیلومتر و زمان سفر کمتر از 2 ساعت و30 دقیقه بسیار مفید است و حتی می‌تواند 90 درصد سهم جاده را مثل خط بروکسل- پاریس به سمت خود بکشد. [28]

ولی برای خطوط با فاصله 1000 کیلومتر سیستم‌های هواپیمایی بار ترافیکی بیشتری را بدوش می‌کشند. در ارتباط با خطوط هوایی که برتری آنها در پروازهای دراز مدت هستند، قطار سریع السیر یک نقش اساسی را برای خطوط هوایی ایفا می‌کند. تجربه نشان می‌دهد که ارتباط بین شبکه‌های هوایی و ریلی باعث جذب مسافرین بیشتری می‌شود. زیرا انعطاف‌پذیری شبکه حمل و نقل هوایی غیر قابل شکست بودن هواپیما را یاد آوری می‌کند. هم‌چنین قطار سریع السیر نیازمند حجم سرمایه‌گذاری زیاد و تواتر فوق العاده می‌باشد. [28]

سیستم‌های جاده‌ای نیز 95 درصد سفرهای زیر 100 کیلومتر را بخود اختصاص می‌دهند. بخصوص سفرهای درون شهری و حومه شهری نیز مختص این قسمت هستند زیرا مبداء مقصد سفرهای شهری زیاد مهم نیست . [28]

براساس مطالعات انجام شده توسط راه‌آهن سریع السیر اروپا و اتحادیه بین المللی راه‌ آهنها UIC)) تخمین زده شده که بین سالهای 1990 تا2010 میزان کل مسافرین به %1 درسـال افزایش پیدا کند ( 3 درصد افزایش در کیلومتر ـ مسافر) بنابراین اجزای شبکه راه‌آهن اروپا می‌تواند در طی این سالها 78 درصد افزایش در ترافیک ریلی را ایجاد کند که 55 درصد جذب از جاده و 45 درصد از هوا خواهد بود. سهم خدمات ریلی نیز برای مسافتهای درحدود 80 کیلومتر می‌تواند از14 درصد به 24 درصد افزایش پیدا کند. ]28[

2-4- معرفی برخی از عوامل و شاخص‌های تصمیم گیری درارزیابی پروژه‌های راه‌آهن سریع السیر

یکی از شاخص های تصمیم گیری در ارزیابی پروژه های راه آهن سریع السیر پراکندگی جمعیت و تولید ناخالص ملی (GNP) است که در ذیل به آن می پردازیم.

2-4-1- پراکندگی جمعیت وتولید ناخالص ملی (GNP)

تراکم جمعیت و تولید ناخالص ملی از مهمترین معیارهای تصمیم گیری برای احداث راه ‌آهن سریع در یک منطقه بوده و خود شاخص رشد اقتصادی و زاینده ترافیک مسافر و بار می‌باشند. البته ترافیک در یک منطقه با توجه به رشد اقتصادی و افزایش جمعیت، افزایش خواهد یافت که این مطلب باید در برآورد ترافیک آینده آن منطقه در نظر گرفته شود. به عنوان مثال در کشور کره جنوبی در مسیر سئول- پوسان، 64 درصد جمعیت کشور پراکنده شده است و 69 درصد تولید ناخالص ملی تولید میگردد. دراین مسیر 65 درصد ترافیک مسافر و
65 درصد ترافیک بار در کل کشور حمل می‌گردد. بهمین دلیل برای جوابگویی به ترافیک این مسیر پروژه قطار سریع السیر در دست اجرا می‌باشد. [29]

2-4-2- افزایش سرعت، کاهش زمان سفر، افزایش ظرفیت ترافیکی

به خاطر سرعت بالا تعداد قطارها افزایش یافته، لذا در قطارهای سریع السیر زمان سفر کاهش قابل
توجهی داشته و ظرفیت حمل و نقل مسافر نیز افزایش می‌یابد. این در حالی است که رسیدن به چنین سرعتهایی و برخورداری از ظرفیت بالا از جاده امکان پذیر نیست. بدیهی است کاهش زمان سفر مبادلات تجاری را نیز گسترش می‌دهد، بهرحال اگر افزایش سرعت به افزایش مصرف انرژی یا هزینه‌های تعمیراتی، یا
صدمه به محیط زیست منجر شود، تجارت یا صنعت آن را نمی پردازد. مشکل چگونگی حل این تناقضات
پیچیده به روش فنی می‌باشد. در بین مردم یک علاقه‌مندی همگانی برای افزایش سرعت وجود دارد
که این علاقه‌مندی به عنوان نیروی پیش برنده پژوهشهای آینده راه ‌آهن های سریع السیر می‌باشد.
در هر حال چنین راه‌آهن سریع السیری را نمی‌توان موفق خواند مگر آنکه تکنولوژی جدید مسائل
محیط زیستی را حل و تجارت را تضمین نماید. در رابطه با افزایش ظرفیت حمل درمقایسه با حجم سرمایه‌گذاری لازم، شاخص راندمانی به صورت نسبت افزایش ظرفیت ترافیکی تقسیم بر کل هزینه سرمایه‌گذاری قابل تعریف می‌باشد. به عبارت دیگر:

	افـزایش ظرفیت ترافیکـی کل هزینه سرمایه گذاری

[2-1] = شاخص راندمان

برای روشن‌تر شدن این بحث بررسیهای انجام شده در راه آهن سریع سئول ـ پوسان به عنوان مثال:
مطرح می‌گردد. در این بررسی راه‌ آهن سریع با دو راه حل دیگر برای پاسخگویی به ترافیک سنگین این مسیر مقایسه گردیده است (جدول 2-2). این دو راه حل عبارتند از: بهبود راه آهن موجود و ساخت
آزاد راه چهار خطه.

جدول 2-2 مقایسه راه حل‌های مختلف حمل و نقل در مسیر سئول ـ پوسان (کره جنوبی)

حداکثر سرعت ()	هزینه سرمایه‌گذاری (میلیارد دلار)	افزایش ظرفیت ترافیکی (نفر درروز)	روشهای مختلف
150 110 300	8/2 5 7	000/40 000/250 000/520	بهبود خط راه‌آهن ساخت یک آزاد راه چهارخطه ایجاد یک سیستم سریع السیر

همانطور که در جدول 2-2 دیده می‌شود بهسازی خط راه آهن موجود، افزایش ظرفیت ترافیکی قابل توجهی ایجاد نمی‌کند، چون قطارهای باری با سرعت کمتر ناچار از همین خط استفاده می‌نمایند. با احداث راه‌ آهن سریع السیر زمان سفر این مسیر به یکساعت و 40 دقیقه کاهش خواهد یافت (در مقایسه با 10 ساعت زمان سفر از طریق جاده). شاخص راندمان برای آزاد راه 37/3، راه‌ آهن سریع 9/4، بهسازی خط 1 گزارش
شده است. [29]

2-4-3- مصرف انرژی

در ارزیابی پروژه‌های حمل و نقل مصرف انرژی از جمله شاخص‌های مهم می‌باشد. این شاخص بصورت مصرف انرژی به ازا مسافر ـ کیلومتر برحسب کیلو ژول قابل تعریف می‌باشد. بدیهی است روشهای حمل و نقلی با مصرف انرژی کمتر بیشتر مورد توجه قرار می‌گیرند. به عنوان مثال این شاخص برای راه ‌آهن 609، هواپیما 1758، خودروی شخص 2325 می‌باشد. یعنی راه ‌آهن از دیگر روشهای حمل و نقلی کم مصرف‌تر است
و این درحالی است که نوع سریع السیر آن در مقایسه با جاده و حتی هواپیما از سرعت خوبی
برخوردار است. [29]

ارزیابی اقتصادی و فنی و راه اندازی قطار سریع السیر در مسیر تهران ـ زنجانطرح توجیهی ارزیابی اقتصادی و فنی و راه اندازی قطار سریع السیر در مسیر تهران ـ زنجاندانلود ارزیابی اقتصادی و فنی و راه اندازی قطار سریع السیر در مسیر تهران ـ زنجانعمرانارزیابی اقتصادی و فنیراه اندازی قطار سریع السیر در مسیر تهران ـ زنجانارزیابی اقتصادیسرعت در راه

ارزیابی اقتصادی و فنی و راه اندازی قطار سریع السیر در مسیر تهران ـ زنجان

سیستم متناسب حمل و نقل از جمله عوامل فیزیکی عمده توسعه اقتصادی و پیشرفت اجتماعی است و از نظر ایجاد اشتغال نیز از بخشهای مهم اقتصادی تلقی می شود در چهل سال اخیر حمل و نقل از توسعه کافی برخوردار نبوده و سهم ارزش افزوده این بخش در تولید ناخالص ملی از سطح نازل 6 درصد تجاوز نکرده است (این نسبت در کشورهای کم توسعه یافته 5 درصد و در کشورهای پیشرفته ترین

دسته بندی	عمران
بازدید ها	0
فرمت فایل	doc
حجم فایل	1663 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	241

فروشنده فایل

کد کاربری 2106

تمام فایل ها

ارزیابی اقتصادی و فنی و راه اندازی قطار سریع السیر در مسیر تهران ـ زنجان

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول: مقدمه

1- مقدمه

1ـ1ـ تاریخچه قطارهای سریع السیر 1

1-1-1- تاریخچه مطالعات قطارهای سریع السیر در ایران

1ـ2ـ تاثیرات غیرمستقیم و تاثیرات فرهنگی- اجتماعی قطارهای سریع السیر 2

فصل دوم: سرعت در راه آهن و راه‌آهن سریع السیر

2ـ1ـ سرعت در راه آهن 3

2ـ2ـ سرعت بازرگانی 4

2ـ3ـ قطار سریع السیر 6

2ـ3ـ1ـ فواید راه آهن سریع السیر 6

2ـ3ـ2ـ چگونه این فواید بدست می‌آیند؟ 6

2ـ3ـ3ـ تاثیرات افزایش خدمات راه‌آهنی (تاثیرات مثبت قطارهای سریع السیر) 7

2ـ3ـ4ـ مقایسه کوتاه با هوا و جاده 8

2ـ4ـ معرفی برخی ازعوامل و شاخص‌های تصمیم‌گیری درارزیابی پروژه‌های راه آهن سریع السیر 9

2ـ4ـ1ـ پراکندگی جمعیت و تولید ناخالص ملی 9

2ـ4ـ2ـ افزایش سرعت، کاهش زمان سفر،افزایش ظرفیت ترافیکی 9

2ـ4ـ3ـ مصرف انرژی 11

2ـ4ـ4ـ تامین منابع مالی 11

2ـ5ـ واژه‌ها و مفاهیم کلیدی در موضوع سرعت قطارهای مسافری 12

2ـ5ـ1ـ رکورد سرعت 13

2ـ5ـ2ـ حد نهایی سرعت عملیاتی 13

2ـ5ـ3ـ رکورد سرعت در شرایط واقعی 13

2ـ5ـ4ـ رکوردهای سرعت قطارهای مسافری چگونه بجا گذاشته می‌شوند؟ 15

2ـ6ـ مقایسه وضعیت قطارهای سریع در ایران و جهان 15

2ـ6ـ1ـ بررسی گذشته راه آهن ایران از دیدگاه تکنولوژی کاربردی جهت نیل به سرعتهای روز 15

2ـ6ـ2ـ بررسی تکنولوژی و سرعت عملیاتی در ایران 17

عنوان صفحه

2ـ6ـ3ـ بررسی وضعیت سرعتها در ایران و جهان 26

2ـ6ـ4ـ رکوردهای سرعت رسمی و عملیاتی درایران 28

2ـ6ـ5ـ سیر تحول تکنولوژی حمل و نقل ریلی جهان در ارتباط با سرعت 29

2ـ6ـ6ـ خلاصه آمارهای مهم سریع السیر 29

فصل سوم: بررسی روسازی خطوط آهن برای کاربرد در قطارهای سریع

3-1- مقدمه 31

3-2- تراورسهای بتنی و دیگر تراورسهای مصنوعی 31

3-2-1- تراورسهای بتنی 31

3-2-2- تراورسهای دیگر 31

3-3- طراحی های مدرن 40

3-4- اتصالات 44

3-5- ریلهای پیوسته جوش شده (CWR) 47

3-5-1- مزایا و معایب 48

3-5-2- تئوری انبساط 48

فصل چهارم: موانع موجود دردستیابی به سرعتهای بالا در راه آهن

4ـ1ـ پارامترهای کاهنده سرعت 52

4-1-1- مقاومت هوا 52

4ـ1ـ2ـ عبور از تونلها 53

4ـ1ـ3ـ علائم 54

4ـ2ـ فاصله ترمز 55

4ـ2ـ1ـ نیاز به توان کششی زیاد 56

4ـ2ـ2ـ پایداری درمسیر مستقیم 56

4ـ2ـ3ـ نیاز به طراحی ویژه خط 59

4ـ3ـ اثرات زیست محیطی 60

4ـ3ـ1ـ تصادفات 60

4ـ3ـ2ـ آسایش مسافرین 61

4ـ3ـ3- عبور از سوزنها و تقاطع‌ها 62

عنوان صفحه

فصل پنجم: ضرورت برقی کردن خطوط راه‌آهن

5ـ1ـ مقدمه 63

5ـ2ـ انرژی، حمل ونقل و راه آهن 64

5ـ2ـ1ـ اهمیت صرفه‌جویی درمصرف فراورده‌های نفتی 66

5ـ2ـ2ـ برقی کردن راه آهن ومزایای آن ازنظر انرژی ومحیط زیست 68

5ـ2ـ3ـ مزایای برقی کردن راه آهن از دیدگاه ترابری 68

5ـ3ـ اصول زیربنایی 70

5ـ4ـ تاریخچه برقی کردن در راه آهن ملی ژاپن 71

5ـ5ـ ضرورت برقی کردن راه آهن 73

5ـ6ـ مقایسه سیستم‌های دیزل- الکتریک و برقی 74

5ـ7ـ مزایای استفاده ازراه‌آهن برقی در سطح کلان اقتصادی 81

5ـ8ـ مزایای استفاده ازراه‌آهن برقی در سطح خرد اقتصادی 82

فصل ششم: آشنایی با سیستم Tilting و معرفی قطارهای سریع السیر دنیا

6ـ1ـ مقدمه 84

6ـ1ـ1ـ سیستم Tilting یا متعادل کننده واگن 85

6ـ1ـ2ـ مزایای سیستم Tilting 86

6ـ1ـ3ـ انواع سیستم‌های موجود Tilting 86

6ـ1ـ4ـ مقایسه واگنهای معمولی و واگنهای مجهز به سیستم متعادل کننده واگن 87

6ـ1ـ5ـ سیستم های متعادل کننده از نوع فعال 87

6ـ1ـ6ـ تجربه استفاده از سیستم Tilting در کشور پرتغال 90

6ـ2ـ معرفی قطارهای سریع السیر دنیا 93

6ـ2ـ1ـ قطار TGV 94

6ـ2ـ2ـ قطار AGV نسل جدید قطارهای TGV فرانسه 96

6ـ2ـ2ـ1ـ ازبین بردن ارتعاشات 99

6ـ2ـ2ـ2ـ تصویر کلی قطار AGV 100

6ـ2ـ3ـ قطارهای ICE 101

6ـ2ـ3ـ1ـ قطارهایICE₂ ،ICE₁ 101

عنوان صفحه

6ـ2ـ3ـ2ـ قطارهای ICE₃ نسل جدید قطارهای ICE 102

6ـ2ـ4ـ ترن‌ست سریع السیر اسپانیای S-103 103

فصل هفتم: نیاز دنیا به استفاده از قطارهای سریع السیر و نگاهی به بزرگترین طرح‌های سریع السیر دنیا

