تحقیق درباره بتن

1-تراورسهای بتنی

تراورسهای بتنی یکی دیگر از انواع تراورسهای مصنوعی است که بیشتر مرورد آزمایش و پذیرش راه آهن قرار گرفته است.

تاریخچه تراورس بتنی

تراورسهای بتنی، در حدود سال 1893 بطور آزمایش در ایالات متحده آمریکا در شهر ریدینگ به تعداد دویست عدد نصب گردید.

بزرگترین رقم نصب آن در طی 35 سال، در حدود 25 هزار تراورس بتنی بود که در ایالات پنسلوانیا نصب گردید.

اکثر این تراورسها به دلیل زنگ زدن اتصالات، ترک خوردگی بتن و همچنین فرسودگی ونشست در محدوده اتصالات، کنار گذاشته شدند. در اروپا، راه آهن ایتالیا بین سالهای 1906 تا 1908 دویست هزار تراورس بتنی نصب کرد. در سال 1920 شرکت گریت نوردن انگلیسی بطور آزمایش از تراورسهای بتنی استفاده کرد. در همان هنگام تراورسهای بلوکی بتنی که در زیر ریل به وسیله تسمه فلزی به هم وصل می شوند و یا بر روی تیر آهن  Tشكل ریخته می شوند، خدامات ارزنده بیشتری را درخطوط پاریس- لیون مارسل، ارائه کردند.

استفاده از تراورسهای تیری شکل اولیه، چه در آمریکا و چه خارج از آمریکا به دلایل شل شدن چفت و بست، خرد شدن در اثر ضربه و خرد شدن در زیر ریل، ناکام ماند. همچنین به دلیل سنگینی وزن (که حدود 7/90 تا 4/181 کیلو گرم بودند)، با هزینه های بالای حمل و نقل، نصب و نگهداری مواجه بود.

چندی بس از جنگ جهانی دوم چوب کمیاب شد و تراورس پیش تنیده بتنی، در اروپا و بریتانیا، مورد استفاده گسترده ای قرار گرفت اکنون چندین میلیون تراورس بتنی در آلمان غربی، بریتانیا، روسیه و مکزیک مورد استفاده قرار می گيرند، اما استفاده از طرح پیشرفته تراورس بلوکی و تراورس مرکب (RS) در راه آهن فرانسه و کشورهایی که از تکنولوژی فرانسوی استفاده می نمایند، استاندارد می باشد. (SNCF)

در اواخر دهه پنجاه AAR تحت نظارت و راهنمایی آقای روبل، مهندس تحقیقات و آقای مگی، دستیار تحقیق و به همراهي شرکتهای پیش تنیده فلوریدا و سیمان پرتلند اقدام به طراحی و توسعه تراورس مناسب برای بار سنگین چرخها و شرایط جوی آمریکا شمالی، نمود اولین نصب آزمایشی آن در سال 1960 در سی بردایرلاین و آنتلانتیک کت لاین (که اکنون به نام (سی برد کتلاین) معروف می باشد) انجام شد.

مقدمه:

مقدمه: برای محاسبه تراورسهای بتنی فرضيات اساسی زیر بعمل می آید.

1-1-                      در تراورس بتنی مقاطع قبل و بعد از خمش بصورت صفحه باقی می مانند این مطلب برای اثبات تئوری الاستیسیته در مورد تراورسها لازم می باشد. زیرا ضخامت تراورس در مقایسه با طول آن کوچک می باشد.

1-2-                      مدول الاستیسیته فولاد و بتن تا حد تنش الاستیک ثابت می باشد. این فرض برای فولاد نرمه (StL.III) تا نقطه ارتجاعی (تسلیم) درست می باشد. در تراورس تغییرات تنش در فولاد بعلت بارهای دینامیکی زیاد بوده و این امر باعث تغییراتی در مدول الاستیسیته می شود. تحت اثر تنشهای زیاد تغییرات مدول الاستیسیته در بتن نیز زیاد می باشد. چون بتن با مرغوبیت بالا ماده ای کاملا الاستیک نیست دیاگرام تنش- تغییر طول نسبی  آن غیر خطی می باشد. در مورد تراورسها علیرغم دارا بودن بتن با مرغوبیت بالا، مع الوصف تنش ها در حد الاستیک درنظر گرفته می شوند.

1-3-                      چسبندگی کامل بین فولاد و بتن اطراف آن وجود دارد. و بهمین جهت در هر فاصله ای از محور خنثی (Neutral Axis) تغییر طول نسبتی دو ماده یکی می باشد.

1-4-                      بر روی سطح مقطع آرماتورها یا میله های بیش تنیدگی توزیع تنش یکنواخت در نظر گرفته می شود این مطلب کاملا هم صحیح نمی باشد چون مقدار تنش با فاصله از محور خنثی تغییر می کند قطر میلگردها در مقایسه با فاصله آنها ازمحورخنثی کم می باشد توزیع تنش یکنواخت بوده و فقط  در موردیکه میله ها دارای قطر زیاد هستند و از محور خنثی نیز فاصله زیادی ندارند این مساله نمی تواند صحیح باشد.

