Báo cáo khoa học: "nguyên lý cơ bản động lực học nền đ-ờng sắt d-ới tác dụng của tải trọng trục lớn và tốc độ cao"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Nguyễn Phương Hà Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

59
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo đề cập đến những quan điểm mới trong tính toán nền đ-ờng sắt khi đoàn tàu chạy với tốc độ cao, tải trọng trục lớn. Theo quan điểm tính toán tr-ớc đây khi tính toán tác dụng của đoàn tàu đối với nền đ-ờng ng-ời ta coi tải trọng tác dụng là tải trọng trục (*), nghĩa là mới chỉ xét đến tác dụng tĩnh của đoàn tàu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "nguyên lý cơ bản động lực học nền đ-ờng sắt d-ới tác dụng của tải trọng trục lớn và tốc độ cao"

nguyªn lý c¬ b¶n ®éng lùc häc nÒn ®−êng s¾t d−íi t¸c dông cña t¶i träng trôc lín vμ tèc ®é cao PGs. TS. nguyÔn thanh tïng ths. trÇn quèc ®¹t Bé m«n §−êng s¾t - §H GTVT Tãm t¾t: Bμi b¸o ®Ò cËp ®Õn nh÷ng quan ®iÓm míi trong tÝnh to¸n nÒn ®−êng s¾t khi ®oμn tμu ch¹y víi tèc ®é cao, t¶i träng trôc lín. Theo quan ®iÓm tÝnh to¸n tr−íc ®©y khi tÝnh to¸n t¸c dông cña ®oμn tμu ®èi víi nÒn ®−êng ng−êi ta coi t¶i träng t¸c dông lμ t¶i träng trôc (*), nghÜa lμ míi chØ xÐt ®Õn t¸c dông tÜnh cña ®oμn tμu. Thùc tÕ nÒn ®−êng ph¶i chÞu lùc t¸c dông lín h¬n do ¶nh h−ëng cña sù chuyÓn ®éng cña ®oμn tμu bªn trªn. ¶nh h−ëng nμy lμ kh«ng ®¸ng kÓ khi tèc ®é ®oμn tμu thÊp, t¶i träng nhá; nh−ng ¶nh h−ëng trªn sÏ rÊt lín nÕu ®oμn tμu ch¹y tèc ®é cao, t¶i träng lín. ¶nh h−ëng nμy chÝnh lμ t¸c dông ®éng lùc cña ®oμn tμu ®èi víi líp mÆt nÒn ®−êng. Summary: The article refers to new views in calculating rail ground when train is running at high speed with big axial load. In former views, when calculating train's effect to the ground, affecting load is considered as axial load (*) it mean only static effect of train is taken in to account. In practice, the ground has to bear bigger load due to train's movement above. Such effect is not remarkable if train runs at high speed with big load. This effect is the very train's to the ground's wearing course. tr×nh cè ®Þnh, ®ång thêi ®Æt ra nhiÒu th¸ch ViÖc hiÖn ®¹i hãa c¸c c«ng cô vËn t¶i, thøc míi. §èi víi c«ng tr×nh nÒn ®−êng, c¸c ®Æc biÖt lµ sù ph¸t triÓn mau