7ـ1ـ مقدمه 104

7ـ1ـ1ـ راه آهن سریع السیر اروپا در قرن 21 106

7ـ1ـ2ـ نتایج بهره برداری از خطوط سریع اروپا 109

7ـ2ـ راه آهن سریع السیر اسپانیا(Renfe) 111

7ـ3ـ نگاهی به بزرگترین پروژه ریلی سریع السیر انگلستان 113

7ـ4ـ راه آهن سریع السیر ایالت کالیفرنیا 115

7ـ4ـ1ـ بخش درون ناحیه‌ای کالیفرنیای جنوبی 115

7ـ4ـ1ـ1ـ اهداف و نیازهای پروژه 117

7ـ4ـ1ـ2ـ نیاز به قطار سریع السیر درایالت کالیفرنیا 118

7ـ5ـ راه آهن سریع السیر ایالت فلوریدا 121

7ـ5ـ1ـ دلایل عقب ماندگی آمریکا از قافله ی طرح قطارهای سریع السیر 123

7-6- اطلاعاتی کوتاه در مورد Maglev 124

فصل هشتم: نگاهی به راه آهن سریع السیر ژاپن واستفاده از تجربیات آنها

8ـ1ـ مقدمه 126

8ـ2ـ اقدامات شرکت باری راه آهن ژاپن پس از خصوصی شدن تا سال 1989 129

8ـ3ـ نمونه‌هایی ازپیشرفت راه‌آهن ژاپن درزمینه حمل کالا 130

8ـ4ـ راه‌آهن ژاپن پس از دو دهه ضرر چگونه به سود دهی رسید؟ 132

8ـ4ـ1ـ انگیزه‌های خصوصی کردن راه آهن 132

8ـ4ـ2ـ نتایج اقتصادی شرکتهای راه‌آهن ژاپن 133

8ـ4ـ3ـ اصلاح وجدان کار کارکنان 133

8-4-4- تجربه موفق شرکتهای منطقه‌ای 134

8ـ5ـ همکاریهای فنی ـ اقتصادی راه آهن ایران و ژاپن 136

8ـ6ـ راه‌آهن سریع السیر شینکانسن 139

8ـ6ـ1ـ فاکتورهای محدود کننده سرعت 140

8ـ6ـ1ـ1ـ کشف زودتر زمین لرزه 140

عنوان صفحه

8ـ6ـ1ـ2ـ سیستم ترمز 140

8ـ6ـ1ـ3ـ پایداری مجموعه 141

8ـ6ـ1ـ4ـ راحتی درهنگام سیر وحرکت 141

8ـ6ـ1ـ5ـ کاهش سرو صدا 141

8ـ6ـ1ـ6ـ کاهش لرزش زمین در هنگام حرکت قطار 142

8ـ7ـ سهم شینکانسن در محیط زیست 142

8ـ7ـ1ـ سهم شینکانسن در صرفه‌جویی انرژی 144

8ـ7ـ2ـ آلودگی صوتی در قطار شینکانسن 145

فصل نهم: طرح راه‌آهن سریع‌السیر تهران ـ زنجان

9ـ1ـ جابه‌جایی مسافر در سطح کشور 146

9ـ1ـ1ـ شبکه راه‌آهن ایران 147

9ـ2ـ پیشینه طرح راه‌آهن سریع‌السیر تهران ـ زنجان 148

9ـ2ـ1ـ مشخصات فنی و هندسی راه‌آهن تهران ـ زنجان 148

9ـ2ـ2ـ اهمیت خط سریع‌السیر تهران ـ زنجان 149

9ـ3ـ بررسی آمار حمل و نقل مسافر در محور تهران ـ زنجان 150

9ـ3ـ1ـ ناوگان جاده‌ای عمومی 150

9ـ3ـ2ـ حمل و نقل توسط سواری شخصی 150

9ـ3ـ3ـ حمل و نقل ریلی مسافر 151

9ـ3ـ4ـ حمل و نقل مسافر توسط ناوگان هوایی 151

9ـ4ـ پیش‌بینی تقاضا برای حمل و نقل مسافر در مسیرهای تهران ـ زنجان 152

9ـ4ـ1ـ سناریوها‌ی تحول آتی جمعیت و شاخص‌های اقتصادی 152

9ـ4ـ1ـ1ـ تحول آتی جمعیت شهری 153

9ـ4ـ1ـ2ـ تحول آتی تولید ناخالص داخلی به قیمت‌های ثابت 153

9ـ4ـ2ـ نتایج سناریوهای پیش‌بینی تقاضا برای حمل و نقل ریلی مسافر 154

عنوان صفحه

9ـ5ـ برنامه‌ زمان‌بندی احداث راه‌آهن سریع‌السیر تهران ـ زنجان 155

9ـ5ـ1ـفعالیتهای عمده احداث راه‌آهن سریع‌السیر تهران ـ زنجان 155

9ـ6ـ برآورد هزینه‌های اجرای طرح 158

9ـ6ـ1ـ هزینه‌ تملیک اراضی 158

9ـ6ـ2ـ هزینه‌های زیرسازی 159

9ـ6ـ3ـ هزینه‌های روسازی، علائم و ارتباطات و برقی کردن 160

9ـ6ـ4ـ هزینه‌های بهره‌برداری 160

9ــ6ـ4ـ1ـ برآورد هزینه‌های بهره‌برداری بر اساس هزینه‌های سرمایه‌‌ای 161

9ـ6ـ4ـ1ـ1ـ هزینه‌ نگهداری از تاسیسات زیربنایی و ناوگان 161

9ـ6ـ4ـ1ـ2ـ هزینه‌های بازاریابی و مصرف سوخت 162

9ـ6ـ5ــ هزینه‌های سرمایه‌ای برای خرید قطارهای سریع‌السیر برقی 163

9ـ6ـ5ـ1ـ تعداد قطارهای سریع‌السیر مورد نیاز 164

9ـ6ـ6ـ هزینه‌های جاری در بیست‌سال نخست بهره‌برداری 165

9ـ7ـ بررسی تعرفه خدمات 167

9ـ7ـ1ـ تعیین جایگاه راه‌آهن سریع‌السیر در سامانه حمل و نقل مسافری 167

9ـ7ـ1ـ1ـ سیاست جلب مسافرین حمل و نقل جاده‌ایی 170

9ـ7ـ2ـ قیمت بلیط مسافری راه‌آهن سریع‌السیر تهران ـ زنجان 170

9ـ8ـ برآورد درآمدهای طرح 171

9ـ9ـ نرخ داخلی بازگشت سرمایه 174

9ـ10ـ آنالیز حساسیت نرخ بازگشت سرمایه نسبت به متغیرهای پایه 180

9ـ10ـ1ـ آنالیز حساسیت نرخ‌ بازگشت سرمایه نسبت به تعرفه‌ خدمات مسافری 180

9ـ10ـ2ـ آنالیز حساسیت نرخ ‌بازگشت سرمایه نسبت به هزینه‌ تملیک اراضی 181

عنوان صفحه

9ـ11ـ هزینه‌های اجتماعی یا هزینه‌های خارج از حمل و نقل 183

9ـ11ـ1ـ هزینه‌های خارج از حمل و نقل 183

9ـ11ـ2ـ روش‌ محاسبه هزینه‌ها 184

9ـ11ـ3ـ هزینه‌های کلی 185

9ـ11ـ4ـ هزینه‌های نهایی 186

9ـ12ـ صرفه‌جویی در مصرف سوخت 189

9ـ12ـ1ـ میزان مصرف سوخت وسایل نقلیه 190

9ـ12ـ2ـ مصرف سوخت لکوموتیوهای راه‌آهن ایران 191

9ـ12ـ3ـ میزان مصرف سوخت وسایل نقلیه مسافری در ایران 192

9ـ12ـ4ـ میزان صرفه‌جویی در مصرف فرآورده‌های نفتی 192

فصل دهم: نتیجه‌گیری

نتیجه‌گیری 194

پیشنهادات 196

منابع و مأخذ 198

- مقدمه

پس از جنگ جهانی دوم، صنعت راه آهن در اکثر نقاط دنیا با بی اقبالی روبرو شد. از دلایل عمده عدم رشد این صنعت در سالهای اولیه پس از جنگ رشد سریع صنایع اتومبیل سازی بود. در ایران نیز صنعت نوپای راه آهن پس از شهریور 1320 با آهنگ رشد بسیار کندی مواجه شد. هر چند در دهه 1960 و پس از آن
راه آهن در کشورهای صنعتی با رشد تکنیک، تقاضا و قابلیت رقابت با گونه های دیگر حمل و نقلی روبرو گردید و توانست با تغییر در شکل اداره، بهره برداری و به گونه ای فعال و کارآ در امر جابجائی کالا و مسافر ایفاء نماید. اما معهذا در ایران این رشد بسیار بطئی بود. برای مثال در سالهای بین 1350 تا 1357 علیرغم شرایط خوب اقتصادی تنها 60 کیلومتر بر طول راه راه آهن ایران افزوده شده و این در حالی بود که برتری قطار در حمل کالا در مسافتهای طولانی و گستردگی کشور ما توجیه مناسبی برای رشد این صنعت می باشد.

در برنامه پنج ساله اول جمهوری اسلامی رشد سالانه 3/12% در حمل بار و 8% در جابجایی مسافر مدنظر بوده است اما در اولین سال برنامه (سال 1368)، کاهش حمل بار به میزان 4% و افزایش حمل مسافر به میزان 5% را شاهد بوده ایم. بدیهی است نیل به اهداف دو برنامه تغییر و تحول در سیستم های فنی و اداری و به کارگیری تکنولوژی جدید را می طلبد.

حقیقت آن است که سیستم فعلی خط آهن سیستمی فعال (به نسبت توان بالقواه آن) می باشد. بیش از 85 درصد از سهم ارزش افزوده بخش حمل و نقل متعلق به حمل و نقل جاده ای است و از طرف دیگر در حمل و نقل جاده ای نسبت سرمایه به محصول در مقایسه با کل اقتصاد و بخشهای دیگر پایین تر است که این امر نشاندهنده سرعت بازگشت سرمایه در حمل و نقل جاده ای می باشد. تغییر دیگر این مسئله عملکرد ضعیف راه آهن است.

این ضعف علاوه بر آن که راه آهن را متکی به حمایتهای پیاپی دولت در جهت بقای خویش نموده مجموعه حمل و نقل را نیز تحت تأثیر قرار داده است. زیرا در پیوست شماره یک لایحه برنامه پنج ساله اول آمده است که:

² سیستم متناسب حمل و نقل از جمله عوامل فیزیکی عمده توسعه اقتصادی و پیشرفت اجتماعی است و از نظر ایجاد اشتغال نیز از بخشهای مهم اقتصادی تلقی می شود. در چهل سال اخیر حمل و نقل از توسعه کافی برخوردار نبوده و سهم ارزش افزوده این بخش در تولید ناخالص ملی از سطح نازل 6 درصد تجاوز نکرده است (این نسبت در کشورهای کم توسعه یافته 5 درصد و در کشورهای پیشرفته ترین بین 12 تا 18 درصد است)².

تمامی مسایل بالا تنها یک روی سکه است و بیانگر آن است که عدم توجه به این ساختار فرسوده باعث عدم امکان رقابت این صنعت با سایر گونه های حمل و نقل می گردد هم از اینرو است که افزایش کارایی شبکه راه آهن و گسترش آن به منظور افزایش سهم آن در حمل و نقل کالا و مسافر از طریق نو کردن شبکه، دو خطه کردن مسیرهای پر تردد، توسعه شبکه و اصلاحات موضعی با تأکید بر استفاده از راه آهن برقی جزو اهداف استراتژیک برنامه بوده است.

اما روی دیگر سکه آن است که رشد سریع جمعیت از طرفی و رشد اقتصادی از طرف دیگر افزایش تقاضای جابجایی مسافر و کالا را در پی دارد و عدم توجه به وسایل حمل و نقل انبوه و عمومی مسافر و کالا باعث ایجاد مشکلات عدیده ای در آینده نزدیک خواهد شد. مشکلاتی که هم اکنون در حمل کالا از مبادی ورودی کشور و نیز در جابجایی مسافر در بعضی از کریدورها مشاهده می شود.

فراهم نمودن امکانات مناسب جهت حمل و نقل کار و مسافر یکی از عمده ترین اهداف توسعه ملی بلکه از اصلی ترین پیش نیازهای تحقق امر توسعه است. تأکید بر بکارگیری وسایل حمل و نقل انبوه و عمومی مسافر از موارد ذکر شده در این اهداف است. واضح است که حمل و نقل ² انبوه و عمومی مسافر و کالا² و
² گسترش شبکه و تجهیزات حمل و نقل زمینی سریع مسافر² جز با راه آهن سریع السیر امکان پذیر نیست.

بررسی همه جانبه تغییر در ساختار راه آهن از عهده این سطور خارج است اما آنچه با بضاعت موجود به نظر ممکن آمد بررسی امکان استفاده از تکنولوژی برتر در جهت ارتقاء سطح سرویس دهی قطارها در یک مسیر است. در دهه های اخیر خطوط آهن در دنیا مرتباً در جهت تقلیل هزینه های نگهداری مورد بررسی و تحقیق قرار گرفته اند و تغییراتی در مهندسی خط (ریلها، پابندهای الاستیک تراورسها و بالاست) به جهت امکان کاربرد این خطوط در قطارهای سریع انجام شده است. از طرفی آنچنان که در فصول بعد خواهد آمد افزایش سرعت قطار به گونه ای که اولاً بتواند با سایر گونه های حمل و نقل رقابت نماید و ثانیاً کارایی اقتصادی نیز داشته باشد ما را به سمت استفاده از قطارهای برقی سوق می دهد.

اما استفاده از قطارهای سریع (ولاجرم استفاده از قطارهای الکتریکی) نیاز به سرمایه گذاری دارد و سرمایه گذاری توجیه اقتصادی آنرا در مقایسه با گونه های دیگر حمل و نقل (قطارهای دیزل، حمل و نقل جاده ای و هوایی) می طلبید.

یکی از خطراتی که همواره پروژه هایی از این دست را تهدید می کند نگرش محدودی است که ارزیابی مزایا و هزینه ها را نه در سطح کشوری بلکه در سطح یک سازمان و یا وزارتخانه بخصوص و صرفاً از جهت سود و زیان و عملکرد مالی آن موسسه در نظر می گیرد. در این خصوص در بررسی استراتژی راه آهن در کشورهای در حال توسعه تصریح شده است که: ² اعمال معیارهای مالی در رابطه با انتخاب و برآورد پروژه ها امری است طبیعی زیرا که مدیریت ها در رابطه با تأثیر پروژه ها بر جریان نقدی بودجه هایشان در کوتاه مدت و دراز مدت و حساب سود و زیان و ترازنامه های سالانه ذینفع و حساس هستند چرا که عملکرد مدیریت ها از این طریق قضاوت می شود. مع الوصف ارزیابی مالی صرف در مورد طرحهای راه آهن کافی نبوده و این طرحها باید در رابطه با ارزش اقتصادی منافع و هزینه هایی که در مقایسه با سایر گزینه های بلافصل دیگر تولید می کنند بررسی شود. ²

در یک بررسی دقیق اقتصادی حتماً باید گزینه های موازی بررسی و مقایسه شوند. عدم بررسی
گزینه های موازی و صرفاً مقایسه قطارهای دیزل با قطارهای برقی نه یک بررسی اقتصادی که حداکثر یک نوع بهینه یابی است. بعلاوه مزایا و هزینه های مربوط به مقایسه اقتصادی طرحهای حمل و نقل محدود به دفاتر سود و زیان مؤسسات ذیربط نبوده و از آن فراتر می رود. بعنوان مثال صرفه جویی در وقت مصرف کننده کاهش مسایل ناشی از آلودگی صدا و آلودگی هوا به خصوص در نواحی شهری و در تونلها، کنترل سوانح را نیز شامل
می شود.

در این رساله ابتدا وضعیت حمل و نقل سریع در جهان ارائه شده و سپس به مطالعه مهندسی خط جهت استفاده در قطارهای برقی سریع و نیز بررسی لکوموتیوهای مختلف پرداخته می شود و تحولات اخیر در این زمینه بیان می گردد سپس کاربرد قطارهای سریع در یک مسیر خاص بررسی می گردد.

1ـ1ـ تاریخچه قطارهای سریع السیر

اولین شبکه راه آهن سریع السیر دنیا کار خود را در ژاپن در سال 1964 میلادی با قطارهای شینکانسن بین توکیو ـ اوزاکا کار خود را آغاز کرد. طول این خط 515 کیلومتر بوده است و دراین مسیر سرعتهای تجاری بالای 210 بدست آمده این محور شهرهای بزرگ و متوسط زیادی را بهم متصل می‌نماید. هم‌چنین 45 درصد جمعیت ژاپن دراین منطقه ساکن بوده و 70 درصد تولید ناخالص ملی(GNP) دراین محور تولید می گردد.[35]

تلاش برای رسیدن به سرعتهای بالا درراه‌آهن پدیده‌ای جدید نیست. اولین باردرسال 1825 درکشور انگلستان با استفاده ازقطاربخاری سرعت 47 بثبت رسید. بعد از آن درسال 1846 درکشور فرانسه بوسیله قطار بخاری با سرعت 120 رکورد جدیدی بثبت رسید و این روند ادامه پیدا کرده تاامروز رکورد این سرعتها از مرز 500 کیلومتری برساعت گذشته. مثلاً قطار مغناطیسی درطی سالهای اخیر به رکورد 552 رسید است اما قطار الکتریکی دارای رکورد سرعت 3/515 درفرانسه است.[35]

اما بعد ازظهور قطارهای سریع السیر درسال1964 در ژاپن، دراروپا عصر قطارهای سریع السیر با قطارهای فرانسوی درآلمانی آغاز شد. درسال 1983، فرانسه اولین خط جدید خود را برای TG
(قطار سریع السیر)، بین پاریس- لیون احداث نمود. فعالیت قطارهای بین شهری(ICE) از سال 1971 شروع شد. سرعت قطارهای ICE ، از سال 1991 بالغ بر 250 کیلومتر بر ساعت میباشد و خدمات رفاهی بالایی را نیز به مسافرین ارائه می‌دهد و امروزه این سرعت با نسل جدید قطارهای 3ICE آلمان به280 رسیده است. امروزه با توجه به این نکته که درسالهای اخیر، راه ‌آهن نسبت به جاده،بخش اعظم بازار حمل و نقل کالا را از دست داده، نیاز به احداث خطوط جدید سریع السیر برای قطارهای سریع السیر بسیار محسوس است. درسال 1970، درجامعه اروپا، حدود28درصد کالا و 10 درصد مسافر توسط قطار جا به جا می‌شد. دراواسط دهه 90 این میزان به 15 درصد برای کالا و6 درصد برای مسافر کاهش یافته است.. اما درسال 2000 با ایجاد یک شبکه ریلی اروپایی برای قطار‌های سریع السیر به وسعت 35 هزار کیلومتر، این روند دوباره معکوس شده است [35] .

در حال حاضر غیر از کشورهای فرانسه، ژاپن، آلمان، انگلستان، ایتالیا، سوئد، اسپانیا، بلژیک، هلند، استرالیا، کانادا، آمریکا، کره، چین، روسیه کشورهایی همچون تایلند، سنگاپور، ترکیه و تایوان و ... در صدد دستیابی به این تکنولوژی هستند.

1-1-1- تاریخچة مطالعات قطارهای سریع السیر در ایران

این پایان نامه بنا به نیاز کشورمان به وجود سیستم‌های قطار سریع السیر بین شهری در ایران اتخاذ شده است . در حالیکه تاریخچه مطالعات مربوط به قطارهای سریع السیر در ایران به قبل از انقلاب اسلامی ایران بر می‌گردد (مطالعات مقدماتی مربوط به خط تهران – مشهد توسط شرکت مشاوره توسعه راه آهن
ژاپن JARTS) و بعد از انقلاب و بهتر می‌توان گفت بعد از جنگ تحمیلی با توجه به نیاز کشور و می‌توان گفت تمامی کشورهای دنیا به این سیستم اوایل دهه 70 شمسی کار مطالعات خط تهران – قم – اصفهان سال 1375 توسط شرکت مترا به انجام رسید و توجیه اجتماعی و اقتصادی این طرح نیز در همین سال به اتمام رسیده اما کماکان این خط بدلیل مشکلات(بیشتر مالی)دولت ناکام مانده است. این در حالی است که در طرح راه آهن 1400 ایران پیش‌بینی شده که سه خط تهران - مشهد و تهران – اصفهان و تهران – تبریز در این سال دارای قطار سریع السیری 350باشند. در حالیکه رکورد سرعت قطارها در دنیا از مرز 550و در قسمت مسافری‌ 350 است اما کماکان ما با اجرای طرح راه آهن سریع السیر تهران – اصفهان با مشکل مواجه هستیم. اما دولت تضمین کرده که در سال 1385 این طرح کلید بخورد سرعت قطار این خط در حدود 250 است.]20[

1ـ2ـ تاثیرات غیر مستقیم و تاثیرات فرهنگی ـ اجتماعی قطارهای سریع السیر

امکان دسترسی به سرعتهای بالا عرصه جدیدی را به روی راه آهن باز کرده است. قطارهای سریع السیر تنها به عنوان جایگزینی کارا در مقابل حمل و نقل جاده‌ای و هوایی نبوده بلکه میتوانند نقش تکمیلی برای دیگر روشهای حمل و نقل ایفا نموده و به ایجاد یک سیستم حمل و نقل هماهنگ و اقتصادی کمک نمایند.

بعد از ساخت راه آهن در سال 1825 میلادی در انگلستان و تولید راه آهن به عنوان سیستم حمل و نقل عمومی جدید ثابت شده است که راه آهن سهم بزرگی در جوامع انسانی، اقتصادی و پیشرفت آنها تا به امروز داشته است. بالا و پایین زیادی در زمینه پیشرفت راه آهن وجود داشته است. ولی اخیراً ثابت شده است که راه آهن توانایی رقابت با هواپیما و دیگر مدهای حمل و نقل را داراست و اگر تلاشهای خود را بهبود در سرعت و خصوصیات عملیاتی بیشتر کند گوی سبقت را حتی از هواپیما خواهد ربود. هم‌چنین فواید راه آهن در قبال ایمنی، مصرف انرژی و آلودگی محیطی که به عنوان معضل قرن بیست و یکم هستند بر همه گواه است. بر اساس اطلاعات اخیر کسب شده در ژاپن سهم راه آهن از مصرف انرژی هواپیما و اتومبیل است و از لحاظ آلودگی محیط زیستی و تولید گاز CO₂ هواپیما و اتومبیل است. [19]

یک شبکه راه آهن سریع السیر دارای مزایای غیر مستقیم زیر است:

1ـ بهبود در روابط بازرگانی و اقتصادی بین کشورها

2ـ مشارکت در سازماندهی دوباره شرکتهای راه آهنی

3ـ کمک به توسعه و گسترش سریعتر تکنولوژیهای نوین

4ـ تشویق توسعه محلی و خروج از تمرکز زدایی

اما به نظر می‌رسد قطارهای سریع السیر دارای تاثیرات متعدد فرهنگی ـ اجتماعی نیز هستند که از آن جمله می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد:

الف) عامل سرعت انتقال تجربیات و اطلاعات را بیشتر فراهم نمود. در نتیجه همسازی فرهنگی و تحول فرهنگی افزایش می‌یابد و فرهنگها به یکپارچگی بیشتری گرایش می‌یابد به عبارت دیگر نوعی هم‌گرایی و وحدت فرهنگی را تشدید می‌کنند.

ب) حجم کالاها کاهش می‌یابد اما ارزش اقتصادی و بهره‌وری بازرگانی آنها بیشتر می‌شود.

ج) سرعت گرایش به صنعت‌های ظریف را تشدید می‌کند بنابراین نیروی فعال جامعه به سمت دانشها و تکنیک‌های چون الکتروینک، مخابرات و رایانه‌ها گرایش عمده‌تری پیدا می‌کنند.

د) عوارض زیست محیطی به شدت کاهش پیدا کرده و آلودگی‌های شیمیایی، صوتی، هوا، خاک و آب قابلیت کنترل بیشتری می‌یابد.

هـ) شکل فیزیکی شهرها تغییر کرده و جغرافیای فضایی جدید را پدید خواهد آورد.

این اثرات دنیای پیشرفته را بر آن داشته است که تلاش کند تا هر چه سریعتر تکنولوژی را توسعه دهد. بنابراین دستیابی به توسعه پایدار در تمامی ابعاد ضرورتاً با دستیابی به تکنولوژیهای سریع گره خورده است . ضرورت توسعه هماهنگ و یکپارچه و دستیابی به راهکارهایی که انسان را در زمان محدودتر و با هزینه کمتر به مقصود برساند، خود دلیل ضرورت توسعه تکنولوژی قطارهای سریع السیر در جهان است زیرا تحولات اجتماعی- اقتصادی ساختاری را ایجاد می‌کند که متناسب با آن ساختار همه فعالیتها و نقش‌های جامعه و انسان شکل می‌گیرد. ساختار دنیای فعلی بدون بهره‌گیری از قطارهای سریع، ساختاری ناهماهنگ و ناقص خواهد بود. ضروتاً دستیابی به توسعه هماهنگ با استفاده از تکنولوژی قطار سریع السیر میسر است .

2ـ1ـ سرعت در راه‌آهن

سرعت در تکنولوژی باعث می‌‌شود که فواصل کشورهای قوی و ضعیف هر روز بیشتر شود. سرعت در کارهای مختلف اثرات متفاوتی بجای می‌گذارد، به عنوان مثال در رشته‌های پزشکی، اقتصاد، ساختمان،
علوم هر روز شاهد عجایب بیشتری هستیم که بهتر است اسم آن را پیشرفت بگذاریم ولی سرعت در وسایل
حمل و نقل نظیر هواپیما، کشتی، مترو، راه‌آهن، اتوبوس باعث می‌شود که سایر موارد فوق‌الذکر سریعتر
دچار تغییر و تحول بشوند. دنیای امروز دنیای سرعت است و کسانی موفق‌ترند که وسایل حمل و نقل
مجهزتر و تندروتری در اختیار دارند ارزش سرعت بر حسب زمان و کیلو متر و یا مایل سنجیده می‌شود.
کیفیت سرعت در جاهای مختلف و وسایل مختلف متفاوت است ارزش سرعت برای افراد جوامع گوناگون
فرق دارد مسلماً یک نفر پزشک برای سرعت ارزش بیشتری قائل است تا یکنفر آدم عادی زیرا پزشک
اگر دیر به اتاق عمل برسد جان بیمارش به خطر خواهد افتاد، یکنفر تاجر و یا یک نفر استاد دانشگاه و
یا یک مهندس تعبیرات گوناگونی در مورد سرعت خواهند داشت اما همه متفقاً این را باور دارند که
سرعت در همه چیز اثر می‌بخشد به زندگی به مبارزه به پیشرفت علمی و نیرو اولین گام برای رسیدن به
دنیای بهتر و پیشرفته اینست که برای دقت خود ارزش قائل شویم و این در صورتی میسر است که حمل و نقل و وسایل ارتباطی خوب و مجهزی داشته باشیم. چرا مردم هواپیما را به راه‌آهن در کشورمان ترجیح می‌دهند به دلیل اینکه چهارده ساعت زمان سیر با یکساعت پرواز قابل قیاس نیست. آیا همه ما که گوشه‌ای از امور را به دست داریم مسئول نیستیم. ضررهای ناشی از دیر رسیدن چه لطمه‌هایی به مسافرین وارد خواهد کرد و آنان را از رسیدن به اهداف خود مأیوس خواهد کرد..

