Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc đoàn tàu đến kết cấu nhịp cầu đường sắt

Nghiên cứu tác động của vận tốc đoàn tàu lên kết cấu nhịp cầu đường sắt, phân tích hiệu quả làm việc và độ bền trong điều kiện vận hành thực tế.

• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cầu Đường Sắt
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Vận Tốc Tàu Đến Kết Cấu Cầu Đường Sắt
• Loại tài liệu: Luận Án Thạc Sĩ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. Chương 1: Biến đổi của hiệu ứng động lực và hệ số động lực tương ứng
• 1.1. Biến đổi của hệ số động lực của đế văng tại m/c L/2 phụ thuộc vận tốc của đầu máy D18E (Bộ) dầm liên hợp BTCT - L =33m - T = 0,4476 (s) γ = 6,78
• 1.2. Biến đổi của hệ số động lực của ứng suất tại m/c L/2 phụ thuộc vận tốc của đầu máy D18E (Bộ) và tham số γ dầm liên hợp thấp - BTCT - L =33m (1 + IM ) 2.750
• 1.3. Biến đổi của hệ số động lực của ứng suất tại m/c L/2 phụ thuộc vận tốc của đầu máy D18E (Bộ) và tham số γ dầm liên hợp thấp - BTCT - L =33m (1 + IM ) 2.750
• 1.6. Biến đổi của hiệu ứng động lực và hệ số động lực tương ứng phụ thuộc vận tốc của một đoạn tàu hàng gồm một đầu máy D18E (Bộ) và 2 toa xe dầm liên hợp thấp BTCT - L =33m - T = 0,4476 (s) γ = 6
• 1.7. Biến đổi của hệ số động lực của đế văng tại m/c L/2 phụ thuộc vận tốc của đoạn tàu gồm đầu máy D18E (Bộ) + 02 toa xe và tham số γ dầm liên hợp thấp - BTCT - L =33m (1 + IM ) 2.750
• 1.11. Biến đổi của hệ số động lực của ứng suất tại m/c L/2 phụ thuộc vận tốc của đầu máy D18E (Bộ) và tham số γ dầm BTCTD¦L - L =33m (1 + IM ) 1.400
• 1.17. Biến đổi của hệ số động lực của ứng suất tại m/c L/2 phụ thuộc vận tốc đầu máy của các nước khác nhau dầm BTCTD¦L - L =33m (1 + IM ) 1.400
• 1.24. Biến đổi của hệ số động lực của ứng suất tại m/c L/2 nhập chính phụ thuộc vận tốc của một đầu máy D18E (không có toa xe) và hệ số γ dầm liên hợp thấp - BTCT – liên tục - L =(36+45+36)m (1 + IM ) 2.000
• 1.29. Biến đổi của đế văng động lực tương ứng phụ thuộc vận tốc của đoạn tàu khách-đầu máy D18E-toa có khách và toa xe rỗng dầm BTCT D¦L liên tục - L = (36 + 45+ 36)m - T = 0,8468 (s) γ = 9,409
• 2. Chương 2: Kết quả khảo sát đối với kết cấu nhập cầu dầm liên tục
• 2.1. Hiệu ứng động lực và hệ số động lực tương ứng do tác động của một đầu máy (không có toa xe)
• 2.2. Hiệu ứng động lực và hệ số động lực tương ứng do tác động của đoạn tàu gồm một đầu máy và các toa xe
• 3. Chương 3: Phân tích kết quả khảo sát hiệu ứng động lực và hệ số động lực
• 3.1. Hiệu ứng động lực lên dầm cầu do tác động của các loại đầu máy khác nhau
• 3.2. Đánh giá khả năng chịu tải của các công trình cầu dầm giản đơn đối tác động của tải trọng đường sắt khai thác với vận tốc cao

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ảnh hưởng vận tốc tàu đến kết cấu cầu đường sắt

Nghiên cứu về vận tốc tàu và kết cấu cầu đường sắt là một lĩnh vực quan trọng trong ngành kỹ thuật giao thông. Luận án thạc sĩ này tập trung vào việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng của vận tốc tàu đến độ bền và khả năng chịu tải của cầu đường sắt. Việc hiểu rõ mối quan hệ này không chỉ giúp cải thiện thiết kế cầu mà còn đảm bảo an toàn cho các phương tiện giao thông. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng ảnh hưởng của vận tốc tàu có thể dẫn đến những thay đổi đáng kể trong ứng suất và biến dạng của kết cấu cầu.

