CHƯƠNG 1.1 Giới thiệu Hệ thống giao thông vận tải bao gồm đường bộ, đường thủy, đường hang không, đường ống, nó là một phan quan trọng trong hệ thống cơ sở hạ tang, đảm bảo vận chuyển con người và hàng hóa một cách nhanh chóng, đảm bảo các quan hệ liên lạc thông suốt kịp thời. Chính vì tầm quan trọng như vậy, nên hầu hết các quốc gia trên thế giới đều chú trọng đầu tư xây dựng hệ thống ø1ao thông vận tải hiện đại nhất có thé, dé tạo tiền dé cho sự phát triển nền kinh tế xã hội. Trong bốn loại hình giao thông vận tải ké trên thì đường bộ (gồm đường 6 tô và đường sắt) đóng vai trò chủ chốt nhất. Hệ thống giao thông đường bộ hiện đại bắt đầu hình thành vào khoảng thé kỷ 18, khi mà chiếc xe dau tiên có động cơ hơi nước được phát minh vào năm 1796 bởi Nicolas-Joeph cugnot, sau đó năm 1895 thi Karl Benz đã thiết kế chiếc xe tải đầu tiên dùng động cơ đốt trong (Hình 1.
Chiếc xe đầu tiên chạy động cơ đốt trong Cuối thế kỷ 18, đường ray băng sắt bắt đầu xuất hiện. Năm 1802, William Jessop - kỹ sư xây dựng người Anh khai trương tuyến vận chuyển đường sat công cộng Surrey ở nam Luân Đôn. Mặc dù vẫn sử dụng ngựa kéo nhưng đây được coi là tuyến đường sắt công cộng đầu tiên trên thế giới [2]. Tổng quan 2 Xuất phát từ sự phát triển của kinh tế xã hội, nhu cầu vận chuyển ngày càng cao nên các hệ thống đường cao tốc đã và đang được các quốc gia chú trọng dau tư xây dựng.
Sau đây là khái niệm cho hệ thống nay. Đường cao tốc hay đường có kiểm soát lối ra vao (controlled-access highway) là một loại xa lộ được thiết kế đặc biệt cho xe cộ lưu thông ở tốc độ cao với tất cả các chiêu lưu thông, lối ra vào có điều khiển, cho phép dòng lưu thông không bi can trở vì không có đường giao cat đồng mức như các hệ thống đường bộ thông thường khác [3]. Xa lộ đôi đầu tiên trên thế giới được khánh thành vào năm 1924 giữa thành phố Milan va Varese, hiện nay là một phan của các đường cao tốc A8 và A9 tại Italia. Xa lộ này mặc dù được phân cách nhưng mỗi chiều chỉ có một làn xe và không có nút giao thông.
Cũng năm này, Duong công viên Bronx River (Hình 1.2) được khánh thành thông xe là con đường dau tiên tại Bắc Mỹ có sử dụng một dai phân cách cho các làn xe ngược chiêu [3]. Đường sat cao tốc là một kiểu vận tải hành khách hoạt động nhanh hơn rất nhiều so với tốc độ đường sắt thông thường. Liên minh châu Âu đã định nghĩa chi tiết tốc độ của đường sat cao tốc là 245 km/h đối với đường nâng cấp và 295 km/h trở lên với đường mới. Tại Nhật Bản các tuyến đường sắt Shinkansen hoạt động với tốc độ hơn 260 km/h va được xây dựng băng đường Tổng quan 3 sắt khổ tiêu chuẩn và không có giao cắt đồng mức.
Tại Trung Quốc có hai cấp đường sat cao tốc. Thứ nhất là các tuyến có tốc độ trong khoảng 200 km/h va 250 km/h để chở hàng và chở khách. Thứ hai là các tuyến đường cao tốc hoạt động với tốc độ tối đa lên tới 350 km/h chỉ đề chở khách [4]. Tàu cao tốc đương đại đầu tiên của thế giới với lượng chuyên chở lớn (ban đầu tối đa 12 toa) là tuyến đường sắt Tokaidd Shinkansen của Nhật Bản, được xây dựng từ tháng 4 năm 1959 và chính thức khai trương tháng 10 năm 1964.