2-2- سرعت بازرگانی

در راه آهن هر گاه صحبت از سرعت میشود مفهوم سرعت فیزیکی و سرعت تجارتی ممکن است مورد نظر باشد. منظور از سرعت فیزیکی متوسط زمان حرکت از مبدا به مقصد، بدون در نظر گرفتن زمانهای تخلیه و بار گیری و توقف‌های بین راهی می‌باشد.

به منظور در نظر گرفتن زمانهای تخلیه، بار‌‌گیری، معطلی‌های بین راه در هنگام بازدیدها و توقف‌های موجود در ایستگاه‌های تشکیلاتی، پارامتر دیگری به نام سرعت تجاری در نظر گرفته می‌شود. نحوه تعیین سرعت تجارتی استفاده از روشها و فرمولهای خاص می‌باشد که شرح آنها از حوصله این بحث خارج است ولی آنچه مورد توجه ماست مقدار سرعت فیزیکی و تجارتی می‌باشد، بدین گونه که سرعت فیزیکی در راه ‌آهن هم‌اکنون در حدود 60 تا 70 کیلو متر در ساعت می‌باشد و حال آنکه سرعت تجاری در سالهای گذشته 3 /4 کیلو متر در ساعت بوده است و این در حالی است که سرعت تجاری در همان سالها در دنیا حدود 45 کیلو متر در ساعت بوده است. [6]

پایین بودن سرعت تجاری به عوامل متعددی بستگی دارد که اهم دلایل آن به شرح زیر است:

1-مکانیزه نبودن ایستگاههای تخلیه و بارگیری جهت بارهایی که تخلیه و بارگیری آنها بر عهده راه آهن می‌باشد.

2-عدم توانایی تخلیه و بارگیری توسط مالکان بار که تخلیه و بارگیری بر عهده آنان می‌باشد.

3-تک خطه بودن راه‌آهن که قابلیت افزایش سرعت فیزیکی را از راه‌آهن می‌گیرد.

در صورتی که قابلیت تخلیه و بارگیری در ایستگاههای راه ‌آهن بالا باشد، سرعت حمل و نقل و در نتیجه راندمان حمل و نقل باری نیز بالا خواهد رفت، نکته جالب توجه در این جا این مسئله است که واگن‌های راه‌آهن به دلیل ضعف درقدرت تخلیه و بارگیری، اغلب به صورت انبار نگهداری کالا درمی‌آید وچون هزینه انبارداری درقبال نگهداری بار به هنگام رسیدن کالا به مقصد دریافت نمی‌گردد، مالکان کالا ترجیح می‌دهند که کالای خودرا دیرتر تخلیه نمایند، هم‌چنین دربعضی مواقع که امکان تخلیه درمقصد نباشد بالاجبار راه‌آهن بار را به ایستگاه‌های دیگر حمل می‌کند (به ‌دلیل اینکه عوایدی ازحمل مجدد کالا دریافت نمایند)واین خود ضربه‌ای به حمل و نقل کشور وارد می‌سازد. یکی ازمراکز تخلیه و بارگیری راه‌آهن که درشهر یزد مستقر می‌باشد دارای سیستم تخلیه و بارگیری مکانیزه می‌باشد واین مرکز به تنهایی توانسته است سرعت تجارتی رایک کیلومتر برساعت اضافه کند. پارامترهای بسیاری دربالا بردن سرعت تجارتی راه‌آهن تاثیر خواهد داشت که اهم آن موارد به قرار ذیل است:

1-مکانیزه بودن مبادی بارگیری و مقاصد تخلیه بار

2-تعیین نیروی کشش سالم

3-استفاده ازپرسنل کارآمد موجود درراه‌آهن

4-پیش‌بینی واگن‌های سالم

5-رسیدگی دقیق به نگهداری خط

6-منظم بودن ارتباط ایستگاههای بین راهی (یعنی هرایستگاه دقیقاً بداند که در چه زمانی قطار به ایستگاه می‌رسد)

7-بارگیری و تخلیه درب به درب (یعنی بارها ازواگن به طور مستقیم به کامیون حمل شده وبه مقصد منتقل شود)

موفقیت زمانی حاصل می‌شود که به سرعت بازرگانی نیز توجهی داشته باشیم اصولاً برای بالا بردن سرعت بازرگانی بایستی کلیه توقفهای مسیر علاوه بر افزایش سرعت لازم قطار کاهش یابد تا قطار حاصل در اسرع وقت به مقصد برسد این توقفها شامل موارد ذیل می‌باشد:

1ـ تلاقی‌های غلط (بواسطه کنترلر اشتباه)

2ـ تعمیری شدن واگن

3ـ توقف بی‌مورد درایستگاه

4ـ گذرگاههای همسطح

5ـ خرابی نیروی کشش

6ـ کمبود خط درایستگاهها

7ـ مانورهای اضافی جهت تشکیل وتنظیم

8ـ شکستگی ریل

9ـ خرابی علائم وارتباطات

10ـ مسائل جوی

11ـ عدم اجرای مقررات صحیح از طرف مامورین سیروحرکت

2ـ3ـ قطار سریع السیر

معمولاً به ریلی اطلاق می‌شود که خدمات ویژه راه‌آهن را با سرعت 200 تا 300 کیلومتر
بر ساعت پوشش دهد. همانطور که می‌دانیم اولین قطار سریع السیر اولین بار درژاپن درسال 1964 به بهره‌برداری رسید. که این قطار مسیر توکیو- ناگویا- اوزاکا را بطول 515 کیلومتر با سرعت 210 کیلومتر برساعت پوشش می‌داد. زمان سفرطی شده حدوداً سه ساعت و 10 دقیقه با میانگین سرعت 162 کیلومتر بر ساعت
بوده است. [28]

2-3-1- فواید راه‌آهن سریع السیر

فایده اصلی آن، کاهش زمان سفر برای مسافرین است اما فواید مهم دیگر آن درارتباط با کیفیت سفر عبارتند از:

• § تواتر(فرکانس)
• § برنامه زمان‌بندی سیرو حرکت
• § سطح بالای راحتی
• § هزینه‌های سازه‌ای مطابق با نیازهای مسافرین
• § تکمیل مدهای دیگر حمل و نقل
• § خدمات بیشتر درایستگاهها

2-3-2- چگونه این فواید بدست می‌آیند؟

اجزایی که در به انجام رساندن این فواید موثر هستند عبارتند از :

1ـ بخش زیر سازه، که شامل خصوصیات بالقوه در استقرار خط، شعاع قوس درجاهای ویژه و تجهیزات ثابت (تبدیل راه‌ آهن بخاری به برقی، علائم و ارتباطات)

2ـ خود قطارهای سریع السیر، طراحی آنها و تجهیزات بکار رفته که ایمنی و عملکرد آنها را بهبود می‌بخشد .

3ـ اهداف عملیاتی(تجارتی)

4ـ سیاستگذاری بر روی کرایه‌های سیر وحرکت

2-3-3- تاثیرات افزایش خدمات راه‌آهنی (تاثیرات مثبت قطار سریع السیر)

افزایش خدمات راه آهن تأثیرات مثبتی دارد که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1ـ کاهش زمان سفر: که باعث جلوگیری از هدر رفتن زمان مفید مسافرین می‌شود که نمونه‌ای از این کاهش زمان سفرها عبارتند از:

جدول 2-1- مقایسه زمان سفر در دو حالت قطار عادی و سریع السیر در سال 1998 مـیلادی در اروپا ]28[

زمان سفر فعلی (سریع السیر)	زمان سفر قبلی (عادی)	مبادی سفر
2 ساعت و 30دقیقه 2ساعت 2 ساعت و 15 دقیقه 3 ساعت 1 ساعت و 20 دقیقه 1 ساعت و34 دقیقه 2ساعت 1 ساعت و 35 دقیقه	6 ساعت 4 ساعت 6 ساعت 5 ساعت و 15 دقیق 2 ساعت و 35 دقیقه 3 ساعت و 45 دقیقه 3 ساعت و45 دقیقه 3 ساعت	توکیو-اوزاکا پاریس- لیون سویل-مادرید پاریس-لندن پاریس-بروکسل برلین- هانوفر هانوفر- ولفسبورگ فلورانس- رم

2ـ تواتر سرویس: فرکانسهای بالای روزانه باعث جذب بیشتر مسافران می‌شوند که این روند را به دنبال دارند .

• § استفاده ازخدمات سریع السیر منجر به کاهش زمان سفر خواهد شد
• § این مسئله یک اخطار برای افزایش تقاضای ترافیک درآینده است
• § که این افزایش تقاضا منجربه نیاز به افزایش سرویس دهی میشود.
• § که این مسائل نیز باعث افزایش مجدد ترافیک می‌گردد.

3ـ راحتی: استفاده اززمان سفر درقطار برای کار، فعالیتهای فراغتی (مطالعه، موسیقی، فیلم)یا استراحت یک فرصت غیر قابل رقابت را نسبت به دیگر سیستم های حمل و نقلی فراهم می‌نماید. مسافر راه‌آهن می‌تواند درخلال سفر جابجا شود، به رستوران برود یابا کشیدن پاها درکریدور که با انطباقات ویژه‌ای طراحی شده است
استراحت نماید.

4ـ نرخ بلیط: بیشتر شرکتهای راه‌آهنی که از قطار سریع السیر استفاده می‌کنند نرخ کرایه خود را براساس امکانات، تطابق با عادات مسافرین و ارزیابی طبیعی آنها از سفرهاشان تعیین می‌کنند. اغلب کرایه‌ها در اروپا مورد رضایت مسافرین هستند اما امروزه می‌دانیم یک رقابت جدی بین هواپیما و قطار سریع السیر بخاطر نرخ کرایه‌هایشان وجود دارد.

5ـ خوش قولی (دقت درانجام کار): حمل و نقل هوایی بیشتر بر روی شلوغی و زمان تاخیر حساسیت دارد. بر اساس آمارهای منتشر شده از AEA ، 30 درصد هواپیماها در اروپا تاخیری بالای 15 دقیقه درسال 1999 داشته‌اند. حال آنکه سیستمهای سریع السیر منظم‌تر هستند. بطور مثال درکشور اسپانیا 8/99 درصد آنها سر موعد مقرر به ایستگاه می‌رسند.[28]

همچنین OCED اعلام کرده است که هزینه شلوغی جاده‌ها حدود %2 تولید ناخالص ملی است که اجرای شبکه راه‌آهن سریع السیر درکل اروپا می‌تواند آنرا به 12/0 درصد تقلیل دهد .

2-3-4- مقایسه کوتاه با هوا و جاده

قطار سریع السیر در رقابت با هواپیماست و هم به عنوان مکمل آن به حساب می‌آید. برای فواصل کوتاهتر از 500 کیلومتر و زمان سفر کمتر از 2 ساعت و30 دقیقه بسیار مفید است و حتی می‌تواند 90 درصد سهم جاده را مثل خط بروکسل- پاریس به سمت خود بکشد. [28]

ولی برای خطوط با فاصله 1000 کیلومتر سیستم‌های هواپیمایی بار ترافیکی بیشتری را بدوش می‌کشند. در ارتباط با خطوط هوایی که برتری آنها در پروازهای دراز مدت هستند، قطار سریع السیر یک نقش اساسی را برای خطوط هوایی ایفا می‌کند. تجربه نشان می‌دهد که ارتباط بین شبکه‌های هوایی و ریلی باعث جذب مسافرین بیشتری می‌شود. زیرا انعطاف‌پذیری شبکه حمل و نقل هوایی غیر قابل شکست بودن هواپیما را یاد آوری می‌کند. هم‌چنین قطار سریع السیر نیازمند حجم سرمایه‌گذاری زیاد و تواتر فوق العاده می‌باشد. [28]

سیستم‌های جاده‌ای نیز 95 درصد سفرهای زیر 100 کیلومتر را بخود اختصاص می‌دهند. بخصوص سفرهای درون شهری و حومه شهری نیز مختص این قسمت هستند زیرا مبداء مقصد سفرهای شهری زیاد مهم نیست . [28]

براساس مطالعات انجام شده توسط راه‌آهن سریع السیر اروپا و اتحادیه بین المللی راه‌ آهنها UIC)) تخمین زده شده که بین سالهای 1990 تا2010 میزان کل مسافرین به %1 درسـال افزایش پیدا کند ( 3 درصد افزایش در کیلومتر ـ مسافر) بنابراین اجزای شبکه راه‌آهن اروپا می‌تواند در طی این سالها 78 درصد افزایش در ترافیک ریلی را ایجاد کند که 55 درصد جذب از جاده و 45 درصد از هوا خواهد بود. سهم خدمات ریلی نیز برای مسافتهای درحدود 80 کیلومتر می‌تواند از14 درصد به 24 درصد افزایش پیدا کند. ]28[

2-4- معرفی برخی از عوامل و شاخص‌های تصمیم گیری درارزیابی پروژه‌های راه‌آهن سریع السیر

یکی از شاخص های تصمیم گیری در ارزیابی پروژه های راه آهن سریع السیر پراکندگی جمعیت و تولید ناخالص ملی (GNP) است که در ذیل به آن می پردازیم.

2-4-1- پراکندگی جمعیت وتولید ناخالص ملی (GNP)

تراکم جمعیت و تولید ناخالص ملی از مهمترین معیارهای تصمیم گیری برای احداث راه ‌آهن سریع در یک منطقه بوده و خود شاخص رشد اقتصادی و زاینده ترافیک مسافر و بار می‌باشند. البته ترافیک در یک منطقه با توجه به رشد اقتصادی و افزایش جمعیت، افزایش خواهد یافت که این مطلب باید در برآورد ترافیک آینده آن منطقه در نظر گرفته شود. به عنوان مثال در کشور کره جنوبی در مسیر سئول- پوسان، 64 درصد جمعیت کشور پراکنده شده است و 69 درصد تولید ناخالص ملی تولید میگردد. دراین مسیر 65 درصد ترافیک مسافر و
65 درصد ترافیک بار در کل کشور حمل می‌گردد. بهمین دلیل برای جوابگویی به ترافیک این مسیر پروژه قطار سریع السیر در دست اجرا می‌باشد. [29]

2-4-2- افزایش سرعت، کاهش زمان سفر، افزایش ظرفیت ترافیکی

به خاطر سرعت بالا تعداد قطارها افزایش یافته، لذا در قطارهای سریع السیر زمان سفر کاهش قابل
توجهی داشته و ظرفیت حمل و نقل مسافر نیز افزایش می‌یابد. این در حالی است که رسیدن به چنین سرعتهایی و برخورداری از ظرفیت بالا از جاده امکان پذیر نیست. بدیهی است کاهش زمان سفر مبادلات تجاری را نیز گسترش می‌دهد، بهرحال اگر افزایش سرعت به افزایش مصرف انرژی یا هزینه‌های تعمیراتی، یا
صدمه به محیط زیست منجر شود، تجارت یا صنعت آن را نمی پردازد. مشکل چگونگی حل این تناقضات
پیچیده به روش فنی می‌باشد. در بین مردم یک علاقه‌مندی همگانی برای افزایش سرعت وجود دارد
که این علاقه‌مندی به عنوان نیروی پیش برنده پژوهشهای آینده راه ‌آهن های سریع السیر می‌باشد.
در هر حال چنین راه‌آهن سریع السیری را نمی‌توان موفق خواند مگر آنکه تکنولوژی جدید مسائل
محیط زیستی را حل و تجارت را تضمین نماید. در رابطه با افزایش ظرفیت حمل درمقایسه با حجم سرمایه‌گذاری لازم، شاخص راندمانی به صورت نسبت افزایش ظرفیت ترافیکی تقسیم بر کل هزینه سرمایه‌گذاری قابل تعریف می‌باشد. به عبارت دیگر:

	افـزایش ظرفیت ترافیکـی کل هزینه سرمایه گذاری

[2-1] = شاخص راندمان

برای روشن‌تر شدن این بحث بررسیهای انجام شده در راه آهن سریع سئول ـ پوسان به عنوان مثال:
مطرح می‌گردد. در این بررسی راه‌ آهن سریع با دو راه حل دیگر برای پاسخگویی به ترافیک سنگین این مسیر مقایسه گردیده است (جدول 2-2). این دو راه حل عبارتند از: بهبود راه آهن موجود و ساخت
آزاد راه چهار خطه.

جدول 2-2 مقایسه راه حل‌های مختلف حمل و نقل در مسیر سئول ـ پوسان (کره جنوبی)

حداکثر سرعت ()	هزینه سرمایه‌گذاری (میلیارد دلار)	افزایش ظرفیت ترافیکی (نفر درروز)	روشهای مختلف
150 110 300	8/2 5 7	000/40 000/250 000/520	بهبود خط راه‌آهن ساخت یک آزاد راه چهارخطه ایجاد یک سیستم سریع السیر

همانطور که در جدول 2-2 دیده می‌شود بهسازی خط راه آهن موجود، افزایش ظرفیت ترافیکی قابل توجهی ایجاد نمی‌کند، چون قطارهای باری با سرعت کمتر ناچار از همین خط استفاده می‌نمایند. با احداث راه‌ آهن سریع السیر زمان سفر این مسیر به یکساعت و 40 دقیقه کاهش خواهد یافت (در مقایسه با 10 ساعت زمان سفر از طریق جاده). شاخص راندمان برای آزاد راه 37/3، راه‌ آهن سریع 9/4، بهسازی خط 1 گزارش
شده است. [29]

2-4-3- مصرف انرژی

در ارزیابی پروژه‌های حمل و نقل مصرف انرژی از جمله شاخص‌های مهم می‌باشد. این شاخص بصورت مصرف انرژی به ازا مسافر ـ کیلومتر برحسب کیلو ژول قابل تعریف می‌باشد. بدیهی است روشهای حمل و نقلی با مصرف انرژی کمتر بیشتر مورد توجه قرار می‌گیرند. به عنوان مثال این شاخص برای راه ‌آهن 609، هواپیما 1758، خودروی شخص 2325 می‌باشد. یعنی راه ‌آهن از دیگر روشهای حمل و نقلی کم مصرف‌تر است
و این درحالی است که نوع سریع السیر آن در مقایسه با جاده و حتی هواپیما از سرعت خوبی
برخوردار است. [29]

ارزیابی اقتصادی و فنی و راه اندازی قطار سریع السیر در مسیر تهران ـ زنجانطرح توجیهی ارزیابی اقتصادی و فنی و راه اندازی قطار سریع السیر در مسیر تهران ـ زنجاندانلود ارزیابی اقتصادی و فنی و راه اندازی قطار سریع السیر در مسیر تهران ـ زنجانعمرانارزیابی اقتصادی و فنیراه اندازی قطار سریع السیر در مسیر تهران ـ زنجانارزیابی اقتصادیسرعت در راه

فرآیند تولید سیمان

با توجه به تحولات قرن اخیر که در کلیه علوم و فنون منجمله در صنعت ساختمان سازی ایجاد گردیده با توجه به رشد روزافزون جمعیت و احتیاج به گسترش شهرها، کارشناسان متوجه شدند که اگر شهرها به طرو افقی گسترش یابد رسانیدن سرویس های شهری مانند آب و برق ، تلفن، گاز و همچنین پست و آسفالت و غیره به شهروندان با مشکل مواجه خواهد گردید بدین لحاظ تشخیص دادند که شهره

دسته بندی	عمران
بازدید ها	0
فرمت فایل	doc
حجم فایل	87 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	94

فروشنده فایل

کد کاربری 2106

تمام فایل ها

فرآیند تولید سیمان

فهرست

عنوان................................................................................................. صفحه