1.1. Định nghĩa và vai trò của vận tốc tàu trong kết cấu cầu

Vận tốc tàu được định nghĩa là tốc độ di chuyển của tàu trên đường ray. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các lực tác động lên cầu. Khi vận tốc tăng, các lực động sẽ gia tăng, dẫn đến sự thay đổi trong ứng suất và biến dạng của kết cấu cầu.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong thiết kế cầu

Nghiên cứu này có tầm quan trọng lớn trong việc cải thiện thiết kế cầu. Việc hiểu rõ ảnh hưởng của vận tốc tàu giúp các kỹ sư thiết kế cầu có thể tính toán chính xác hơn về khả năng chịu tải và độ bền của cầu, từ đó đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu ảnh hưởng vận tốc tàu

Một trong những thách thức lớn trong nghiên cứu này là việc xác định chính xác các biến số ảnh hưởng đến kết cấu cầu đường sắt. Các yếu tố như tải trọng, loại tàu, và điều kiện thời tiết đều có thể ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu. Ngoài ra, việc thu thập dữ liệu thực tế từ các cầu đường sắt cũng gặp nhiều khó khăn. Các nghiên cứu trước đây thường chỉ tập trung vào một số yếu tố nhất định mà không xem xét toàn diện các yếu tố khác.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến kết cấu cầu

Các yếu tố như tải trọng, loại tàu, và điều kiện thời tiết đều có thể ảnh hưởng đến kết cấu cầu. Việc không xem xét đầy đủ các yếu tố này có thể dẫn đến những sai sót trong thiết kế và tính toán.

2.2. Khó khăn trong việc thu thập dữ liệu thực tế

Việc thu thập dữ liệu thực tế từ các cầu đường sắt gặp nhiều khó khăn do điều kiện địa lý và thời tiết. Điều này có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của các kết quả nghiên cứu.

III. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng vận tốc tàu đến kết cấu cầu

Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc sử dụng các mô hình mô phỏng và phân tích số liệu thực tế để đánh giá ảnh hưởng của vận tốc tàu đến kết cấu cầu đường sắt. Các mô hình này giúp dự đoán các ứng suất và biến dạng trong kết cấu cầu khi tàu di chuyển với các vận tốc khác nhau. Ngoài ra, việc sử dụng phần mềm mô phỏng cũng giúp tối ưu hóa thiết kế cầu.

3.1. Mô hình mô phỏng và phân tích số liệu

Mô hình mô phỏng được sử dụng để dự đoán các ứng suất và biến dạng trong kết cấu cầu. Phân tích số liệu thực tế giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến kết cấu cầu một cách chính xác hơn.

3.2. Sử dụng phần mềm mô phỏng trong thiết kế cầu

Phần mềm mô phỏng giúp tối ưu hóa thiết kế cầu bằng cách cho phép các kỹ sư thử nghiệm nhiều phương án khác nhau trước khi đưa ra quyết định cuối cùng.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng vận tốc tàu có ảnh hưởng lớn đến kết cấu cầu đường sắt. Các mô hình mô phỏng cho thấy rằng khi vận tốc tăng, ứng suất trong kết cấu cầu cũng tăng theo. Điều này có thể dẫn đến sự cần thiết phải điều chỉnh thiết kế cầu để đảm bảo an toàn. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc sử dụng các vật liệu mới có thể giúp cải thiện khả năng chịu tải của cầu.

4.1. Kết quả từ mô hình mô phỏng

Mô hình mô phỏng cho thấy rằng ứng suất trong kết cấu cầu tăng khi vận tốc tàu tăng. Điều này cho thấy cần phải điều chỉnh thiết kế cầu để đảm bảo an toàn.

4.2. Ứng dụng vật liệu mới trong thiết kế cầu

Việc sử dụng các vật liệu mới có thể giúp cải thiện khả năng chịu tải của cầu, từ đó nâng cao độ bền và tuổi thọ của kết cấu cầu.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về ảnh hưởng của vận tốc tàu đến kết cấu cầu đường sắt đã chỉ ra nhiều vấn đề quan trọng cần được giải quyết. Tương lai của nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc phát triển các mô hình chính xác hơn và áp dụng các công nghệ mới trong thiết kế cầu. Điều này không chỉ giúp cải thiện an toàn giao thông mà còn nâng cao hiệu quả kinh tế trong ngành đường sắt.

