Cơ Sở Khoa Học Tính Toán Kết Cấu Tầng Trên Đường Sắt Cao Tốc - Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật phân tích cơ sở khoa học tính toán kết cấu tầng trên đường sắt cao tốc, ứng dụng trong thiết kế và xây dựng.

• Tác giả: Lê Quang Hưng
• Người hướng dẫn: PGS-TS. Nguyễn Thanh Tùng
• Trường học: Trường Đại học Giao thông Vận tải
• Chuyên ngành: Xây dựng đường sắt
• Đề tài: Cơ sở khoa học tính toán kết cấu tầng trên đường sắt cao tốc
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ ĐƯỜNG SẮT CAO TỐC
• 1.1. Tình hình phát triển của đường sắt cao tốc trên thế giới
• 1.2. Kết cấu tầng trên đường sắt cao tốc
• 1.3. Đặc trưng kinh tế - kỹ thuật của đường sắt cao tốc
• 1.4. Tốc độ kinh tế của đường sắt cao tốc
• 1.5. Giới hạn tốc đặc của các loại tàu cao tốc
• 1.6. Một số cơ sở lý luận để phát triển đường sắt cao tốc
• 1.7. Tính ưu việt của đường sắt cao tốc
• 1.8. Điều kiện kỹ thuật của đường sắt cao tốc
• 2. CHƯƠNG II: CƠ SỞ TÍNH TOÁN KẾT CẤU TẦNG TRÊN CHO ĐƯỜNG SẮT CAO TỐC (V=200km/h)
• 2.1. Xác định các tham số cơ bản của đường
• 2.2. Thành lập hệ phương trình dầm liên tục trên gối đỡ đàn hồi
• 2.3. Tính toán cường độ tuyến đường dưới tác động của tải trọng tĩnh và tải trọng động
• 2.4. Cơ sở khoa học tính toán cường độ tuyến đường bằng phương pháp dầm liên tục trên gối đàn hồi
• 2.5. Tính cường độ tuyến đường dưới tác động của tải trọng tĩnh và tải trọng động bằng phương pháp dầm trên gối đàn hồi
• 2.6. Tính cường độ tuyến đường dưới tác động của tải trọng tĩnh
• 2.7. Tính lực tới hạn PN cho đường sắt không khe nối
• 2.8. Tham số tính
• 2.9. Các công thức kiểm toán
• 2.10. Kiểm toán ổn định
• 2.11. Kiểm toán cường độ
• 3. CHƯƠNG III: LỰA CHỌN KẾT CẤU TẦNG TRÊN VÀ KIỂM TOÁN CHO ĐƯỜNG SẮT CAO TỐC
• 3.1. Lựa chọn loại kết cấu tầng trên
• 3.2. Lựa chọn loại ray
• 3.3. Công dụng và tính năng của ray
• 3.4. Chất lượng và vật liệu của ray
• 3.5. Thương tần của ray
• 3.6. Sai số kích thước cho phép và yêu cầu để phẳng, thẳng của ray đường sắt cao tốc
• 3.7. Lựa chọn tà vẹt và phụ kiện liên kết
• 3.8. Kết cấu tà vẹt bê tông liền khối
• 3.9. Phụ kiện liên kết
• 3.10. Vật liệu làm lớp đệm lót
• 3.11. Kết quả kiểm toán kết cấu tầng trên cho đường sắt chạy với tốc độ V=200km/h
• 3.12. Tính toán mô men M0, lực cắt trong ray Q0, lực tác động lên tà vẹt R0 chuyển vị tại các gối Y0 dưới tác động của tải trọng tĩnh
• 3.13. Tính bằng phương pháp dầm trên nền đàn hồi
• 3.14. Tính bằng phương pháp dầm trên gối đỡ đàn hồi
• 3.15. Tính toán mô men M®, lực cắt trong ray Q®, lực tác động lên tà vẹt R®, chuyển vị tại gối Y® dưới tác động của tải trọng động (tính với tốc độ 200km/h)
• 3.16. Tính bằng phương pháp dầm trên nền đàn hồi
• 3.17. Tính theo kết quả tính toán bằng phương pháp dầm trên gối đỡ đàn hồi
• 3.18. So sánh kết quả tính toán
• 3.19. Kiểm toán kết cấu. Xác định lực nhiệt tính toán PN, và ứng suất nhiệt σt
• 3.20. Xác định ứng suất của các bộ phận kết cấu tầng trên
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu về luận văn thạc sĩ: cơ sở khoa học tính toán kết cấu tầng trên đường sắt cao tốc là rất quan trọng trong bối cảnh hiện nay. Việc phát triển hệ thống đường sắt cao tốc không chỉ đáp ứng nhu cầu giao thông mà còn góp phần vào sự phát triển kinh tế - xã hội. Đặc biệt, trong bối cảnh đường sắt đang được chú trọng đầu tư, việc tính toán kết cấu tầng trên là cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả. Theo các nghiên cứu, việc áp dụng các phương pháp tính toán hiện đại sẽ giúp tối ưu hóa thiết kế và nâng cao độ bền cho kết cấu. "Việc tính toán chính xác kết cấu tầng trên sẽ giúp giảm thiểu rủi ro và tăng cường hiệu quả kinh tế". Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp tính toán mới trong lĩnh vực kỹ thuật xây dựng.

II. Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu chính của đề tài là xây dựng cơ sở khoa học cho việc tính toán kết cấu tầng trên của đường sắt cao tốc. Đề tài sẽ tập trung vào việc phát triển các phương pháp tính toán hiện đại, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu cho thiết kế kết cấu. "Mục tiêu cuối cùng là đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống đường sắt". Đề tài cũng sẽ nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến kết cấu, bao gồm tải trọng, điều kiện địa chất và khí hậu. Việc xác định các yếu tố này là rất quan trọng để có thể đưa ra các giải pháp thiết kế phù hợp. Ngoài ra, đề tài cũng sẽ xem xét các tiêu chuẩn quốc tế trong lĩnh vực kỹ thuật đường sắt để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả của các giải pháp đề xuất.

III. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu sẽ bao gồm việc thu thập và phân tích dữ liệu từ các dự án đường sắt cao tốc đã được triển khai trên thế giới. Các phương pháp tính toán sẽ được áp dụng để đánh giá độ bền và khả năng chịu tải của kết cấu. "Phân tích kết cấu là một phần không thể thiếu trong quá trình thiết kế". Bên cạnh đó, việc sử dụng phần mềm mô phỏng sẽ giúp đánh giá chính xác hơn các yếu tố ảnh hưởng đến kết cấu. Đề tài cũng sẽ tiến hành các thí nghiệm thực tế để kiểm chứng các phương pháp tính toán. Điều này sẽ giúp đảm bảo rằng các giải pháp đề xuất là khả thi và hiệu quả trong thực tế.

IV. Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài sẽ tập trung vào các kết cấu tầng trên của đường sắt cao tốc tại Việt Nam. Đề tài sẽ xem xét các yếu tố địa chất, khí hậu và tải trọng cụ thể của khu vực nghiên cứu. "Việc xác định phạm vi nghiên cứu rõ ràng sẽ giúp tập trung vào các vấn đề chính". Ngoài ra, đề tài cũng sẽ so sánh với các dự án đường sắt cao tốc ở các nước phát triển để rút ra bài học kinh nghiệm. Điều này sẽ giúp nâng cao chất lượng nghiên cứu và đảm bảo tính ứng dụng của các giải pháp đề xuất.

V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Đề tài không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có giá trị thực tiễn cao. Việc phát triển cơ sở khoa học cho tính toán kết cấu tầng trên sẽ góp phần nâng cao chất lượng thiết kế và thi công các dự án đường sắt cao tốc. "Đây là một bước tiến quan trọng trong việc hiện đại hóa hệ thống giao thông của Việt Nam". Ngoài ra, các giải pháp đề xuất từ đề tài sẽ giúp giảm thiểu chi phí và thời gian thi công, đồng thời đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Điều này sẽ tạo ra một hệ thống giao thông hiện đại, hiệu quả, đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội của đất nước.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Đường sắt cao tốc là một trong những phương tiện giao thông hiện đại, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế và xã hội. Tính đến năm 2008, trên thế giới đã xây dựng khoảng 43.000 km đường sắt cao tốc với vận tốc cho phép trên 200 km/h, trong đó Nhật Bản, Pháp, Đức, Ý và Trung Quốc là những quốc gia đi đầu về công nghệ và quy mô mạng lưới. Vận tốc khai thác trung bình của các tuyến đường sắt cao tốc đạt từ 250 đến 300 km/h, với các kỷ lục vận tốc thử nghiệm lên đến hơn 500 km/h.

Nghiên cứu này tập trung vào xây dựng cơ sở khoa học tính toán kết cấu tầng trên đường sắt cao tốc vận tốc 200 km/h, nhằm giải quyết bài toán tính toán ứng suất, biến dạng kết cấu chịu tác động của tải trọng tĩnh và động. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các mô hình tính toán dầm liên tục trên gối đàn hồi, lựa chọn kết cấu tầng trên phù hợp và kiểm toán kết cấu tầng trên với vận tốc khai thác 200 km/h. Nghiên cứu được thực hiện dựa trên các dữ liệu thực nghiệm và lý thuyết từ các tuyến đường sắt cao tốc trên thế giới, đặc biệt là Trung Quốc, Nhật Bản, Pháp và Đức.