مقدمه------------------------------------------------

تاریخچه رواج سیمان در ایران------------------------------

مواد تشکیل دهنده سیمان پرتلند-----------------------------

روند تهیه سیمان----------------------------------------

معادن-----------------------------------------------

سنگ شکنها-------------------------------------------

آسیاب کردن مواد---------------------------------------

خشک کن مقدماتی---------------------------------------

پودر کردن مواد اولیه------------------------------------

روش تر----------------------------------------------

روش خشک-------------------------------------------

تفاوتهای روش خشک و تر---------------------------------

آزمایش نهایی----------------------------------------------

کوره های پیش گرم کن-----------------------------------

سیمان پزی--------------------------------------------

کوره های سیمان پزی------------------------------------

مراحل مختلف پخت--------------------------------------

مدت زمان تهیه سیمان------------------------------------

کلینگر------------------------------------------------

آسیاب کردن کلینگر--------------------------------------

درشتی دانه های سیمان-----------------------------------

روند تهیه سیمان----------------------------------------

انواع سیمان پرتلند از نظر جنس-----------------------------

سیمان پرتلند نوع (1)-------------------------------------

سیمان پرتلند نوع (2)-------------------------------------

سیمان پرتلند نوع (3)-------------------------------------

سیمان پرتلند نوع (4)-------------------------------------

سیمان پرتلند نوع (5)-------------------------------------

سایر انواع سیمان پرتلند-----------------------------------

سیمان پترلند ممتاز--------------------------------------

سیمان زودگیر-----------------------------------------

سیمان ضد سولفات--------------------------------------

سیمان هوازا-------------------------------------------

سیمانهای رنگی-----------------------------------------

سیمان چاه کنی-----------------------------------------

سیمان روباره------------------------------------------

سیمان پوزولان---------------------------------------------

سیمان انبساطی-----------------------------------------

سیمان برقی-------------------------------------------

سیمان بنایی-------------------------------------------

انبار کردن سیمان---------------------------------------

کوره گردنده خفته---------------------------------------

اجزاء کوره گردنده خفته----------------------------------

کوره اصلی--------------------------------------------

رینگها-----------------------------------------------

دنده کوره ها ------------------------------------------

غلطکها-----------------------------------------------

خنک کنها---------------------------------------------

آب بندی سروته کوره------------------------------------

نسوزکاری داخل کوره------------------------------------

سوخت کوره-------------------------------------------

درجه پربودن کوره--------------------------------------

شیب کوره--------------------------------------------

دور کوره---------------------------------------------

میزان بار کوره-----------------------------------------

سرعت حرکت مواد در کوره-------------------------------

سیمان پرتلند-------------------------------------------

فشرده از تاریخچه روند تولید در کارخانه های سیمان-------------

روند تولید--------------------------------------------

معادن مواد اولیه مواد اصلاحی و افزودنی----------------------

معدن سنگ آهک----------------------------------------

معدن خاک رس-----------------------------------------

معدن مخلوط------------------------------------------

معدن سنگ گچ-----------------------------------------

سنگ آهن---------------------------------------------

معدن سنگ سیلیس--------------------------------------

سنگ هماتیت-------------------------------------------

موارد مصرف تیپهای مختلف سیمان--------------------------

واحد سنگ شکن و آسیای خاک-----------------------------

واحد آزمایشگاه----------------------------------------

آزمایشگاه فیزیک----------------------------------------

آزمایشگاه شیمی----------------------------------------

واحد مواد خام-----------------------------------------

الکتروفیلتر--------------------------------------------

واحد کوره--------------------------------------------

پیش گرم کنها------------------------------------------

کوره هزار تنی-----------------------------------------

خنک کنها---------------------------------------------

واحد آسیای کلینگر و تولید سیمان---------------------------

تولید گاز اکسیژن---------------------------------------

کیسه سازی-------------------------------------------

تولید شن و ماسه---------------------------------------

ریخته گری--------------------------------------------

بارگیری----------------------------------------------

مرکز خدمات مهندسی------------------------------------

مقدمه سیمان

با توجه به تحولات قرن اخیر که در کلیه علوم و فنون منجمله در صنعت ساختمان سازی ایجاد گردیده با توجه به رشد روزافزون جمعیت و احتیاج به گسترش شهرها، کارشناسان متوجه شدند که اگر شهرها به طرو افقی گسترش یابد رسانیدن سرویس های شهری مانند آب و برق ، تلفن، گاز و همچنین پست و آسفالت و غیره به شهروندان با مشکل مواجه خواهد گردید بدین لحاظ تشخیص دادند که شهرها باید به طور عمودی گسترش یابد در نتیجه ساختمانهای یک یا دو طبقه قرون 18 و 19 به ساختمانهای بلند قرن بیستم تبدیل گردید رفته رفته مصالحی مانند آجر و آهک و ملاتهای کم مقاومت منسوخ و مصالح مرغوب تری که بتواند بارهای فشاری و کششی بیشتری را تحمل نماید مورد توجه قرار گرفت که در رأس آنها سیمان و انواع فولاد می باشد که روز به روز مراحل تکامل خود را طی نموده و هر لحظه در آزمایشگاههای مهم دنیا در اثر آزمایشات شبانه روزی انواع مرغوب تر و کامل تری از آن ارائه می گردد. بدین لحاظ جا دارد که در موردمطالعه و شناخت سیمان دقت بیشتری نموده تا آشنایی بیشتر با این مصالح پیدا کنیم باید توجه نمد هر لحظه ممکن است مطالعات و کیفیات آزمایشگاهی محصول جدیدتری را به دنیال صنعت را ارائه نمایند. پس در این قسمت سعی بر آن شده است که حتی المقدور در مورد مطالب کلی سیمان گفتگو شود.

سیمان یا سمنت واژه ای است که از لغت سمنتوم رومی گرفته شده و قدمت آن به بیش از میلادی می رسد. مصرف آن در ساختمان پانتئون شهر رم واقع در ایتالیا که مربوط سه 27 قبل از میلاد است دیده شده .

در ساختمان گنبد این بنا که 43 متر قطر دارد . مخلوطی از خرده سنگ و آهک پخته بکار رفته است ولی کشف سیمان به شکل امروز مربوط است به یک نفر انگلیسی بنام ژوزف اسیدین joseph espdn که از پختن آهک و خاک رس در حرارت بالا و آسیاب کردن موفق شد ابتدایی ترین نوع سیمان را کشف نموده و آن را در تاریخ 21 اکتبر 1824 بنام خود در انگلستان ثبت نماید و نام محصول بدست آمده را سیمان پرتلند گذاشت علت این نامگذاری همانطوریکه گفته شد سیمان از سنتوم رومی گرفته شده و پرتلند نام جزیزره ای است در انگلستان که رنگ سیمان پس از سخت شدن به رنگ سنگهای ساحلی این جزیره در می آید به همین دلیل نام پرتلند را دنبال سیمان برای آن انتخاب نممودند البته قبل از ژوزف اسپدین اشخاص دیگری در فرانسه و انگلستان از پختن خاک رس و سنگ آهک مصالح مشابهی بدست آوردند ولی هیچکدام کار خود را دنبال نکرده و محصول خود را ثبت نرسانیدند باید توجه نمودکه در بعضی از کتابهای ایرانی که در دسترس نگارنده بود اشخاص دیگری را به عنوان اولین نفر که سیمان را به ثبت رسانید معرفی می نمایند ولی در فرهنگ دهخدا و دایره المعارف فارسی تألیف غلامحسین مصاحب ژوزف اسپدین را به عنوان اولین نفر ذکر می کنند ولی آ«چه مسلم است که سیمان در اوایل قرن نوزدهم در انگلستان به ثبت رسیده و آن را ابتدا برای ساختن فانوس دریایی مورد مصرف قرار دادند.

تاریخچه رواج سیمان در ایران

بدیهی است منظور از تاریخچه سیمان در ایران یک تحقیق تاریخی نیست که بدانیم مثلاً اولین پاکت سیمان در چه تاریخی و یا به وسیله چه شخصی به ایران وارد شده است بلکه منظور این است که نگاه مختصری داشته باشیم به تاریخ سیمان ایران.

اولین کارخانه سیمان با تولید روزانه 100 تن در نزدیکی شهر ری در تهران احداث و در سال 1312 آغاز به کار کرد و تا تاریخ 1334 به تدریج با افزودن واحدهای دیگر به این مجموعه ظرفیت این کارخانه به 600 تن در روز رسید ولی به علت شروع عملیات ساختمانی و راه سازی این مقدار سیمان جوابگوی نیازهای کشور نبود و به تدریج در نقاط دیگر مملکت کارخانه های بزرگ سیمان دایر گردید از جمله سیمان تهران – سیمان شمال – سیمان مشهد – سیمان فارس – سیمان ارومیه و سیمان آبیک که تعداد آنها در حدود 20 کارخانه بوده تولید روزانه آنها فعلاً در حدود بیست میلیون تن در سال می باشد که هنوز جوابگوی مصرف داخلی نبوده و مجبور به واردات سیمان
می باشیم.

مواد تشکیل دهنده سیمان پرتلند

بایدتوجه نمود رایج ترین و پرمصرف ترین سیمان مورد استفاده در صنعت ساختمان سازی اعم از پل – تونل – راه سازی و یا ساختمان سازی و غیره همان سیمان پرتلند است و ما در این بخش بیشتر به ذکر مشخصات این نوع سیمان می پردازیم . در ضمن اشاره کوچکی هم به سایر انواع سیمان می نمائیم. موادی که برای پختن سیمان به کوره می رود از دو ماده اصلی تشکیل شده که تقریباً شامل تمام مواد مورد نیاز سیمان پزی می باشد. این دو ماه عبارت است از خاک رس و سنگ آهک ولی اگر بخواهیم بطور مجزا مواد تشکیل دهنده سیمان را مطالعه نماییم آنها عبارتند از:

1- CaO (آهک زنده) به میزان 60 تا 70 درصد البته باید توجه نمود که در ابتدا بجای آهک زنده، سنگ آهک به کوره وارد می شود و در مراحل اولیه پخت CaCO3 به CaO و CO2 تبدیل گشته و CO2 متصاعد می شود و CaO در کوره باقی می مانده و در فعل و انفعالات شرکت می نماید.

2- سیلیس SiO2 در حدود 20%

3- اکسید آلومینیوم Al2O3 در حدود 6%

4- اکسید آهن Fo2O3 در حدود 4%

5- اکسید منیزیم MgO در حدود 3%

6- SO3,Na2O,K2O در حدود 4%

7- مواد دیگر در حدود2%

باید توجه داشت که ممکن است مواد فوق چند درصد کمتر و یا زیادتر وارد کوره بشود و این تفاوت مربوط می شود به جنس سیمان و سایر مشخصات فنی که بعداً درباره آن توضیح داده خواهد شد. اکسیدهای فوق ممکن است به صورت کربنات یا سولفات وارد کوره بشوند که در حرارت های اولیه تجزیه گشته و به اکسید تبدیل
می شوند مانند کربنات کلسیم که در کوره به اکسید کلسیم تبدیل
می شود و یا کربنات منیزیم MgCO3 که در حرارت های اولیه به MgO تبدیل می شود به هرحال سنگ آهک و خاک رس را به نسبت تقریبی 75 درصد آهک و 25 درصد خاک رس مخلوط می کنند و به کوره می برند. گاهی در طبیعت مخلوط سنگ آ]ک و خاک رس به نسبت مورد نیاز در صنعت سیمان پزی به طور دقیق یافت می شود به اختلاط از قبل برای بشر آماده شده است مارل (MARL) می گویند.

اگر در خاک رس کلیه مواد مورد نیاز سیمان یافت نشود می توان مورد نیاز به آن اضافه نمود این مواد اغلب از ضایعات کارخانجات صنعتی به دست می آید.

روند تهیه سیمان

در تمام طول تهیه سیمان از آغاز گاز که تهیه مواد اولیه است تا آخرین مرحله که بارگیری می باشد همیشه دو عمل مورد نظر است که در تمام مراحل تهیه سیمان می آید اعمال می شود.

اول مخلوط کردن مواد می باشد از ابتدا سعی بر این است که در تمام مراحل تهیه سیمان به هر وسیله که ممکن باشد کاری کنند که مواد مختلف سیمان با یکدیگر بهتر مخلوط شده و محصول یکنواختی تولید نماید حتی عمل مخلوط کردن در سیلوها نیز انجام می شود. دوم آزمایشگاه است در کلیه مراحل تهیه سیمان همیشه آزمایشگاه ناظر بر کار تهیه سیمان می باشد تا محصول بدست آمده مطابق مشخصات ارائه شده از طرف کارخانه می باشد در کارخانه های جدید به طور خودکار مقداری از محصول در مراحل مختلف تهیه مثلاً از روی
قسمت های نقاله حمل مواد و یا سیلوهای ذخیره مواد و یا هم زن ها و یا کوره های پیش داغ کن و غیره به آزمایشگاه برده می شود که اولاً درصد مواد تشکیل دهنده سیمان کنترل شده و آن را با مشخصات تعیین شده در کارخانه تطبیق نمایند و مواد کم یا زیاد آنرا تصحیح کنند در ثانی پراکندگی مواد مختلف در کل محصول مورد کنترل قرار گیرد تا اگر بعضی از اقلام محصول در نقطه متمرکز شده باشد به وسیله هم زن های مختلف این تجمع را پراکنده کرده تا حتی المقدور محصول یکنواختی بدست آید روش کار آزمایشگاه بدین گونه است که مثلاً در طول مسیر حرکت مصالح برای تهیه سیمان در نقاط مختلف تسمه های نقاله در زمانهای مساوی به طور خودکار دریچه ای باز شده و قسمتی از محصول به داخل جعبه ای می ریزد و این جعبه که بلافاصله در آن بسته می شود از کانالهایی که برای همین منظور ساخته شده است به طور خودکار بوسیله فشار هوا و با شیب طبیعی به آزمایشگاه هدایت می شود و به طرق مختلف این نمونه مورد آزمایش قرار می گیرد و کم و کسری ها در هر مرحله اصلاح می شود.

برای تهیه سیمان مراحل مختلف شرح داده شده در زیر انجام
می شود.

معادن

معمولاً کارخانه های سیمان در نقاطی احداث می شود که اولاً به معادن سنگ آهک و خاک رس و یا به طور کلی در صورت امکان به معادن مارل نزدیک باشد در معادن یا به صورت کمپرسور و یا بوسیله دینامیت خوراک کارخانه تهیه می شود و این مواد به نسبت دوری و نزدیکی معدن با کارخانه بوسیله کامیون و یا تسمه نقاله به کارخانه هدایت می شود باید توجه داشت که بعضی از مواد مانند خاک رس احتیاج به آتشکاری و انفجار نداشته و می توان آنها را از معدن مستقیماً بوسیله لودر و یا حداکثر بولدوزر جدا کرده و به وسیله لودر بازگیری نمود. درهر حال محصول دپو شده پس از آزمایش و اجازه آزمایشگاه به کارخانه حمل می شود.

2-سنگ شکن ها

این محصول پس از ورود به کارخانه مستقیماً به محل آسیاب ها برده شده و به وسیله سنگ شکن ها خرده می شود تا درشتی آن ه حداکثر حدود 10 سانتیمتر برسد و برای آسیاب کردن آماده گردند، در کارخانه های سیمان پزی برای مراحل مختلف خرد کردن محصول از سنگ شکن ها متفاوت استفاده می شود مانند سنگ شکن های فکی – ضربه ای – ساچمه ای و غیره در این مرحله بیشتر از سنگ شکن های فکی یا ضربه ای (چکشی) استفاده می گردد و بستگی به نوع و سختی مصالح استخراج شده از معدن ممکن است یک یا چند بار خرد شوند.

گاهی ممکن است این سنگ شکن ها در محل معدن باشد و محصول خارج شده از معدن بلافاصله به سنگ شکن ریخته شده و قطعات خرد شده سنگ به وسیله تسمه نقاله – واگن هوایی و یا کامیون به کارخانه حمل گردد که انتخاب وسیله حمل از معدن به کارخانه بستگی به فاصله معدن تا کارخانه دارد اگر این فاصله نزدیک باشد از تسمه نقاله و یا واگن هوایی استفاده میشود و اگر این فاصله دور باشد مثلاً در حدود 10 کیلومتر باشد از کامیون و یا واگن های زمینی استفاده می گردد. اگر سنگ شکن ها در محل معدن مستقر باشد باید حتماً از سنگ
شکن های متحرک استفاده گردد زیرا با بهره برداری مصالح معدن تدریجاً عقب نشینی می نمایند که در این صورت باید سنگ شکن ها هر روز سکوی تغییر دهند این سنگ شکن ها باید بتوانند روزانه حدود پنج یا شش هزار تن سنگ را در مدت 8 ساعت کار خرد نمایند البته این مقدار با بزرگی و کوچکی کارخانه متفاوت می باشد.

این مقدار سنگ خوراک کارخانه ای است که ظرفیت تولید سالیانه آن حدود یک میلیون تن سیمان می باشد البته باید توجه نمود که سنگ شکن ها باید به تعدادی باشند که محصول مورد نیاز کارخانه وسیله نیمی از آنها تأمین گردد و نیمه بقیه برای سرویس و آماده سازی تحت تعمیر باشند زیرا سنگ شکن ها با توجه به کار سنگینی که دارند همیشه در معرض خراب شدن و شکستن قطعات هستند بهرحال این مواد پس از آزمایش و تعیین درصد عناصر موجود و در صورت لزوم تصحیح عناصر به سالنهای ذخیره می روند.

3- آسیاب کردن مواد

با توجه به اینکه معمولاً کار کوره های سیمان پزی پیوسته بوده و شبانه روز کار می کنند ولی معدن و سنگ شکن های مقدماتی فقط روزها کار می کنند در این صورت باید همیشه سالنهایی برای ذخیره مواد موجود باشد بدین لحاظ محصول سنگ شکن ها به سالنهای ذخیره برده می شوند و در این سالنها هم مواد تشکیل دهنده محصول کنترل شده و تا حدودی بوسیله دستگاههای مخلوط کن این عناصر با یکدیگر مخلوط می گردد.

4- خشک کن مقدماتی

چون ممکن است بعضی از مواد اولیه هدایت شده به این سالنها دارای آب بیش از اندازه باشد مانند خاک رس که اغلب با رطوبت زیاد از معدن استخراج می شود و رطوبت زیاد آنها ایجاد مزاحمت در آسیابهای مرحله دوم می نماید بدین لحاظ این مواد را به وسیله هوای گرم که در قسمت های مختلف کوره اصلی تولید می شود خشک
می نمایند البته مصالح را به طرق مختلف خشک می کنند یکی از رایج ترین آنها کوره دوار است که رطوبت مواد را به میزان قابل ملاحظه ای پایین می آورد و مصالح را آماده برای پودر کردن می نماید بخاطر آب حاصل از خشک کردن مصالح با هواکش های مخصوص که در خشک کن تعبیه شده است به بیرون هدایت می شود.

5- پودر کردن مواد اولیه

برای آنکه مصالح برای هدایت به کوره آماده نمائیم باید آن را به صورت دانه های بسیار ریز در بیاوریم قطر این دانه ها نباید از 1/0 میلیمتر بیشتر باشد یکی از علل ریز کردن دانه ها آن است که هر چه مقدار سطح مخصوص (سطح واحد حجم و یا سطح واحد وزن) دانه بیشتر باشد سطح جذب حرارت بیشتر بوده و پخت سیمان سریع تر انجام می گردد و از حرارت کوره استفاده بیشتری می شود متداول ترین آسیاب برای پودر کردن مواد اولیه آسیاب های ساچمه ای یا آسیاب های گلوله ای می باشند این آسیاب ها تشکیل شده اند از یک استوانه که درون آن گلوله های فولادی به قطر های مختلف از 2 سانتیمتر تا 10 سانتیمتر قرار دارد این استوانه دارای حرکت دوارنی یکنواخت است و در نتیجه این دوران گلوله ها به بالا برده شده و سقوط می نمایند که در اثراین سقوط گلوله ها که ضربه ایجاد می کند. مواد داخل آسیاب را به اندازه دلخواه پودر می نماید. سرعت گردش آسیاب، کاملاً محاسبه شده می باشد. زیرا اگر این سرعت از میزان معینی سریع تر بچرخد گلوله ها تحت تأثیر قوه گریز از مرکز واقع شده و به بدنه آسیاب چسبیده و سقوط نمی کنند و اگر از میزان معینی کندتر بچرخد گلوله ها بالا نرفته و سقوط نمی کنند در نتیجه مواد به سرعت لازم کوبیده نمی شود. بهرحال این گلوله ها ماد را خرد کرده و به صورت پودر نرمی در می آورند پودر خارج شده از این آسیابها بوسیله آزمایشگاه کنترل شده و اگر درصد مواد و همچنین پراکندگی ذرات آن مورد تأیید باشد آماده رفتن به کوره سیمان پزی می گردد این مواد به دو روش به کوره سیمان پزی می رود . روش خشک و روش تر.

1- روش تر

اگر مقدار رطوبت موجود در مصالح از مقدار معینی بیشتر باشد (حدود 25%) و همچنین اگر متد و تجهیزات کارخانه اجازه بدهد در حین آسیاب کردن با افزودن آب رطوبت مواد را به 40% وزن مواد
می رسانند با این مقدار آب مواد را به صورت لجن در می آورند آنگاه این لجن را به حوضهای مخصوصی هدایت کرده که در وسط آن هم زنی موجود می باشد که مواد داخل شده به حوض را به خوبی مخلوط می کند این هم زن ها به صورت شانه بزرگی در مرکز حوض حول محور خود می چرخد و مواد وارد شده در حوضچه را به خوبی مخلوط می نماید این مصاح پس از مخلوط شدن به سیلوهای ذخیره هدایت می شود و پس از تأیید آزمایشگاه به کوره برده می شوند ضمناً در همین حوض ها کسری آب مواد به آن اضافه می گردد.

2- روش خشک

اگر آب موجود در مصالح کم باشد همانطوریکه گفته شد آن را به وسیله خشک کن های مختلف خشک کرده و آسیاب میکنند و آنگاه آنرا به سیلو می برند.

