Nghiên cứu tuổi thọ mỏi tà vẹt bê tông DƯL đường sắt đô thị VN - Trần Anh Dũng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI _______________________ TRẦN ANH DŨNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TUỔI THỌ MỎI CỦA TÀ VẸT BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC TRÊN ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI _______________________ TRẦN ANH DŨNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TUỔI THỌ MỎI CỦA TÀ VẸT BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC TRÊN ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ Ở VIỆT NAM Nghành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số: 9580205 Chuyên ngành: Xây dựng đường sắt LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1.TS Lê Hải Hà HÀ NỘI, 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng mình. Các số liệu, kết quả được đưa ra trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình nào khác. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Trần Anh Dũng ii LỜI CẢM ƠN Luận án được thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của GS.TS Phạm Văn Ký và PGS.TS Lê Hải Hà.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy hướng dẫn đã chỉ dẫn tận tình và đã đóng góp các ý kiến quý báu để giúp tôi thực hiện luận án này. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu Trường đại học Giao thông Vận tải, lãnh đạo Khoa công trình, Phòng đào tạo Sau đại học, Bộ môn Đường sắt, Trung tâm khoa học công nghệ Giao thông vận tải đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập nghiên cứu. Cuối cùng tôi bày tỏ cảm ơn các đồng nghiệp, gia đình người thân đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu. Tác giả luận án Trần Anh Dũng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.

ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC HÌNH VẼ. vi DANH MỤC BẢNG BIỂU. xii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.

xiv MỞ ĐẦU. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MỎI ĐỐI VỚI TÀ VẸT BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC. Tình hình sử dụng tà vẹt bê tông dự ứng lực trên thế giới và Việt Nam. Tình hình sử dụng tà vẹt bê tông dự ứng lực trên thế giới.

Tình hình sử dụng tà vẹt bê tông dự ứng lực ở Việt Nam. Tình hình sử dụng kết cấu đường sắt đô thị trên thế giới và Việt Nam. Tải trọng động. Nghiên cứu về mỏi trên thế giới.

Lịch sử nghiên cứu mỏi. Nghiên cứu mỏi của bê tông. Nghiên cứu mỏi của cốt thép trong bê tông. Nghiên cứu mỏi của bê tông cốt thép.

Nghiên cứu mỏi của bê tông dự ứng lực. Nghiên cứu về mỏi ở Việt Nam. Các nghiên cứu về mỏi đối với tà vẹt đã thực hiện. Những vấn đề còn tồn tại.

Xác định vấn đề nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. 4 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐỐI VỚI ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ Ở VIỆT NAM. Tải trọng động.

Xây dựng mô hình động lực học tương hỗ giữa đường sắt và đoàn tàu đường sắt đô thị tuyến Cát Linh – Hà Đông. Ứng dụng phần mềm xây dựng mô hình mô phỏng 3D động lực học giữa đường sắt và đoàn tàu đường sắt đô thị tuyến Cát Linh – Hà Đông. Nghiên cứu thực nghiệm xác định tác dụng tương hỗ giữa đường sắt và đoàn tàu đường sắt đô thị tuyến Cát Linh – Hà Đông. Phương pháp phần tử hữu hạn tính toán biến dạng tương đối của ray dưới tác dụng của tải trọng tĩnh của đường sắt đô thị tuyến Cát Linh – Hà Đông.

Mô hình phân tích lực. Rời rạc hóa kết cấu. Thiết lập ma trận độ cứng, véc tơ tải, xử lý điều kiện biên và giải bài toán. Quá trình tính toán.

Xác định hệ số tải trọng động đối với tuyến đường sắt đô thị Cát Linh – Hà Đông. Kết luận chương 2. 65 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN TUỔI THỌ MỎI CỦA TÀ VẸT BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC CHO ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ Ở VIỆT NAM. Đặt vấn đề nghiên cứu.

Phương pháp lý thuyết xác định tuổi thọ mỏi. Mô hình tà vẹt sử dụng trong tính toán. Mô hình tính toán tuổi thọ mỏi của tà vẹt bê tông dự ứng lực đường sắt đô thị tuyến Bến Thành – Suối Tiên. Lập chương trình tính toán tuổi thọ mỏi cho tà vẹt bê tông dự ứng lực đường sắt đô thị tuyến Bến Thành – Suối Tiên bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic for Applications (VBA).

Ví dụ tính toán mô phỏng tà vẹt bê tông dự ứng lực đối với tuyến đường sắt đô thị Bến Thành-Suối Tiên. Kết luận chương 3. 103 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TUỔI THỌ MỎI CỦA TÀ VẸT BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC CHO ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ Ở VIỆT NAM. Thiết bị thí nghiệm.

Bố trí thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm. Đánh giá độ chụm của kết quả thí nghiệm. So sánh kết quả nghiên cứu mỏi của luận án với các tác giả khác.

Kết luận chương 4. 124 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 125 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN. 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

135 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1. Mặt cắt ngang bản bê tông đặt trực tiếp của Anh. Phụ kiện giữ ray bản bê tông của Anh. Mặt cắt ngang kết cấu bản rãnh.

Kết cấu bản bê tông dự ứng lực theo phương dọc của Đức. Kết cấu bản bê tông dự ứng lực theo 2 phương của Đức. Kết cấu bản BT dầm dọc dự ứng lực xen kẽ bởi các dầm ngang của Đức. Đường bản bê tông trên tuyến Tokaido-Shinkansen.

Bản bê tông cốt thép đường sắt Kansas. Phụ kiện giữ ray Fastex của đường Kansas. Mặt cắt ngang đường sắt đô thị Cát Linh - Hà Đông. Mặt bằng đường sắt đô thị Cát Linh - Hà Đông.

