Nghiên cứu các loại hình kết cấu ghi đảm bảo chịu lực và an toàn cho đường sắt Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Nghiên cứu các loại hình kết cấu ghi đảm bảo chịu lực và an toàn cho đường sắt Việt Nam trình bày thực trạng ghi đang sử dụng trên đường sắt Việt Nam; Một số yêu cầu kỹ thuật ghi tâm đúc đặt trên tà vẹt bê tông dự ứng lực; Phân tích tính chịu lực của ghi tâm đúc tà vẹt bê tông dự ứng lực; Kết cấu ghi tâm đúc đặt trên tà vẹt bê tông dự ứng lực sử dụng trên đường sắt Việt Nam.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu các loại hình kết cấu ghi đảm bảo chịu lực và an toàn cho đường sắt Việt Nam

NGHIÊN CỨU CÁC LOẠI HÌNH KẾT CẤU GHI ĐẢM BẢO CHỊU LỰC VÀ AN TOÀN CHO ĐƯỜNG SẮT VIỆT NAM RESEARCH ON TURNOUT STRUCTURES TO ENSURE BEARING CAPACITY AND SAFETY FOR VIETNAMESE RAILWAYS TS. Trương Trọng Vương Trường Đại học GTVT KS. Mai Minh Việt Ban Quản lý dự án Đường sắt KS. Trần Quốc Đoàn KS. Phạm Văn Thúy Công ty CP Đầu tư và XDCT3 TÓM TẮT: Đường ghi là một trong những thiết bị quan trọng của kết cấu tầng trên đường sắt. Từ nguyên lý tính toán tính chịu lực, tác giả sử dụng phần mềm chuyên dụng tính về tâm ghi và tà vẹt ghi. Đồng thời kết hợp với thực tế ghi đang sử dụng trên đường sắt Việt Nam thì ta thấy rằng kết cấu loại hình ghi tâm đúc, lưỡi ghi sử dụng loại ray đặc biệt 50AT (hoặc 70S) đặt trên tà vẹt bê tông dự ứng lực sẽ có tính chịu lực tốt, an toàn, ổn định, đáp ứng được nhu cầu thực tế của ngành, là kết cấu loại hình ghi trong tương lai. Từ khóa: Đường ghi, tâm ghi đúc, ray đặc biệt. ABSTRACT: Turnouts is one of the important equipment of the track superstructure. From the principle of calculating the bearing capacity, the author uses specialized software to calculate the frog and bearers. Simultaneously combined with the fact that the track is being used on Vietnam railways, we see that the structure of the cast frog type, the switch rail uses a special type of rail 50AT (or 70S) placed on the prestressed concrete sleepers will have the good bearing capacity, safety, stability, meet the actual needs of the railways industry, is the type of turnout structure in the future. Keywords: Turnouts, cast frog, special rails. 1. THỰC TRẠNG GHI ĐANG SỬ DỤNG TRÊN ĐƯỜNG SẮT VIỆT NAM Ghi đường sắt gồm các loại ghi đơn đường 1000mm, đường 1435mm và đường lồng 1000/1435mm và ghi chuyển lồng, ghi giao cắt. Ghi đường 1000mm; đường 1435mm hiện dùng chủ yếu gồm các loại sau: Ghi 1/9 - 38 - 22.312; Ghi 1/9 - 43 - 22.312; -Ghi 1/10 - 38 - 24.414 ; Ghi 1/10 - 43 - 24.414; Ghi 1/10 - 43 - 19.979 ; Ghi 1/10 - 50 - 24.984; Ghi 1/9 - 50 - 25.012 ; Ghi 1/12 - 43 - 28.334.... Ghi đường lồng 1000/1435mm chủ yếu gồm các loại Ghi 1/10 - P38 - 24.552; 1/10 - P43 - 24.552; 1/10 - P50 - 24.552. Mỗi loại có 02 nhánh; Ray chung bên trái hoặc chung bên phải. Ghi hiện tại chủ yếu sử dụng loại ghi Tg1/10, ray 43kg/m, được lắp đặt từ những 399