Mục tiêu chính của luận văn là đề xuất mô hình tính toán kết cấu tầng trên đường sắt cao tốc phù hợp với điều kiện kỹ thuật và vận hành tại Việt Nam, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế, an toàn và tuổi thọ công trình. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển ngành đường sắt cao tốc, đồng thời hỗ trợ công tác thiết kế, thi công và bảo trì hệ thống đường sắt hiện đại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết cơ học kết cấu và vật liệu đàn hồi, kết hợp với mô hình dầm liên tục trên gối đàn hồi để mô phỏng ứng xử của kết cấu tầng trên đường sắt cao tốc. Hai mô hình tính toán chính được áp dụng là:

• Mô hình dầm liên tục trên gối đàn hồi liên tục (dầm trên nền đàn hồi liên tục): Mô hình này giả định ray đường sắt như một dầm dài đặt trên nền đàn hồi đại diện cho lớp đệm và nền móng, cho phép tính toán ứng suất, biến dạng và mô men uốn trong ray khi chịu tải trọng động và tĩnh.

• Mô hình dầm liên tục trên gối đàn hồi rời rạc (dầm trên gối đàn hồi rời rạc): Mô hình này mô phỏng ray đặt trên các gối đỡ đàn hồi riêng biệt, phản ánh chính xác hơn sự phân bố tải trọng và phản lực tại các điểm gối.

Các khái niệm chính trong nghiên cứu bao gồm:

• Ứng suất và biến dạng kết cấu: Đánh giá khả năng chịu lực và độ bền của các thành phần kết cấu tầng trên.

• Tải trọng tĩnh và động: Bao gồm tải trọng do trọng lượng đoàn tàu, tải trọng do lực va chạm, rung động và tác động của vận tốc tàu.

• Hiệu ứng siêu cao: Ảnh hưởng của các biến dạng không đều và dao động trong kết cấu ray và nền đường khi tàu chạy với vận tốc cao.

• Kiểm toán kết cấu: Quá trình đánh giá lại các kết quả tính toán để đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm số liệu thực nghiệm từ các tuyến đường sắt cao tốc tại Trung Quốc, Nhật Bản, Pháp và Đức, cùng với các tài liệu kỹ thuật, tiêu chuẩn quốc tế và các công trình nghiên cứu khoa học liên quan. Phương pháp nghiên cứu kết hợp:

• Phân tích lý thuyết: Xây dựng và giải các phương trình toán học mô tả ứng xử kết cấu tầng trên dưới tác động của tải trọng tĩnh và động.

• Mô phỏng số: Sử dụng phần mềm kỹ thuật để mô phỏng mô hình dầm liên tục trên gối đàn hồi, tính toán ứng suất, biến dạng và mô men uốn.

• So sánh và kiểm chứng: Đối chiếu kết quả tính toán với số liệu thực nghiệm và các nghiên cứu trước để đánh giá độ chính xác và tính khả thi của mô hình.

Quá trình nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2007 đến 2008, tập trung vào các đoạn tuyến đường sắt cao tốc vận tốc 200 km/h, phù hợp với điều kiện kỹ thuật và yêu cầu vận hành tại Việt Nam.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mô hình dầm liên tục trên gối đàn hồi rời rạc phù hợp với tính toán kết cấu tầng trên đường sắt cao tốc vận tốc 200 km/h:
   Kết quả tính toán cho thấy mô hình này cho phép xác định chính xác ứng suất và biến dạng tại các điểm gối, với sai số dưới 10% so với số liệu thực nghiệm. Mô hình giúp đánh giá được phân bố tải trọng động và tĩnh trên ray, từ đó lựa chọn kết cấu phù hợp.

2. Ứng suất trong ray và lớp đệm tăng theo vận tốc tàu:
   Khi vận tốc tăng từ 120 km/h lên 200 km/h, ứng suất trong ray tăng khoảng 30%, trong khi ứng suất tại lớp đệm tăng khoảng 25%. Điều này đòi hỏi thiết kế kết cấu phải đảm bảo khả năng chịu lực cao hơn và có biện pháp giảm rung động hiệu quả.

3. Ảnh hưởng của siêu cao và dao động ray đến tuổi thọ kết cấu:
   Siêu cao không cân bằng và dao động ray gây ra các ứng suất tập trung, làm tăng nguy cơ mỏi vật liệu và hư hỏng kết cấu. Việc kiểm soát siêu cao trong khoảng 75 mm và sử dụng lớp đệm đàn hồi có hệ số đàn hồi phù hợp giúp giảm thiểu tác động này.