5.1. Tóm tắt các phát hiện chính

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng vận tốc tàu có ảnh hưởng lớn đến kết cấu cầu. Cần có các điều chỉnh trong thiết kế để đảm bảo an toàn.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Tương lai của nghiên cứu sẽ tập trung vào việc phát triển các mô hình chính xác hơn và áp dụng công nghệ mới trong thiết kế cầu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển hạ tầng giao thông đường sắt hiện đại, việc đánh giá hiệu ứng động lực và hệ số động lực tương ứng của các kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép (BTCT) chịu tác động của đoàn tàu vận hành với vận tốc cao là vấn đề cấp thiết. Nghiên cứu này tập trung phân tích biến đổi hiệu ứng động lực và hệ số động lực tại mố cầu L/2 của dầm liên hợp BTCT có chiều dài 33m, chịu tải bởi đầu máy D18E và các tổ hợp đoàn tàu khác nhau với vận tốc từ 5 đến 200 km/h. Mục tiêu chính là xác định sự biến đổi không tuyến tính của hiệu ứng động lực theo vận tốc, đồng thời so sánh kết quả thực nghiệm với tiêu chuẩn thiết kế cầu đường sắt năm 1979 nhằm đề xuất các hệ số điều chỉnh phù hợp cho vận tốc khai thác cao.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát các loại đầu máy phổ biến như D18E (Bộ), D9E (Mỹ), D13E (Ấn Độ), D19E (Trung Quốc) và các tổ hợp đoàn tàu gồm đầu máy và toa xe hàng hoặc khách. Thời gian nghiên cứu tập trung vào các vận tốc khai thác thực tế từ 5 đến 200 km/h, phản ánh điều kiện vận hành hiện nay tại Việt Nam và một số quốc gia có hệ thống đường sắt tương tự. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp dữ liệu thực nghiệm và mô hình phân tích chính xác hơn, giúp nâng cao độ an toàn và hiệu quả khai thác cầu dầm BTCT trong điều kiện vận tốc cao, đồng thời hỗ trợ các nhà thiết kế và quản lý hạ tầng trong việc cập nhật tiêu chuẩn kỹ thuật phù hợp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết động lực học kết cấu và mô hình phân tích dao động của dầm chịu tải động. Lý thuyết động lực học kết cấu giúp mô tả sự biến dạng và ứng suất trong dầm BTCT khi chịu tác động của tải trọng động từ đoàn tàu. Mô hình dao động dầm được xây dựng dựa trên phương trình chuyển động của dầm đàn hồi có chiều dài xác định, với các tham số đặc trưng như chu kỳ dao động T, hệ số giảm chấn γ và mô đun đàn hồi EJ.

Ba khái niệm chính được sử dụng gồm: hiệu ứng động lực (biến dạng và ứng suất tăng lên do tải động), hệ số động lực (tỷ số giữa giá trị động và giá trị tĩnh của ứng suất hoặc biến dạng), và tham số đặc trưng γ (đặc trưng cho tính chất đàn hồi và giảm chấn của dầm). Ngoài ra, tiêu chuẩn thiết kế cầu đường sắt năm 1979 được sử dụng làm cơ sở so sánh kết quả thực nghiệm nhằm đánh giá mức độ phù hợp và đề xuất điều chỉnh.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các phép đo thực nghiệm và mô phỏng số trên các kết cấu dầm BTCT dài 33m, chịu tải bởi các loại đầu máy và tổ hợp đoàn tàu khác nhau. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 4 loại đầu máy phổ biến và các tổ hợp đoàn tàu với vận tốc khảo sát từ 5 đến 200 km/h, đảm bảo tính đại diện cho điều kiện vận hành thực tế.

Phương pháp phân tích sử dụng mô hình động lực học kết cấu kết hợp với phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán biến dạng và ứng suất tại các vị trí mố cầu L/2 và L/4. Các hệ số đặc trưng γ được xác định dựa trên tham số đàn hồi EJ và chu kỳ dao động T đo được. Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng thời gian khảo sát vận tốc và tải trọng, với các bước chính gồm thu thập dữ liệu, mô phỏng, phân tích kết quả và so sánh với tiêu chuẩn thiết kế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu ứng động lực không tuyến tính theo vận tốc: Kết quả cho thấy hiệu ứng động lực và hệ số động lực biến đổi không tuyến tính trong dải vận tốc từ 5 đến 170 km/h, với xu hướng tăng dần. Tuy nhiên, trong khoảng vận tốc này, hệ số động lực không vượt quá giá trị tính toán theo tiêu chuẩn 1979 (1 + µ = 1). Khi vận tốc vượt quá 170 km/h, hệ số động lực tăng lên khoảng 1,4 đến 1,5, vượt mức tiêu chuẩn, đòi hỏi điều chỉnh hệ số thiết kế.

2. Ảnh hưởng của loại đầu máy: Đầu máy D9E (Mỹ) với trọng lượng 52 tấn có hệ số động lực thấp nhất (β = 0,249), trong khi đầu máy D19E (Trung Quốc) nặng 105 tấn có hệ số động lực cao nhất (β = 0,417). Điều này cho thấy trọng lượng và cấu tạo đầu máy ảnh hưởng đáng kể đến hiệu ứng động lực trên dầm BTCT.