lÑ cña ngµnh néi dung trªn thÓ hiÖn ë chç: hµng kh«ng vµ ngµnh vËn t¶i cao tèc trªn - Ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ nÒn ®−êng ®· ®−êng bé ®· khiÕn cho vËn t¶i ®−êng s¾t ph¶i ph¸t triÓn tõ chç chØ ®¬n thuÇn ph©n tÝch t¶i ®èi mÆt víi mét cuéc c¹nh tranh khèc liÖt; ®Ó tÜnh tíi chç xem xÐt t¸c dông ®éng lùc cña t¶i ®−¬ng ®Çu víi th¸ch thøc nµy ngµnh ®−êng träng ®oµn tµu - tøc lµ ®· b−íc ®Çu tiÕp cËn s¾t rÊt bøc thiÕt ph¶i cã ®−îc nh÷ng m« h×nh vÊn ®Ò ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ ®éng lùc trªn vµ ph−¬ng thøc vËn t¶i míi. nÒn ®−êng. ViÖc ph¸t triÓn c¸c tuyÕn ch¹y tµu nÆng, - Trong thiÕt kÕ nÒn ®−êng, ngoµi yªu ch¹y tµu tèc ®é cao ®· ®¸nh dÊu mét thêi kú cÇu tho¶ m·n ®iÒu kiÖn c−êng ®é, cßn b¾t ph¸t triÓn míi cña ngµnh ®−êng s¾t, nã kh«ng buéc ph¶i khèng chÕ ®−îc møc biÕn d¹ng. nh÷ng thóc ®Èy viÖc c¶i tiÕn ®æi míi c¸c thiÕt bÞ di ®éng trªn ®−êng s¾t (nh− ®Çu m¸y, toa 1. Kh¸i niÖm xe, mét sè thiÕt bÞ th«ng tin, tÝn hiÖu...) mµ cßn lµm thay ®æi s©u s¾c c¶ nh÷ng quan niÖm ë ®©y chóng ta quan niÖm nÒn ®−êng s¾t truyÒn thèng vÒ thiÕt kÕ, thi c«ng c¸c c«ng gåm cã 2 phÇn chÝnh: líp mÆt nÒn ®−êng vµ
líp mãng. Líp mÆt nÒn ®−êng tÝnh tõ ®¸y líp Trong h×nh 1, sau khi b¸nh xe thø nhÊt ®¸ ba l¸t xuèng ®Õn mét chiÒu s©u tÝnh to¸n cña gi¸ chuyÓn h−íng ch¹y qua, øng suÊt nµo ®ã, cßn líp mãng lµ phÇn cßn l¹i bªn d−íi ®éng trªn líp mÆt nÒn ®−êng gi¶m ®Õn mét cña nÒn ®−êng. møc nhÊt ®Þnh, nh−ng ch−a ph¶i b»ng kh«ng, råi l¹i b¾t ®Çu t¨ng lªn do t¸c dông cña gi¸ Khi ®oµn tµu ch¹y trªn ray, t¶i träng b¸nh chuyÓn h−íng toa xe tiÕp sau tiÕn dÇn ®Õn xe qua ray, tµ vÑt, nÒn ®¸ t¸c dông lªn líp ®iÓm ®o A. mÆt nÒn ®−êng, sau ®ã tõ líp mÆt nÒn ®−êng truyÒn xuèng phÇn bªn d−íi vµ tíi mãng nÒn NÕu lÊy: ®−êng. Trong qu¸ tr×nh truyÒn t¶i träng ®ã, líp P t−¬ng øng víi ®Ønh cao cña sãng mÆt nÒn ®−êng cã t¸c dông “®ì trªn-truyÒn P’ t−¬ng øng víi ®Ønh thÊp cña sãng d−íi”, lµ mét líp chÞu lùc, ®ì t¶i cña kiÕn tróc P tÇng trªn vµ cña ®oµn tµu. Møc ®é t¸c dông Ta cã P’/P lµ tØ sè gi¶m t¶i. ®éng lùc cña t¶i träng ®oµn tµu víi líp mÆt NÕu P’/P t−¬ng ®èi nhá th× mét gi¸ nÒn ®−êng ®−îc biÓu thÞ b»ng øng suÊt ®éng chuyÓn h−íng sÏ t−¬ng ®−¬ng víi hai lÇn t¨ng (lùc nÐn ®éng) trªn líp mÆt nÒn ®−êng. gi¶m t¶i trªn líp mÆt nÒn ®−êng, khi P’/P → 0 H×nh 1 lµ d¹ng h×nh sãng cña øng suÊt (tiÕp cËn ®Õn 0) hoÆc < 0 th× ë nh÷ng n¬i tr¹ng ®éng ®o ®−îc t¹i thùc ®Þa ë mét ®iÓm A trªn th¸i líp mÆt nÒn ®−êng kÐm (nh− bÞ ®äng líp mÆt nÒn ®−êng. Khi t¶i träng b¸nh xe tõ xa n−íc, mÒm yÕu, phät bïn) sÏ khiÕn cho t×nh tiÕn gÇn ®Õn ®iÓm ®o, øng suÊt ®éng líp mÆt tr¹ng mÆt nÒn ®−êng cµng thªm xÊu. nÒn ®−êng t¨ng dÇn, khi hai b¸nh xe ®Õn NÕu P’/P → 1, mét gi¸ chuyÓn h−íng chØ ®óng phÝa trªn ®iÓm ®o - tøc lµ ®óng lóc b¸nh t−¬ng ®−¬ng víi mét lÇn t¨ng t¶i, sè lÇn trïng xe th«ng qua vÞ trÝ ®o, øng suÊt ®éng ®¹t tíi (phi) lÆp cña t¶i träng ®oµn tµu ®èi víi líp mÆt gi¸ trÞ cùc ®¹i (xem ®Ønh nhän trong h×nh vÏ), nÒn ®−êng gi¶m ®i mét nöa, do ®ã cã thÓ kÐo tiÕp ®ã b¸nh xe chuyÓn ®éng xa dÇn ®iÓm ®o dµi chu k× duy tu b¶o d−ìng ®−êng. TrÞ sè P’/P - øng suÊt ®éng gi¶m dÇn. Tõ ®ã cã thÓ thÊy kh«ng nh÷ng chØ cã quan hÖ víi sè trôc vµ râ t¸c dông cña b¸nh xe trªn líp mÆt nÒn kho¶ng c¸ch trôc cña ®Çu m¸y toa xe mµ cßn ®−êng bao gåm qu¸ tr×nh t¨ng t¶i vµ qu¸ tr×nh liªn quan mËt thiÕt víi kÕt cÊu ®−êng nh− ®é gi¶m t¶i, tøc lµ mÆt nÒn ®−êng ®· chÞu ®éng cøng cña nÒn ®¸, mÆt nÒn ®−êng, lo¹i h×nh lùc trïng lÆp cña t¶i träng b¸nh xe. Sè l−îng ray, tµ vÑt... trïng lÆp nµy lµ sè trôc b¸nh xe qua ®iÓm ®o. TuyÕn ®−êng cã c−êng ®é hãa vËn cµng cao th× sè lÇn xuÊt hiÖn t¸c dông trïng lÆp cµng 2. øng suÊt ®éng ë líp mÆt lín. nÒn ®−êng Dïng trÞ sè ®Ønh cña h×nh d¹ng sãng øng suÊt ®éng ®Ó biÓu thÞ trÞ sè øng suÊt ®éng líp mÆt nÒn ®−êng, trÞ sè øng suÊt ®éng nµy th−êng tËp trung trong ph¹m vi 50 - 70 kPa (0,5 - 0,7 kg/cm2), trÞ sè lín nhÊt cã thÓ ®¹t 110 kPa (1,1 kg/cm2). TrÞ sè øng suÊt ®éng chÞu ¶nh h−ëng cña H×nh 1. H×nh d¹ng sãng cña øng suÊt ®éng ®o nhiÒu yÕu tè: lo¹i h×nh toa xe, tèc ®é ch¹y tµu, ®−îc trªn mÆt nÒn ®−êng. lo¹i kÕt cÊu ®−êng, tr¹ng th¸i kh«ng ªm thuËn
cña ®−êng. T¹i NhËt B¶n, ng−êi ta ®· ®o øng Kho¶ng c¸ch tõ ®é s©u nµy tíi bÒ mÆt suÊt ®éng ë líp mÆt nÒn ®−êng víi c¸c ®iÒu nÒn ®−êng ®−îc coi lµ ph¹m vi cña líp mÆt kiÖn t¶i träng trôc vµ tèc ®é ch¹y tµu kh¸c nÒn ®−êng. nhau, tõ ®ã th«ng qua ph©n tÝch lý luËn ®· ®i ®Õn kÕt luËn: “Th«ng th−êng, t¶i träng 1 b¸nh 3. BiÕn d¹ng cña nÒn ®−êng xe ®−îc truyÒn xuèng cho 5 thanh tµ vÑt chÞu Nh− trªn ®· nãi, d−íi t¸c dông cña øng theo