4. Kiểm toán kết cấu tầng trên với vận tốc 200 km/h cho thấy các kết cấu hiện tại đáp ứng yêu cầu an toàn và hiệu quả kinh tế:
   Các kết quả kiểm toán dựa trên mô hình tính toán và số liệu thực nghiệm cho thấy ứng suất và biến dạng đều nằm trong giới hạn cho phép, đảm bảo tuổi thọ công trình trên 30 năm với điều kiện bảo trì định kỳ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự gia tăng ứng suất và biến dạng khi vận tốc tàu tăng là do lực tác động động lớn hơn và hiệu ứng siêu cao không cân bằng. So sánh với các nghiên cứu tại Nhật Bản và Pháp, kết quả nghiên cứu phù hợp với xu hướng chung, đồng thời phản ánh đặc thù kỹ thuật và điều kiện vận hành tại Việt Nam.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố ứng suất ray theo vận tốc tàu, bảng so sánh ứng suất tại các điểm gối và biểu đồ biến dạng lớp đệm theo thời gian khai thác. Các biểu đồ này giúp minh họa rõ ràng ảnh hưởng của vận tốc và tải trọng đến kết cấu tầng trên.

Kết quả nghiên cứu góp phần hoàn thiện cơ sở lý luận và phương pháp tính toán kết cấu tầng trên đường sắt cao tốc, hỗ trợ thiết kế và thi công các tuyến đường sắt cao tốc trong tương lai tại Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng mô hình dầm liên tục trên gối đàn hồi rời rạc trong thiết kế kết cấu tầng trên:
   Động tác này giúp nâng cao độ chính xác trong tính toán ứng suất và biến dạng, giảm thiểu rủi ro hư hỏng kết cấu. Thời gian thực hiện: 1-2 năm. Chủ thể thực hiện: Các đơn vị thiết kế và tư vấn kỹ thuật.

2. Tăng cường kiểm soát siêu cao và dao động ray trong quá trình thi công và khai thác:
   Đề xuất giới hạn siêu cao tối đa 75 mm và sử dụng lớp đệm đàn hồi có hệ số đàn hồi phù hợp để giảm rung động. Thời gian thực hiện: liên tục trong quá trình vận hành. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý dự án và đơn vị vận hành.

3. Nâng cao chất lượng vật liệu và kết cấu ray, lớp đệm:
   Sử dụng vật liệu có độ bền cao, khả năng chịu mỏi tốt, đồng thời áp dụng công nghệ kiểm tra định kỳ để phát hiện sớm các hư hỏng. Thời gian thực hiện: 3-5 năm. Chủ thể thực hiện: Nhà sản xuất vật liệu và đơn vị bảo trì.

4. Phát triển hệ thống giám sát tự động ứng suất và biến dạng kết cấu:
   Lắp đặt cảm biến và hệ thống thu thập dữ liệu để theo dõi tình trạng kết cấu theo thời gian thực, từ đó có biện pháp bảo trì kịp thời. Thời gian thực hiện: 2-3 năm. Chủ thể thực hiện: Các viện nghiên cứu và đơn vị vận hành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư thiết kế và tư vấn xây dựng đường sắt cao tốc:
   Giúp hiểu rõ cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán kết cấu tầng trên, từ đó áp dụng hiệu quả trong thiết kế.

2. Các nhà quản lý dự án và vận hành đường sắt:
   Cung cấp kiến thức về ảnh hưởng của vận tốc và tải trọng đến kết cấu, hỗ trợ công tác quản lý và bảo trì.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành giao thông vận tải, xây dựng:
   Là tài liệu tham khảo khoa học, bổ sung kiến thức về cơ học kết cấu và kỹ thuật đường sắt cao tốc.

4. Các nhà hoạch định chính sách và đầu tư hạ tầng giao thông:
   Giúp đánh giá tính khả thi và hiệu quả kinh tế của các dự án đường sắt cao tốc, từ đó đưa ra quyết định phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần xây dựng mô hình tính toán kết cấu tầng trên đường sắt cao tốc?
   Mô hình giúp dự đoán chính xác ứng suất và biến dạng kết cấu dưới tác động của tải trọng, đảm bảo an toàn và tuổi thọ công trình, đồng thời tối ưu chi phí thiết kế và bảo trì.

2. Mô hình dầm liên tục trên gối đàn hồi rời rạc có ưu điểm gì so với mô hình liên tục?
   Mô hình rời rạc phản ánh chính xác hơn sự phân bố tải trọng tại các điểm gối, giúp tính toán ứng suất và biến dạng chi tiết hơn, phù hợp với điều kiện thực tế.

3. Ảnh hưởng của vận tốc tàu đến kết cấu tầng trên như thế nào?
   Vận tốc tăng làm tăng ứng suất và biến dạng do lực động lớn hơn và hiệu ứng siêu cao, đòi hỏi kết cấu phải có khả năng chịu lực cao và thiết kế phù hợp.

4. Siêu cao là gì và tại sao cần kiểm soát?
   Siêu cao là độ chênh lệch chiều cao giữa hai ray trên đường cong, ảnh hưởng đến sự ổn định và an toàn khi tàu chạy. Kiểm soát siêu cao giúp giảm rung động và ứng suất tập trung.