Tại châu Âu, tàu cao tốc bắt đầu được khởi động từ Hội chợ Vận tải Thế giới ở Munich vào tháng 6 năm 1965, khi tàu DB Class 103 thực hiện tổng cộng 347 chuyến đi với tốc độ 200 km/h giữa Munich và Augsburg [4].2 Sự phát triển hệ thống giao thông vận tải của Việt Nam va thế giới Cùng với sự hội nhập quốc tế, để đáp ứng cho nhu cầu của sự phát đất nước đòi hỏi cơ sở hạ tầng cũng phải được phát triển đồng bộ, trong đó hệ thống giao thông đang được nhà nước ta đầu tư phát triển về cả chất lẫn lượng. Cụ thể Bộ Giao thông vận tải đã đưa ra lộ trình nâng cấp tuyến đường sat Bac - Nam giai đoạn đến 2020 như sau: hoàn thành việc nâng cấp các tuyến đường sat hiện có dé đạt cấp kỹ thuật quốc ø1a và khu vực, điện khí hóa các tuyến Hà Nôi - Vinh, Sài Gon - Nha Trang, tiếp tục xây dựng các tuyến đường sắt mới để tạo thành mạng lưới đường sat đồng bộ. Trên trục Bắc - Nam, ngoài tuyến đường sat hiện có cần xây dựng thêm một tuyến đường đôi riêng biệt chạy tàu khách cao tốc Bắc - Nam khổ đường 1.435 mm và có khả năng kết nỗi với đường sắt liên vận quốc tế [5]. Tiếp tục xây dựng đường sắt đô thị ở các thành phố Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh và một số thành phố lớn khác đề tạo thành mang lưới giao thông đô thị hoan chỉnh và đồng bộ.
Dự án đường ôtô cao tốc Bắc-Nam nam rất gần với quốc lộ 1A, thông suốt từ Hà Nội tới Can Tho, có tổng chiều dai 1.811 km, với điểm dau là nút giao Pháp Vân (Hà Nội) điểm cuối là nút giao Chà Và (Cần Thơ). Được xây dựng bao gồm 16 đoạn tuyến [8], trong đó có các tuyến đã đưa vào sử dụng (Hình 1. Bên cạnh đó, dự an mở rộng quốc lộ 1A đang được thi công với 4 làn đường. Quốc lộ 1A bắt đâu tại tỉnh Lạng Sơn và kết thúc tại điểm cuối tại Tổng quan 4 tỉnh Cà Mau.
Ngoài ra, những tuyến đường vành đai của các thành phố lớn cũng đang được xây dựng dé đảm bảo phát triển kinh tế, xã hội, quốc phòng cho đât nước. chạy từ 250 km/h đến 300 km/h và gan đây đã có một số tuyến đường sắt với tốc độ tàu di chuyển lớn hơn 300 km/h. Nhật Ban là nước dẫn đâu thế giới về công nghệ tàu cao tốc, nước này đã thử nghiệm tàu cao tốc JR-Maglev- MLXOI được coi là tàu chạy nhanh nhất thế giới, với tốc độ thử nghiệm năm 2003 đạt tới 581 km/h [4] (Hình 1. Tau cao toc JR-Maglav-MLX01 Tổng quan 5 Ngoài ra, các nước khác như Italia, Duc, Pháp, Hoa Ky.
cũng có hệ thống đường sắt cao tốc hiện đại. Ở Đức, hệ thống đường sắt cao tốc được phát triển vào những năm 1980, tàu cao tốc ICE 3 (Hình 1.6) được vận hành tại Đức với tốc độ 320,4 km/h va tốc độ ky lục lên đến 367,8 km/h [4]. Tàu ICE 3 hiện nối giữa Frankfurt va Cologne, giữa Munich va Nuremberg. Ở Italy, có hai doan tau cao tốc là tau công cộng Red Arrow (Hình 1.5) và tau tư nhân AGV hoạt động trên cùng các tuyến đường đã rút ngắn thời gian di chuyển giữa các thành phố xuống còn một nửa.