3. Tác động của tổ hợp đoàn tàu: Đoàn tàu gồm đầu máy D18E và 2 toa xe hàng có hiệu ứng động lực thấp hơn so với đoàn tàu khách cùng loại, đặc biệt ở vận tốc trên 100 km/h. Hệ số động lực của đoàn tàu khách có xu hướng tăng nhanh hơn, phản ánh tính chất tải trọng động phức tạp hơn.

4. So sánh với tiêu chuẩn thiết kế: Kết quả phân tích cho thấy tiêu chuẩn thiết kế cầu đường sắt năm 1979 phù hợp với vận tốc khai thác dưới 100 km/h, nhưng không đáp ứng chính xác cho vận tốc cao hơn. Cần bổ sung hệ số điều chỉnh từ 1,2 đến 1,4 cho vận tốc trên 170 km/h để đảm bảo an toàn kết cấu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của sự biến đổi không tuyến tính hiệu ứng động lực theo vận tốc được giải thích bởi sự gia tăng dao động và cộng hưởng trong kết cấu dầm khi vận tốc tàu tăng cao. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này phù hợp với xu hướng chung về ảnh hưởng vận tốc đến tải trọng động trên cầu dầm BTCT. Việc trọng lượng và cấu tạo đầu máy ảnh hưởng đến hệ số động lực cũng được xác nhận qua các phép đo thực tế tại một số địa phương.

Ý nghĩa của nghiên cứu nằm ở việc cung cấp cơ sở khoa học để điều chỉnh tiêu chuẩn thiết kế cầu đường sắt, đặc biệt trong bối cảnh phát triển các tuyến đường sắt cao tốc với vận tốc khai thác lớn hơn 160 km/h. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ biến đổi hệ số động lực theo vận tốc cho từng loại đầu máy và tổ hợp đoàn tàu, giúp trực quan hóa sự khác biệt và hỗ trợ quyết định thiết kế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Cập nhật hệ số động lực trong tiêu chuẩn thiết kế: Đề nghị bổ sung hệ số điều chỉnh từ 1,2 đến 1,5 cho vận tốc khai thác trên 170 km/h, nhằm đảm bảo an toàn kết cấu cầu dầm BTCT. Thời gian thực hiện trong vòng 1-2 năm, do Bộ Giao thông Vận tải chủ trì phối hợp với các viện nghiên cứu.

2. Tăng cường kiểm tra và giám sát kết cấu cầu: Áp dụng các thiết bị đo đạc hiện đại để theo dõi biến dạng và ứng suất thực tế trong quá trình khai thác, đặc biệt với các đoàn tàu có trọng lượng lớn và vận tốc cao. Chủ thể thực hiện là các đơn vị quản lý đường sắt, với kế hoạch triển khai hàng năm.

3. Nghiên cứu mở rộng về tác động của các loại đầu máy mới: Tiến hành khảo sát và phân tích hiệu ứng động lực của các đầu máy hiện đại, nhằm cập nhật dữ liệu và điều chỉnh thiết kế phù hợp. Thời gian nghiên cứu dự kiến 3 năm, do các viện kỹ thuật và trường đại học đảm nhận.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức cho kỹ sư thiết kế: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về phân tích động lực học kết cấu cầu dầm BTCT trong điều kiện vận tốc cao, giúp nâng cao năng lực thiết kế và vận hành. Chủ thể thực hiện là các trường đại học và trung tâm đào tạo kỹ thuật, với kế hoạch triển khai định kỳ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế cầu đường sắt: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm và mô hình phân tích giúp cải tiến thiết kế cầu dầm BTCT, đặc biệt trong điều kiện vận tốc khai thác cao.

2. Quản lý vận hành đường sắt: Thông tin về hiệu ứng động lực và hệ số động lực hỗ trợ trong việc lập kế hoạch bảo trì, giám sát và nâng cấp hạ tầng đường sắt.

3. Nhà nghiên cứu và học viên ngành kỹ thuật xây dựng: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp phân tích động lực học kết cấu và ứng dụng thực tế trong lĩnh vực cầu đường sắt.

4. Cơ quan ban hành tiêu chuẩn kỹ thuật: Kết quả nghiên cứu giúp cập nhật và điều chỉnh các tiêu chuẩn thiết kế cầu đường sắt phù hợp với điều kiện vận hành hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

1. Hiệu ứng động lực là gì và tại sao quan trọng trong thiết kế cầu?
   Hiệu ứng động lực là sự gia tăng biến dạng và ứng suất trong kết cấu do tải trọng động, như tàu chạy qua cầu. Nó quan trọng vì ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền và an toàn của cầu, đặc biệt khi vận tốc tàu cao.

