ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG BỘ MÔN KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG -------o0o------- LUẬN VĂN ĐẠI HỌC PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH ỨNG XỬ CỦA CÁC LOẠI RÀO CHẮN AN TOÀN KHI CHỊU VA CHẠM CỦA PHƯƠNG TIỆN SVTH: MAI NGUYỄN HOÀNG NAM MSSV: 1712240 GVHD: PGS. TS LÝ HÙNG ANH TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2022 Tieu luan Tieu luan – iii – Tieu luan – iv – Tieu luan Lời cam kết Tôi cam kết: - Đây là luận văn tốt nghiệp do tôi thực hiện.
- Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. - Các đoạn trích dẫn và số liệu kết quả sử dụng để so sánh trong luận văn này đều được dẫn nguồn và có độ chính xác cao nhất trong phạm vi hiểu biết của tôi. –v– Tieu luan – vi – Tieu luan Lời cảm ơn Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn PGS. TS Lý Hùng Anh, thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và luôn có sự phản hồi tỉ mỉ trong thời gian nhanh nhất nhằm giúp tôi trong suốt thời gian qua để có thể hoàn thành luận văn này.
Tôi xin cảm ơn quý thầy cô trong Bộ môn Kỹ thuật Hàng không – Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện tốt nhất giúp tôi hoàn thành khóa luận. Mặc dù đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả năng có thể. Tuy nhiên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót.
Tôi rất mong nhận được sự cảm thông và tận tình chỉ bảo của quý thầy cô và toàn thể các bạn. Mai Nguyễn Hoàng Nam – vii – Tieu luan – viii – Tieu luan Tóm tắt luận văn Rào chắn an toàn là thiết bị vô cùng cần thiết ở mọi tuyến đường trên thế giới. Nhờ các loại rào chắn an toàn, số lượng ca tử vong do tai nạn giao thông giảm rõ rệt. Tuy nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu xem xét ứng xử của các loại rào chắn này khi bị phương tiện va chạm.
Việc nghiên cứu ứng xử của các loại rào chắn giúp đưa ra các đánh giá cần thiết nhằm cải tiến các loại rào chắn hoặc có các cách sử dụng phù hợp. Trong bài luận văn này, ba loại rào chắn thông dụng nhất là rào chắn dạng cáp, rào chắn bê tông và rào chắn dạng sóng W sẽ được sử dụng. Sau khi tiến hành mô phỏng va chạm giữa phương tiện với các loại rào chắn này ở vận tốc khác nhau, các kết luận và đánh giá sẽ được đưa ra. Từ khóa: Rào chắn an toàn, rào chắn dạng cáp, rào chắn bê tông, rào chắn dạng sóng W, ứng xử.
– ix – Tieu luan Abstract Safety barriers are essential equipment on every road in the world. Thanks to various types of safety barriers, the number of deaths from traffic accidents has decreased markedly. However, there have not been many studies looking at the tension of these types of barriers when being hit by vehicles. Studying the tension of barriers helps to make the necessary judgments to improve barrier types or have appropriate uses.
In this thesis, the three most common types of barriers such as cable median barriers, concrete barriers and W-beam guardrail will be used. After conducting collision simulation between vehicles with these types of barriers at different speeds, appropriate conclusions and assessments will be made. Keywords: Safety barriers, cable median barriers, concrete barriers, W- beam guardrail, tension. –x– Tieu luan Mục lục Lời cam kết .vii Tóm tắt luận văn .xi Chú giải ký hiệu.
xiii Chỉ số (Subscripts). xiii Danh mục hình ảnh .xiv Danh mục bảng biểu .xvi Danh mục biểu đồ. 19 Giới thiệu luận văn .1 Giới thiệu tổng quan .1 Tình hình an toàn giao thông đường bộ (liên quan đến rào chắn an toàn) .2 Rào chắn an toàn (safety/traffic barriers) .2 Mục tiêu luận văn .3 Ý nghĩa thực tiễn .4 Phương pháp tiếp cận .1 Hệ thống ký hiệu .2 Hạng của tensor .3 Quy ước về chỉ số .4 Hệ thống đối xứng [28] .1 Ứng suất kéo (Tensile stress) .2 Ứng suất nén (Compressive stress) [31] .3 Ứng suất cắt (Shear stress) .1 Biến dạng đàn hồi .2 Biến dạng dẻo .4 Định luật Hooke (Hooke’s Law) [32] .5 Mô đun đàn hồi (Young’s modulus) [33] .6 Quan hệ ứng suất – biến dạng (Stress-Strain Curve) [34] .1 Vật liệu dễ uốn (vật liệu dẻo).2 Vật liệu giòn. 45 – xi – Tieu luan.