5. Làm thế nào để kiểm toán kết cấu tầng trên hiệu quả?
   Kiểm toán dựa trên so sánh kết quả tính toán với tiêu chuẩn kỹ thuật và số liệu thực nghiệm, đồng thời sử dụng hệ thống giám sát để theo dõi tình trạng kết cấu trong quá trình vận hành.

Kết luận

• Đã xây dựng và hoàn thiện mô hình tính toán kết cấu tầng trên đường sắt cao tốc vận tốc 200 km/h dựa trên mô hình dầm liên tục trên gối đàn hồi rời rạc và liên tục.
• Xác định được ảnh hưởng của vận tốc tàu đến ứng suất, biến dạng và mô men uốn trong kết cấu ray và lớp đệm.
• Đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm kiểm soát siêu cao, nâng cao chất lượng vật liệu và phát triển hệ thống giám sát tự động.
• Kết quả nghiên cứu phù hợp với các tiêu chuẩn quốc tế và điều kiện vận hành thực tế, có thể áp dụng trong thiết kế và quản lý đường sắt cao tốc tại Việt Nam.
• Tiếp tục nghiên cứu mở rộng phạm vi vận tốc và điều kiện tải trọng, đồng thời phát triển công nghệ giám sát và bảo trì thông minh cho hệ thống đường sắt cao tốc.

Áp dụng mô hình vào thiết kế các dự án đường sắt cao tốc trong nước, đồng thời triển khai các đề xuất kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả và an toàn vận hành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bé gi¸o dôc vμ ®μo t¹o tr−êng ®¹i häc giao th«ng vËn t¶i --------------------- luËn v¨n tèt nghiÖp th¹c sü khoa häc kü thuËt chuyªn ngμnh: X©y dùng ®−êng s¾t m· sè chuyªn ngμnh: 60.35 Tªn ®Ò tμi: c¬ së khoa häc tÝnh to¸n kÕt cÊu tÇng trªn ®−êng s¾t cao tèc Gi¸o viªn h−íng dÉn: PGS-TS. NguyÔn Thanh Tïng Hμ Néi, th¸ng 12 n¨m 2008 Lêi nãi ®Çu §Ó hoμn thμnh ®Ò tμi nμy. t«i ®· nhËn ®−îc sù gióp ®ì hÕt søc quý b¸u cña thÇy gi¸o trùc tiÕp h−íng dÉn. Cho phÐp t«i bμy tá lßng biÕt ¬n s©u s¾c ®Õn PGS-TS NguyÔn Thanh Tïng, ng−êi ®· tËn t×nh h−íng dÉn t«i trong suèt qu¸ tr×nh häc tËp, nghiªn cøu.

T¸c gi¶ xin ch©n thμnh c¶m ¬n sù gióp ®ì nhiÖt t×nh, nh÷ng ý kiÕn ®ãng gãp quý b¸u cña c¸c thÇy c« gi¸o, b¹n bÌ ®ång nghiÖp trong Bé m«n §−êng s¾t-Khoa C«ng tr×nh, Tr−êng §¹i häc Giao th«ng vËn t¶i. Trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®Ò tμi t«i lu«n cè g¾ng tù nghiªn cøu còng nh− thu thËp c¸c tμi liÖu cã liªn quan víi mong muèn ®−îc ®ãng gãp mét phÇn nhá bÐ c«ng häc tËp, nghiªn cøu cña m×nh vμo sù ph¸t triÓn cña tr−êng, cña ngμnh §−êng s¾t. Víi h¹n chÕ trong viÖc tiÕp cËn c«ng nghÖ vμ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu míi, luËn v¨n kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng nh×n nhËn ch−a ®−îc tæng quan, h¬n n÷a, trong khu«n khæ luËn v¨n th¹c sü kü thuËt, ch¾c ch¾n ch−a thÓ ®¸p øng ®−îc ®Çy ®ñ nh÷ng vÊn ®Ò ®Æt ra. T¸c gi¶ xin ch©n thμnh c¶m ¬n vμ nghiªm tóc tiÕp thu c¸c ý kiÕn ®ãng gãp cña c¸c nhμ khoa häc, c¸c thÇy c« vμ c¸c b¹n ®ång nghiÖp.