1-5-                      در محاسبات بتن آرمه تنش کششی بتن در نظر گرفته نمی شود ولی در بتن پیش تنیده نقش بتن در کشش تحت بارهای وارده منظور می گردد. نتیجه اینکه منحنی تنش- تغییر طول نسبی  برای بتن در برابر فشار و کشش یکسان می باشد. بعبارت دیگر مقدار مدول الاستیسیته در هر دو حالت یکی است. اگر چه آزمایشات نشان داده اند که مدول الاستیسیته در کشش معمولا 10/1- 85/0 برابر مدول الاستیسیته در فشار می باشد.

2- تراورس بتن آرمه:

مقدمه: در صورتیکه فولاد تحت تنش الاستیک باشد و قبل از اینکه به تنش مجاز خود برسد می بایست بتن ترک بخورد گر چه با توزیع مناسب  میلگردها می توان از افزایش ترکها

2-2- جلوگیری نمود تجزیه تنشها در اثر پیچش در بتن آرمه پیچیده بوده و لذا طراحی به فرمولها و دستور العملهائی که بر اساس آزمایشات عملی مشخص شده اند محدود می گردد.

معایب بتن آرمه:

2-2-1 از آنجایئکه بتن قادر نیست خود را با تغییر طول نسبی (strain) عادی فولاد تطبیق دهد، تحت بارهای وارده در قسمتی که تنش کششی وجود دارد ترک می خورد.

2-2-2- ابعاد تراورس بتن آرمه توسط برش تعیین می گردند. اگر نیروی برشی زیاد گردد سطح مقطع بزرگ می شود که در نتیجه بار مرده آن زیاد می گردد.

2-2-3 بتن مکمل است در اثر انقباض (Shrinkage) ترک بخورد.

2-2-4 در تراورس بتنی از بتن با مقاومت بالا استفاده کامل نمی شود یعنی اگر اندازه عضو از حد معینی کمتر گردد مقدار میلگردهای لازم، عضو را غیر اقتصادی خواهد ساخت. می توان با استفاده از فولاد سخت با مقاومت ارتجاعی بالاتر مقدار فولاد مصرفی را تا  کاهش داد. این راه حل صحیح نمی باشد، زیرا تغییر طول نسبی فولاد با مقاومت بالا حدود 6 برابر تغییر طول نسبی فولاد نرم می باشد این امر باعث ترکهای پهني تحت بارهای وارده در بتن می شود.

2-2-5 در بتن آرمه فولاد نقش مفعولی (Passive) را دارد و بتن را در مقابل اثرات مخرب بار گذاری حفاظت نمی کند.

2-2-6 تحت اثر نیروی برشی، در بتن آرمه تنشهای کششی که از نیروی برشی منتج می گردند بیشتر می باشند.

2-2-7 وزن فولاد مصرفی در بتن آرمه زیاد می باشد.

2-2-8 درمساله خستگی (Fatique) بتن و فولاد مصرفی در بتن آرمه در مقابل شکستهای تدریجی یا پیش رونده رفتار خوبی را از خود نشان نمی دهند که این مساله با تکرار بارگذاری نیز بیشتر می شود.

2-3- رفتار بتن آرمه تحت اثر خستگی (Fatique):

2-3-1 اغضاء بتن آرمه بیشتر بعلت پاره شدن میلگردها از بین می روند بنظر می رسد که پاره شدن با ترک خوردن مرتبط می باشد و تمرکز تنش و سایش (سائیگی) نیز با این ترکها مربوط هستند. آرماتورهای طولی در تیرها مقاومتی حدود 70-60 درصد مقاومت نهائی استاتیکی برای یک میلیون سیکل را دارند.

2-3-2 وقتیکه ترکهای عرضی در تیری در اثر بار استاتیکی نسبت به ظرفیت تحمل خمشی بیشینه استاتیکی زیاد باشند عموما تیر بعلت خستگی (Fatrique) آرماتورها گسیخته می شود. تکرار شدن بار بیشینه باعث ترکهای عرضی در مدت بار گذاری نمی شود.

2-3-3 قبل از اینکه آرماتورها گسیخته شوند، تکرار بارهای بیشینه باعث شکست فشاری- بری نمی شود و این مساله در تیری است که بعلت خمشی ممکن است گسیخته شود (خستگی آرماتورها) و در آن- ترکهای عرضی افزایش یافته اند.

2-3-4 اگر در ابتدا، در اثر ابر گذاری یک ترک عرضی بزرگ در تیر بوجود آید و اگر عمر خستگی در حالت فشاری- برشی از عمر خستگی آرماتور ها تحت این درصد بخصوص از تکرار بار کمتر باشد، یک تیر در حالت فشاری- برشی گسیخته می شود.

2-3-5 قبل از اینکه آرماتورها گسیخته شوند، اگر تکررار بار گذاری بطور همزمان باعث تراز عرضی و شکست فشاری- برشی شود، گسیخته شدن تیر بصورت ترک خوردگی عرضی خواهد بود.

2-3-6 تحت اثر بار گذاری خستگی، یک  تیر عموما "فقط در نقاطی که ترکها و شکستها وجود دارند خسارت می بیند و در قسمتهای باقیمانده دیگر صدمه نمی بیند.

2-3-7 در حدود تغییرات بارهای عادی وارده، تکرار بار منجر به ترک می شود و فقط افزایش کمی در فلش (Deflection) کل تیر بوجود می آید افزایش در اندازه ترکها مهم نیست.

2-3-8 بتن در تراورس بتن آرمه مقاومت فشاری و کششی کمتری نسبت به تراورس بتنی پیش تنیده دارد. مزایایی پیش تنیدگی در مورد تراورس بتن آرمه وجود ندارد بواسطه مدول الاستیک کمتر بتن.

