Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đánh giá tuổi thọ mỏi của tà vẹt bê tông dự ứng lực trên đường sắt đô thị ở Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

7
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án "Nghiên cứu đánh giá tuổi thọ mỏi của tà vẹt bê tông dự ứng lực trên đường sắt đô thị ở Việt Nam" là nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm xác định hệ số tải trọng động cho ĐSĐT tuyến Cát Linh – Hà Đông để làm cơ sở nghiên cứu mỏi các bộ phận kết cấu tầng trên liên quan khác; Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm xác định tuổi thọ mỏi của TV BTDƯL trên tuyến ĐSĐT Bến Thành - Suối Tiên.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đánh giá tuổi thọ mỏi của tà vẹt bê tông dự ứng lực trên đường sắt đô thị ở Việt Nam

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 Ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số : 9580205 Chuyên ngành : Xây dựng đường sắt TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2021
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Giao thông Vận tải Người hường dẫn khoa học: 1. GS.TS. Phạm Văn Ký Trường Đại học Giao thông Vận tải 2. PGS.TS. Lê Hải Hà Trường Đại học Giao thông Vận tải Phản biện 1: GS.TSKH Nguyễn Xuân Trục Phản biện 2: GS.TSKH Nguyễn Thúc Tuyên Phản biện 3: GS.TS Phạm Cao Thăng Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại Trường Đại học Giao thông Vận tải vào hồi .. giờ … ngày … tháng … năm 2021 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: - Thư viện Quốc Gia Việt Nam - Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 1. Trần Anh Dũng, Trần Thế Truyền, Lê Hải Hà (2019), Nghiên cứu đánh giá tuổi thọ mỏi của bản bê tông dự ứng lực liền khối tại vị trí đường ngang trên đường sắt tại các nút giao quốc lộ và đường sắt, Hội nghị cơ học kỹ thuật toàn quốc, 40 năm thành lập Viện cơ học, ISBN 978-604-913-854-6, tr. 542-549. 2. ThS. Trần Anh Dũng (2019), Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán tuổi thọ mỏi đối với tà vẹt bê tông dự ứng lực nhằm nâng cao an toàn chạy tàu, Số đặc biệt Tạp chí GTVT, ISSN 2354-0818, tr. 157-161. 3. Tran Anh Dung, Tran The Truyen, Nguyen Hong Phong, Pham Van Ky, Le Hai Ha (2020), Theoretical and experimental research in the assessment fatigue life of prestressed concrete sleeper on the urban railway, The book: Advances in Intelligent Systems and Computing, Volume 1284, pp.327-337, series with ISSN: 2194-5357 by Springer, SCOPUS, DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-62324-1 4. Tran Anh Dung, Mai Van Tham, Do Xuan Quy, Tran The Truyen, Pham Van Ky, Le Hai Ha (2020), Numerical and experimental study of the dynamic factor of the dynamic load on the urban railway, Journal of Mechanical Behavior of Materials, Volume 29, Issue 1, Pages 195–202, eISSN 2191-0243, ISSN 0334-8938, SCOPUS, DOI: https://doi.org/10.1515/jmbm-2020-0020