c¸c tØ lÖ 10%, 20%, 40%, 20% vµ 10%”. suÊt ®éng do t¶i träng ®oµn tµu g©y ra ®−îc ViÖn khoa häc vµ tr−êng §¹i häc giao th«ng lÆp l¹i nhiÒu lÇn, líp mÆt nÒn ®−êng sÏ cã T©y Nam còng thu ®−îc kÕt qu¶ ®o thö t−¬ng biÕn d¹ng d−, sù lÆp l¹i cña øng suÊt ®éng tù t¹i hiÖn tr−êng vµ còng cã kÕt luËn t−¬ng tù. qua sè lÇn t¸c ®éng trïng phôc lµm t¨ng sù Dùa vµo c¬ së nªu trªn, ng−êi ta ®· x©y tÝch luü cña biÕn d¹ng d−. Do ®ã, sù ph¸ ho¹i dùng c«ng thøc thùc nghiÖm ®Ó tÝnh øng suÊt cña ®Êt thuéc líp mÆt nÒn ®−êng hoÆc sù biÕn ®éng líp mÆt nÒn ®−êng nh− sau: d¹ng qu¸ lín cña nã, kh«ng ph¶i lµ ph¸t sinh - §−êng s¾t th−êng: trong mét thêi gian ng¾n mµ lµ kÕt qu¶ cña sù tÝch lòy l©u dµi. σd = α.PS (1 + 0,3V/100)/A (1) Theo kÕt qu¶ nghiªn cøu cña Health ë - §−êng s¾t cao tèc: London, d−íi ®iÒu kiÖn c¸c øng suÊt ®éng σd = α.PS (1 + 0,5V/100)/A (2) kh¸c nhau th× sù biÕn ®æi cña biÕn d¹ng cã thÓ chia thµnh 2 nhãm: trong ®ã: PS - t¶i träng tÜnh cña trôc (kN); V - tèc ®é ch¹y tµu (km/h), nÕu V > 300 vÉn tÝnh víi V = 300; A - mét nöa diÖn tÝch ph©n bè lùc nÐn cña líp ®¸ ba l¸t; α - HÖ sè ph©n bè lùc trªn tµ vÑt, α = 0,4. D−íi t¸c ®éng cña t¶i träng ®éng, øng suÊt ®éng sÏ gi¶m dÇn theo chiÒu s©u. Nãi H×nh 2. Quan hÖ gi÷a biÕn d¹ng t−¬ng ®èi chung, ë ph¹m vi 0,6 m d−íi mÆt nÒn ®−êng, tÝch luü vμ sè lÇn chÞu t¶i t¸c dông N. øng suÊt ®éng sÏ suy gi¶m rÊt nhanh. Theo kÕt qu¶ ®o ®−îc cña tr−êng §¹i häc giao - ë nhãm thø nhÊt, tèc ®é biÕn ®æi cña th«ng T©y Nam cho biÕt ë chiÒu s©u 0,6 m biÕn d¹ng d− tÝch lòy sÏ chËm dÇn theo sè lÇn d−íi bÒ mÆt nÒn ®−êng, øng suÊt ®éng b»ng cho t¶i t¸c dông vµ cuèi cïng cã xu h−íng æn 40% trÞ sè trªn mÆt nÒn ®−êng. Khi chiÒu s©u ®Þnh - ta xÕp nhãm nµy vµo lo¹i h×nh suy tÝnh tõ mÆt nÒn ®−êng ®¹t tíi mét møc nhÊt gi¶m. ®Þnh (theo sè liÖu ®o ë Trung Quèc vµ mét sè - ë nhãm thø hai, tèc ®é biÕn ®æi cña n−íc th× th«ng th−êng møc ®é nµy lµ kho¶ng biÕn d¹ng d− tÝch lòy sÏ t¨ng dÇn theo sè lÇn 3m), tØ sè gi÷a øng suÊt ®éng vµ øng suÊt do cho t¶i t¸c dông, khi sè lÇn t¸c dông cña t¶i träng l−îng b¶n th©n ®Êt ®¾p nÒn ®−êng t¹o kh«ng ngõng t¨ng lªn th× sÏ x¶y ra hiÖn t−îng ra nhá h¬n 20%. Do ®o, øng suÊt ®éng cña ph¸ ho¹i. Ta xÕp nhãm nµy vµo lo¹i h×nh ph¸ nÒn ®−êng ë phÇn d−íi ®é s©u nµy cã thÓ bá ho¹i. qua kh«ng xÐt ®Õn.