2-3-9 ترکی که در اثر ضربه خروج چرخ از خط در بتن تراورس بتن آرمه بوجود آمده احتمالا باقی می ماند، مگر اینکه ترک ریز باشد که توسط خاصیت جوش خوردگی در سالهای اولیه عمر تراوس خود بخود ترمیم یابد.

2-3-10 امکان خسارت در اثر از خط خارج شدگی عامل مهمی در استفاده از تراورسهای بتنی است. هیچ تراورس بتنی به هر صورت که طراحی شده باشد، در مقابل ضربات خروج چرخ از خط نمی تواند مقاومت کند. تراورسهای بتنی به شرطی می توانند در برابر این ضربه مقابله کننده که بهبود سریعی در وضعیت ترافیک و استفاده از تراورسهای اصلاح شده و یا تعویض اعضاء صدمه دیده، صورت گیرد.

2-4 تئوری پیش تنیدگی

پیش تنیدن باعث کاهش وزن و افزايش مقاومت در برابر گسیختگی حاصل از گشتاور خمشی می گردد. گشتاور های خمشی باعث می شوند زمانی که لایه های تحتانی یک عضو خمشی تحت تاثیر كشش واقع می گیرد، در آن ایجاد گسیختگی شود. در یک تراورس پیش تنیده میلگردهای فلزی زیادی به فاصله کمی از سطح تحتانی و در نقطه میانی تراورس یعنی محلی که بیشترین تنش و یا کش را دارا است قرار می گیرند، پس از سخت شدن بتن، میله ها در قسمت انتهایی تراورس محکم شده و تمایل به انقباض پیدا می کنند. این عمل باعث جلوگیری از میل به ترک خوردن می شود در صورت تشکیل این ترکها پیش تنیده شدن میله ها آنها را بطور محکم نگه می دارد. شکل (1) موفقیت در پیش تنیدگی بستگی به اتصال بین بتن و اعضای پیش تنیده دارد.

شكل

2-5 طراحی اولیه AAR

جهت ارزيابي ایده اصلاح شده، دانستن ایده های طراحی اولین تراورسها در  آمریکا مفید است. در اواخر دهه شصت افزایش بهای چوب، احتمال کمبود آن و موفقیت در تراورسهای پیش تنیده در اروپا باعث شده که AAR، طراحي ساخت واستفاده از آنها را به تثبیت برساند. بعدها شرکت سیمان پرتلند، انجمن آمریکایی بتن، ناسیونال کانادایی و کمیته متخصص تراورسهای بتنی AREA در این کوشش، شرکت نموده اند.

از چندین طرح اولیه، نوع E جهت آزمایش درخط آهن انتخاب شد. این طرح به لنگر خمشی در محور بار، بستگی داشت. سطح مقطع از یک منشور ناقص که در بالا 32/20 سانتیمتر و در پایین 5/30 سانتیمتر بود، تشکیل شده است. فشار بالاست در فواصل 2/76 سانتیمتر برابر kg/cm² 6/4 می باشد که با فشار وارده بر تراورس چوبی به فواصل 8/50 سانتیمتر برابر است.

قسمتهای تحتانی که در زیر ریل قرار داد، تا اندازه ای مقعر می باشد و وسط آن حالت خمیدگی دارد که برای مقاومت در برابر خمش بوده و مساوی با قدرت خمش ریل است. این تصور که این عمل باعث کاهش چسبندگی در مرکز تراورس می شود، نادرست است چهار رشته سیم به قطر 11/1 سانتیمتر تحت تاثیر kg 29056 نیروی تنش قرار گرفته اند.

ریل مستقیما به سطح یا بالشتک دارای یک شانه و زاویه خارجی 1:40 که در بتن تثبیت شده، متصل می گردد. (در اتصالات غیر مستقیم صفحه تراورس و بالشتک به تراورس پیچ و مهره می شوند، تیرکها یا گیره ها به صفحه متصل شده و ریل را نگه می دارند). پیچهایی که گیره های فلزی را نگه می دارند. در روی پلاک مخصوص مدور که درتراورس قرار دارند پیچانده می شود. واشرهای فنری برای جلوگیری از شل شدن پیچها که در اثر فشرده شدن بالشتکهای تراروس زیر ریلها ایجاد می شود استفاده می گردند.

سیستم طراحی E آن به علل وجود بتن مشبک، خرد شدن در زیر ریل، جدا شدن انتهای تراورسها به دلیل استفاده غلط از پیچ و اینسرت [1] آن، شکستن بیرون آمدن پیچ و اینسرت آن از تراورس و برخی از عوامل دیگر با شکست روبرو شده است. ناکامی در بستن ترکهای حاصل از نیروی وارد شده از چرخها نشانگر ناکافی بودن قدرت چسبندگی بین بتن و عضو پیش تنیده می باشد.

تراورس ها تکرار باری معادل دو میلیون سیکل را که کنگره 2300 کیلو گرم متری ایجاد می کند تحمل می کند در حالی که وزن هر تراورس  حدود kg 5/281 است.

2-6 انجام اصلاحات در خصوصیات

همانطور که نیاز به دقت کافی در ساخت، نشان داده شده، دانستن برخی خصوصیات جهت مقابله با عوامل شکست لازم است، موسسات مختلف تدریجا مجموعه ای از خصوصیات بازبینی شده را که اکنون در دستور العمل AREA موجود است گرد آوری کرده اند.

جهت کسب اطمینان از اینکه چسبندگی بهتری بین بتن و تارهای مسلح کننده برقرار است رها کردن تدریجی و آرام کشش، پیشنهاد می شود. پیش تنیدن نیز به اندازه 25% از 29056 کیلوگرم به 37046 كيلوگرم افزایش می یابد.در رشته های مسلح کننده، متوسط طول لازمه جهت انتقال چسبندگی حدود 6/40 تا 47 سانتیمتر می باشد. در رشته های تغییر شکل یافته و یا آنهاییکه تحت تاثیر مواد شیمیایی قرار گرفته اند هنگامی که بارهای آرام وجود داشته باشند، طول مهاری لازم جهت چسبندگی بین 32/20 تا 7/45 سانتیمتر می باشد. به هنگام کمبود مواد قابل ارتجاع، سیم زنگ زده می تواند مفید باشد. در این حالت عامل موثر از 50 تا 150 درصد افزوده می شوند. توزیع بار یک چرخ بر روی ریل، با فرض اینکه چرخ صاف باشد شصت درصد است.با کارگذاشتن ادوات تثبیت در عمق بیشتر، مقاومت در برابر کشش خاری از 4540 کیلوگرم به 5448 کیلوگرم افزایش می یابد. همچنین در مرکز تراوترس ممان منفی به 3459 کیلوگرم –متر می رسد.

2-7 چفت و بندها (ادوات تثبیت )

چفت و بندها همیشه نقطه ضعف در تراورسهای بتنی می باشد. در گذشته کشش تارها به سمت خارج و شکستگی و آسیب پذیری تراورس، باعث عدم موفقیت در کار بوده اند. طراحی اولیه تراورس با استفاده از بلوکهای چوبی که دز بتن زیر ریل فرو رفته و صفحه و ریل به وسیله به آنها پرچ متصل می شدند. در روش امروزی از عنصری در فونداسیون و یا از وسیله اینسرت (اینسرت وسیله ایی است که در بتن دفن می گردد و بیشتر برای بلند کردن قطعه استفاده می گردد (قلاب) در بتن استفاده می شود. گیره ها، پیچها و طرحهای مختلف گیره های فنری در بتن نگهداری شده و یا به وسیله اینسرت به داخل بتن وصل می شود و از طرف دیگر به کف ریل متصل می گردد. بدین ترتیب ریل در محل مربوط مهار می شود. قابل توجه است که خصوصیات AREA ملزم می کند که حداقل طولی که اینسرت باید در بتن باشند 7 سانتیمتر و نیروی مقاوم 5448 کیلوگرم در برابر کشش خارجی  است.

این روش متداول بین ریل وتراورس اتصالی صلب برقرار می سازد. بطوری که آنها یکپارچه عمل می کنند. استفاده از چفت و بست ثابت ایده جدیدی است که در طراحی ریل در آمریکا معرفی شده، و در آن اتصال تراورس به ریل به طور ثابت می باشد. در صورتی که در سیستم چوبی که از شکاف و بر آمدگی استفاده می گردد ریل آزادانه از روی تراورس بلند شده و در جهت مخالف تراورس اتصالی، خم می شود. در زیر بار محوري سنگین در تراورسهای بتنی این امکان وجود دارد که ریل تحت اثر امواج کافی پیش از چرخ و پشت سر از چرخ بلند شوند. که به این عمل

پمپاژ گویند. این موضوع که وزن تراورس بتنی جهت  جلوگیری از پمپاژ کافی است یاخیر مورد بحث قرار دارد.  برای جلوگیری از پمپاژ احتمالی و تضمین آزادی حرکت عمومی ریل می توان از چفت و بندهای آزاد ریل استفاده نمود. این چفت و بندها پیچ هایی هستند که فاصله بین بالای ریل و سطح زیرین پیچ 32/0 تا 48/0 سانتیمتر می باشد.

گیره های قابل ارتجاع که دارای واشرهای پلاستیکی هستند قادرند کمی آزادی به ریل در جهت حرکت عمومی دهند. چفت و بندهای آزاد ریل نیز احتیاج به مهار دارد. عایق بندی در محل اتصالات به وسیله قرار دادن ریل بر روی یک صفحه سخت پلاستیکی و یا لاستیکی و پوشاندن چفت و بند به بوسیله ماده ای از فایبر گلاس صورت می گیرد. چفت و بند ایده آل برای نگهداری ریلها، چفت و بند ساده می باشد.

چفت و بندهای مستقیم به ندرت دارای این سادگی هستند. معمولا از دو سه قطعه مختلف تشکیل یافته اند، یک چفت و بند خوب، باید علاوه بر سادگی، ریل را در  مقابل حرکت افقی و نیز واژگون آن محافظت نماید. در صورت عدم وجود مهار کنندگان، یک چفت و بند باید بتواند در هر تراورس و در هر ریل در مقابل نیروی 10896 کیلوگرم در امتداد طولی مقاومت نماید.

همچنین باید تناسبی بین جهش ریل و بالشتک تراورس وجود داشته باشند.