năm 1970 - 1980, tâm ghi ghép, ray ghi mòn tật, tà vẹt mục; loại ghi này chỉ cho phép tốc độ chạy tàu thông qua theo hướng thẳng là 60km/h, đã ảnh hưởng đến tốc độ chạy tàu khi thông qua ga; Số ghi cần phải thay thế khoảng 80%. Tốc độ qua ghi hiện nay thấp so với yêu cầu : Tốc độ thông qua ghi 1/10-43kg (là loại ghi sử dụng phổ biến nhất) lớn nhất là Vmax= 60 km/h. Ghi 1/9- ray 50 kg tốc độ thông qua là Vmax= 70 km/h, riêng Ghi Hàn Quốc 1/10 - ray 50 kg tốc độ thông qua là Vmax= 80 km/h. Theo hướng rẽ với ghi số 9, Vrẽ = 25 km/h; ghi số 10, Vrẽ = 30 km/h. Hình ảnh ghi trên tuyến đường sắt Hà Nội - Tp. Hồ Chí Minh. Xuất hiện vết nứt Tâm ghi Mòn ray chân thỏ Mòn tâm ghi 13mm từ vị trí 87cm bị sứt mẻ nhiều 8mm (Ghi P43 tâm ghép tag 1/10, Năm sử dụng: trước năm 2000 Số liệu kiểm tra ghi tháng 2 năm 2018) Lưỡi ghi sứt đến ví trí 134mm Hình 1. Hình ảnh ghi trên tuyến đường sắt Hà Nội - Tp. Hồ Chí Minh Hiện tại các bộ ghi đang sử dụng trên ĐSVN phần lớn là loại ghi tâm đúc, ghép, chất lượng kém, các chi tiết của ghi như tâm ghi, lưỡi ghi, ray hộ bánh v..v.. phần lớn đều bị sứt mẻ, mòn, hỏng nhưng chưa được thay thế kịp thời, tà vẹt sử dụng trong ghi cũng bị mục, thiếu với tỷ lệ cao (số ghi cần được thay thế khoảng 80%). Phụ kiện mất lỏng lẻo do hư hỏng. Ghi hầu hết đặt cách đây 20-30 năm, phụ kiện liên kết lỏng lẻo, mất mát, rỉ hỏng. Ghi trên đường ga, nhánh còn ghi có số hiệu lớn 0,15; 0,12 v..v. Từ thực tiễn ta thấy rằng loại hình ghi tâm ghép, tà vẹt gỗ thì tốc độ đoàn tàu qua ghi thấp, ổn định tâm ghi kém, chịu lực thấp, cần có giải pháp thay thế kết cấu loại hình ghi trong tương lai. 400
2. MỘT SỐ YÊU CẦU KỸ THUẬT GHI TÂM ĐÚC ĐẶT TRÊN TÀ VẸT BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC 2.1. Yêu cầu chung - Ghi phải được chế tạo theo bản vẽ đã được cấp có thầm quyền phê duyệt; - Đối với loại ghi đường chính có sử dụng thiết bị quay ghi kiểu mới, ghi phải được lắp thử đồng bộ với thiết bị quay ghi và tiến hành thử nghiệm quay ghi, sau khi kiểm tra đạt tiêu chuẩn mới được sản xuất hàng loạt; - Nguyên vật liệu dùng để chế tạo ghi, phải phù hợp các quy định trong các tiêu chuẩn quốc gia, tiêu chuẩn ngành liên quan; - Trong quá trình sản xuất ghi, phải thực hiện nghiêm túc các yêu cầu kỹ thuật nêu trong bản vẽ thiết kế. 2.2. Yêu cầu kỹ thuật của lưỡi ghi, tâm ghi và tà vẹt ghi Yêu cầu kỹ thuật của lưỡi ghi - Lưỡi ghi đàn hồi có dạng mũi nhọn ẩn trong má làm việc ray cơ bản áp lưỡi, được chế tạo từ ray chuyên dùng, phần gót lưỡi được rèn chuyển tiếp thành dạng mặt cắt ray 50 đề nối tiếp với ray nối dẫn của ghi. - Lưỡi ghi được xử lý nhiệt toàn bộ đạt độ cứng 298 ~ 370 HBW. Hình dạng và kết cấu lưỡi ghi đáp ứng theo tiêu chuẩn Việt Nam. - Độ cứng tại