تفاوتهای روش خشک و تر

در روش تر بعلت آنکه نسبت به روش خشک گرد و خاک کمتری تولید می نمایند برای حفظ جان کارگران مناسب تر می باشد. سیمان حاصل از روش تر به علت آنکه بهتر مخلوط شده است مرغوب تر
می باشد هزینه سوخت سیمان پزی در روش تر بیشتر است در نتیجه سیمان گرانتر تمام می شود نگهداری مصالح به روش تر مشکل تر
می باشد زیرا دانه های موجود در لجن به نسبت وزن مخصوص خود رسوب می نمایند بدین لحاظ سیلوهای نگهداری مصالح به روش تر مجهز به مخلوط کن باشد که این ممکن است این مخلوط کردن به دمیدن هوا از پایین در سیلو انجام شود.

6- آزمایش نهایی

از نقاط مختلف هر سیلو نمونه برداری شده و به آزمایشگاه برده می شود اگر این نمونه با توجه به نوع سیمانی که باید تهیه شود دارای کلیه مواد مورد نیاز سیمان با درصد لازم بوده و پراکندگی مواد در آن مطلوب باشد آماده وارد شدن به کوره می باشد در این صورت آزمایشگاه اجازه پخت آنرا صادر می نماید ولی اگر درصد مواد مورد تأیید آزمایشگاه نباشد.

منتظر بارگیری سیلوی دوم می شوند زیرا ممکن است درصد مواد متشکله سیلوی دوم و اول به نسبتهای داده شده از طرف آزمایشگاه مواد مورد نیاز سیمان را شامل بشود و اگر نشد منتظر سیلوی سوم و چهارم وبالاخره سیلوی پنجم می نمایند و اگر باز هم با مخلوط کردن مواد این پنج سیلو مصالح دلخواه حاصل نشود آنگاه آزمایشگاه سیلوی ششم را با مصالحی که بتواند پنج سیلوی قبلی را اصلاح نماید تکمیل می نماید.

به این سیلو در کارخانه، سیلوی تصحیح می گویند این تصحیح مواد از معدن بوسیله انتخاب سنگهای مورد نیاز وسیله آزمایشگاه انجام شده و تا آسیاب اولیه و آسیاب دوم و تسمه های نقاله ادامه پیدا می کند در این صورت با درصد داده شده از طرف آزمایشگاه مصالح سیوها را مخلوط کرده و برای تغذیه کوره اصلی آماده می نمایند. مصالحی که برای رفتن به کوره آماده شده باشد خوراک کوره
می نماید.

هر کارخانه سیمان پزی به نسبت بزرگی و کوچکی دارای سیلوهای متعددی می باشد هر یک از سیلوها می تواند خوراک سه تا پنج روز کوره را تأمین نمایند و سیلوها از بالا تغذیه شده با توجه به اینکه وزن مخصوص مواد متشکله سیمان یکسان نیست ممکن است در اثر رسوب پراکندگی مواد به هم خورده و مواد همگن که از مهمترین اصول تهیه سیمان است وارد کوره نشود رسوب مواد و ناهمگن شدن آن در سیلوهایی که مواد را به صورت لجن در خود ذخیره می نمایند به مراتب بیشتر است برای جلوگیری از این موضوع سیلوها را مجهز به دستگاه همزن می نمایند که اغلب این هم زن ها ایرواسلاید (بادی) می باشد و با دمیدن هوا از پایین و عبور هوا از لابه لای مواد و خروج آن از بالا، مواد داخل سیلو همیشه در حال مخلوط شدن می باشد این سیلوها باید بتوانند به آسانی مواد ذخیره شده در خود را به کوره هدایت نمایند. جنس این سیلو معمولاً از بتون می باشد.

7- کوره های پیش گرم کن

مواد موجود در سیلوها دارای حرارت محیط می باشند که در حدود 15 تا 25 درجه سانتیگراد است و اغلب چه به صورت پودر و چه به صورت لجن دارای مقداری آب فیزیکی هستند که اگر به همین صورت وارد کوره شوند اولاً به مقدار قابل ملاحظه ای میزان مصرف سوخت بالا می رود در ثانی در کار پخت سیمان اخلال ایجاد می شود بدین لحاظ مواد درون سیلو قبل از ورود به کوره اصلی وارد کوره پیش داغ کن گردیده و در این کوره ها که با هوای گرم و گازهای هدایت شده از کوره اصلی گرم می شود آب فیزیکی و حتی آب تبلور مواد، متصاعد گشته و همچنین قسمت زیادی از کربنات کلسیم CaCO3 و کربنات منیزیم MgCO3 به اکسید کلسیم CaO و اکسید منیزیم MgO تبدیل می گردد. درجه حرارت مواد در این کوره ها تا حدود 300 درجه می رسد. ورود گازهای هدایت شده از کوره اصلی و مواد پودر ماننداز سیلوها به کوره پیش داغ کن طوری است که در کوره ایجاد گردباد
می نماید که این گردباد موجب معلق شدن مواد در کوره گردیده و در نتیجه میزان تماس مواد با هوای گرم زیاد شده و مواد با سرعت بیشتری خشک شده و آب آنها تبخیر گشته و حرارت آنها بالا می رود و همچنین این حرارت به متصاعد شدن CO2 کربنات کلسیم و کربنات منیزیم کمک می نماید در نتیجه به مقدار قابل ملاحظه ای در سوخت و وقت صرفه جویی می شود.

8- سیمان پزی

ایجاد فعل و انفعالات شیمیایی بوسیله حرارت دادن تا حدود 1500 درجه سانتیگراد به دانه های انبار شده در سیلوها تا حد عرق کردن سیمان پزی می گویند. به طوری که حدود بیست تا سی درصد مواد ذوب شده و باعث چسبیدن سایر دانه ها به یکدیگر بشود این دانه های جدید که به اندازه فندق می باشد و دارای رنگ قهوه ای روشن است کلینگر نام دارد.

9- کوره های سیمان پزی

الف – رایج ترین و متداول ترین کوره های سیمان پزی کوره گردنده خفته است که عبارت است از یک استوانه فلزی به طول تقریبی 100 متر و به قطر تقریبی 4 متر که کلفتی بدنه آن 20 تا 40 میلیمتر است در حدود 3 تا 4 درصد نسبت به افق شیب دارد و 5/1 تا 2 دور در دقیقه حول محور خود می چرخد. و این لوله بلند روی پایه هایی قرار دارد یک موتور با چرخ دنده حرکت دورانی آن راتأمین می کند که در مورد این کوره در آخر همین فصل توضیح داده خواهد شد.

ب – دیگر از انواع کوره های سیمان پزی کوره ایستاده می باشد. این کوره استوانه ای است به قطر حدود 3 متر که دهانه بالای آن گشادتر است طول این استوانه در حدود 10 متر است مواد سیمان را با رطوبت به صورت گلوله هایی به قطر تقریبی 10 سانتیمتر در
می آورند و آن را از بالا با ذغال کک به کوره می ریزند و کوره را از پایین آتش می کنند و پس از ریختن ، کلینگر را از زیر کوره خارج
می نمایند و از این نوع کوره ها تا ظرفیت روزانه 300 تن هم ساخته شده است

فرآیند تولید سیمانطرح توجیهی فرآیند تولید سیماندانلود فرآیند تولید سیمانعمرانسیمانتولید سیمانمواد تشکیل دهنده سیمان پرتلندروند تهیه سیمانواحد سنگ شکن و آسیای خاکسنگ شکن هامعدن سنگ گچدرجه پربودن کورهسیمان پوزولانموارد مصرف تیپهای مختلف سیمانخشک کن مقدماتیآزمایش نهاییکوره های پیش گرم کنسیمان پزیدانلود طرح توج

مهندسی ترابری

اصولاً هدف از برنامه ریزی و طراحی یک سیستم حمل و نقل تأمین جابجایی های مورد نیاز به وجود آمده انسان و کالا از مکانی به مکان دیگر می باشد این جابجایی ها یا نقل انتقال بایستی مطلوب و قابل قبول باشد بنابراین بایستی ارائه خدمات سیستم حمل و نقل طراحی شده دقیقاً با تقاضای حمل و نقل موجود متناسب باشد و دارای بازدهی حداکثر باشد در این خصوص مهندس طراح سیست

دسته بندی	عمران
بازدید ها	0
فرمت فایل	doc
حجم فایل	41 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	43

فروشنده فایل

کد کاربری 2106

تمام فایل ها

مهندسی ترابری

هدف: آشنایی و شناخت نکات و امور مرتبط با مهندسی ترابری و مسائل آن

سرفصل:

1- تعاریف و مفاهیم: تعریف و مفهموم حمل و نقل، حمل و نقل و نقش آن در توسعه، تاریخچه برنامه ریزی حمل و نقل در ایران و جهان

2- سیستم های حمل و نقل: آشنایی با سیستم های حمل و نقل، حمل و نقل زمینی، حمل و نقل دریایی، حمل و نقل هوایی

3- برنامه ریزی حمل و نقل: فرایند برنامه ریزی، برنامه ریزی حمل و نقل شهری، برنامه ریزی حمل و نقل ملی و منطقه ای

4- مدل های برنامه ریزی: تولید سفر، توزیع سفر، انتخاب طرق مختلف سفر، تخصیص ترافیک، کاربری های زمین، مدل کارایی حمل و نقل

5- مدیریت سیستم های حمل و نقل: مسائل حمل و نقل و مشکلات حمل و نقل ایران، ارزیابی طرحهای حمل و نقل، برنامه ریزی نیروی انسانی و سازماندهی

ترابری یا حمل و نقل به منزله رابطه یا کاتالیزوری است بین همه عناصر و اجزای تشکیل دهنده ساختارهای اجتماعی و اقتصادی و رابطی است بین عرضه و تقاضا یا نقاط تولید و مصرف کالا و خدمات اگر حمل و نقل را به منزله یک سیستم در نظر بگیریم باید به دو بخش اساسی آن توجه شود.

1- تأسیسات زیربنایی و اینکه در هر مسیری که دارای یک سری مشخصات هندسی و ترافیکی مخصوص به خود باشد بایستی مهندس طراح در انتخاب بهترین یا مطلوبترین حالت سیستم حمل و نقلی تمام شرایط از قبیل محیط، ملزومات، ساختمانها و شبکه ارتباطی و … را بررسی نماید.

2- تأسیسات روبنایی: شامل وجود تقاضای حمل و نقل، وجود عناصر حمل و نقل، طبقه بندی سیستم های حمل و نقل، وجود سیستم حمل و نقل درون شهری و برون شهری و وجود سیستم های کنترلی می باشد.

هدفهای اساسی و اولویت دار حمل و نقل:

اصولاً هدف از برنامه ریزی و طراحی یک سیستم حمل و نقل تأمین جابجایی های مورد نیاز به وجود آمده انسان و کالا از مکانی به مکان دیگر می باشد این جابجایی ها یا نقل انتقال بایستی مطلوب و قابل قبول باشد بنابراین بایستی ارائه خدمات سیستم حمل و نقل طراحی شده دقیقاً با تقاضای حمل و نقل موجود متناسب باشد و دارای بازدهی حداکثر باشد در این خصوص مهندس طراح سیستم حمل و نقل بایستی به عناوین و هدفهای اساسی و اولویت دار حمل و نقل توجه خاص داشته باشد این عناوین که به عنوان عناوین هشت گانه ملاک طراحی سیستم قرار می گیرند عبارتند از:

1- سیستم طراحی شده بایستی منظم و از الگوی مصرف اصولی تبعیت نماید.

2- سیستم حمل و نقل طراحی شده باید از ایمنی بالا برخوردار باشد.

3- سیستم بایستی برای استفاده کننده به طور فراوان در دسترس باشد.

4- سیستم طراحی شده حتماً بایستی در مقایسه با دیگر سیستم های موجود سریع باشد ملاک سرعت، حرکت و جابجایی می باشد.

5- سیستم بایستی دارای شبکه منظم، یکپارچه و جامع بوده و ارتباطات اتصالی سیستم ها به یکدیگر هماهنگی داشته باشد.

6- سیستم در چارچوب شبکه طراحی شده باید دارای هماهنگی بوده و از ظرفیت برخوردار باشد.

7- سیستم طراحی شده به لحاظ جابجایی انسان و کالا بایستی از راحتی و فضای لازم برخوردار باشد.

8- سیستم باید ارزان بوده و برای تمامی اقشار جامعه قابل استفاده باشد.

جایگاه حمل و نقل در اقتصاد:

حمل و نقل شاخه ای از اقتصاد ملی که تأمین کننده گردش کالا و افراد در پروسه تولید، تقسیم و تبدیل مواد می باشد جایگاه صنعت حمل و نقل را می توان در کنار صنایع مادر (صنایع استخراجی، کشاورزی و تولیدی) محسوب نمود هر قدر تولید و پروسه شهرنشینی رشد کند نیاز به حمل و نقل بیشتر می شود از ابتدای تمدن بشر پدیدار گشته ولی در آن دوران رشد آن آرام و آهسته بوده است بنابراین رشد اقتصادی جامعه منوط به وجود شبکه ارتباطی و تسهیلات ترابری مورد نیاز است بدون وجود شبکه ترابری و نیروی انسانی متخصص جهت بهره برداری و رشد صنعت امکان پذیر نمی باشد صنعت حمل و نقل امروزه نقش عمده ای را در اقتصاد ایفا می کند نقش آن شامل تغییر مکان مواد اولیه و ابزار تولید کننده به مصرف کننده می باشد که مصرف کننده ممکن است صنعت یا عموم مردم باشد بدین ترتیب توسط حمل و نقل ارزش پتانسیل کالا به ارزش اقتصادی و تجاری تبدیل می شود به عنوان مثال گندم درون سیلو زمانی ارزش اقتصادی خواهد داشت که در معرض عموم جهت استفاده قرار گیرد و این امر تحقق نخواهد یافت مگر آنکه گندم و یا آرد حمل شود شمای کلی زیر تأثیر حمل و نقل را در پروسه تولید، صنعت و اقتصاد نشان می دهد.

شمای تأثیر حمل و نقل در پروسه تولید، صنعت، اقتصاد

انواع سیستم حمل و نقل از نظر نوع سیستم حمل و نقلی:

1- حمل و نقل دریایی: از محاسن حمل و نقل دریایی مناسب برای حمل کالاهای حجیم می باشد، مناسب برای مسافتهای طولانی می باشد، ارزان بودن و مناسب برای حمل کالاهای سنگین می باشد و از معایب این سیستم:

- مدت زمان حمل بسیار طولانی است.

- متأثر از عوامل جوی می باشد.

- نیاز به عمق مناسب دارد.

2- حمل و نقل جاده ای: گسترده ترین سیستم حمل و نقل در دسترس بودن و از نظر قیمت مناسبترین سیستم می باشد.

3- حمل و نقل ریلی: با افزایش مسافت حمل از سیستم جاده ای ارجح تر است سیستم بهره برداری پیچیده، اقتصادی بودن و اینکه فقط در محلهایی که ریل موجود است قابل استفاده است همچنین شیبب زمین باید کم باشد.

4- حمل و نقل هوایی: سریع بودن، امکان مسافرت ممتد، قابلیت عبور از نقاط غیر قابل دسترس از محاسن این سیستم حمل و نقلی می باشد و از معایب آن گران بودن، از نظر ظرفیت محدود است، متأثر از عوامل جوی می باشد و لزوم رعایت استانداردهای بین المللی.

5- حمل و نقل کانالی: مختص کشورهایی که دارای آب و مسطح می باشند است.

6- حمل و نقل لوله ای: بیشترین سیستم قابل استفاده در کشورهای پیشرفته صنعتی و ارزانترین روش برای انتقال نفت، گاز و … می باشد در نمودار زیر عوامل مؤثر در هر سیستم حمل و نقل نشان داده شده است.

استراتژی حمل و نقل:‌

استراژی حمل و نقل در کشورهای مختلف تغییر می کند. مثلاً در مورد کشورهای صنعتی و دارای سوخت سیستم حمل و نقل لوله ای استفاده می شود در امریکا سیستم حمل و نقلی جاده ای و هوایی در روسیه، دریایی در ایران و اکثر کشورهای خلیج فارس، جاده ای در انگلستان و اکثر کشورهای اروپایی، دریایی می باشد در رابطه با گنجایش و سرعت انواع سیستم های حمل و نقل با توجه به نوع وسیله نقلیه و سیستم حمل و نقلی (کالا یا انسان) گنجایش و سرعت سیستم فرق می کند. مثلاً برای کامیون در حمل و نقل کالا در گنجایش معمولی 1.5 تا 12 (Ton) ظرفیت داشته و در حالت ویژه 16 تا (Ton) 20 و سرعت آن از 25 تا 54 متغیر است یا در رابطه با هواپیما در حمل و نقل کالا در گنجایش معمولی 5 تا (Ton) 50 در گنجایش ویژه (Ton) 90 و سرعت آن بین 350 تا 500 متغیر است در رابطه با حمل و نقل مسافر در اتوبوس درون شهری از نوع ساده، 40 تا 70 نفر ظرفیت و از 10 تا 20 سرعت دارد. هواپیما 25 تا 500 نفر ظرفیت و از 500 تا 1000 سرعت می تواند داشته باشد. کشتی مسافری 100 تا 300 نفر و از 10 تا 80 سرعت دارد.

انواع سیستم حمل و نقل از نظر منطقه جغرافیایی (درون شهری و برون شهری):

از نظر منطقه جغرافیایی درون شهری جهت حمل و نقل کالا که از وانت و کامیون استفاده شده و در حمل و نقل مسافر از تاکسی، اتوبوس، مینی بوس، اتوبوس برقی، مترو و … (یا قایق) در منطقه جغرافیایی برون شهری برای حمل و نقل کالا از کشتی، قطار، هواپیما، کامیون، کمپرسی و تریلی استفاده می شود و در حمل و نقل مسافر از اتوبوس، اتومبیل، قطار، کشتی و هواپیما استفاده می شود.

انواع سیستم حمل و نقل از نظر ترانزیت:

که به دو نوع تخلیه ترانزیت و عبور ترانزیت تقسیم می شود در تخلیه ترانزیت می تواند عبور بدون تخلیه بوده (تریلی با بار سوار کشتی شده و انتقال داده شده و دوباره در مقصد تریلی شروع به حرکت می کند مانند حوضه خلیج فارس) یا عبور مستقیم فقط کالا (تریلی بار را خالی کرده و مجدداً با وسیله دیگری منتقل می شود) در رابطه با عبور ترانزیت که بیشتر از کانتینر استفاده می شود کانتینر سوار کشتی یا قطار شده و مجدداً از کشتی به تریلی یا قطار حمل می شود همچنین ترانزیت هوایی هم داریم.

بررسی مسیر ایده آل از دیدگاه مهندس ترابری:

برای برقراری ارتباط بین دو نقطه از نواحی کشور، دو شهر، دو منطقه صنعتی یا اقتصادی نیاز به ایجاد راه ارتباطی جهت راحتی حمل و نقل کالا و مسافر می باشد امروزه جهت ساخت یک راه و ایجاد یک مسیر صرفاً به یک واریانت انتخابی اکتفا نمی گردد بلکه بوسیله مهندسین و طراحان از دیدگاه حمل و نقلی و اقتصادی مورد بررسی قرار گرفته و ایده آل ترین آنها برای اجرا و ساخت پیشنهاد می شود از دیدگاه مهندس ترابری یک مسیر باید دارای شرایط زیر باشد:

1- رفع نیاز حمل و نقل کالا و مسافر

2- تأثیر مسیر در افزایش رشد فرهنگی، اجتماعی، اقتصادی، اداری و صنعتی کنار مسیر

3- طول مسیر و تعداد شهر و شهرستانهایی که مسیر از آنها می گذرد و اینکه هر چه این تعداد بیشتر باشد بهتر است

4- میزان ناهمواریهای مسیر، میزان شیب و …

5- یکدست بودن فرم هندسی مسیر در پلان، از نظر تعداد قوس طول و شعاع قوس که هر چه بیشتر باشد بهتر است

6- میزان هزینه اجرا و ساخت آن مسیر برای هر کیلومتر و برآورد سوددهی آن مسیر در سال

7- میزان سرمایه ثانویه جهت افزایش کیفیت مسیر و توسعه آن در آینده

8- مدت زمان مورد نیاز جهت ساخت و تحویل پروژه و مدت زمان بهره دهی آن

9- حجم عملیات خاکی، تعداد پل ها، طول پلها، تعداد تونلها و طول آن و تعداد طول دیوارهای حائل

10- میزان مصالح مصرفی، تعداد کارگر و ماشین آلات مورد نیاز، سوخت و هزینه های متفرقه

11- میزان تأثیر شرایط جوی در منطقه ای که مسیر از آن ناحیه می گذرد

12- سرعت وسائل نقلیه (سرعت مجاز، سرعت حداکثر و سرعت متوسط)، گنجایش مسیر

13- هزینه های مربوط به نگهداری و بهره برداری از مسیر

انتخاب بهترین مسیر که در بر گیرنده تمامی نیازهای اشاره شده باشد مشکل است به این دلیل اینکه اهمیت دادن به یک پارامتر باعث تأثیرگذاری منفی روی پارامترهای دیگر می شود بنابراین نیاز به برآورد تمامی هزینه های قابل محاسبه و هزینه های فرضی می باشد که از دیدگاه اقتصادی روشهای گوناگونی مورد استفاده قرار می گیرد تا ایده آل ترین واریانت انتخاب شود از این روشها می توان به روش سرماه ویژه، برآورد مخارج بهره برداری از مسیر، مدت زمان جبران، ضریب مخارج سالانه حداقل و روش نسبت منافع به مخارج نام برد.