46 Quy trình mô phỏng .1 Mô hình phương tiện .2 Mô hình rào chắn .1 Rào chắn dạng cáp (CMB) .2 Rào chắn bê tông .3 Rào chắn dạng sóng W .3 Tiến hành mô phỏng .1 Kết quả mô phỏng rào chắn dạng cáp .2 Kết quả mô phỏng rào chắn bê tông .3 Kết quả mô phỏng rào chắn dạng sóng W. 69 Kết luận và hướng phát triển .2 Hướng phát triển. 70 Tài liệu tham khảo - References. 71 – xii – Tieu luan Chú giải ký hiệu Ký hiệu 𝐴 Diện tích mặt cắt m2 F Lực N E Mô đun đàn hồi - Ký tự (Greek Symbols) 𝛼 Góc degree 𝜎 Ứng suất N/m2 𝜏 Ứng suất cắt N/m2 Chỉ số (Subscripts) 𝑢 Độ biến dạng 𝑘 Hằng số lò xo – xiii – Tieu luan Danh mục hình ảnh Hình 1 Chiến lược Quốc gia an toàn giao thông đường bộ giai đoạn 2021-2030 và tầm nhìn đến năm 2045.
20 Hình 2 Rào chắn dạng cáp [9]. 24 Hình 3 Rào chắn bê tông [12]. 26 Hình 4 Rào chắn dạng sóng W [15]. 27 Hình 5 Hệ thống rào chắn con lăn [19].
28 Hình 6 Cấu tạo và cách lắp đặt con lăn xoay trên rào con lăn [20]. 28 Hình 7 Bản vẽ giới hạn chiều rộng làm việc W và độ võng D. 32 Hình 8 Hộp CEN. 33 Hình 9 Tensor ứng suất Cauchy, một tensor hạng hai [27].
37 Hình 10 Ứng suất trong vật liệu biến dạng liên tục. 40 Hình 11 Biểu đồ ứng suất-biến dạng cung cấp thông tin có giá trị về lượng lực mà vật liệu có thể chịu được trước khi xảy ra biến dạng vĩnh viễn hoặc hỏng hóc. 43 Hình 12 Biểu diễn chung của đường cong ứng suất-biến dạng bằng phương trình Ramberg – Osgood. Độ căng tương ứng với điểm chảy là tổng của các thành phần đàn hồi và dẻo.
44 Hình 13 Đường cong ứng suất-biến dạng đối với vật liệu giòn so với vật liệu dẻo [36]. 45 Hình 14 Mô hình phần tử hữu hạn của xe Geo Metro. 47 Hình 15 Mô hình phần tử hữu hạn của rào chắn dạng cáp. 48 Hình 16 Mô hình phần tử hữu hạn của rào chắn dạng cáp.
49 – xiv – Tieu luan Hình 17 Mô hình phần tử hữu hạn của rào chắn bê tông. 49 Hình 18 Mô hình phần tử hữu hạn và thực thế mối nối giữa hai khối bê tông. 50 Hình 19 Sự phân bố lực trên rào chắn bê tông. 50 Hình 20 Bản vẽ thực tế nguyên mẫu của mô hình rào cản [41].
51 Hình 21 Các loại hệ thống rào chắn dạng sóng mở được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu. 52 Hình 22 Hình dạng sóng W của rào chắn được sử dụng. 52 Hình 23 Mô hình phần tử hữu hạn của rào chắn dạng sóng W được sử dụng. 53 Hình 24 Thông số vật liệu rào chắn dạng sóng W.