vị trí thấp hơn 10mm kể từ bề mặt tiết diện > 330 HBW. - Độ cứng của khu vực làm cứng phải giảm dần từ bề mặt vào trong, không bị gián đoạn và thay đổi đột biến. Yêu cầu kỹ thuật của tâm ghi - Tâm ghi đúc bằng thép Mn cao, độ cứng phần bề mặt của tâm ghi không được nhỏ hơn 170 HBW; sau khi đã được làm cứng trước, phải đạt 250 HBW đến 350 HBW. - Tâm ghi cần phải được xử lý nhiệt phù hợp. Sau khi xử lý nhiệt thì giới hạn bền kéo ≥ 735 MPa; độ dãn dài sau khi đứt ≥ 35%. - Bề mặt tâm ghi phải phẳng, sạch và độ sâu khe ray tâm ghi phải lớn hơn 50 mm. - Bề mặt đoạn tiếp xúc với bánh xe trong khoảng từ 200 mm ở phía trước đầu nhọn lý thuyết của tâm ghi, đến đoạn nấm ray của ray tâm rộng 50 mm, không cho phép có bất kỳ khuyết tật nào. Yêu cầu kỹ thuật tà vẹt ghi - Tất cả các nguyên vật liệu sản xuất tà vẹt phải thoả mãn các yêu cầu của mục 5 tiêu chuẩn Châu Âu EN 13230 và đảm bảo tính thông dụng tại Việt Nam. 401
- Kích thước tà vẹt ghi: Trong quá trình tính toán thiết kế tà vẹt ghi, cần chọn lựa đưa ra các thông số kích thước của thanh tà vẹt đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, đáp ứng các yêu cầu của dự án và phù hợp với ĐSVN. - Tuổi thọ phục vụ của tà vẹt: Tà vẹt phải được tính toán, thiết kế đảm bảo sử dụng liên tục và an toàn với thời gian tối thiểu: 40 năm trong điều kiện khai thác trên ĐSVN theo các thông số kỹ thuật của dự án. 3. PHÂN TÍCH TÍNH CHỊU LỰC CỦA GHI TÂM ĐÚC TÀ VẸT BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC Trong tính toán tác giả sử dụng tiêu chuẩn Châu âu UIC713R trong tiêu chuẩn Châu Âu, tải trọng động bánh xe tính theo công thức: Pd =Pstat(1+γpγv)γdγr = Pdynγd Trong đó: Pstat = 0,5A - tải trọng bánh xe thẳng đứng, γp - mức độ làm giảm của đệm ray đàn hồi - Mức độ làm giảm thấp γp = 1 γv - số gia động lực, ứng với các giá trị vận tốc - Vận tốc V
Hình 2. Mô hình tính toán FEM 3D tâm ghi Kết quả tính ứng suất trong tâm ghi tương ứng với các vị trí tác dụng của tải trọng được cho trong các hình sau: Hình 3. Kết quả ứng suất trong tâm ghi Từ kết quả tính toán ứng suất trong tâm ghi ta thấy rằng các giá trị ứng suất trong tâm ghi đều nhỏ hơn nhiều ứng suất tới hạn của vật liệu chế tạo tâm ghi (khoảng 420 MPa). Vì vậy, tâm ghi đúc luôn đảm bảo chịu lực và an toàn trong quá trình khai thác. 3.2. Tính toán tà vẹt ghi Tính mô men thiết kế bằng cách sử dụng phần mềm Abaqus. Tại đế ray - Mô men dương Mdr+ Mô men (+) thiết kế tại đế ray được xác định bằng cách sử dụng sơ đồ 1. 403
Sơ đồ tính tà vẹt Hình 3. Phân bố ứng suất trong tà vẹt Mô men âm Mdr- = 0,5 × Mdr+ = 4,017 KN.m Tại mặt cắt giữa tà vẹt Mô men âm Mdc- Mô men (-) thiết kế tại mặt cắt giữa tà vẹt được xác định bằng cách sử dụng sơ đồ 2. Sử dụng phần mềm Abaqus ta có phân bố ứng suất pháp trong tà vẹt như sau: Hình 4. Phân bố ứng suất trong tà vẹt Các giá trị mô men thiết kế tại các mặt cắt dọc theo tà vẹt được tổng hợp trong bảng sau: 404