برنامه ریزی حمل و نقل شهری:

هر ساله بر تعداد وسائل نقلیه در جاده های کشور و به خصوص در خیابانهای شهرهای بزرگ افزوده می شود و انتظار می رود این افزایش در آینده نیز ادامه یافته و حتی بیشتر شود افزایش تعداد وسائل نقلیه در شهرها به عوامل متعددی از قبیل رشد جمعیت، اوضاع اجتماعی، اقتصادی، تحولات فرهنگی، چگونگی بهره وری از زمین و … دارد با وجود آنکه هر ساله میلیاردها ریال صرف ایجاد راهها و تأسیسات جدید می شود ولی تراکم ترافیک در خیابانها روز به روز افزایش می یابد و میزان ترافیک به خصوص در ساعات اوج به حد اشباع و غیر قابل قبول می رسد باید در نظر داشت حل مسأله حمل و نقل شهری مثل همة مشکلات اجتماعی مستلزم مطالعه و برنامه ریزی اصولی و مداوم دارد به دلیل تغییر و تحول سریع اجتماع ما برنامه ریزی در زمینه های اجتماعی، اقتصادی، زیست محیطی و ترابری اهمیت بسیار دارد و حقیقت این است که تاکنون به هیچ یک از این موارد به خصوص ترابری شهری توجه لازم نشده است.

از جمله علل این بی توجهی لزوم استفاده از منابع مالی عظیم، عدم تشخیص ضرورت و اهمیت بسیار زیاد موضوع می باشد این عوامل همراه با عوامل کند کننده پیشرفت مثل حجم بالای کار که لازم است در این زمینه صورت بگیرد و نیاز به استفاده از نیروی متخصص انسانی برای پیشبرد آن سبب شده است که مشکل ترافیک ابعاد سرسام آوری پیدا کند.

روند مطالعه و برنامه ریزی ترابری شهری:

مراحلی که در فرایند مطالعه و برنامه ریزی ترابری شهری انجام می شود به ترتیب زیر می باشد:

1- بررسی و جمع آوری آمار و اطلاعات لازم در مورد وضعیت موجود ترابری، الگوی سفر، بهره وری از زمین، وضعیت اجتماعی و اقتصادی جامعه و مشخص کردن مسائل و مشکلات موجود (اجرای این مرحله نیاز به مقدماتی دارد تا آمارگیری امکان پذیر شود)

2- ساختن مدلهایی براساس آمار و اطلاعات حاصل از مرحله اول برای تشخیص رابطه بین امکانات بالقوه و وسایل ترابری، نحوه بهره وری، وضعیت سفر و عوامل اجتماعی.

3- به کار بستن مدلها در رابطه با پیش بینی های مربوط به جمعیت، وضعیت اقتصادی و سایر عواملی که به نحوی در وضعیت ترابری مؤثرند تا پیش بینی الگوی سفر و وضعیت سفر در آینده.

4- مقایسه پروژه ها و سیستم های مختلف ترابری و انتخاب مناسبترین آنها به منظور رفع نیازهای آینده این مقایسه برای بررسی مسائلی از قبیل اثر اقتصادی سیستم انتخاب شده، میزان وابستگی به تکنولوژی ، تأثیرهای سیستم منتخب بر محیط زیست و … انجام می شود انتخاب سیستم ترابری بعد سیاسی نیز دارد.

مقدمات مرحله اول (مرحله آمادگی):

از جمله مواردی که در این مرحله بررسی می شود وضعیت فعلی ترابری، میزان مخارج، بودجة لازم و محدودیتهای مالی و سیاسی می باشد مسائل و مشکلات فعلی و آینده نیز در این مرحله بررسی می شود برای تعیین حدود و میزان آمار و اطلاعات لازم باید قبلاً اهداف و نتایج را به دقت تأئید و مشخص کرد به عبارت دیگر باید سیاست اجرایی عملیات دقیقاً تنظیم شود عملیاتی که برای مقدمات شروع آمارگیری لازم است عبارتند از:‌

1- مشخص کردن ناحیه مطالعاتی و تعیین محدوده آن (با خیابان مناطق جدا شده است)

2- مرزبندی ناحیه مطالعاتی که به دو بخش حوضه داخلی و خارجی تقسیم می شود.

3- مشخص کردن شبکه ترابری، شهری و عمومی.

1- مشخص نمودن ناحیه مطالعاتی و تعیین محدودة آن:

اولین مسئله ای که قبل از آمارگیری باید مشخص شود وسعت ناحیه مطالعاتی و تعیین محدودة‌ آن است و منطقه ای که آمارگیری باید در آنجا انجام شود ناحیه مطالعاتی توسط افراد با تجربه تعیین می شود و باید در عین نزدیکی به محدودة شهر مناطق گسترش آینده را نیز شامل شود در عین حال این ناحیه بایستی با عوارض طبیعی یا مصنوعی مثل رودخانه، خط آهن، آزادراه و … مرزبندی شود بعد از مشخص شدن حوزه مطالعاتی با خطی فرضی محدودة آن را مشخص می کنیم که به آن مرز ناحیه مطالعاتی گویند سپس این ناحیه به دو بخش حوضه های داخلی و حوضه های خارجی تقسیم می شود مشخص نمودن حوضه داخلی دومین گام برای مقدمات آمارگیری می باشد حوضه های داخلی باید دارای خصوصیات زیر باشند:

1- یکنواختی حوضه از لحاظ چگونگی بهره وری از زمین مثلاً یک محدودة مسکونی که به عنوان حوضه داخلی در نظر گرفته می شود بایستی کلیه ساختمانهای آن محدوده مسکونی باشد و اضح است که تحقق این امر غیر ممکن است.

2- تناسب حوزه از لحاظ وسعت به نحوی که امکان مطالعه و بررسی با دقت مناسب (لازم) در آن محدوده امکان پذیر باشد (معمولاً هر چه حوضه داخلی به محدودة شهر نزدیکتر باشد وسعت آن را کمتر در نظر می گیرند) به خاطر اینکه مناطق مرکزی شهر از لحاظ عوامل جذب و ایجاد ترافیک از تراکم بیشتری برخوردارند.

3- نقش جمعیت: با توجه با افرادی که در محدودة هر حوضه داخلی سکونت دارند (براساس جمعیت و وسعت ناحیه مطالعاتی بین 1000 تا 3000 نفر در نظر گرفته می شود.

4- به منظور تسهیلات آمارگیری مرزبندی حوضه های داخلی به گونه ای انتخاب می شود که در آن محدوده امکان ترکیب و محاسبه اطلاعات و آمار جمع آوری شده و برقراری ارتباط بین آنها وجود داشته باشد.

5- انتخاب محل هر حوضه داخلی با توجه به جاده های اصلی، عوارض طبیعی و محدوده های تعیین شده شهری همچنین وضعیت حوضه های مجاور.

6- کدبندی حوضه ها به نحوی که اجرای عملیات آمارگیری ساده شود.

ب) حوضه خارجی

مناطق خارج از محدودة ناحیه مطالعاتی را به حوضه های خارجی تقسیم می کنند که وسعتی بیشتر از حوضه های داخلی دارد. مناطق خارج از محدودة‌ ناحیه مطالعاتی را به دو دسته حوضه های میانی و حوضه های خارجی تقسیم می کنند سومین گام از مقدمات آمارگیری مشخص کردن شبکه ترابری شهری و شبکه ترابری عمومی می باشد خود شبکه ترابری نیز مثل ناحیه مطالعاتی به حوضه های داخلی و خارجی تقسیم و کدبندی می شود هر تقاطع که به نام پیوند نامیده می شود کدبندی می گردد در خصوص شبکه ترابری عمومی به دلیل ویژگیهای خاصی که دارد جدا از ترابری شهری بررسی می شود در شبکه ترابری عمومی ایستگاهها نقش و اهمیت ویژه ای دارد زیرا وسایل ترابری عمومی در مسیرهای مشخص و بین ایستگاهها طی شده و مسافران به آن پیوسته یا از آن جدا می شوند بعد از مشخص شدن شبکه ترابری تعداد سفرهای هر حوضه آمارگیری می شود مثلاً هر خانواده در یک حوضه مشخص سفر می کند که این سفرها یا با سیستم ترابری عمومی یا با وسیله نقلیه شخصی و یا با وسایل نقلیه تجاری صورت می گیرد.

آمارگیری:

بعد از مشخص شدن حوضه ها و شبکه های ترابری آمارگیری شروع می شود هدف اصلی از آمارگیری دستیابی به اطلاعات لازم در مورد تعداد سفر، ویژگیهای سفر، الگوی سفر، پی بردن به امکانات فعلی سیستم ترابری به نحوی که براساس آن بتوان مدلهای لازم را ساخت و از همه مهمتر این است که بتوان پیش بینی آینده را نیز به عمل آورد برای رسیدن به این هدف آمارگیری های زیر انجام می شود:

1- آمارگیری از ویژگیهای سفر، ساختار خانواده که از طریق مراجعه مستقیم به منازل صورت می گیرد و به آن آمارگیری در منازل گویند در این روش اطلاعات مربوطه به سفرهایی که افراد خانواده انجام می دهند همچنین ساختار خانواده و خصوصیات خانواده جمع آوری می شود روش آمارگیری در منازل با مصاحبه حضوری و یا به وسیله پرسشنامه آماری که سؤالات از پیش تعیین شده در آن آمده است صورت می گیرد منظور از ساختار خانواده تعداد،‌ افراد، سن، جنس و شغل آنها است همچنین دسترسی یا عدم دسترسی هر خانواده به اتومبیل،‌ درآمد آنها، کلیه سفرهایی که افراد بزرگتر از 5 سال انجام می دهند (در یک روز معین) خصوصیات مربوط به وضع استخدامی، مبدأ و مقصد سفر، زمان شروع و خاتمه هر سفر منظور از سفر، نوع وسیله نقلیه، تعداد سرنشین اتومبیل در صورت سفر با اتومبیل شخصی، جزئیات پارکینگ (مساحت، تعداد طبقات، تعداد محل پارک و …) و مسیر اتوبوس برای افرادی که با اتوبوس سفر می کنند.

2- آمارگیری از رفت و آمدهای خاص که از طریق ایجاد استگاههای مخصوص در کنار مسیرها انجام می شود که به آن آمارگیری در کنار جاها گویند از جمله سفرهایی که باید آمارگیری و سپس مدلسازی شود سفرهایی است که از محدودة حوضه مطالعاتی عبور می کنند. به این معنا که مبدأ و مقصد آنها یا یکی از این دو در خارج محدودة حوضه مطالعاتی قرار دارد دانستن تعداد این گونه سفرها برای پیش بینی نحوه رشد آنها در آینده لازم است برای آمارگیری در کنار جاده معمولاً در ایستگاههایی مشخص و در مرز محدودة حوضه ناحیه مطالعاتی انجام می شود وسیله نقلیه به کمک پلیس متوقف و آمارگر سؤالات لازم را با مسافرین مطرح و جواب پرسش را ثبت می کند این سؤالها که از قبل تعیین شده اند شامل مبدأ و مقصد سفر، محل توقف بعدی، منظور از مسافرت، نوع وسیله نقلیه تعداد سرنشین، علت انتخاب این مسیر و میزان درآمد و یا مخارج سفر سؤال می شود این آمارگیری به یک سازماندهی دقیق و مشخص نیاز دارد و در صورتیکه به درستی انجام شود بهترین روش آمارگیری در مطالعه و برنامه ریزی ترابری شهری می باشد.

3- آمارگیری استخدامی: منظور از این آمارگیری بدست آوردن اطلاعات لازم در رابطه با مکانهای کارگری و کارمندی و ارتباط آنها با ترابری شهری می باشد در این آمارگیری اطلاعاتی از قبیل نوع فعالیت اداره یا مؤسسه، سطوح زیربنای مؤسسه تعداد کارگران و کارمندان و تعداد وسایل نقلیه اعم از اتوبوس یا کامیون شخصی می شود.

4- آمارگیری از وسایل نقلیه تجاری: از این طریق آمار سفرهایی که با وسایل ترابری تجاری در محدودة حوضة مطالعاتی صورت می گیرد بدست می آید برای این کار پرسشنامه هایی تهیه می کنند و در اختیار راننده قرار می دهند تا سفرها را همراه با مبدأ، مقصد، توقف گاه وسیله نقلیه و … در آن ثبت کند.

5- آمارگیری از وسیله ترابری عمومی: هدف اصلی از این آمارگیری بدست آوردن اطلاعات لازم در مورد مبداً و مقصد سفر مسافران با وسایل ترابری عمومی تعداد این قبیل مسافران می باشد این آمارگیری مکمل آمارگیری در منازل به شمار می رود.

6- آمارگیری از جزئیات شبکه ترافیک: در این آمارگیری جزئیات مربوط به جاده ها و شبکه ترابری عمومی پیوند به پیوند برداشته می شود و اطلاعات لازم از قبیل طول، عرض، ظرفیت، سرعت، تعداد تصادفیها و وضع عمومی اطراف پیوند مشخص می شود همین آمارگیری در مورد شبکه ترابری عمومی نیز انجام می شود و اطلاعاتی از قبیل سرعت وسیله نقلیه عمومی، میزان تأخیر آن،‌ مدت زمان سفر از ایستگاه تا ایستگاه بعدی همراه با زمانهای سوار و پیاده شدن مسافران، تعداد مسافران در هر ایستگاه، تعداد مسافرانی که در هر نوبت امکان سوار شدن پیدا می کنند و … برداشت می شود.

مهندسی ترابریطرح توجیهی مهندسی ترابریدانلود مهندسی ترابریعمرانترابریرفع نیاز حمل و نقل کالا و مسافرجایگاه حمل و نقل در اقتصادهدفهای اساسی و اولویت دار حمل و نقلدانلود طرح توجیهیپروژه دانشجوییدانلود پژوهشدانلود تحقیقپایان نامهدانلود پروژه

آنالیز جریان بر روی سرریز اوجی بر اساس (CFD)

نتایج مدلهای فیزیکی درصورتیکه شرایط مدل به خوبی ایجاد گردد قابل قبول می‌باشد اما یکی از مشکلات مدلهای فیزیکی درپروژه های مهندسی مدت زمانی است که طول می کشد تا نتایج مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گیرد به طوریکه ممکن است ماهها و یا دربرخی از موضوعات هیدرولیکی مانند بررسی میزان کاوتیاسیون سالها طول بکشد ویا اینکه یک محقق برای بررسی مدل فیزیکی گزین

دسته بندی	عمران
بازدید ها	0
فرمت فایل	doc
حجم فایل	3098 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	147

فروشنده فایل

کد کاربری 2106

تمام فایل ها

آنالیز جریان بر روی سرریز اوجی بر اساس (CFD)

مقدمه

درمسائل مهندسی امروزی شناخت رفتار یا عکس العمل یک پدیده نقش بسزائی دربررسی نتایج بدست آمده و طراحی دقیق مسائل مهندسی دارد، بطوریکه یک پژوهشگر یا محقق با شناخت چگونگی رفتار یک پدیده دربرخورد با مسائل مختلف می تواند وضعیت فیزیکی پدیده را درقبال مسائل مختلف مهندسی بهبود بخشد.

به عنوان مثال درطراحی بدنه خودرو اگر یک محقق عکس العمل یا رفتار هوا نسبت به خودرو را درسرعت های بالا درنظر نگیرد باعث مشکلات عدیده ای خواهد شد بطوریکه دراین حالت ضریب بازدارندگی افزایش و درنتیجه نیروی بازدارندگی نیز افزایش می یابد و اتومبیل برای رسیدن به یک سرعت مناسب بایستی نیروی بیشتری راتولید کند که در نتیجه باعث افزایش مصرف سوخت و سایر مشکلات خواهدشد. اما امروزه کارشناسان با شناخت رفتار و عکس العمل هوا نسبت به بدنه خودرو به این نتیجه رسیده اند که بایستی بدنه خودروها حالت آیرودینامیکی داشته باشد تا با مشکلات ذکر شده مواجه نشوند.

لذا شناخت پدیده و عکس العمل آن نسبت به مسائل مختلف در امور مهندسی امروزی مانند هوا و فضا، هیدرولیک، سیالات و ... از اهمیت قابل توجهی برخودار است. دربرخورد مهندسان با مسائل و موضوعات هیدرولیکی مشخص بودن چگونگی رفتار سیال کمک بسیار زیادی را در طراحی هرچه دقیق تر پروژه ها می‌نماید. حل برخی از مسائل هیدرولیکی با روشهای حل تحلیلی امکان پذیر می باشد اما ممکن است دربرخی از موضوعات، حل تحلیلی کمک قابل توجهی را به یک محقق ننماید لذا بایستی ازحل عددی برای بررسی چگونگی رفتار سیال استفاده کرد. یکی از مسائل مهمی که کارشناسان هیدرولیک بایستی با آن آشنا باشند نحوه رفتار جریان برروی سرریزهای سازه های آبی می باشد. یکی از راه های شناخت رفتار جریان برروی سرریز استفاده از مدلهای فیزیکی می باشد.

نتایج مدلهای فیزیکی درصورتیکه شرایط مدل به خوبی ایجاد گردد قابل قبول می‌باشد. اما یکی از مشکلات مدلهای فیزیکی درپروژه های مهندسی مدت زمانی است که طول می کشد تا نتایج مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گیرد به طوریکه ممکن است ماهها و یا دربرخی از موضوعات هیدرولیکی مانند بررسی میزان کاوتیاسیون سالها طول بکشد ویا اینکه یک محقق برای بررسی مدل فیزیکی گزینه های مختلف با محدودیت زمانی مواجه باشد. ساخت مدل فیزیکی و تجزیه و تحلیل نتایج آن هزینه قابل توجهی را درپی دارد لذا دربحث هزینه وزمان ممکن است که یک محقق امکان استفاده از مدلهای مختلف فیزیکی را برای بررسی دقیق تر نتایج نداشته باشد. دربرخی از پدیده ها و موضوعات مهندسی امکان استفاده از مدل فیزیکی نمی باشد به عنوان مثال مدلسازی محیطی با درجه حرارت 4000 درجه به بالا ممکن است بسیار سخت و یا امکان پذیر نباشد. لذا استفاده از حل عددی مسائل کمک شایانی را به یک محقق می نماید تا به بررسی موضوع بپردازد. به طوریکه می توان با کمترین هزینه ودرکمترین زمان گزینه های مختلفی را بررسی کرد.

همانطور که اشاره شد شناخت نحوه رفتار جریان برروی سرریزسازه های آبی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. معمولاً درطراحی سدهای انحرافی ازسرریز نوع اوجی استفاده می شود.

بررسی رفتار جریان برروی تاج سرریز برای دبی های بیشتر از دبی طراحی از اهمیت بسزایی درطراحی تاج سرریز برخودار است به طوریکه اگر فشار ایجاد شده برروی تاج سرریزهای اوجی کمتر از فشار اتمسفر گردد، فشار منفی برروی سرریز که برای دبی های بیشتر از دبی طراحی اتفاق می افتد باعث پدیده کاوتیاسیون می گردد بطوریکه این پدیده خسارات جبران ناپذیری را برای بسیاری از سازه های آبی به بار آورده است. ازجمله سازه های آبی که با این پدیده روبرو هستند می توان به سرریز سد شهید عباسپور اشاره کرد که برای دبی های بیشتر از دبی طراحی، مشکلاتی برای سرریز این سد ایجاد شده است. همچنین می توان به سد انحرافی گرمسار اشاره کرد که تاج سرریز آن دچار خوردگی و کاویتاسیون گردیده است. لذا در این پایان نامه نحوه رفتار جریان برروی تاج سرریز اوجی سد انحرافی گرمسار با استفاده از نرم افزار fluent مورد بررسی قرارگرفته است. از آنجائیکه برای مهار آبهای سطحی و سیلاب ها از سدهای انحرافی با سرریز اوجی استفاده می گرد لذا ضروریت انجام این تحقیق آن است علل فرسایش و کاویتاسیون برروی سرریز اوجی سد انحرافی گرمسار مشخص گردد و هدف این تحقیق آن است با توجه به دقت نتایج بدست آمده براساس مدل عددی CFD)) برروی سرریز اوجی و با استفاده از نرم افزار Fluent بتوان با اطمینان خاطر بیشتری ازمدلهای (CFD) استفاده کرد.

روش انجام کار بدین گونه می باشد که ابتدا بایستی مدل تاج سرریز توسط یک نرم افزار پیش پردازنده مدلسازی گردد نرم افزاری پیش پردازنده Fluent نرم افزار gambit می باشد که از قابلیت های خوبی برای شبکه بندی و معرفی شرایط مرزی مدل برخوردار است.

تشریح فصول مختلف پایان نامه :

درفصل دوم این پایان نامه تاریخچه استفاده از برنامه های CFD ارائه شده است و درفصل سوم مفاهیم اساسی پایان نامه ازجمله، هیدرولیک جریان برروی سرریز اوجی وروشها و معیارهای طراحی سرریز اوجی شرح داده شده است.