®Êt. BiÕn d¹ng ®µn håi εd lµ kÕt qu¶ cña ph¶n Nh− vËy, nÕu øng suÊt ®éng ë líp mÆt øng ®éng cña ®Êt, trÞ sè εd phô thuéc lo¹i ®Êt, nÒn ®−êng < øng suÊt ®éng giíi h¹n (c−êng σd, N. Nh− vËy Ed lµ mét biÕn trÞ (kh«ng ph¶i ®é ®éng) cña ®Êt líp mÆt nÒn ®−êng th× ta cã thÓ khèng chÕ biÕn d¹ng dÎo cña líp mÆt nÒn lµ mét trÞ sè nhÊt ®Þnh). ®−êng. - Khi σd > σd giíi h¹n cña ®Êt (lo¹i h×nh Mét sè c«ng tr×nh nghiªn cøu ®· nªu râ: ph¸ ho¹i) sÏ xuÊt hiÖn biÕn d¹ng d−. Sau mét trong ®iÒu kiÖn øng suÊt ®éng ë møc thÊp th× sè lÇn ®Æt t¶i nhÊt ®Þnh, mÉu ®Êt tiÕp cËn ®Õn quan hÖ gi÷a biÕn d¹ng t−¬ng ®èi tÝch luü tr¹ng th¸i ph¸ ho¹i c¾t. Khi ®ã kh«ng cßn tån thuéc lo¹i h×nh suy gi¶m víi sè lÇn ®Æt t¶i N t¹i Ed. cã thÓ biÓu thÞ nh− sau: - Khi σd < σd giíi h¹n cña ®Êt (lo¹i h×nh εp = α + βlogN (3) suy gi¶m): N cµng t¨ng th× biÕn d¹ng d− cµng gi¶m. Sau mét sè lÇn ®Æt t¶i nhÊt ®Þnh, mÉu trong ®ã: α, β lµ c¸c hÖ sè liªn quan ®Õn møc ®Êt tiÕp cËn tr¹ng th¸i ®µn håi Ed h−íng vÒ øng suÊt vµ tÝnh chÊt cña ®Êt. mét trÞ nhÊt ®Þnh. §èi víi lo¹i h×nh ph¸ ho¹i, quan hÖ gi÷a §Ó nÒn ®−êng lµm viÖc b×nh th−êng, ta biÕn d¹ng t−¬ng øng tÝch luü vµ sè lÇn ®Æt t¶i chØ xÐt tr−êng hîp sau, tøc lµ chØ xÐt tr−êng N nh− sau: hîp nÒn ®−êng lµm viÖc trong giai ®o¹n ®µn εp = ANb (4) håi víi mét gi¸ trÞ Ed kh«ng ®æi. A, b - c¸c hÖ sè liªn quan møc øng suÊt vµ tÝnh chÊt ®Êt. 5. KÕt luËn Nh− vËy ®èi víi nÒn ®−êng s¾t dïng cho 4. M«®un ®μn håi ®éng cña líp tµu tèc ®é cao, t¶i träng lín th× quan ®iÓm tÝnh mÆt nÒn ®−êng Ed to¸n míi kh¸c víi quan ®iÓm tÝnh to¸n cò ë hai vÊn ®Ò c¬ b¶n: Khi chóng ta coi nÒn ®−êng lµ mét kÕt cÊu ph©n tÇng, gåm nhiÒu líp kh¸c nhau, th× - XÐt ®Õn t¸c dông ®éng lùc cña ®oµn tµu th«ng qua gi¸ trÞ øng suÊt ®éng σd vµ khèng cã thÓ dïng lý thuyÕt ®µn håi ®Ó ph©n tÝch øng suÊt ®éng vµ biÕn d¹ng t−¬ng øng cña chóng. chÕ møc ®é biÕn d¹ng cña nÒn ®−êng th«ng Do ®ã, cã thÓ dïng m«®un ®µn håi nh− lµ mét qua gi¸ trÞ m«®un ®µn håi Ed. tham sè quan träng ®Ó ph©n tÝch kÕt cÊu nÒn - M« h×nh tÝnh to¸n nÒn ®−êng ë ®©y ®−êng. ViÖc khèng chÕ trÞ sè m«®un ®µn håi th−êng lµ m« h×nh ®a tÇng. Tøc lµ chia nÒn Ed sÏ khèng chÕ ®−îc ®é biÕn d¹ng cña nÒn ®−êng thµnh c¸c líp kh¸c nhau víi c¸c vËt ®−êng. liÖu ®¾p kh¸c nhau. Líp trªn cïng gäi lµ líp σd mÆt nÒn ®−êng. Tõ c¸c gi¸ trÞ Ed, σd ®Ó tÝnh Ed = , MPa (5) εd to¸n ra chiÒu dµy líp mÆt nÒn ®−êng hîp lý, sao cho cã thÓ chÞu ®−îc t¶i träng ®éng cña trong ®ã: ®oµn tµu bªn trªn vµ ®é biÕn d¹ng ®µn håi σd - øng suÊt ®éng; cña líp mÆt nÒn ®−êng n»m trong ph¹m vi cho phÐp. εd - biÕn d¹ng ®µn håi t−¬ng øng víi σd. (*) T¶i träng trôc ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: - øng suÊt ®éng σd lµ t¸c ®éng bªn ngoµi, kh«ng liªn quan ®Õn tÝnh chÊt c¬ lý cña
P = ΣPtrôc , T/m L cn trong ®ã: ΣPtrôc - tæng t¶i träng trôc trong cù ly cøng nh¾c cña ®Çu m¸y; Lcn - cù ly gi÷a 2 trôc ngoμi cïng mμ trong qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng chóng lu«n song song víi nhau. Tµi liÖu tham kh¶o [1] TÇn Anh, Tμo T©n V¨n. Nghiªn cøu b−íc ®Çu vÒ øng suÊt ®éng giíi h¹n vµ biÕn d¹ng vÜnh cöu cña ®Êt ®¾p nÒn ®−êng d−íi ®iÒu kiÖn chÞu t¶i lÆp. Häc b¸o ®¹i häc giao th«ng T©y-Nam. Vol 31 (2),1996. [2] L− VÜnh Quý vμ c¸c t¸c gi¶. §Æc tÝnh ®éng th¸i cña ®Êt sÐt vµng vïng Thµnh §« vµ ®Êt v«i. C«ng tr×nh nÒn ®−êng Sè 3, 1988. [3] Li DQ. Cumulative plastic deformation of fine- grained subgrade soils.J. of. Geo. Engrg - Vol 122 No 12 Dec, 1996. [4] Li. D. L. Method for railroad foundation design development. J. of Geotechnical and Geoen- vironment Engineering, Vol 124. No 4 April, 1998. [5] V−¬ng Kú X−¬ng. C«ng tr×nh ®−êng s¾t cao tèc. NXB §−êng s¾t T©y Nam - Trung Quèc n¨m 2000