به نظر می رسد که رابطه ای بین سختی مهار کننده و سختی بالشتک تراورس وجود داشته باشد یک بالشتک نرم در ترکیب با یک چفت و بند ثابت،  در اثر بار، فشرده شده و باعث ایجاد نیروی مهار کننده در چفت وبند می گردد. در اینجا استفاه از بالشتک ثابت مطلوب می باشد. بالشتکهای نرم و گیرههای قابل ارتجاع در تحمل بارهای متوسط موفق بوده اند ولی در برابر بارهای سنگین، حرکت جانبی و نیز فرسایش بیش از حد از خود نشان می دهند. بالشتکهای سخت به همراه گیره های ارتجاعی تحت تاثیر بارهای سنگین ترافیک، بیشترین فشار را به تراورسها و زیر سازی وارد کرده و نیز از حرکات و واژگونی ریلها جلوگیری می نماید. شکستگی و یا بیرون آمدن اینسرتهای فرو رفته در بتن، یکی دیگر از اشکالات مهار کنندگان می باشد که باعث صدمه دیدن تراورسها شده و اگر با چرخها تماس حاصل نمایند باعث کاهش قابلیت ارتجاعی اینسرتها، در بتن مي شود. اين اينسوتها اگر ظاهرا آسیب ندیده باشند، باید مرمت شده ویا حداقل مورد بازرسی دقیق قرار گیرند. در محل اتصال اینسرت و بتن ممکن است ترکهایی مشاهده شود، نمونه هایی از چفت و بندها در شکل (2) نشان داده شده اند.

2-8تجربیات اخیر

مدلهای مختلف تراورس بتنی  که خصوصیات AREA را دارا می باشند، در محلهای مختلف مورد آزمایش قرار می گیرند. این امر هم در مورد طرحهای داخلی وهم در مورد طرحهای خارجی صدق می کند. مدلهای

شکل 2

جزو یک TR-7 ساخت امریکا، کاستین CC244 C کانادایی و دیگر مدلها در خط آهن آلاسکا سانتافی، چسی و نورفلک و ستون و همچنین در دات فاست و پوئبلووکلرادو، آزمایش می شود. بنابراین، این تراورسها در شرایط جوی و ترافیکی مورد استفاده و آزمایش قرار می گیرند. چندین شرکت راه آهن مانند فلوریدا ایست کوست، بلک مسا، لیک پاول، و کاتراس سیتی ساترن، صد در صد و یا اندکی کمتر، از تراورس بتونی استفاده می کنند. آمتراک اخیرا تصمیم به نصب 6/643 کیلومتر تراورس بتنی در کریدور شمال شرقی بین نیویورک و بستون گرفت و این تصمیم قابل بحث و تبادل نظر می باشد.

تجربیات، در آزمايش طرحهای اخیر نشان داده که در اکثر موارد هنگامی که بار کمی وارد می شود، آزمایش با موفقیت روبرو بوده است در این کار با ایجاد تجمع وزنهای چند تنی در قسمتهای مورد آزمایش، طرح جدید رضایت بخش بوده است در این آزمایش مشاهده شد که حتی اگر بالشتکها خرد شده و حرکت کننده سطح ریل همچنان سالم وقابل استفاده باقی می ماند.

شرکت CM دریافته است که استفاده از تراورسهای بتنی در کاهش چین خوردگی سطح ریل و در نتیجه افزایش عمر آن، در زیر بارها قطار در کوهستان موثر است. ریل را می توان بدون هیچگونه مزاحمتی تعویض نمود. در تمام قسهای بالاتر از چهار درجه از تراورسهای بتنی استفاده می شود طول عمر ریل نیز دو تا چهار سال افزایش می یابد. از آنجایی که ریل بر روی تراورسهای چوبی باید غالبا تعویض گردد، تعویض میخها در هر 2 یا 3 سال باعث از بین رفتن چسبندگی بین میخها و تراورس شده و باعث از بین رفتن تراورسها و صفحات می شود. تجربه و تئوری هر دو نشان می دهند که برای مقاومت در برابر حرکت تراورسها و جذب کشش، به یک سطح زیرین قوی، برای زیر سازی نیاز است.

علی الخصوص زمانی که در تراورس از بالشتک سخت استفاده شده باشد. فواصل تراورسها معمولا بین 96/60 تا 6/68 سانتی متر می باشد که در مسیر قوسی شکل،  از فواصل 96/60 استفاده می شود فاصله گذاری تابعی است از طول تراورس، و مقاومت تراورس و مقاومت خمشی تراورس بستگی دارد.

تجربه نشان داده است که برای تراورسهایی که نیاز به فواصل 2/76 استفاده می شود، فاصله گذاری 96/60 سانتیمتری لازم الاجراء باشد. این موضوع تحت بررسی و بازدید قرار دارد

تراورسهای بتنی که تا 363 کیلوگرم وزن دارند در تعادل موثر می باشند اما غالبا از یک شانه 48/30 سانتیمتری بالاست، علی الخصوص در قوسها و سیستم CWR استفاده می گردد تراورسهاي بتنی نیز ظرفیت سختی آنرا افزایش می دهند.

در یک خط آهن که از تراورسهای چوبی استفاده شده است ظرفیتش 1135 کیلو گرم متر بر متر می باشد که در حالت استفاده از تراورسهای بتنی می تواند ضرب سختی 3175 کیلوگرم تا 6810 متر بر متر داشته باشد.