درفصل چهارم این پایان نامه توضیحاتی درمورد نرم افزار fluent و روشهای حل عددی به کارگرفته شده دراین نرم افزار شرح داد شده است و نقشه ها و اطلاعات کلی مربوط به سد انحرافی گرمسار ارائه شده است.

درفصل پنجم نتایج بدست آمده از نرم افزار fluent برروی مدل سرریز اوجی سد انحرافی گرمسار ارائه شده است که دراین فصل به بررسی اشکال بدست آمده پرداخته شده است و درفصل ششم نتیجه گیری و پیشنهادات مربوط به این تحقیق ارائه شده است.

جنبه فیزیکی پدیده انتقال در ابعاد ماکروسکوپی، با استفاده از قوانین حرکت نیوتن و اصول اساسی قوانین بقای جرم، ممنتم، انرژی و گونه‌های شیمیایی قانونمند شده است. براساس طبیعت مسئله و کمیتهای مورد نظر، این مفاهیم اساسی را می‌توان بصورت معادلات جبری، دیفرانسیلی و یا انتگرالی بیان نمود.

شبیه‌سازی عددی از جمله تکنیکهایی است که معادلات انتقال حاکم را با معادلات جبری جایگزین کرده و یک توصیف عددی از پدیده‌ها را در فضا و یا دامنه‌های محاسباتی فراهم می‌کند. صرف نظر از طبیعت مسئله شبیه‌سازی عددی مستلزم داشتن مهارت کافی در زمینه‌های مربوطه از جمله محاسبات عددی می‌باشد.

تمام مهندسان از یکی از سه روش تجربی، حل دقیق و حل عددی برای یافتن مقادیر کمیتهای مسائل تعریف شده استفاده می‌کنند. شبیه‌سازی عددی روشی مناسب برای ارائه کمیتهای معادلات انتقال می‌باشد. معمولاً در روشهای عددی مسائل بصورت سعی و خطا و با تکرار بسیار زیاد حل می‌شود. بدیهی است که انجام این کار تنها با استفاده از کامپیوتر امکان پذیر است. پیشرفت تکنیکهای حل عددی و گسترش دامنه کاربرد آن برای مسائل پیچیده‌تر با پیشرفت فناوریهای سخت افزاری و نرم‌افزاری ارتباطی مستقیم دارد. استفاده از ابرکامپیوترها و پردازشگرهای موازی در شبیه‌سازی عددی، مثال بارزی برای اثبات این ادعا است.

CFD چیست؟

CFD یا همان دینامیک سیالات محاسباتی یک تکنیک شبیه‌سازی مجازی است. با استفاده از CFD می‌توان یک جریان را بطور کامل شبیه‌سازی کرد. در شبیه‌سازی جریان به روش CFD لازمست که مراحل زیر به ترتیب اجراء شود.

1- مدلسازی فیزیکی.

2- تولید شبکه محاسباتی مناسب.

3- مدلسازی فیزیکی.

4- مدلسازی ریاضی.

5- تعیین شرائط مرزی و اولیه.

6- تعیین استراتژی حل.

7- آنالیز.

8- تهیه گزارش1.

در استفاده روش CFD نه تنها رفتار جریان پیشگوئی می‌گردد، بلکه انتقال حرارت یا جرم، تغییر فاز، واکنشهای شیمیایی، جریانهای چند‌فازی، حرکتهای مکانیکی (همانند حرکت پره‌های پمپ) و خیلی مسائل دیگر مربوط به سیال را نیز می‌توان شبیه‌سازی کرد. البته باید توجه داشت که برای هر مسئله خاص از معادلات حاکم مربوطه و نیز معادلات اسکالر اضافی، استفاده می‌شود.

سه دلیل عمده در بکارگیری از روش CFD وجود دارد. اولین دلیل بینش2 است. سیستمها و دستگاه‌های متعددی وجود دارد که ساخت آنها با پیچیدگیهای متعددی همراه است. در تمامی شبیه‌سازی جریان به روش CFD می‌توان تمام جزئیات جریان و همچنین آشکارسازی جریان را پوشش داد که با استفاده از روشهای دیگر تقریباً غیر ممکن است. به این ترتیب با استفاده از CFD می‌توان به بینش و بصیرت کافی و همچنین شناخت بیشتر در سیستم یا دستگاه طراحی شده دست یافت ]4[. دلیل دوم دوراندیشی است3 . از آنجا که CFD رفتار جریان را پیشگوئی می‌کند، لذا با تغییر متغیرهای هندسی و یا فیزیکی طراح‌های جدید می‌توان نتایج را براحتی با استفاده از این روش پیش‌بینی کرد. بنابراین در مدت زمان کوتاهی و بدن ساخت سیستم یا دستگاه‌های نمونه می‌توان به کارایی طرح جدید پی برد. و بطور کلی بکمک CFD و با دوراندیشی دقیقتر می‌توان سریعتر و بهتر طراحی کرد ]4[. در نهایت دلیل سوم کارایی4 می‌باشد. طراحی سریعتر و بهتر موجب کاهش زمان سیکل طراحی می‌شود. بنابراین در زمان و هزینه تمام شده صرفه‌جویی می‌گردد. تولیدات سریعتر به فاز فروش می‌رسد. بهینه‌سازی‌ها و ساخت نمونه‌های جدیدتر نیز سریعتر انجام شده و در نهایت قیمت تمام شده برای محصولات کمتر می‌شود. بنابراین CFD ابزاری برای کاهش زمان سیکل طراحی و بهینه‌سازی و در نهایت افزایش کارایی صنایع درگیر است ]4[.

لازم به توضیح است، در بکارگیری از روش CFD و نیز نرم‌افزارهای مربوطه، باید از اطلاعات کافی در زمینه‌های مختلف تئوریها معادلات حاکم، مدلسازی فیزیکی و ریاضی و نیز نقاط ضعف و قوت الگوریتمهای بکار رفته برای شبیه‌سازی برخوردار بود. هرچه اطلاعات کاربران بیشتر باشد سریعتر و دقیقتر به جوابهای نهایی می‌رسند. بطور کلی هر چه به نرم‌افزار و تئوریهای استفاده شده در آنها بیشتر آگاهی داشت می‌توان از نرم‌افزار استفاده بهتری کرد.

نقش CFD در دنیای فناوری مدرن

شبیه‌سازی عددی جریان بعنوان یک ابزار غیر قابل انکار در مهندسی بکار رفته که بر اساس قوانین مبتنی بر دانش آزمایشگاهی و تحلیلی استوار است. بمنظور دستیابی به تمام جزئیات فیزیکی یک جریان، شبیه‌سازی جریان با توانایی حل معادلات حاکم با تمام پیچیدگیها در اواخر دهه شصت میلادی شکل گرفت و خیلی سریع به ابزاری محبوب و قابل اعتماد در آنالیزهای مهندسی تبدیل شد. امروزه شبیه‌سازی عددی دامنه وسیعی از آنالیزهای مهندسی را پوشش داده است.

یکی از اصلی‌ترین کاربردهای CFD مربوط به آزمایشهای تونل باد و مطالعات احتراق می‌باشد. استفاده از CFD موجب کاهش قابل توجه هزینه‌های تمام شده نسبت به تستهای تونل باد می‌گردد. محاسبه پارامترهای آئرودینامیکی مربوطه به طراحی‌های مقدماتی بسیار ارزانتر از محاسبه این پارامترها با استفاده از تستهای تونل باد تمام می‌شود. بهمین منظور در صنایع هواپیمایی تمام محاسبات پارامترهای جریان برای طراحی‌های مقدماتی وسایل پرنده جدید از طریق CFD بدست می‌آید و از نتایج تستهای تونل باد تنها در فاز نهایی طراحی و طراحی‌های تفصیلی استفاده می‌شود. علاوه بر این در شبیه‌سازی عددی جریانها، تمام جزئیات مربوط به میدان جریان را می‌توان محاسبه کرده و مشاهده نمود حال آنکه تحقق این امر با استفاده از کارهای آزمایشگاهی اگر امری غیر ممکن نباشد اما بسیار پر هزینه و طولانی مدت خواهد بود. بعنوان مثال برای تعیین ضریب فشار روی یک سطح بال هواپیما، در روش CFD هیچ‌ گونه محدودیت و مشکل پیچیده‌ای وجود ندارد حال آنکه در روش تستهای تونل باد هزینه و مدت زمان ساخت مدل مورد نیاز بسیار گرانقیمت و طولانی می‌باشد. همچنین تعداد نقاط تعبیه شده روی بال نیز محدود می‌باشد. علاوه بر موارد یاد شده در بسیاری از مسائل مهندسی انجان آزمایشهای توأم با واکنشهای شیمیایی (که در بسیاری موارد گازهای سمی حاصل واکنش شیمیایی می‌باشد) و جریانهای همراه با حرارت بسیار بالا از پیچیدگیهای بسیار زیادی برخوردار است در صورتیکه در شبیه‌سازی عددی برای حل اینگونه مسائل مشکلات یاد شده مشاهده نمی‌گردد. همچنین در برخی مطالعات سیالاتی تمایل بر اینست که جریان ایده‌ال در نظر گرفته شود (نظیر جریان آشفته دو بعدی) که شبیه‌سازی این موارد براحتی در CFD امکان پذیر است.

با تمام موارد یاد شده سئوال اصلی در مورد CFD اینست که تا چه اندازه شبیه‌سازی جریان در CFD دقیق بوده و می‌توان به آن اعتماد کرد و اینکه چگونه می‌توان به صحت نتایج حاصل از CFD پی برد. باید توجه داشت که خطا در شبیه‌سازی جریان در CFD غیر قابل انکار است. خطاهای ناشی از مدلسازی ریاضی و گسسته‌سازی معادلات حاکم و تبدیل آنها به معادلات جریان همواره وجود دارد. همچنین خطای گرد کردن مقادیر محاسبه شده بوسیله سخت‌افزار اجتناب ناپذیر است. اما درصورتیکه جریان بدرستی در CFD شبیه‌سازی گردد این خطاها به هیچ عنوان موجب نمی‌شود که نتایج بدست آمده خطای زیادی داشته باشد. در الگوریتمهای جدید بهمراه شبکه‌بندی مناسب بیشترین خطا برای بحرانی‌ترین پارامترها به کمتر از پنج درصد می‌رسد. بهرحال ظهور انواع نرم‌افزارهای CFD و نیز گسترش فعالیتهای تحقیقاتی در این زمینه نشان می‌دهد که CFD ابزاری مناسب و قابل اعتماد برای شبیه‌سازی جریان است.

برای تعیین صحت نتایج بدست آمده از CFD، برای هر رژیم جریان ابتدا باید یک نمونه تست شده بوسیله آزمایش را بعنوان مرجع در نظر گرفت. سپس با آنالیز جریان به روش CFD، حالت بهینة شبیه‌سازی را بدست آورد. در نهایت برای تمام رژیمهای جریان مشابه، از راهکار بهینة یافته شده، استفاده کرد. باید توجه داشت که برای حل میدان جریان مربوط به هر مسئله، لازمست که نتایج بدست آمده مستقل از شبکه محاسباتی تولید شده باشد.

با تائید صحت نتایج بدست آمده به روش CFD، این روش به یک روش سریع و اقتصادی در صنعت تبدیل شده است. امروزه در صنایع مختلفی همچون صنایع هواپیمایی، کشتی‌سازی، خودروسازی، تأسیسات، پتروشیمی، عمران و غیره، CFD بعنوان یک ابزار کاربردی در کشورهای صنعتی بشمار می‌رود. نرم‌افزارهای بسیاری برای شبیه‌سازی رژیمهای مختلف جریان در کشورهای مختلف طراحی و توسعه یافته است.

امروزه استفاده از روشهای عددی در محاسبات کامپیوتری اهمیت زیادی داشته و به عنوان ابزاری کارآمد در طراحی وسایل مهندسی به کار می‌رود. علم دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) به صورت یک ابزار توانا برای تحلیل رفتار جریان سیال و انتقال حرارت در سیستمهای با هندسه ناموزون و معادلات حاکم پیچیده برای محققان و مهندسان در آمده و در دهه گذشته پیشرفت چشمگیری داشته است. در دهه 1980 حل مسایل جریان سیال توسط روش CFD، موضوع حوزه تحقیق بسیاری از محققان فوق دکتری،‌دانشجویان دکتری و یا متخصصان شبیه‌سازی که چندین سال به طور اصولی دوره دیده‌اند، در آمده و نرم‌افزارهای تجاری زیادی به وجود آمده است. نرم‌افزارهایی که در حال حاضر در بازار موجود است، ممکن است بسیار قوی باشند، اما عملکرد آنها هنوز نیازمند یک مهارت و درک بسیار بالا از سوی کاربر می‌باشد، تا نتایج قابل قبولی در حالتهای پیچیده به دست آید. در حالی که نرم‌افزارهای تجاری CFD بر اساس المان محدود اخیراً رو به ضعف و زوا می‌باشند، بازار به طور مستمر در اختیار جهار نرم‌افزار PHOENICS، FLOW3D، STARCD، FLUENT قرار گرفته است که اساس کار همه آنها پایه روش حجم محدود می‌باشند، دقت این نرم‌افزاها توسط محققان زیادی مورد تایید قرار گرفته است. پیچیدگی معادلات حاکم بر مساله تاثیر متقابل محدودیت استفاده از دستگاههای اندازه‌گیری در بسیاری از کاربردهای علمی، از جمله دلایلی هستند که استفاده از روشهای تحلیلی و آزمایشگاهی را در مقایسه با روشهای عددی محدود می‌کند.

گرچه منابع و نوشته‌های متعددی درباره تحلیل محسابات ترموفلوید وجود دارد. اما افراد تازه‌کار در این زمینه امکانات کافی ندارند. دانشجوی کارشناسی ارشد و بالاتر محقق و مهندس مجری یا باید در لابلای مقالات و مجلات کاوش کند، یا به اصول مقدماتی ارایه شده در کتابهای آنالیز عددی بسنده نماید. پیشرفت یا شکست یک فعالیت محاسباتی را اغلب نکات ظریف آن معین می‌کند، در حالی که جزئیات کار که من انجام محاسبات توسط گروههای محاسب موفق آموخته می‌شود،‌ بندرت در نوشته‌های آنها دیده می‌شود. یک نتیجه هم این است که بسیاری از محققین یاکار محاسباتی خود را بعد از پیگیری ماههای زیاد بی‌نتیجه رها می‌کنند، یا طی یک برنامه بی‌ثمر تا انتها به کاوش خود ادامه می‌دهند.

اهمیت انتقال حرارت و جریان سیال

اهمیت نقش این فرآیندها همواره در زندگی ما و بسیاری از کاربردهای عملی مشاهده می‌شود. تقریباً تمام روشهای تولید توان شامل جریان سیال و انتقال حرارت به عنوان فرآیندهای اصلی می‌باشند. همچنین فرآیندها در گرمایش و تهویه مطبوع ساختمان نقش اساسی دارند،‌ در بخش‌های مهمی از صنایع شیمیایی و متالوژی شامل قسمتهایی همچون کوره‌ةا، مبدلهای حرارتی، کندانسورها و راکتورهای فرآیندهای ترموفلوید به کار گرفته می‌شوند. اساس کار هواپیماها و راکتها مدیو جریان سیال، انتقال حرارت و فعل و انفعال شیمیایی می‌ باشد. در طراحی ماشینهای الکتریکی و مدارهای الکترونیکی، اغلب انتقال حرارت و فعل و انفعال شیمیایی می‌باشد. در طراحی ماشینهای الکتریکی و مدارهای الکترونیک، اغلب انتقال حرارت عامل محدودکننده می‌باشد. آلودگی محیط زیست اکثراً ناشی از انتقال حرارت و جرم می‌باشد، همچنین این عوامل در ایجاد طوفانها، سیلابها و آتش سوزیها نقش دارند. در مقابل حرارت و جرم می‌باشد، همچنین این عوامل در ایجاد طوفانها، سیلابها و آتش‌سوزیها نقش دارند. در مقابل تغییر شرایط جوی، بدن انسان به وسیلله انتقال حرارت و جرم درجه حرارتش را کنترل می‌نماید. به نظر می‌رسد فرآیندهای انتقال حرارت و جریان سیال به تمام جنبه‌ةای زندگی ما سرایت کرده است.

متدهای شبیه سازی

پیشگویی فرآیندهای انتقال حرارت و حرارت و جریان سیال به وسیله دو رشو اصلی انجام می‌شود: تحقیق آزمایشگاهی و محاسات تئوری.

اطلاعات دقیق در مورد یک فرآیند فیزیکی غالباً توسط اندازه‌گیری عملی به دست می‌آید. تحقیق آزمایشگاهی انجام شده درمورد یک دستگاه که اندازه‌هایش عیناً‌اندازه‌های دستگاه اصلی باشد، جهت پیشگویی چگونگی کار نسخه‌های مشاه از دستگاه مذکور تحت همان شرایط استفاده می‌شود،‌اما در بیشتر حالتها انجام چنین آزمایشهایی به علت بزرگ بودن اندازه‌های دستگاه، بسیار گران و اغلب غیرممکن است،‌لذا آزمایشها روی مدلهایی با اندازه‌هایی در مقیاس کوچکتر انجام می‌شود، ‌هر چند اینجا‌ هم نسئله بسط دادن اطلاعات به دست آمده از نمونه کوچکتر همیشه تمام جنبه‌های دستگاه اصلی را شبیه‌سازی نمی‌کنند و غالباً جنبه‌های مهم مانند احتراق از آزمایشهای مربوط به مدل حذف می‌شوند. این محدودیتها، مفید بودن نتایج آزمایش را بیشتر کاهش می‌دهند، بالاخره، باید به خاطر داشت که در بسیاری از حالتها، ‌مشکلات جدی اندازه‌گیری وجود داشته و وسایل اندازه‌گیری نیز عاری از خطا نمی‌باشند.

یک پیشگویی تئوری حداکثر استفاده را از نتایج مدل ریاضی خواهد برد و در مقایسه با آن نتایج تجربی را مورد استفاه کمتری قرار می‌دهد. برای فرآیندهای فیزیکی مورد نظر ما اصولاً مدل ریاضی عبارت است از یک سری معادلات دیفرانسیل اگر قرار بود از روشهای ریاضیات کلاسیک درحل این معادلات استفاده شود امکان پیشگویی برای بسیاری از پدیده‌های سودمند وجود نداشت. با کمی توجه به یک متن کلاسیک درباره انتقال حرارت یا مکانیک سیالات مشخص می‌شود که فقط برای تعداد اندکی از مسایل عملی می‌توان به معادلات غیرجبری،‌ مقادیر ویژه و غیره می‌باشند. به طوری که ممکن است، حل عددی آنها کار ساده‌ای نباشد. خوشبختانه، توسعه متدهای عددی و در دسترس بودن پردازشگر‌های بزرگ این اطمینان را به وجود آورده است،‌که تقریباً‌برای هر مساله عملی بتوان از مفاهیم یک مدل ریاضی استفاده کرد.

امتیازات یک محاسبه تئوری

هزینه کم

مهمترین امتیاز یک پیشگویی محاسباتی هزینه پایین آن است. در بیشتر کاربرده، هزینه به کاربردن یک برنامه‌کامپیوتری به مراتب کمتر از مخارج تحقیق آزمایشگاهی مشابه می‌باشد، این عامل وقتی که وضعیت فیزیکی مورد مطالعه بزرگ و پیچیده‌تر می‌شود اهمیت بیشتری پیدا می‌کند و در حالی که قیمت بیشتر اقلام در حال زیاد شدن است، هزینه‌های محاسبات در آینده احتمالاً کمتر خواهد بود.

سرعت یک تحقیق محاسبه‌ای می‌تواند با سرعت قابل ملاحظه‌ای انجام شود،‌طراح می‌تواند مفاهیم صدها ترکیب از حالتهای مختلف را در کمتر از یک روز مطالعه کرده طرح بهینه را انتخاب نماید. از طرف دیگر بسادگی می‌توان تصور کرد رسیدگی یا تحقیق آزمایشگاهی مشابه نیاز به زمان زیادی خواهد داشت.

اطلاعات کامل

حل کامپیوتری یک مسئله اطلاعات کامل و جزئیات لازم را به ما خواهد داد و مقادیر تمام متغیرهای مربوطه (مانند سرعت، فشار، درجه حرارت، تمرکز نمونه‌های شیمیایی، شدت توربولانس) را در سراسر حوزه مورد علاقه به دست می‌دهد. بر خلاف شرایط نامطلوبی که ضمن آزمایش پیش بینی می‌آید، مکانهای غیرقابل دسترس در یک کار محاسباتی کم بوده و اغتشاش جریان به علت وجود میلهای اندازه‌گیری در آن وجود ندارد. بدیهی است از هیچ بررسی آزمایشگاهی نمی‌توان انتظار داشت تا چگونگی توزیع تمام متغیرها را روی تمام میدان اندازه بگیرد. بنابراین، حتی وقتی یک کار آزمایشگاهی انجام می‌شود، بسیار با ارزش خواهد بود که جهت تکمیل اطلاعات آزمایشگاهی حل کامپیوتری همزمان با آن به دست آید.