Mặt cắt Mô men dương Mô men âm Đế ray 8,411 4,205 Giữa tà vẹt 1,453 2,075 Đối với các tà vẹt khác Việc tính các giá trị mô men thiết kế được thực hiên bằng cách sử dụng mô hình dầm trên nền đàn hồi trong phần mềm Abaqus. Sơ đồ tính của các tà vẹt được minh họa trong các hình vẽ sau: Hình 5. Phân bố ứng suất trong tà vẹt Nói chung kết quả tính toán ứng suất trong tà vẹt ghi đều nhỏ hơn nhiều trị số tới hạn. Vì vậy, tà vẹt bê tông dự ứng lực luôn đảm bảo chịu lực và an toàn trong quá trình khai thác. 4. KẾT CẤU GHI TÂM ĐÚC ĐẶT TRÊN TÀ VẸT BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC SỬ DỤNG TRÊN ĐƯỜNG SẮT VIỆT NAM Từ phân tích và tính toán ở trên ta thấy rằng ghi tâm đúc đặt trên tà vẹt bê tông dự ứng lực có tính chịu tốt, đảm bảo an toàn chạy tàu. Ở đây tác giả chỉ xét đến ghi tâm đúc SAMPYO và ghi Sơn Hải Quan đang được sử dụng trên đường sắt Việt nam, dưới đây là một số hình ảnh thực tế: Hình 6. Ghi SAMPYO tại hiện trường 405
Hình 7. Ghi Sơn Hải Quan tại tại xưởng (cty3) Hình 8. Ghi Sơn Hải Quan tại tại Hiện trường Ghi SAMPYO đã lắp đặt trên đường sắt Việt Nam từ năm 2013 -2015, sau 6-8 năm khai thác kết cấu ghi ổn định, an toàn, đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật của đường sắt Việt Nam: Tải trọng thiết kế: T14; Gia tốc ly tâm chưa được cân bằng cho phép: 0.5m/sec2; Tốc độ chạy tàu cho phép qua ghi: theo hướng thẳng Vmax= 100km/h (tốc độ thực tế qua ghi Vmax= 80km/h); theo hướng rẽ Vmax= 30km/h So sánh hai loại hình ghi: Các tham số cơ bản của 2 loại hình ghi: về cơ bản là như nhau: chiều dài ghi L=24,984m, a= 11,548, b=13,436, góc ở tâm α =5o43’00’’ ; chiều dài lưỡi Llưỡi= 8,850 m; chiều dài tâm ghi Ltâm=4,872m; đều sử dụng lưỡi ghi cong có bán kính là 172m; chiều rộng cổ họng ghi và chiều dài khoảng trống có hại là như nhau, các tham số này ảnh hưởng đến lực xung kích và tốc độ qua ghi theo hướng thẳng. Tà vẹt ghi: Các tham số cơ bản của tà vẹt ghi của 2 loại hình ghi trên là tương đồng: mặt cắt ngang tà vẹt, chiều dài tà vẹt, cấp tà vẹt, cốt thép... là giống nhau. Sự khác nhau cơ bản của 2 loại hình ghi: Ghi tốc độ cao tg1/10 Sơn Hải Quan thì lưỡi ghi sử dụng loại ray đặc biệt 50AT tạo thành; còn ghi tốc độ cao tg1/10 của SAMPYO thì lưỡi ghi sử dụng loại ray đặc biệt 70S tạo thành. 406
Phân tích tính ưu việt của 2 loại lưỡi ghi trên: Do ray cơ bản sử dụng ray P50 của Trung Quốc nên lưỡi ghi được sản xuất từ ray 50AT sẽ có độ tương thích với ray cơ bản cao hơn; sau khi được bào gọt thì lưỡi ghi áp sát với ray cơ bản P50 khi bẻ ghi cho phép tàu chạy theo hướng rẽ, đầu nhọn lưỡi ghi áp sát với ray cơ bản đảm bảo lực xung kích đầu lưỡi ghi nhỏ, sẽ đảm bảo tốc độ đoàn tàu qua ghi theo hướng rẽ và tuổi thọ lưỡi ghi. Lưỡi ghi 50AT