2-9نصب و مرمت

در خطوط جدید اشکالات اندک در نصب تراروسها و یا در بازسازی ریلها بوجود می آید این اشکالات فنی ممکن است تنها در قسمتی از ریل بروز کنند. شرکت (سی برد کاست)[2] از ترکیبی از تراورسهای بتنی و چوبی استفاده نموده که موفقیت آمیز هم بوده است قبلا شرکت (کان زاس سیتی سادرن) [3] دو تراورس بتنی را جایگزین سه تراورس چوبی نموده و سپس در تاریخ دیگری، فواصل را تنظیم می کرد تنها مسئله این بود که تراورسهای بتنی در ریل، سختی بیشتری نسبت به تراورسهای چوبی ایجاد می کردند، قابلیت ارتجاعی تراورسهای چوبی می تواند باعث ایجاد شتابهای عمودی در تراورسهای بتنی مجاور شود که مقدار زیادی از بار را متحمل شده و بیش از اندازه کشش پیدا می کنند، برای حل این مشکل می توان تراورس بتنی را در یک بخش و تراورس چوبی سالم را به قسمت دیگر منتقل کرده در بخش مجزا استفاده نماییم.

2-10استفاده در خطوط سریع السیر

تراورسهای بتني پیش تنیده عملکرد خوبی در خطوط سریع السیر داشته اند و به مراقبت کمی نیاز دارند، بار چرخها معمولا کمتر از 6/453 کیلو گرم است. بنابراین تراورس از تراورسهای خطوط باری سبکتر باشد. انجمن APTA [4] گروهی از خصوصیات را جمع آوری کرده است. از 15 سیستم در حال عمل 9 تای آنها، ایده استاندارد کردن عبور و مرور سریع را تایید نموده اند.

تراورسهایی که با خصوصیات ابتدایی طراحی شده اند، مورد استفاده و آزمایش قرار گرفته اند خطوط CTA [5] شیکاگو و سیستم (بارت) در سانفرانسیسک و خطوط MBTA [6] در بستون تراورسهای بتنی را با موفقیت مورد استفاده قرار دادند سیستم MARTA [7] در آتلانتا با استفاده از تراورسهای بتنی در حال ساخت می باشد. تراورسهای MARTA که 259 سانتیمتر طول دارند، به فواصل 2/76 سانتیمتر قرار گرفته و ريلها توسط مهار كنندگان پاندرال، مهار مي شوند. پايه هايي كه به اينسرتهاي تراورس در فواصل پنج در میان پیچ شده اند، مهار کنندگان را در قبال 18/68 کیلو گرم وزن ریل مقاوم می سازنند. تخمین زده می شود که در ده سال آینده در عبور سریع السیر، 155000 واحد از این تراورسها نیاز باشد.

2-11توجه اقتصادی تراورسهای بتنی

حال می توان مقایسه ای بین تراورسهای بتنی و دیگر انواع تراورسها نموده، قیمت تراورس با نوع ساخت، روش نصب و تورم اقتصادی متغییر است، در کلیه ارزیابیها باید نمای هزینه ها در نظر گرفته شود اخیرا قیمت خرید یک تراورس بتنی 35000 ریال ذکر شده است. هزینه نصب ممکن است در محدوده 3000 تا 10000 ریال باشد. هزینه حمله و نگهداری و عوامل فروش به آنها افزوده خواهد شد اثر اقتصادی کامل یک تراورس بستگی به عمر مفید آن داشته و نیاز به مرور زمان برای اثبات این موضوع دارد بر خلاف روش متداول آمریکایی که شامل نوسازی قطعات و یا نوسازی نقطه ای می باشد. امتراک از روش مرمت کلی استفاده می کند.

روش بازسازی نقطه ای نیاز به کار بدنی و سرمایه کمتری دارد، افزایش بهای تراورسهای چوبی و اختلالات مداوم ریل به دلیل تعویض اجزاء عمر، کوتاهتر تراورسهای چوبی همچنین استفاده از قطارهای ریل گذاری در حالت مرمتهای کلی، می تواند استفاده گسترده از تراورسهای بتنی را توجیه نماید.

3-1نقاط ضعف ذاتی تراورسهای بتنی

تراورسهای بتن مسلح تک بلوکی پس از پیدایش اولیه آن بعد از سال 1920، نقاط ضعف جدی زیر را از خود نشان داده اند.

تمایل به شکسته شدن تحت تاثیر بارهای دینامیکی قطار و ترک خوردگی وسیع که باعث تخریب می شود.

مقاومت خستگی بسیار کم ناشی از تنشهای کششی زیاد در قسمت مرکزی تراورس، که اگر تنشها از حد مقاومت کششی بیشتر شوند. به در رفتن میلگردها منجر خواهد شد.

بمنظور بر طرف شدن این نقاط ضغف لازم است.

ریل گذاری طوری انجام شود که تماس مستقیم با تراورس وجود نداشته باشد، یعنی از یک ماده جذب کننده انرژی برای خنثی نمودن ضربه بار وارده استفاده شود. این نوع مواد شامل بالستکهای لاستیکی است که به نوبه خود استفاده از پابندهای ارتجای را لازم می گرداند.

استفاد از میلگرد های مسلح کننده ارزان با طول عمر برابر با بتن.

3-2 دو نوع تراورس بتنی

همراه با فن آوریهای بتن مسلح و بتن پیش فشرده، دو نوع تراورس بتنی بوجود آمد:

-تراورس بتن مسلح دو بلوکی [8] شامل دو قسمت بتن مسلح ذوزنقه ای که با یک میله به یکدیگر متصل شده اند.