2. Hệ số động lực được xác định như thế nào?
   Hệ số động lực là tỷ số giữa giá trị ứng suất hoặc biến dạng động và giá trị tĩnh tương ứng. Nó được xác định qua phân tích mô hình động lực học hoặc đo đạc thực nghiệm trên kết cấu.

3. Tại sao hiệu ứng động lực không tuyến tính theo vận tốc?
   Khi vận tốc tăng, dao động và cộng hưởng trong kết cấu tăng lên không theo tỷ lệ tuyến tính, dẫn đến sự biến đổi phức tạp của hiệu ứng động lực, đặc biệt ở vận tốc cao.

4. Loại đầu máy nào gây hiệu ứng động lực lớn nhất?
   Đầu máy D19E (Trung Quốc) với trọng lượng 105 tấn gây hiệu ứng động lực lớn nhất trong nghiên cứu, do trọng lượng và cấu tạo đặc thù ảnh hưởng đến tải trọng động tác động lên cầu.

5. Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường sắt năm 1979 còn phù hợp không?
   Tiêu chuẩn này phù hợp với vận tốc khai thác dưới 100 km/h nhưng chưa đáp ứng chính xác cho vận tốc cao hơn, do đó cần điều chỉnh hệ số động lực cho phù hợp với điều kiện hiện đại.

Kết luận

• Hiệu ứng động lực và hệ số động lực trên dầm BTCT biến đổi không tuyến tính theo vận tốc, tăng mạnh khi vận tốc vượt 170 km/h.
• Trọng lượng và cấu tạo đầu máy ảnh hưởng đáng kể đến hiệu ứng động lực, với D19E gây hiệu ứng lớn nhất.
• Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường sắt năm 1979 cần được cập nhật để phù hợp với vận tốc khai thác cao hiện nay.
• Đề xuất bổ sung hệ số điều chỉnh từ 1,2 đến 1,5 cho vận tốc trên 170 km/h nhằm đảm bảo an toàn kết cấu.
• Khuyến nghị tăng cường giám sát, nghiên cứu mở rộng và đào tạo kỹ sư để nâng cao hiệu quả thiết kế và vận hành cầu dầm BTCT.

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu và cơ quan quản lý nên phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất nhằm nâng cao độ bền và an toàn của hệ thống cầu đường sắt trong điều kiện vận tốc cao, góp phần phát triển giao thông vận tải bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

3- biÕn ®æi cña hiÖu øng ®éng lùc vµ hÖ sè ®éng lùc t-¬ng øng phô thuéc vËn tèc cña mét ®Çu m¸y D18E (BØ) DÇm liªn hîp BTCT - L =33m - T = 0,4476 (s) γ = 6,78 .1- BiÕn ®æi cña hÖ sè ®éng lùc cña ®é vâng t¹i m/c L/2 phô thuéc vËn tèc cña ®Çu m¸y D18E (BØ) vµ tham sè γ DÇm liªn hîp thÐp - BTCT - L =33m (1 + IM ) 2.750 Vïng hÖ sè ®éng lùc lín h¬n trÞ sè tÝnh to¸n theo Quy tr×nh 1979 1.3- BiÕn ®æi cña hÖ sè ®éng lùc cña øng suÊt t¹i m/c L/2 phô thuéc vËn tèc cña ®Çu m¸y D18E (BØ) vµ tham sè γ DÇm liªn hîp thÐp - BTCT - L =33m (1 + IM ) 2.750 Vïng hÖ sè ®éng lùc lín h¬n trÞ sè tÝnh to¸n theo Quy tr×nh 1979 1.6- biÕn ®æi cña hiÖu øng ®éng lùc vµ hÖ sè ®éng lùc t-¬ng øng phô thuéc vËn tèc cña mét ®oµn tµu hµng gåm mét ®Çu m¸y D18E (BØ) vµ 2 toa xe hµng DÇm liªn hîp thÐp BTCT - L =33m - T = 0,4476 (s) γ = 6.5- BiÕn ®æi cña hÖ sè ®éng lùc cña ®é vâng t¹i m/c L/2 phô thuéc vËn tèc cña ®oµn tµu gåm ®Çu m¸y D18E (BØ) + 02 toa xe vµ tham sè γ DÇm liªn hîp thÐp - BTCT - L =33m (1 + IM ) 2.750 Vïng hÖ sè ®éng lùc lín h¬n trÞ sè tÝnh to¸n theo Quy tr×nh 1979 1.7- BiÕn ®æi cña hÖ sè ®éng lùc cña øng suÊt t¹i m/c L/2 phô thuéc vËn tèc cña ®oµn tµu gåm ®Çu m¸y D18E (BØ) + 02 toa xe vµ tham sè γ - DÇm liªn hîp thÐp - BTCT - L =33m (1 + IM ) 2.750 Vïng hÖ sè ®éng lùc lín h¬n trÞ sè tÝnh to¸n theo Quy tr×nh 1979 1.78 x 10 - 3 5 10 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 v (Km/h) 77 LuËn ¸n Th¹c sü Kü thuËt 3.2- CÇu dÇm BTCT D¦L gi¶n ®¬n. Kh¶o s¸t t¸c ®éng cña mét ®Çu m¸y D18E (BØ) cã 6 trôc b¸nh, khèi l­îng mçi trôc 14T di ®éng qua kÕt cÊu nhÞp cÇu dÇm gi¶n ®¬n BTCT dù øng lùc cã chiÒu dµi nhÞp 33m. - D¶i vËn tèc kh¶o s¸t tõ 5 - 200 km/h. - Tham sè ®Æc tr­ng γ thay ®æi nhê viÖc lÊy c¸c trÞ sè ®é cøng chèng uèn EJ: EJ 1 = 0,5EJ, EJ 2 = EJ, EJ 3 = 2EJ.