Mặt cắt ngang đường sắt đô thị Nhổn - Ga Hà Nội. Mặt bằng đường sắt đô thị Nhổn - Ga Hà Nội. Mặt cắt ngang đường sắt đô thị Bến Thành - Suối Tiên. Mặt bằng đường sắt đô thị Bến Thành - Suối Tiên.

Thí nghiệm mỏi thiết lập của Thun và cộng sự. Mô hình đoàn tàu đường sắt đô thị tuyến Cát Linh – Hà Đông. Kết cấu tổng thể của toa xe động lực M. Kết cấu tổng thể của toa kéo có buồng lái Tc.

Kết cấu tổng thể của giá chuyển hướng toa xe động lực M. Kết cấu tổng thể của giá chuyển hướng toa kéo có buồng lái Tc. Mô hình tính toán mô phỏng dao động của toa xe trong mặt đứng toa xe. Mô hình tính toán mô phỏng dao động của toa xe trong mặt bằng toa xe.

Mô hình tính toán mô phỏng dao động của toa xe trong mặt cắt ngang toa xe. Mô hình tính toán mô phỏng dao động kết cấu đường trong mặt cắt dọc đường. Mô hình tính toán mô phỏng dao động kết cấu đường trong mặt cắt ngang đường. Mô phỏng mô hình bánh xe toa xe.

Mô phỏng mô hình giá chuyển hướng toa xe. Mô hình thân toa xe. Mô hình 3D tính toán động lực học của toa xe đường sắt đô thị tuyến Cát Linh – Hà Đông. Biểu đồ lực động của bánh xe tác dụng lên ray khi đoàn tàu ĐSĐT tuyến Cát Linh - Hà Đông di chuyển với vận tốc V = 30 km/h.

Biểu đồ lực động của bánh xe tác dụng lên ray khi đoàn tàu ĐSĐT tuyến Cát Linh – Hà Đông di chuyển với vận tốc V = 50 km/h. Biểu đồ lực động của bánh xe tác dụng lên ray khi đoàn tàu ĐSĐT tuyến Cát Linh – Hà Đông di chuyển với vận tốc V = 80 km/h. Hệ số động theo vận tốc của đoàn tàu ĐSĐT tuyến Cát Linh – Hà Đông theo phương pháp mô phỏng. Cảm biến lá điện trở.

Sơ đồ bố trí thiết bị đo biến dạng. Bố trí thiết bị đo biến dạng ở hiện trường. Đoàn tàu đường sắt đô thị tuyến Cát Linh - Hà Đông. Sơ đồ tải đoàn tàu đường sắt đô thị tuyến Cát Linh - Hà Đông.

Biến dạng động theo thời gian khi đoàn tàu đường sắt đô thị tuyến Cát Linh - Hà Đông di chuyển với vận tốc V = 30 km/h. Biến dạng động theo thời gian khi đoàn tàu đường sắt đô thị tuyến Cát Linh – Hà Đông di chuyển với vận tốc V = 50 km/h. Biến dạng động theo thời gian khi đoàn tàu đường sắt đô thị tuyến Cát Linh – Hà Đông di chuyển với vận tốc V = 80 km/h. Hệ số động theo vận tốc của đoàn tàu đường sắt đô thị tuyến Cát Linh – Hà Đông theo phương pháp thực nghiệm.

Mô hình tính. Rời rạc hóa kết cấu ray. Phần tử ray. Xác định phản lực tại các gối.

Mô hình và sơ đồ tính ray chịu tác dụng của tải trọng đoàn tàu di chuyển chậm từ đầu trái sang đầu phải của đoạn ray. Đoạn ray được rời rạc thành m phần tử. Mặt cắt ngang ray 60 kg/m. Độ võng lớn nhất tại mặt cắt A khi cho đoàn tàu di chuyển từ đầu trái sang đầu phải của ray với các phương án đoạn ray tính toán có các chiều dài khác nhau.

Biểu đồ độ võng, mô men uốn tại mặt cắt A khi cho đoàn tàu di chuyển từ đầu trái sang đầu phải của đoạn ray tính toán. Biểu đồ biến dạng dọc trục tại điểm nằm dưới đáy ray tại mặt cắt A khi cho đoàn tàu di chuyển từ đầu trái qua đầu phải của đoạn ray tính toán. Hệ số động theo vận tốc của đoàn tàu đường sắt đô thị tuyến Cát Linh – Hà Đông theo phương pháp phần tử hữu hạn. Hệ số động theo vận tốc của đoàn tàu tuyến đường sắt đô thị Cát Linh-Hà Đông theo các phương pháp tính.

Hệ số động theo tốc độ của đoàn tàu đường sắt theo các tác giả. Đường cong mỏi theo Wohler. Các kiểu vết nứt. Đường cong tốc độ phát triển vết nứt.

Kích thước tà vẹt bê tông dự ứng lực. Hình ảnh tà vẹt bê tông dự ứng lực. Đường cong S-N cho thép dự ứng lực. Hình ảnh mặt cắt ngang và bố trí thép dự ứng lực trong tà vẹt.

Mặt cắt ngang tà vẹt tại vị trí đặt ray. Sơ đồ khối tính tuổi thọ mỏi của tà vẹt bê tông dự ứng lực. Trạng thái ứng suất biến dạng sau khi nứt của tà vẹt. Giao diện chương trình tính tuổi thọ mỏi.

Nhập thông số đầu vào. Tính toán kết quả. Cấu hình đoàn tàu ở giai đoạn đầu Mc – T – Mc. Cấu hình đoàn tàu ở giai đoạn sau Mc – T – M – M – T – Mc.

Kết cấu thân toa xe động lực có buồng lái Mc. Kết cấu thân toa xe kéo theo T. Đoàn tàu đường sắt đô thị tuyến Bến Thành – Suối Tiên.