توانایی شبیه سازی شرایط واقعی

در یک محاسبه تئوری، چون شرایط واقعی به آسانی می‌توانند شبیه سازی شوند، نیازی نیست به مدلهای با مقیاس کوچک و یا با ریان سرد متوسل شویم. برای یک برنامه کامپیوتری،‌داشتن ابعاد هندسی بسیار بزرگ یا خیلی کوچک، به کار بردن درجات حرارت خیلی کم یا بسیار زیاد، عمل کردن با مواد سمی یا قابل اشتعال،‌تعقیب فرآیندهای بسیار سریع یاخیلی آهسته مشکل مهمی را ایجاد نمی‌کند.

توانایی شبیه‌سازی شرایط ایده‌آل

گاهی اوقات یک متد پیشگویی برای مطالعه یک پدیده پایه استفاده می‌شود، تا یک کاربرد پیچیده مهندسی، برای مطالعه پدیده، شخص توجهش را روی تعداد کمی از پارامترهای اصلی متمرکز کرده و تمام جنبه‌های دیگر را حذف می‌کند. بدین ترتیب، شرایط ایده‌آل زیادی ممکن است بهعنوان شرایط مطلوب مورد ملاحظه قرار گیرند،‌به عنوان مثال می‌‌توان از دو بعدی بودن، ثابت بودن جرم مخصوص، وجود یک سطح آدیاباتیک یا داشتن نرخ نامحدود فعل و انفعال نام برد،‌در یک کار محاسبه‌ای این شرایط می‌توانند به آسانی و دقیقاً‌برقرار شوند. از طرفی حتی در یک آزمایش عملی دقیق به زحمت می‌ـوان به شرایط ایده‌آل نزدیک شد.

نارساییهای محاسبه تئوری

امتیازات گفته شده در بالا به اندازه کافی مؤثر هستند که شخص را برای تحلیل کامپیوتری ترغیب نمایند. به هر حال ایجاد علاقه کورکورانه بههر علتی مطلوب نیست. لذا مفید خواهد بود که از موانع و محدودیتها نیز آگاه باشیم. همان گونه که قبلاً‌ تذکر داده شد، تحلیل کامپیوتری مفاهیم یک مدل ریاضی را مورد استفاده قرار می‌دهدا. در مقابل،تحقیق آزمایشگاهی خد واقعیت را مورد مشاهده قرار می دهد. بنابراین اعتبار مدل ریاضی مفید بودن یک کار محاسبه‌ای را محدود می‌کند. باید توجه داشت نتیجه نهایی فردی که از تحلیل کامپیوتری استفاده می کند،‌به مدل ریاضی و نیز به متد عددی بستگی دارد. به طوری که به کاربردن یک مدل ریاضی نامناسب می‌‌تواند موجب شود تا یک تکنیک عددی ایده‌آل نتایج بی ارزشی تولید نماید.

بنابراین برای بحث در مورد نارساییهای یک محاسبه تئوری، تقسیم کردن تمام مسایل عملی به دو گروه به شرح زیر مفید خواهد بود:

گروه اول: مسایلی که برای آنها یک بیان ریاضی مناسب می‌توان نوشت (مانند هدایت حرارت، جریانهای آرام، لایه‌های مرزی مغشوش ساده).

گروه دوم: مسایلی که برای آنها هنوز یک بیان ریاضی مناسب به دست نیامده است(مانند جریانهای مغشوش پیچیده، جریانهای غیر نیوتونی معین، تشکیل اکسیدهای نیتروژن در احتراق مغشوش، بعضی جریانهای دو فازی). البته اینکه یک مسئله مشخص جزو کدام گروه قرار می‌گیرد، به اطلاعات ما درباره آن بستگی خواهد داشت.

انتخاب روش

بحث درباره شایستگیهای نسبی تحلیل کامپیوتری و تحقیق آزمایشگاهی توصیه‌ای بری محاسبات کار آزمایشگاهی نیست،‌شناخت توانها و ضعفهای این دو برای انتخاب صحیح تکنیک مناسب ضروری است. بدون شک آزمایش تنها روش تحقیق دربارة یک پدیده اساس جدید است. در این حالت آزمایش هدایت می‌کند و محاسبه پیروی. درترکیب تعدادی از پدیده‌های شناخته شده و مؤثر به کار بردن محاسبه مفید تر واقع می‌شود . حتی در این شرایط نیز لازمست برای تعیین اعتبار نتایج محاسبات آنها با داده‌های آزمایشگاهی مقایسه شوند. از طرف دیگر برای طرح یک دستگاه از طریق آزمایش محاسبات اولیه اغلب مک کننده بوده و اگر به تحقیقات عملی محاسبات نیز اضافه شود، معمولاً‌می‌توان از تعداد آزمایشها به مقدار قابل توجهی کاست.

بنابراین حجم مناسب فعالیت برای انجام یک پیشگوی باید ترکیب خردمندانه‌ا از محاسبات و آزمایش باشد. مقدار هر یک از این دو در ترکیب مذکور بستگی به طبیعت مسئله و اهداف پیشگوی مسایل اقتصادی و سایر شرایطی خاص وضعیت مورد نظر دارد.

یک برنامه CFD چگونه کار می‌کند؟

ساختار برنامه های CFD، روش عددی است، به طور کل سه روش مجزا برای روشهای عددی وجود داردکه عبارتند از:

تفاضل محدود، حجم محدود، روشهای طیفی

در روشهای بالا اعمال زیر انجام می‌شود:

- تقریب متغیرهای مجهول جریان،‌با استفاده از توابع ساده

- گسسته سازی با استفاده از جایگذاری تقریبها در معادلات حاکم بر جریان و سپس انجام تغییرات ریاضی و

- حل معادلات جبری

تفاوتهای اصلی میان این سه روش به روشی که در آن متغیرهای جریان تقریب می خورند و فرآیند گسسته سازی صورت می‌گیرد مربوط می‌شود.

روش حجم محدود

این روش ابتدا به عنوان یک فرمول‌بندی اختلاف محدوده ویژه توسعه و در چهار برنامه اصلی تجاری CFD مورد استفاده قرار می‌گیرد.

الگورتمهای عددی شامل مراحل زیر می‌باشند:

- انتگرال کلی از معادلات حاکم بر جریان سیال روی تمام حجمهای کنترل مربوط به میدان حل،

- گسسته سازی، شامل جایگذاری نوعی از تقریبهای اختلاف حدود برای عبارتهای داخل معادله انتگرالی می‌باشد، که فرآیندهای جریان مثال جابه‌جایی، نفوذ و چشمه‌ها را نشان می‌دهد. این عمل معادلات انتگرالی را به یک سیستم معادلات جبری تبدیل می‌کند.

- حل معادلات جبری با استفاده از یک روش تکرار.

قدم اول، یعنی انتگرال گیری از حجم کنترل، روش حجم محدود را از سایر روشهای CFD متمایر می‌کند. دیدگاه حجم محدود بقاء محلی هر خاصیت از سیال را برای هر حجم کنترل تضمین می‌کند. این رابطه روشن بین الگوریتم عددی و قاعده کلی بقاء اصل فیزیکی، یکی از جاذبه‌های اصلی روش حجم محدود را تشکیل می دهد و درک مفاهیم آن را برای مهندسین،‌خیلی ساده‌تر از روشهای عنصر محدود و طیفی برای بقاء بک متغیر جریان مهیا می‌کند. برای مثال یک مؤلفه سرعت یا آنتالپی در داخل یک حجم کنترل را،‌‌ می‌توان به صورت یک تساوی بین فرآیندهای متفاوت که منجر به افزایش یا کاهش آن می‌شود نشان داد:

نرخ تغییر در حجم کنترل نسبت به زمان =

شار خالص به دلیل جابه‌جایی به داخل حجم کنترل

+ شار خالص به دلیل نفوذ به داخل حجم کنترل

+ نرخ خالص تولید در داخل حجم کنترل

برنامه‌های CFD، شامل روشهای گسسته‌سازی مناسب، برای حل پدیده‌های انتقالی مهم، جابه‌جایی (انتقا به دلیل جریان سیال)، نفوذ (انتقال به دلیل تغییرات از نقطه‌ای به نقطه دیگر) و همچنین عبارات چشمه (همراه با تولید یا اتلاف ) و نرخ تغییر نسبت به زمان می‌باشند. همچنین پدیده‌های فیزیکی اساسی، پیچیده و غیرخطی می‌باشند بنابراین یک روش حل تکرار مورد نیاز است.

توضیح سازگاری و پایداری

فهم مناسب الگوریتم حل عددی نیز یک مسئله مهم است. سه‌ایده ریاضی در مشخص کردن کارایی یا عدم کارایی هر یک از الگوریتمها مفید است:

- همگرایی

- سازگاری

- پایداری

همگرایی، خاصیت از روش عددی برای به دست آوردن جوابی است که به حل دقیق نزدیک می‌باشد، به طور یکه فاصلة شبکه،‌اندازه حجم کنترل یا المان به صفر میل می‌‌کند. طرحهای عددی سازگار، دستگاهی از معادلات جبری را ایجاد می‌کند، که می‌توان نشان داد با معادله حاکم اصلی زمانی که فاصله شبکه به سمت صفر میل می‌کند،‌معادل می‌باشد. پایداری در روش عددی با میرایی خطاها همراه می‌باشد. اگر یک روش پایدار نباشد، حتی با گرد کردن خطاها در داده‌های اولیه، می‌تواند موجب واگرایی یا نوسانات زیاد گردد.

سایت‌های مورد مطالعه:

در گردآوری مطالب و موضوعات مرتبط با این پایان‌نامه از آرشیو سازمان آب منطقه‌ای تهران و شرکت مهندسین مشاور مهاب قدس استفاده شده است همچنین از مطالب علمی و مقالات سایت‌های اینترنتی مرتبط با این پایان‌نامه استفاده شده است که به شرح زیر می‌باشند:

1- WWW.CFD spillway

2- WWW.Fluent

3- WWW. CFD

فصل دوم

تاریخچه

تاریخچه

در انتهای قرن بیستم توسعه فرم معادلات برای حل دقیق به بلوغ نسبی رسید. اما مشخص شد که هنوز معادلات بیشماری از مسائل طبیعی وجود دارد که حل کردن آن بطور تحلیلی غیر ممکن است. این موضوع باعث پیدایش و توسعه راهکارهای حل نیمه دقیق از یک طرف و شبیه‌سازی عددی (حل عددی) از طرف دیگر شد. تکنیکهای حل نیمه دقیق که بطور گسترده در دینامیک سیالات بکار گرفته می‌شود، در مواردی نظیر روشهای اغتشاشی، تقریب تشابه، روش انتگرالی برای محاسبه لایه مرزی و همچنین روش مشخصه‌ها در جریانهای تراکم‌پذیر غیر لزج کاربرد دارد. در مقابل تکنیکهای حل عددی برای حل مسائل میدان جریان بکار می‌رود.

روش حل عددی تفاضل محدود1 بعنوان اولین تکنیک حل عددی می‌باشد که توسعه یافته است. اگرچه این روش نسبت به سایر روشهای عددی ساده‌تر است اما محدودیتهای بسیاری برای استفاده از این روش در دوران قبل از جنگ جهانی دوم که محاسبات بصورت دستی انجام می‌گرفت، وجود داشت. بنابراین حتی مسائل خطی درگیر با عملگرهای نیمه هارمونیک و لاپلاسین نیز بصورت سعی و خطا و با استفاده از روشهای ریلکسیشن انجام می‌شد. اولین بار ساوت‌ول2 یک روش ریلکسیشن مناسب برای محاسبات دستی را ارائه کرد. در این روش که باقیمانده‌های معادلات حاکم در تمام نقاط شبکه دامنه محاسباتی، بدست می‌آید، در ابتدا مقادیر متغیر متناظر با مکانهایی که بزرگترین باقیمانده‌ها را دارا می‌باشد، تخفیف می‌یابد. تا زمان ظهور کامپیوترهای دیجیتال، روش ساوت‌ول مناسب‌ترین روش برای حل متغیرهای انتقال حرارت و مسائل جریان سیال بود. روش دیگر ریلکسیشن که کاربرد بسیاری داشت، روش SOR3 فرانکل بود.

برای مسائل سازه‌ای درگیر با روشهای الاستیک، رایتز4 روش مرتبط با تقریب تابع پتانسیلی (کار مجازی) در ترمهای توابع تجربی با ضرائب نامشخص را توسعه داد. این ضرائب نامشخص با کمینه کردن تابع پتانسیلی ارزیابی می‌شد. محدودیت اصلی این روش آن بود که توابع تجربی نیازمند آنست که شرائط مرزی مسئله ارضاء شود. کورانت در سال 1943 با گسسته‌سازی قلمرو فیزیکی به المانهای مثلثی و با فرض خطی بودن توابع تجربی روی هر المان، روش رایتز را بطور قابل توجهی بهبود بخشید. با استفاده از این روش ابتکاری دیگر نیازی نبود که تمام توابع تجربی شرائط مرزی را اصلاح کند ]1[. یکی کردن این روشها موجب پیدایش روش المان محدود5 توسط کلاو6 در سال 1960 شد.

تکنیکهای حل عددی در بحث دینامیک سیالات بخصوص دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. بهمین علت از همان ابتدای پیدایش تکنیکهای حل عددی، کاربرد آنها در CFD همواره مد نظر قرار داشت. یکی از ساده‌ترین مسائلی که برای اولین بار با استفاده از کامپیوترهای دیجیتال حل شد، شبیه‌سازی جریان لزج در رینولدز کمتر از 1000 بود. اینکار توسط فرام و هارلو7 با استفاده از روش صریح پیشرو زمانی تفاضل محدود در لس-آلاموس انجام شد. بعدها از روش ایندو دانشمند توسط تومن و سزوسیک8 برای جریان روی استوانه و ریمون و چنج9 برای حل جریان یکنواخت روی کره استفاده شد. حل پایای معادلات ورتیسیته-تابع جریان توسط هاملیک و همکاران10 و با استفاده از روش SOR انجام شد. یک روش ضمنی گام زمانی برای جریانهای لزج توسط پیرسون1 ارائه شد. این روش براساس روش ADI‌2 پیشنهادی توسط پیسمن-راچفورد3 توسعه یافت.

در دهه‌های پنجاه و شصت قرن بیستم در زمینه شبیه‌سازی جریانهای تراکم‌پذیر غیر لزج گامهای مؤثری برداشته شد. پدیده شاک با استفاده از تکنیک لکس4 و با بکارگیری فرم بقائی معادلات بررسی شده و در این رابطه چندین روش نیز ارائه شد. از جملة این روشها می‌توان به روش تفاضل محدود PIC5 اشاره کرد. در سال 1960 دقت مرتبه دوم روش تفاضل محدود برای شبیه‌سازی بهتر پدیده شاک توسط لکس و وندروف6 پیشنهاد شد. بعدها این روش برای توسعه روش مک کورمک مورد استفاده قرار گرفت. برای بررسی شاکهای متحرک، روشهای شاک فیتینگ پیشنهاد گردید و بمنظور شبیه‌سازی جریانهای مافوق صوت حول اجسام مختلف بکار گرفته شد. حتی امروزه از بعضی از این روشها نیز استفاده می‌شود.

در اوایل روشهای حل مربوط به جریانهای تراکم ناپذیر لزج، تنها ورتیسیته و توابع جریان را محاسبه می‌کرد. اما در اواخر دهه شصت حل مستقیم پارامترهای اصلی جریان نظیر مؤلفه‌های سرعت و فشار نیز آغاز شد. کارهای بنیادین در این زمینه توسط هارلو-ولچ7 و هارلو-آمسدن8 در لاس آلاموس انجام شد. این محققان روشهای انتقالی صریح همچون MAC و SMAC را ارائه کردند. برپایه مفاهیم بکارگرفته شده در این مطالعات، فرمولاسیون ضمنی مناسبی برای بدست آوردن متغیرهای اصلی جریان توسط پتنکار و اسپالدینگ9 توسع یافت. برهمین اساس الگوریتمهای شناخته شده‌ای نظیر SIMPLE و الگوریتمهای بهبود یافته‌تری نظیر SIMPLER و SIMPLEC توسع یافته که می‌تواند طیف گسترده‌ای از جریانهای تراکم‌ناپذیر را شبیه‌سازی کند. این روشهای ضمنی از مزایای قابل توجهی نسبت به الگوریتمهای صریح برخوردار است. بعنوان مثال در الگوریتمهای ضمنی هیچ‌گونه محدودیتی در مورد مقدار گام زمانی از نقطه نظر پایداری وجود ندارد.

در اواخر دهه هفتاد و اوایل دهه هشتاد مهمترین مسئله قابل توجه، شبیه‌سازی جریان در انواع هندسه‌های مختلف بود. روشهای گوناگونی برای انتقال هندسه‌های پیچیده به هندسه‌های ساده پیشنهاد گردید که مهمترین آنها در یک کتاب و توسط تامسون، وارسی و مستین10 گردآوری شده است. در سالهای اخیر، بالیگا و کاورکرز11 روش حجم محدود براساس12 روش المان محدود را بنا نهادند که بعلت حل انتگرالی معادلات براحتی برای هر هندسه دلخواهی قابل استفاده است. تحقیقات بیشماری در زمینه روشهای حجم محدود و المان محدود و کاربرد آنها در دینامیک سیالات انجام گرفته تا دینایمک سیالات محاسباتی را به ابزاری قدرتمند و قابل اعتماد برای شبیه انواع رژیمهای جریان تبدیل کند ]3[.

در استرالیا در اوایل دهه 1950 و 60 اکثر سدها و مجراهای سرریز آب برای مقابله با سیل‌های طراحی، ساخته شده بودند. از آن پس اطلاعات هیدرولوژیکی دیگری جمع‌آوری و بررسی شدند. به طور کلی فهمیده شد که PMFهای اصلاح شده برای آب‌ریزها افزایش یافته‌اند. برای انتخاب بهترین طرح، بسیاری از مالکان سدها باید باصرفه‌ترین روش را برای بررسی چگونگی جریان مجراهای سرریز آب در صورت آمدن سیل شدید را در نظر بگیرند. تا آن زمان استفاده‌ از مدل مقیاس تنها روش بررسی بود. هم‌اکنون استفاده‌ از روش‌های عددی مانند بررسی دینامیک مایع کامپیوتری به خاطر هزینة پائین و زمان کم آماده شدن آن جالب هستند و نتایج از حوزة جریان به دست می‌آیند نه از مناطق کنترل شدة خاص. هم اکنون پیشرفت‌های اخیر در تکنولوژی نرم‌افزار و سخت‌افزار کامپیوتر حاکی از آن است که استفاده‌ از تکنیک CFD برای بررسی جریان روی مجراهای سرریز آب امکان‌پذیر است. از جمله مشکلات اولیه حرکت چشمه‌ها یا شبکه‌ها برای ردیابی سطح آب و به دست آوردن محلولی هم‌گن بود. این روزها کدهای CFD کارآمدتر، می‌توانند در سه بـُعد، معادله‌های Navier-Stroke و محاسبات سطح آزاد را به صورتی پیشرفته حل کنند. تعریف کردن هندسة پیچیده و شبکه‌سازی سه بـُعدی ساده‌تر شده است. بسیاری از کدهای CFD می‌توانند اطلاعات هندسی را از نرم‌افزار مهندسی مجهز به کامپیوتر بگیرند. زمانی که در استرالیا برای اولین بار از تکنیک بررسی مجرای سرریز آب استفاده‌ شد، لزوم بررسی اعتبار آن ضروری بود. اصول اساسی و مقدماتی کنترل و تأیید شبیه‌سازی CFD توسط صنایع هوایی انجام شد. ارتباط بین دنیای واقعی، مدل ریاضی و مدل کامپیوتری بررسی و پایه‌ریزی شد. توصیه‌های موجود در رهنمون‌های فضایی برای مدل‌سازی CFD ساختارهای هیدرولیک هم کاربرد دارند. باید به این نکته توجه شود که حتی یک مدل هیدرولیکی درجه‌بندی فیزیکی فقط نمایش ریاضی ساختار واقعی است. این پایان‌نامه با توصیف کردن پیشینة کلی مدل‌سازی CFD و به خصوص دنبال کردن مسیر جریانات سطح آزاد برای شبیه‌سازی مجراهای سرریز آب آغاز می‌شود. سپس پروسة تأیید کردن با بررسی نمای مجرای سرریز آب Ogee زیر سطوح مختلف سیل به صورت 2 بـُعدی و سه‌بـُعدی توصیف می‌شود. نتایج به دست آمده با اطلاعات منتشر شده مقایسه شدند تا از مدل‌سازی CFD در مطالعات آتی با اطمینان خاطر استفاده‌ شود. درنهایت چند مطالعة موردی برای نشان دادن کارایی این تکنیک بررسی، نشان داده می‌شود. برای اطمینان حاصل کردن از صحیح بودن نتیجة شبیه‌سازی، هر مطالعة موردی با استفاده‌ از اطلاعات موجود و در صورت امکان با استفاده‌ از تست‌های مدل هیدرولیک فیزیکی قبلی تأیید می‌شود.

آنالیز جریان بر روی سرریز اوجی بر اساس (CFD)طرح توجیهی آنالیز جریان بر روی سرریز اوجی بر اساس (CFD)دانلود آنالیز جریان بر روی سرریز اوجی بر اساس (CFD)عمرانمدلسازی فیزیکیآنالیز جریان بر روی سرریز اوجیدانلود طرح توجیهیپروژه دانشجوییدانلود پژوهشدانلود تحقیقپایان نامهدانلود پروژه