có thân lưỡi ghi dày hơn do đó mômen quán tính theo phương ngang lớn, trong quá trình sử dụng có tính ổn định cao, không xảy ra hiện tượng uốn, võng ngược. Dưới lưỡi ghi 50AT bố trí được tấm trượt dày 28.5mm, có thể giữ chặt đế ray cơ bản, tăng thêm tính ổn định cho ray cơ bản và tấm đệm lưỡi ghi. Nói chung kết cấu 2 loại hình ghi trên đều ổn định, đảm bảo chịu lực và an toàn trong quá trình khai thác, tuy nhiên bộ phận đầu ghi thì do sử dụng lưỡi ghi 50AT nên độ tương thích phần đầu lưỡi ghi sẽ cao hơn. 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Theo chiến lược phát triển giao thông vận tải đường sắt, một trong những nội dung quy hoạch phát triển đường sắt Việt Nam là nâng cấp cải tạo kết cấu hạ tầng đường sắt nhằm nâng cao tốc độ và an toàn chạy tàu. Muốn vậy phải nâng cao chất lượng kiến trúc tầng trên. Trong đó ghi là một bộ phận phức tạp và không thể thiếu trong hệ thống đường sắt. Hiện nay Ghi đang sử dụng của Việt Nam phần lớn là loại ghi tâm đúc, ghép, đặt trên tà vẹt gỗ chất lượng kém, tốc độ đoàn tàu qua ghi thấp, ổn định tâm ghi kém, chịu lực thấp, cần có giải pháp thay thế kết cấu loại hình ghi trong tương lai. Từ thực tiễn kết hợp với nguyên lý tính toán về tâm ghi, tà vẹt ghi thì ta thấy rằng: - Kết cấu ghi tâm đúc, lưỡi ghi sử dụng loại ray đặc biệt đặt trên tà vẹt bê tông dự ứng lực sẽ có tính chịu lực tốt, ổn định an toàn cho đường sắt Việt Nam. - Lưỡi ghi sử dụng loại ray đặc biệt 50AT sẽ có độ tương thích và ổn định hơn. - Để đảm bảo chất lượng ghi nói chung (sau khi ghi được nhập từ nước ngoài vào Việt Nam): Cần có các thí nghiệm đối chứng và một số thí nghiệm xác suất tại hiện trường; xét tuổi thọ, độ mòn, lực phá hoại thông qua việc đánh giá theo dõi tại hiện trường - Do đặc thù của Việt Nam hiện nay là đang sử dụng khổ đường hẹp, do đó để mua thiết bị ghi là tương đối khó khăn, giá thành cao, vì vậy chúng ta cần có những nghiên cứu sâu về lý luận và thực tế để có thể làm chủ công nghệ chế tạo và sản xuất ghi ở trong tương lai. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Bản vẽ thiết kế ghi tốc độ cao - Ghi 1/10 P50 dài 24,984m - Ghi đơn phổ thông (Loại P50 TG1/10) dài 24,984m đặt trên tà vẹt bê tông dự ứng lực phụ kiện đàn hồi kiểu Pandrol, Bản vẽ số: SG.VNM5100 407
[2]. Bản vẽ thiết kế ghi tốc độ cao - Ghi 1/10 P50 dài 24,984m - Ghi SAMPYO. [3].Liu Xue yi, Wang ping (2010), “Cheliang-guidao-luji xitong dong li xue” , NXB Đại học Giao thông Tây Nam Trung Quốc (bản tiếng trung). [4].Vương Kỳ Xương (1999), Công trình đường Sắt, NXB Đại học Giao thông Tây Nam Trung Quốc (bản tiếng Trung Quốc). [5]. Dịch Tư Dung (2009), Công trình đường Sắt tập II, NXB đường Sắt Trung Quốc - Bắc Kinh (Tiếng Trung Quốc). [6]. Wang ping (2015), Lý luận thiết kế ghi NXB Đại học Giao thông Tây Nam Trung Quốc (bản tiếng Trung). 408