- تراورس تک بلوکی [9]بتن پیش تنیده که می تواند بصورت پیش کشیده یا پس کشیده باشد بدلیل اینکه توزیع نیروها در زیر تراورس تنشهای بسیار کمی را در قسمت وسط نشان می دهد، می توان مصالح کمتری را با اطمینان در این قسمت از تراورس مورد استفاده قرار داد. به همین دلیل بتن قسمت وسط تراورسهای دو بلوکی با یک میله جایگزین شده است(که اساسا به منظور حفظ عرض خط می باشد)، در حالیکه در تراورسهای پیش تنیده (چون نمی توان راه حل فوق را مورد استفاده قرار داد) سطح مقطع تراورس را در قسمت وسط کوچک تر در نظر می گیرند.

تراورس دو بلوکی در كشور فرانسه ابداع گرديد و استفاده کنندگان اصلی آن عبارتند از: الجزایر، بلژیک، برزیل، دانمارک، یونان، مکزیک، هلند، پرتغال، اسپانیا، تونس و غیره.

تراورسهای تک بلوکی پیش کشیده در کشور انگلستان تولید شد و استفاده کنندگان اصلی آن عبارتند از: استرالیا، کانادا، مجارستان، عراق، ژاپن، نروژ، لهستان، آفریقای جنوبی، ایالات متحده، روسیه.

تراورسهای تک بلوکی پس کشیده در کشور آلمان تولید شد و استفاده کنندگان اصلی آن عبارتند از: اتریش، فنلاند، هند، ایتالیا، مکزیک، و ترکیه.

از تمام تراورسهای بتنی نصب شده جدید، 20 درصد آن دو بلوکی و 80 درصد تک بلوکی است کل تعداد تراورسهای بتنی که در سال در دنیا ساخته می شود در حدود 20 میلیون عدد می باشد.

استفاده از تراورسهای بتنی در مسیرهای منحنی شکل یک موضوع بحث انگیز است درخطوط راه آهن آفریقای جنوبی برای عرض خط متر یک و شعاع قوس کمتر از 300 متر از تراورس بتنی استفاده نمی شود از طرف دیگر راه آهن کانادا که حدود درجه حرارت زیاد (40 - تا 30 + درجه سانیگراد) را تجربه می کند در تمام قوسهای با شعاع کمتر از 870 متر که بسیاری از موارد زیر 200 متر است. تراورسهای بتنی نصب کرده و از ریلهای جوشکاری پیوسته و بدون تعریض در قوس استفاده می کند. تا اندازه ی می توان گفت که رویکردهای متفاوت ممکن است بدلیل وجد اشکالهایی در بعضی پابندها باشد.

3-3 تراورس بتن مسلح دوبلوکی

3-3-1ابعاد هندسی و مقاومت مکانیکی

شکل (3) خصوصیات هندسی تراورسهای بتن مسلح دو بلوکی 31 u-راه آهن فرانسه را که 180 کیلوگرم وزن دارد نشان می دهد میله اتصالی دارای مقطع Y یا L شکل است این نوع تراورس را می توان بطور کامل در هر کشوری تولید نمود. بجز میله اتصالی که وارد می شود. در خطوط بار متوسط و گروه های UIC 3,4, 5 مورد استفاده قرار می گیرد و سرعتهای تا 200 کیلو متر در ساعت برای بار محوری 19 تا 21 تن و سرعتهای تا 220 کیلومتر در ساعت برای بار محوری تا 17 تن روی آن قابل اجرا است.

شكل

تراورسهای دو بلوکی به ضخامت و مقاومت بالاست بیشتری نسبت به تراورسهای چوبی نیاز دارند. هر گاه این نیاز برآورده شود، از تراوسهای دو بلوکی نتایج رضایت بخشی حاصل خواهد شد. در حالیکه تراورسهای دوبلوکی روی بستر با کیفیت ضعیف قرار می گیرند دقت خاصی باید اعمال شود در این حالت ضخامت بالاست باید افزایش بیشتری داشته باشد.

در خطوطی که بارهای سنگین تر را حمل می کنند. (گروهای UIC 1,2) و سرعتهای بزرگتر از 200 کیلومتر در ساعت، نوع متفاوت و بزرگتر تراورس دو بلوکی مورد استفاده قرار می گیرد شکل (4) خصوصیات هندسی چنين تراورس را مربوط به راه آهن فرانسه به نام U-41 نشان می دهد این تراورس 260 کیلو گرم وزن داشته و در خط TGV که با سرعت 300 کیلومتر در ساعت حرکت می کند، بکار رفته است.

به خاطر میله اتصالی انعطاپذیر، تراورسهای دو بلوکی به نگهداری بیشتری در مدت استفاده نیاز دارند، طوریكه به عدم نشست ناهمگن دو بلوک و از بین رفتن عرض خط اطمینان حاصل شود.

شکل (4)

3-3-2 مزایا و معایب

تراورسهای دو بلوکی بدلیل وزن زیاد مقاومت جانبی رضایت بخشی را برای خط بوجود آورده و سرعتهای زیاد را مجاز می سازند. عرض خط را در محدوده مجاز تغییرات نگه داشته وعمر زیادی دارند. در هر کشوری می توان آنها را تولید و معمولا ارازن تر از تراورسهای چوبی هستند.