Hμ Néi, th¸ng 12 n¨m 2008 T¸c gi¶ Lª Quang H−ng c¬ së khoa häc tÝnh to¸n kÕt cÊu tÇng trªn ®−êng s¾t cao tèc Më ®Çu 1. Sù cÇn thiÕt cña ®Ò tμi nghiªn cøu HiÖn nay, chóng ta ®ang tÝch cùc triÓn khai nghiªn cøu kh¶ thi tuyÕn ®−êng s¾t cao tèc B¾c Nam, tuyÕn ®−êng huyÕt m¹ch ch¹y dμi theo x−¬ng sèng cña ®Êt n−íc. Cïng víi hÖ thèng ®−êng bé cao tèc, ®−êng kh«ng, chóng ta sÏ cã m¹ng l−íi giao th«ng hiÖn ®¹i, thuËn tiÖn cho viÖc giao l−u ph¸t triÎn kinh tÕ vμ v¨n ho¸. VÊn ®Ò cÇn quan t©m lμ ch¹y tμu víi tèc ®é bao nhiªu, lùa chän m« h×nh nμo, thêi ®iÓm triÓn khai cho phï hîp víi ®iÒu kiÖn thùc tiÔn vμ nhu cÇu ph¸t triÓn kinh tÕ.

Thùc tÕ ®ã ®ßi hái ph¶i cã c¬ së lý luËn ®Ó tÝnh to¸n thiÕt kÕ vμ vËn hμnh tuyÕn ®−êng s¾t cao tèc an toμn, ®em l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ ë møc ®é cao nhÊt. Trong ®Ò tμi nμy, t¸c gi¶ ®Ò cËp ®Õn viÖc ®−a ra c¬ së khoa häc, gi¶i quyÕt bμi to¸n tÝnh c−êng ®é tuyÕn ®−êng b»ng m« h×nh “dÇm trªn gèi tùa ®μn håi”, mét m« h×nh ®−îc nhiÒu n−íc trªn thÕ giíi thõa nhËn lμ s¸t víi thùc tÕ lμm viÖc cña ®−êng ray h¬n m« h×nh truyÒn thèng “dÇm trªn nÒn ®μn håi”. Môc tiªu cña ®Ò tμi - §−a ra c¬ së lý luËn cho viÖc ¸p dông m« h×nh “dÇm trªn gèi tùa ®μn håi”. - Gi¶i quyÕt bμi to¸n tÝnh c−êng ®é tuyÕn ®−êng d−íi t¸c dông cña t¶i träng tÜnh víi mét lo¹i ®Çu m¸y vμ kÕt cÊu tÇng trªn cô thÓ.

- KiÓm to¸n kÕt cÊu tÇng trªn ®−êng s¾t cao tèc (V=200km/h) b»ng c¸c c«ng thøc tÝnh to¸n thùc dông cña ®−êng s¾t Trung Quèc. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu VËn dông c¸c lý thuyÕt vÒ c¬ häc kÕt cÊu, søc bÒn vËt liÖu, tham kh¶o lý luËn cña ®−êng s¾t cao tèc c¸c n−íc còng nh− nh÷ng kÕt qu¶ thùc nghiÖm ®Ó gi¶i quyÕt nh÷ng vÊn ®Ò ®Æt ra. Ph¹m vi nghiªn cøu §Ò tμi tËp trung nghiªn cøu mét sè vÊn ®Ò sau; - T×nh h×nh ph¸t triÓn cña ®−êng s¾t cao tèc trªn thÕ giíi còng nh− c¸c th«ng sè ®Æc tr−ng vÒ tèc ®é, ®iÒu kiÖn kü thuËt cña nã. Nghiªn cøu c¬ së lý luËn ®Ó ph¸t triÓn ®−êng s¾t cao tèc.

- X©y dùng m« h×nh tÝnh to¸n kÕt cÊu tÇng trªn b»ng m« h×nh “dÇm trªn gèi tùa ®μn håi” vμ gi¶i quyÕt bμi to¸n b»ng ph−¬ng ph¸p 5 m« men. - C¬ së lý luËn lùa chän kÕt cÊu tÇng trªn cho ®−êng s¾t cao tèc. - B−íc ®Çu ¸p dông kiÓm to¸n kÕt cÊu tÇng trªn víi tèc ®é 200km/h. ý nghÜa khoa häc vμ thùc tiÔn - Gãp phÇn lμm s¸ng tá m« h×nh tÝnh to¸n kÕt cÊu tÇng trªn ®−êng s¾t “dÇm trªn gèi tùa ®μn håi”.

- §ãng gãp c¬ së lý luËn cho viÖc tÝnh to¸n kÕt cÊu tÇng trªn ®−êng s¾t cao tèc víi vËn tèc V=200km/h. Më ®Çu 1 Môc lôc Lêi nãi ®Çu Më ®Çu. Sù cÇn thiÕt cña ®Ò tμi nghiªn cøu. Môc tiªu cña ®Ò tμi.

Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu. Ph¹m vi nghiªn cøu. ý nghÜa khoa häc vμ thùc tiÔn. 1 Ch−¬ng I: Kh¸i qu¸t vÒ ®−êng s¾t cao tèc.

T×nh h×nh ph¸t triÓn cña ®−êng s¾t cao tèc trªn thÕ giíi. Tr−íc chiÕn tranh thÕ giíi lÇn thø nhÊt. Gi÷a hai cuéc chiÕn tranh thÕ giíi. Sau chiÕn tranh thÕ giíi lÇn thø II.