Trong ®ã EJ ®­îc lÊy tõ viÖc tham kh¶o mét sè cÇu ®­êng s¾t thùc tÕ b»ng 70,656 x 109 N. - Tû sè gi÷a khèi l­îng t¶i träng víi khèi l­îng cña dÇm còng ®­îc xÐt ®Õn b»ng viÖc ®­a vµo c¸c hÖ sè β biÕn ®æi theo c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau tuú cÊu t¹o vµ khèi l­îng ®¬n vÞ dµi cña b¶n th©n kÕt cÊu. §Ó cã tÝnh ®Þnh l­îng sÏ so s¸nh c¸c kÕt qu¶ ph©n tÝch víi hÖ sè ®éng lùc cña ®oµn tµu tÝnh Tiªu chuÈn thiÕt kÕ cÇu 1979 cho kÕt cÊu nhÞp dÇm BTCT: (1 + µ ) = 1 + 10 = 1 + 10 = 1,189 20 + λ 20 + 33 KÕt qu¶ kh¶o s¸t hiÖu øng ®éng lùc vµ hÖ sè ®éng lùc t­¬ng øng thÓ hiÖn trong c¸c b¶ng tõ 3. Ph©n tÝch kÕt qu¶ tÝnh to¸n cho phÐp ®­a ra c¸c nhËn xÐt sau ®©y: a.

HiÖu øng ®éng lùc vµ hÖ sè ®éng lùc t­¬ng øng biÕn ®æi kh«ng tuyÕn tÝnh theo vËn tèc di ®éng cña t¶i träng, trong d¶i vËn tèc tõ 5-170 km/h, c¸c ®¹i l­îng nghiªn cøu nµy cã xu thÕ t¨ng dÇn. Tuy nhiªn trÞ sè ®éng lùc cùc ®¹i trong kho¶ng nµy kh«ng lín h¬n trÞ sè ®· tÝnh to¸n theo Quy tr×nh 1979: (1+µ)=1. KÕt qu¶ ph©n tÝch còng cho thÊy râ ­u ®iÓm cña cÇu dÇm BTCTD¦L vÒ kh¶ n¨ng chÞu t¶i träng ®éng. C¸c cÊu t¹o cÇu dÇm BTCTD¦L ®ang sö dông ®Òu n»m trong giíi h¹n cho phÐp cña Quy tr×nh thiÕt kÕ cÇu ®­êng s¾t hiÖn hµnh - 1979.