Với tốc độ vận hành khoảng 299,5 km/h va tốc độ kỷ lục khoảng 399,7 km/h đối với Red Arrow và 360,6 km/h đối với AGV [4]. Tau Red Arrow cua Italia Hình 1. Tau ICE của Đức 1.3 Những rúi ro gặp phải khi tham gia giao thông Những rủi ro khi tham gia giao thông xuất hiện dưới nhiều hình thức khác nhau và một khi khoa học kỹ thuật càng phát triển, tốc độ di chuyển càng nhanh, sức chứa hàng hóa và con người càng lớn thì thiệt hại do rủi ro khi tham gia giao thông cũng tang theo. Tai nan giao thông đường bộ là loại tai nan giao thông phố biến va gây nhiều người thương vong nhất, đặc biệt ở các quốc gia đang phát triển, khi ma hạ tầng cơ sở cũng như ý thức tuân thủ pháp luật về giao thông của người dân còn kém.
Theo Bộ Công an Trung Quốc trong năm 2006, đã có 89.455 người chết vì tai nan giao thông đường bộ [12], con số này tại Việt Nam năm 2013 là 9. Tổng quan 6 Theo thống kê trung bình mỗi năm trên thế giới có khoảng 10 triệu người tử vong vì tai nạn giao thông đường bộ và hàng chục triệu người khác bi thương gây những thiệt hại khổng 16 về kinh tế [11]. Về tai nạn đường sắt, Hình 1. Tai nạn đường sắt ở Hoa Kỳ Hình 1.
Tai nạn đường sắt ở Việt Nam 1.4 Tính cấp thiết của nghiên cứu Qua những phân tích va dẫn chứng ở trên, chúng ta có thé thay hệ thống giao thông vận tải đóng vai trò rất quan trọng cho sự phát triển kinh tế xã hội của các quốc gia trên thế giới. Tuy nhiên, những rủi ro gặp phải do tai nạn giao thông xảy ra ngày càng phức tap và càng có nhiều tai nạn thảm khốc, gây ảnh hưởng đến xã hội. Dễ nhận thấy rằng có nhiều nguyên nhân dẫn đến tai nạn giao thông như: chủ quan, cơ sở vật chất của hệ thống giao thông hay do phương tiện. làm mắt lái, trật đường ray và gây nên tai nạn.
Trong số những nguyên nhân gây ra tai nạn khi xe di chuyển ở vận tốc cao đó là sự thay đổi đột ngột về độ cứng của nên tai vùng chuyền tiếp, vi dụ vị trí tiếp giáp giữa m6 cầu và đường (Hình 1.9), hầm và đường hay là những nơi tiếp giáp của hai lớp đất có độ cứng khác nhau, những nguyên nhân này sẽ làm tăng nguy cơ dẫn tới rủi TO. Qua đó, có thể thây được tính cấp thiết của bài toán phân tích ứng xử của vật chuyên động trên vùng chuyền tiếp đất nền, nhăm dự đoán phan ứng của phương tiện di chuyển trên các nền có độ cứng thay đổi đột ngột và giảm thiểu Tổng quan 7 nguy cơ tai nạn giao thông. Sau đó, một lớp đệm giảm chấn được đưa ra để giảm bớt ảnh hưởng của sự thay đổi độ cứng nên. mặt đường dầm câu a nen dat | mo cau \ Hình 1.
Khu vực chuyên tiép trong vùng lân cận cua mô câu 1.5 Tình hình nghiên cứu 1.1 Các công trình nghiên cứu nước ngoài Nghiên cứu tac dụng của lực chuyển động lên kết cấu là một trong những bài toán động lực học thực tế đầu tiên. Cole và Huth (1958) [13] đã nghiên cứu sự phân bố ứng suất của một lực chuyển động trên một bán không gian thông qua phương pháp phân tích. Mathews (1958) [14] đã xem xét một dầm vô hạn tựa trên một nên đàn hỏi chịu lực xoay chiều băng cách sử dụng phương pháp biến đổi Fourier. Metrikine và cộng sự (1998) [15] nghiên cứu sự hình thành và bức xạ của sóng do một lực chuyển động liên tục dọc theo một dầm vô hạn tựa trên một nền đàn hồi không đồng nhất băng cách tận dụng các phương pháp biến đổi Fourier (FTM).