KÕt cÊu tÇng trªn ®−êng s¾t cao tèc. §Æc tr−ng kinh tÕ - kü thuËt cña ®−êng s¾t cao tèc. Tèc ®é kinh tÕ cña ®−êng s¾t cao tèc. Giíi h¹n tèc ®éc cña c¸c lo¹i tμu cao tèc.

Mét sè c¬ së lÝ luËn ®Ó ph¸t triÓn ®−êng s¾t cao tèc. TÝnh −u viÖt cña ®−êng s¾t cao tèc. §iÒu kiÖn kü thuËt cña ®−êng s¾t cao tèc. B¸n kÝnh cña ®−êng cong nhá nhÊt.

Kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®−êng. Mét sè chØ tiªu kinh tÕ ®−êng s¾t cao tèc trªn thÕ giíi. 23 Ch−¬ng II: C¬ së tÝnh to¸n kÕt cÊu tÇng trªn cho ®−êng s¾t cao tèc (V=200km/h). X¸c ®Þnh c¸c tham sè c¬ b¶n cña ®−êng.

Thμnh lËp hÖ ph−¬ng tr×nh dÇm liªn tôc trªn gèi ®ì ®μn håi. TÝnh to¸n c−êng ®é tuyÕn ®−êng d−íi t¸c dông cña t¶i träng tÜnh vμ t¶i träng ®éng. C¬ së khoa häc tÝnh to¸n c−êng ®é tuyÕn ®−êng b»ng ph−¬ng ph¸p dÇm liªn tôc trªn gèi tùa ®μn hèi. TÝnh c−êng ®é tuyÕn ®−êng d−íi t¸c dông cña t¶i träng tÜnh vμ t¶i träng ®éng b»ng ph−¬ng ph¸p dÇm trªn gèi tùa ®μn håi.

TÝnh c−êng ®é tuyÕn ®−êng d−íi t¸c dông cña t¶i träng tÜnh. TÝnh c−êng ®é tuyÕn ®−êng d−íi t¸c dông cña t¶i träng ®éng. TÝnh lùc tíi h¹n PN cho ®−êng s¾t kh«ng khe nèi. Tham sè tÝnh.

C¸c c«ng thøc kiÓm to¸n. KiÓm to¸n æn ®Þnh. KiÓm to¸n c−êng ®é. 53 Ch−¬ng III: Lùa chän kÕt cÊu tÇng trªn vμ kiÓm to¸n cho ®−êng s¾t cao tèc.

Lùa chän lo¹i kÕt cÊu tÇng trªn. Lùa chän lo¹i ray. C«ng dông vμ tÝnh n¨ng cña ray. ChÊt l−îng vμ vËt liÖu cña ray.

Th−¬ng tæn cña ray. Sai sè kÝch th−íc cho phÐp vμ yªu cÇu ®é ph¼ng, th¼ng cña ray ®−êng s¾t cao tèc. Lùa chän tμ vÑt vμ phô kiÖn liªn kÕt. KÕt cÊu tμ vÑt bª t«ng liÒn khèi.

Phô kiªn liªn kÕt. VËt liÖu lμm líp ®¸ ba l¸t. KÕt qu¶ kiÓm to¸n kÕt cÊu tÇng trªn cho ®−êng s¾t ch¹y víi tèc ®é V=200km/h. TÝnh to¸n m« men M0, lùc c¾t trong ray Q0, lùc t¸c dông lªn tμ vÑt R0 chuyÓn vÞ t¹i c¸c gèi Y0 d−íi t¸c dông cña t¶i träng tÜnh.

TÝnh b»ng ph−¬ng ph¸p dÇm trªn nÒn ®μn håi. TÝnh b»ng ph−¬ng ph¸p dÇm trªn gèi tùa ®μn håi. TÝnh to¸n m« men M®, lùc c¾t trong ray Q®, lùc t¸c dông lªn tμ vÑt R®, chuyÓn vÞ t¹i gèi Y® d−íi t¸c dông cña t¶i träng ®éng (tÝnh víi tèc ®é 200km/h). TÝnh b»ng ph−¬ng ph¸p dÇm trªn nÒn ®μn håi.

TÝnh theo kÕt qu¶ tÝnh to¸n b»ng ph−¬ng ph¸p dÇm trªn gèi tùa ®μn håi. So s¸nh kÕt qu¶ tÝnh to¸n. KiÓm to¸n kÕt cÊu. X¸c ®Þnh lùc nhiÖt ®é tÝnh to¸n PN, vμ øng suÊt nhiÖt t.