رفتار تراورسهای دو بلوکی، در صورتیکه بالاست دارای ضخامت و خصوصیات مکانیکی مناسب نباشد، کمتررضایت بخش خواهد بود. توزیع نیروها و انعطاف پذیري تراورسهای دو بلوکی نسبت به تراورسهای چوبی نیز کمتر رضایت بخش است  بعلاوه تراورسهای دو بلوکی نياز به اتصالات ارتجاعي دارند و بخاطر وزن زياد، حمل ونقل آنها مشكل است تراورس دو بلوكي) ( بر خلاف تراورس چوبی) جهت تامین عایقی لازم در ارسال علائم و کشش الکتریکی نیاز به لوازم مخصوصی دارد. توجه خاصی به رفتار میله اتصالی باید مبذول داشت. در صورتیکه این میله بطور مناسبی در محل خود قرار نگرفته باشد، ممکن است خطرات نگهداری را برای گروه کاری روی خط بوجود آورد، که در حالت تراورس تک بلوکی مرتفع گردیده است.

3-3-3عمر مفید

تراورس دو بلوکی عمر مفیدی حدود 50 سال را دارد.

3-3-4 تغییر شکل تراورس دو بلوکی

شکل (5) تغییر شکل تراورس دو بلوکی U-31 را برای کیفیتهای مختلف بستر((R, S₁, S₂,S₃ و ضخامت تکیه گاه خط نشان می دهد. مشاهده می گردد که تغییر شکل بسیار کمتر از تراورسهای چوبی است بنابراین درحالت بستر ضعیف، استفاده از تراورس در بلوکی باید با افزایش ضخامت بالاست دارای مقاومت مکانیکی کافی همراه باشد.

شكل

3-4 تراورس تک بلوکی بتن پیش تنیده

3-4-1ابعاد هندسی و مقاومت مکانیکی

خصوصیات هندسی تراورس

تک بلوکی بتن پیش تنیده

مشابه تراورس چوبی و مقاومت مکانیکی آن مشابه تراورس دو بلوکی است.

تراورس تک بلوکی

·          تنشهای متناوب را بهتر تحمل می کند، زیرا تنش وارد بر بتن همیشه بصورت فشاری است.

·          ارتفاع تراورس در قسمت وسط کمتر است، زیرا لازم نیست که مانند بتن مسلح معمولی میلگردها در فاصله حداکثر ممکن تا  تار خنثی قرار بگیرند.

·          در مقایسه با تراورس دو بلوکی، استفاده از میلگرد کاهش می یابد.

·          از نظر وزنی سبک تر از تراورس دو بلوکی است، حقیقتی که بهره حال مقاومت جانبی خط را  نیز کاهش می دهد.

تراورسهای تک بلوکی با خصوصیات هندسی بسیار متنوع یافت می شوند. ولی، تمام آنها دارای یک کاهش سطح مقطع در وسط هستند.

شکل (6) تراورسهای تک بلوکی راه آهن انگلیس و آلمان

جدول (1) خصوصیات هندسی تراورسهای تک بلوکی بتن پيش تنیده مورد استفاده در شبکه های مختلف راه آهن

جدول (2) خواص مکانیکی انواع مختلفی تراورسهای تک بلوکی بتنی پیش تنیده

شکل(6) خصوصیات هندسی تراورسهای تک بلوکی راه آهن انگلیس( با نیروی پیش تنیدگی اولیه برابر با 91/38 تن و نیروی پیش تنیدگی باقیمانده 1/32 تن) و راه آهن آلمان( با وزن 280 کیلوگرم نیروی پیش تنیدگی اولیه 5/32 تن و نیروی پیش تنیدگی باقیمانده 5/27 تن) را نشان می دهد. جدول (1) خصوصیات هندسی تراوسهای تک بلوکی مورد استفاده در شبکه های اصلی راه آهن دنیا و جدول (2) خصوصیات مکانیکی تراورسهای تک بلوکی شبکه های مختلف راه آهن را نشان می دهد.

یکی از مسائل اساسی در طراحی تراورسهای تک بلوکی ، نسبت حداکثر لنگر خمشی M_cr که تراورس می تواند تحمل کند به حداکثر لنگر خمشی M_max است که در تراورس ایجاد می شود این نسبت مقادیری بین 3/1 تا 8/1 را بخود اختصاص می دهد.

3-4-2مزایا و معایب

تراورسهای تک بلوکی رفتاری مشابه تراورسهای دو بلوکی دارند. این تراورسها عرض خط را به نحو رضایت بخشي ثابت نگه داشته و عمرطولانی دارند. در ضمن به اتصالات ارتجاعی و لوازم مخصوص جهت ارسال علائم نیاز دارند.

بهره حال، تراورسهای تک بلوکی نیروها را بهتر از تراورسهای دو بلوکی توزیع می کنند، ولی نه به خوبی تراورسهای چوبی، مقاومت جانبی آنها کمتر از تراورسهای دو بلوکی ولی بیشتر از تراورسهای چوبی است، همچنین تراورسهای تک بلوکی یک سطح همواری را برای بازرسی گروه نگهداری فراهم می کنند.

3-4-3 عمر مفید

تراورسهای تک بلوکی عمر مفیدی حدود 50 سال دارند.

جدول مقایسه مقدار مصالح وهزینه تمام شده تراورس بتن یکپارچه پیش تنیده و دو تکه