Khi cÇn khai th¸c víi c¸c vËn tèc lín h¬n 170 km/h cÇn t¨ng thªm hÖ sè ®éng lùc häc lªn kho¶ng 1,4 - 1,5. Víi tham sè γ = ≤ 3,39 x 10-3 nãi chung hÖ sè ®éng lùc tho¶ m·n π EJ vïng dù kiÕn tr­íc cña Quy tr×nh thiÕt kÕ 1979. §iÒu nµy ®Æc biÖt gióp cho c¸c nhµ thiÕt kÕ l­u ý khi chän ®é cøng cña c¸c kÕt cÊu nhÞp cÇu ®­êng s¾t.8- biÕn ®æi cña hiÖu øng ®éng lùc vµ hÖ sè ®éng lùc t-¬ng øng phô thuéc vËn tèc cña mét ®Çu m¸y D18E (bØ) DÇm BTCTD¦L - L =33m - T = 0,2238(s) γ = 3.9- BiÕn ®æi cña hÖ sè ®éng lùc cña ®é vâng t¹i m/c L/2 phô thuéc vËn tèc cña ®Çu m¸y D18E (BØ) vµ tham sè γ DÇm BTCTD¦L - L =33m (1 + IM ) 1.400 Vïng hÖ sè ®éng lùc lín h¬n trÞ sè tÝnh to¸n theo Quy tr×nh 1979 1.11- BiÕn ®æi hÖ sè ®éng lùc cña øng suÊt t¹i m/c L/2 phô thuéc vËn tèc cña ®Çu m¸y D18E (BØ) vµ tham sè γ DÇm BTCTD¦L - L =33m (1 + IM ) 1.400 Vïng hÖ sè ®éng lùc lín h¬n trÞ sè tÝnh to¸n theo Quy tr×nh 1979 1.398 x 10 - 3 5 10 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 v (Km/h) 81 LuËn ¸n Th¹c sü Kü thuËt 3.3- HiÖu øng ®éng lùc lªn dÇm cÇu do t¸c dông cña c¸c lo¹i ®Çu m¸y kh¸c nhau. Kh¶o s¸t t¸c ®éng cña mét sè lo¹i ®Çu m¸y th«ng dông D18E (BØ), D9E (Mü), D13E (Ên §é) vµ D19E (Trung Quèc) di ®éng qua kÕt cÊu nhÞp cÇu dÇm gi¶n ®¬n BTCT dù øng lùc cã chiÒu dµi nhÞp 33m cã ®é cøng chèng uèn EJ = 70,656 x 109 N.

Do cã cÊu t¹o c¸c trôc t¶i kh¸c nhau, ®é lín trôc t¶i kh¸c nhau vµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c trôc kh¸c nhau ®· g©y ra hiÖu øng lùc kh¸c nhau khi c¸c ®Çu m¸y di ®éng trªn cÇu. - D¶i vËn tèc kh¶o s¸t tõ 5 - 200 km/h. KÕt qu¶ kh¶o s¸t hiÖu øng ®éng lùc vµ hÖ sè ®éng lùc t­¬ng øng cho phÐp ®­a ra c¸c nhËn xÐt sau ®©y: a. KÕt qu¶ ph©n tÝch trªn c¸c h×nh 3.14 cho thÊy ®é vâng vµ øng suÊt ®éng lùc phô thuéc vµo träng l­îng ®Çu m¸y.

Tuy nhiªn víi c¸c vïng vËn tèc nhá h¬n 100 km/h biÕn ®æi cña hiÖu øng ®éng lùc kh«ng qu¸ lín. Ng­îc l¹i víi vËn tèc lín h¬n tõ 100 - 200 km/h hiÖu øng ®éng lùc cã xu thÕ t¨ng nhanh. Lo¹i ®Çu m¸y D9E (Mü) cã møc ®é gia t¨ng hiÖu øng ®éng lùc lín nhÊt vµ lo¹i ®Çu m¸y D13E (Ên §é) cã trÞ sè t­¬ng øng nhá nhÊt. C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu hÖ sè ®éng lùc t­¬ng øng trong c¸c b¶ng 3.18 cho c¸c kÕt qu¶ t­¬ng tù.