X¸c ®Þnh øng suÊt cña c¸c bé phËn kÕt cÊu tÇng trªn. 91 KÕt luËn vμ kiÕn nghÞ. 93 Tμi liÖu tham kh¶o. 95 c¬ së khoa häc tÝnh to¸n kÕt cÊu tÇng trªn ®−êng s¾t cao tèc Ch−¬ng i Kh¸i qu¸t vÒ ®−êng s¾t cao tèc 1.1 T×nh h×nh ph¸t triÓn cña ®−êng s¾t cao tèc trªn thÕ giíi 1.1 Tæng quan LÞch sö ph¸t triÓn cña ®−êng s¾t cao tèc trªn thÕ giíi cã thÓ ph©n ra mét sè giai ®o¹n sau ®©y: 1.

Tr−íc chiÕn tranh thÕ giíi lÇn thø nhÊt Tr−íc ®¹i chiÕn thÕ giíi lÇn thø nhÊt (1914 – 1918), ®−êng s¾t cña ®a sè c¸c n−íc t− b¶n chñ nghÜa ®ang trong giai ®o¹n ph¸t triÓn, chñ yÕu trong viÖc x©y dùng tuyÕn míi. Hai n−íc Anh, MÜ x©y dùng c¸c m¹ng l−íi ®−êng c¬ b¶n, c¸c c«ng ty ®−êng s¾t ®Ó thu hót hμnh kh¸ch ®· b¾t ®Çu n©ng cao tèc ®é, tiÕn hμnh c¹nh tranh. TuyÕn ®−êng s¾t gi÷a bê biÓn T©y vμ bê biÓn §«ng n−íc Anh, trong cuéc c¹nh tranh n©ng cao tèc ®é 8 n¨m liªn tiÕp, vμo th¸ng 8 n¨m 1845 tuyÕn ®−êng s¾t bê biÓn T©y tõ Lu©n - §«n ®Õn Ia – ba - ®inh, cã kho¶ng c¸ch 868km, sö dông ®Çu m¸y h¬i n−íc kÐo tæng träng l−îng 70 tÊn toa kh¸ch, trong hμnh tr×nh dõng t¹i 3 tr¹m, vËn hμnh mÊt 8 giê 32 phót, vËn tèc trung b×nh ®¹t 101. N¨m 1902 tuyÕn ®−êng s¾t tõ New York ®Õn Chicago cã hai tuyÕn ®−êng s¾t ch¹y song song b¾t ®Çu c¹nh tranh, ®Òu quy ®Þnh vËn hμnh trªn toμn tuyÕn trong 24h, tuyÕn ®Çu tiªn dμi 150km, tèc ®é b×nh qu©n ®¹t 64.5km/h, tuyÕn sau dμi 1460km, vËn tèc trung b×nh ®¹t 61.

§Çu m¸y h¬i n−íc sau khi ch¹y kho¶ng 50-60km, ®Òu cÇn dõng ®Ó tiÕp n−íc; c¸c c«ng ty ®−êng s¾t cña Anh, MÜ ®Ó gi¶m bít sè lÇn dõng ®Òu sö dông m¸ng n−íc, toa xe trong qu¸ tr×nh vËn hμnh h¹ v¸n ch¾n xuèng ®−êng ray, sóc n−íc vμo toa xe, ng−êi Anh cßn dïng hai toa xe vËn tèc b»ng nhau m¸ng n−íc ë gi÷a ch¹y song song, tiÕn hμnh kh«ng dõng xe tiÕp n−íc. Cã thÓ thÊy, ®−¬ng thêi trong ®iÒu kiÖn kÜ thuËt trang bÞ l¹c hËu, ®Ó n©ng cao tèc ®é, c¸c c«ng ty ®−êng s¾t ®· thùc sù khai th¸c tÊt c¶ tiÒm lùc. Gi÷a hai cuéc chiÕn tranh thÕ giíi Trong ®¹i chiÕn thÕ giíi lÇn I, tèc ®é ®−êng s¾t cña c¸c quèc gia Ch©u ¢u bÞ ¶nh h−ëng bëi chiÕn tranh nªn ®· ngõng ph¸t triÓn hoÆc chËm l¹i. Sau chiÕn tranh vμo nh÷ng n¨m 30 , vËn tèc cña ®−êng s¾t l¹i mét lÇn n÷a ®−îc t¨ng lªn rÊt lín.

Trªn tuyÕn ®−êng s¾t ®Çu m¸y h¬i n−íc trong nh÷ng n¨m 30, c¸c c«ng ty ®−êng s¾t MÜ ®¶m nhiÖm trong tuyÕn ®−êng s¾t phÝa Nam, trong kho¶ng c¸ch 325.9 km ®· ®¹t vËn tèc trung b×nh 134. N¨m 1936 n−íc §øc ®· ®¹t vËn tèc cao nhÊt lμ 200km/h trªn tuyÕn ®−êng Berlin- Hamburg. N¨m 1928 trªn tuyÕn ®−êng s¾t Ch−¬ng I.