53 Hình 25 Bu lông và các kết nối của rào chắn. 54 Hình 26 Phân bố lực khi phương tiện va chạm với rào chắn. 54 Hình 27 Thiết lập vị trí xe va chạm với rào chắn dạng cáp. 55 Hình 28 Thiết lập mô phỏng xe va chạm với rào chắn bê tông.
55 Hình 29 Thiết lập mô phỏng xe va chạm với rào chắn sóng W. 56 Hình 30 Tài liệu mô phỏng liên quan xe va chạm với rào chắn dạng cáp [44]. 58 Hình 31 Tài liệu mô phỏng liên quan xe va chạm với rào chắn bê tông [45]. 61 Hình 32 Tài liệu mô phỏng liên quan xe va chạm với rào chắn dạng sóng W [17].
65 – xv – Tieu luan Danh mục bảng biểu Bảng 1 Mô tả thử nghiệm 11 va chạm có thể xảy ra của phương tiện theo tiêu chuẩn EN 1317 [23]. 30 Bảng 2 Mức độ ngăn chặn thông qua các bài kiểm tra. 31 Bảng 3 Giới hạn chiều rộng làm việc (Levhels of normalized working width) theo EN 1317. 32 Bảng 4 Mức độ nghiêm trọng của tác động.
32 Bảng 5 Tham số mô hình Geo Metro so với yêu cầu EN1317. 48 Bảng 6 Thuộc tính vật liệu được sử dụng trong mô hình rào chắn. 51 Bảng 7 Hình cắt nhìn từ trên xuống của mô phỏng va chạm giữa xe và rào chắn dạng cáp và sau khi đã lược bỏ phương tiện. 57 Bảng 8 Tổng lực tác dụng lên rào chắn dạng cáp ở 2 vận tốc khác nhau.
59 Bảng 9 Tổng mô men rào chắn dạng cáp ở 2 vận tốc khác nhau. 60 Bảng 10 Hình cắt nhìn từ trên xuống của mô phỏng va chạm giữa xe và rào chắn bê tông và sau khi đã lược bỏ phương tiện. 61 Bảng 11 Tổng lực tác dụng lên rào chắn bê tông ở 2 vận tốc khác nhau. 62 Bảng 12 Tổng mô men rào chắn bê tông ở 2 vận tốc khác nhau.
63 Bảng 13 Hình cắt nhìn từ trên xuống của mô phỏng va chạm giữa xe và rào chắn sóng W và sau khi đã lược bỏ phương tiện. 64 Bảng 14 Tổng lực tác dụng lên rào chắn sóng W ở 2 vận tốc khác nhau. 65 Bảng 15 Tổng mô men rào chắn sóng W ở 2 vận tốc khác nhau. 66 Bảng 16 Chuyển vị của ba loại rào chắn.
67 Bảng 17 Mực độ ngăn chặn của rào chắn an toàn. 79 – xvi – Tieu luan Bảng 18 Mức độ ngăn chặn của rào chắn an toàn. 79 – xvii – Tieu luan Danh mục biểu đồ Biểu đồ 1 Tuyến đường xảy ra tai nạn giao thông [4]. 21 Biểu đồ 2 Nguyên nhân gây ra tai nạn giao thông [6].
21 Biểu đồ 3 Dạng đường nơi xảy ra tai nạn [6]. 22 Biểu đồ 4 Tai nạn giao thông theo chiều đường [6]. Tóm tắt các mức độ tương phản, kiểm tra va chạm và năng lượng va chạm. 31 Biểu đồ 6 Trình tự của mô phỏng.
35 – xviii – Tieu luan Giới thiệu luận văn Trong chương này, tôi sẽ giới thiệu tổng quan về tình hình giao thông đường bộ, các loại rào chắn an toàn thông dụng, ưu nhược điểm của từng loại. Cùng với đó là các mục tiêu của luận văn và phương pháp tiếp cận mục tiêu đó.1 Giới thiệu tổng quan 1.1 Tình hình an toàn giao thông đường bộ (liên quan đến rào chắn an toàn) Theo thống kê, các vụ va chạm xe cơ giới hàng năm dẫn đến hơn 37.