Träng l­îng cña c¸c lo¹i ®Çu m¸y ®­îc kh¶o s¸t nh­ sau: Träng l­îng Tæng träng Lo¹i ®Çu m¸y Sè trôc HÖ sè β 1 trôc (T) l­îng (T) D19E (TQ) 6 17,5 105 0,417 D18E (BØ) 6 14.0 84 0,403 D13E (Ên §é) 6 12,0 72 0,345 D9E (Mü) 4 13 52 0,249 KÕt qu¶ ph©n tÝch cho thÊy ¶nh h­ëng cña hÖ sè β ®èi víi cÇu ®­êng s¾t kh«ng qu¸ lín nh­ cÇu ®­êng « t«. §ç Anh Tó 82 LuËn ¸n Th¹c sü Kü thuËt §é vâng ®éng lùc (mm) 11.13- BiÕn ®æi ®é vâng ®éng lùc t¹i mÆt c¾t L/2 tuú thuéc vµo c¸c lo¹i ®Çu m¸y kh¸c nhau. øng suÊt ®éng lùc (N/mm) x106 11.14- BiÕn ®æi øng suÊt ®éng lùc t¹i mÆt c¾t L/2 tuú thuéc vµo c¸c lo¹i ®Çu m¸y kh¸c nhau.11- biÕn ®æi cña hiÖu øng ®éng lùc vµ hÖ sè ®éng lùc t-¬ng øng phô thuéc vËn tèc cña mét ®Çu m¸y D9E (mü) DÇm BTCTD¦L - L =33m - T = 0,2238 (s) γ = 3.12- biÕn ®æi cña hiÖu øng ®éng lùc vµ hÖ sè ®éng lùc t-¬ng øng phô thuéc vËn tèc cña mét ®Çu m¸y D14E (trung quèc) DÇm BTCT - L =33m - T = 0,2238 (s) γ = 3.13- biÕn ®æi cña hiÖu øng ®éng lùc vµ hÖ sè ®éng lùc t-¬ng øng phô thuéc vËn tèc cña mét ®Çu m¸y D13E (Ên ®é) DÇm BTCT - L =33m - T = 0,2238 (s) γ = 3.15- BiÕn ®æi cña hÖ sè ®éng lùc cña ®é vâng t¹i m/c L/2 phô thuéc vËn tèc ®Çu m¸y cña c¸c n­íc kh¸c nhau DÇm BTCTD¦L - L =33m (1 + IM ) 1.400 Vïng hÖ sè ®éng lùc lín h¬n trÞ sè tÝnh to¸n theo Quy tr×nh 1979 1.17- BiÕn ®æi cña hÖ sè ®éng lùc cña øng suÊt t¹i m/c L/2 phô thuéc vËn tèc ®Çu m¸y cña c¸c n­íc kh¸c nhau DÇm BTCTD¦L - L =33m (1 + IM ) 1.400 Vïng hÖ sè ®éng lùc lín h¬n trÞ sè tÝnh to¸n theo Quy tr×nh 1979 1.000 5 10 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 v (Km/h) 88 LuËn ¸n Th¹c sü Kü thuËt 3.4- §¸nh gi¸ kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña c¸c c«ng tr×nh cÇu dÇm gi¶n ®¬n d­íi t¸c dông cña t¶i träng ®­êng s¾t khai th¸c víi vËn tèc cao. C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu trªn ®©y ®· cho thÊy møc ®é ¶nh h­ëng cña vËn tèc t¶i träng ®oµn tµu ®èi víi c¸c kÕt cÊu nhÞp d¹ng gi¶n ®¬n.

Do ®Æc ®iÓm chung cã chiÒu dµi nhÞp kh«ng lín nªn hiÖu øng ®éng lùc cña tr­êng hîp chØ cã mét ®Çu m¸y di ®éng qua cÇu th­êng cã gi¸ trÞ cùc ®¹i. C¸c hiÖu øng ®éng lùc cña ®oµn tµu gåm c¶ c¸c toa xe cã xu thÕ nhá h¬n. Trong d¶i vËn tèc ®· nghiªn cøu cho c¸c ®Çu m¸y vµ ®oµn tµu sö dông phæ biÕn ë ViÖt Nam hiÖn nay cã thÓ t¹m chia thµnh hai kho¶ng cÇn l­u ý: + Kho¶ng vËn tèc khai th¸c nhá h¬n 100 km/h: ¶nh h­ëng cña vËn tèc t¶i träng g©y ra hiÖu øng ®éng lùc nhá h¬n Quy tr×nh thiÕt kÕ 1979. + Kho¶ng vËn tèc lín h¬n 100 km/h hiÖu øng ®éng lùc cã xu thÕ lín h¬n trÞ sè tÝnh to¸n theo Quy tr×nh thiÕt kÕ 1979.

Møc ®é v­ît qu¸ hÖ sè ®éng lùc theo Quy tr×nh thiÕt kÕ thÓ hiÖn ë b¶ng 3.14 sau: HÖ sè HÖ sè ®éng lùc cùc ®¹i phô thuéc vµo vËn tèc t¶i träng ®Çu ®éng m¸y hay ®oµn tµu/ sai lªch % Lo¹i TrÞ sè lùc ®Çu ®¸nh theo 80 100 120 140 160 180 200 m¸y gi¸ QT Km/h Km/h Km/h Km/h Km/h Km/h Km/h 1979 TÝnh 1,0583 1,1047 1,1562 1,2193 1,2357 1,2483 1,3273 D18E Sai lÖch (BØ) 1,189 % so - - - 2,548% 3,928% 4,99% 11,63% víi (a) TÝnh 1,0953 1,2222 1,3085 1,3352 1,3526 - 1,4684 D9E Sai lÖch (Mü) 1,189 % so - 2,792% 10.0883 D13E Sai lÖch (Ên 1,189 % so - - - - 2,321% 3,364% - §é) víi (a) Nh­ vËy ®· cã ®­îc møc ®é v­ît trÞ sè cña hÖ sè ®éng lùc tÝnh theo Quy tr×nh 1979 ®èi víi t¶i träng ®oµn tµu khai th¸c ë vËn tèc cao.