1 ĐẶT VẤN ĐỀ I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Xu thế phát triển chung của các thành phố lớn trên thế giới bao giờ cũng gắn liền với hệ thống giao thông công cộng, trong đó hệ thống ĐSĐT (ĐSĐT) là xương sống. Theo Quy hoạch thủ đô Hà Nội sẽ xây dựng 12 tuyến với tổng chiều dài 422 km, trong đó 346,4 km cầu cạn kết hợp đi trên nền đường, 75,6 km đi ngầm. Đối với TP Hồ Chí Minh sẽ xây dựng 08 tuyến với tổng chiều dài 172 km, trong đó có 90 km đi ngầm và 82 km đi trên cao. Để đảm bảo sứ mạng chuyên chở một lượng lớn hành khách di chuyển nên nó phải làm việc liên tục với 18-20 giờ trong ngày. Vì vậy triết lý xây dựng của nó là giảm tối thiểu thời gian sửa chữa, nên nó có độ dư cường độ nhiều, riêng mỏi kết cấu đỡ không chỉ không có độ dư mà còn chịu tần suất lặp của tải trọng đoàn tàu gấp hàng chục lần đường sắt truyền thống. Hiện tượng mỏi là hiện tượng khá phức tạp, xảy ra trong thời gian hoạt tải lặp sinh ra ứng suất động nhỏ hơn giới hạn đàn hồi. Mỏi được gọi là hiện tượng phá hủy trong vật liệu của kết cấu gây ra bởi tải tuần hoàn lặp đi lặp lại. Tà vẹt bê tông là một trong những bộ phận quan trọng nhất của hệ thống đường sắt. Nghiên cứu về tuổi thọ mỏi của tà vẹt bê tông dự ứng lực (TV BTDƯL) còn hạn chế. Sự phá hoại mỏi của TV BTDƯL chủ yếu dẫn tới sự tích lũy các hư hỏng gây ra bởi tải trọng lặp thể hiện sự tương tác giữa bánh xe và ray. Hiện nay, chưa có công trình nghiên cứu thực nghiệm về tuổi thọ mỏi cho TV BTDƯL được thực hiện đặc biệt là đối với TV BTDƯL cho ĐSĐT. Việc xác định tải trọng động đối với ĐSĐT vẫn chưa có cơ sở khoa học và công thức tính toán. Trong quá trình tính toán thiết kế hiện nay đang chỉ kiểm toán kết cấu ở các trạng thái giới hạn cường độ mà chưa xét đến giới hạn mỏi. Trong các tiêu chuẩn thiết kế liên quan đến kết cấu tầng trên ĐSĐT hiện nay chưa xét đến hệ số tải trọng động cũng như chưa xét đến mỏi trong quá trình thiết kế TV BTDƯL của ĐSĐT. Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu tầng trên ĐSĐT ở Việt Nam hiện nay vẫn chưa được ban hành. ĐSĐT có tần suất khai thác của các chuyến tàu từ 2-5 phút/chuyến nên hiện tượng tải trọng lặp đi lặp lại tác dụng lên tà vẹt là thường xuyên. Do vậy nghiên cứu tuổi thọ mỏi cho TV BTDƯL để đánh giá đặc tính sử dụng và dự báo tuổi thọ mỏi của tà vẹt bê tông cũng như cung cấp tính linh hoạt trong thiết kế và mở rộng nguyên tắc thiết kế kết cấu tầng trên. Kết quả của nghiên cứu cũng có thể dùng để cải thiện các quy trình duy tu bảo dưỡng kết cấu tầng trên, để thiết lập một mạng lưới theo dõi tình trạng đường thích hợp trong thực tế. Đề tài: “Nghiên cứu đánh giá tuổi thọ mỏi của TV BTDƯL trên ĐSĐT ở Việt Nam” là đề tài cần thiết.
2 II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm xác định hệ số tải trọng động cho ĐSĐT tuyến Cát Linh – Hà Đông để làm cơ sở nghiên cứu mỏi các bộ phận kết cấu tầng trên liên quan khác. - Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm xác định tuổi thọ mỏi của TV BTDƯL trên tuyến ĐSĐT Bến Thành - Suối Tiên. - Lập mô phỏng số mô hình đoàn tàu - đường ray của ĐSĐT tuyến Cát Linh – Hà Đông và tuyến Bến Thành – Suối Tiên. - Lập chương trình tính tuổi thọ mỏi của TV BTDƯL trên tuyến ĐSĐT Bến Thành – Suối Tiên. III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nội dung luận án tập trung vào một số vấn đề sau: 1. Tổng quan về mỏi đối với TV BTDƯL; 2. Nghiên cứu xác định hệ số tải trọng động đối với ĐSĐT ở Việt Nam; 3. Nghiên cứu xây dựng mô hình tính toán tuổi thọ mỏi của TV BTDƯL cho ĐSĐT ở Việt Nam; 4. Nghiên cứu thực nghiệm xác định tuổi thọ mỏi của TV BTDƯL cho ĐSĐT ở Việt Nam. IV. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU  Ý nghĩa khoa học: Xác lập mô hình tàu - đường ray phù hợp ĐSĐT tuyến Cát Linh – Hà Đông và tuyến Bến Thành – Suối Tiên. Luận án nghiên cứu đề xuất công thức tính hệ số động mới phù hợp với tuyến ĐSĐT Cát Linh – Hà Đông để từ đó có thể dễ dàng giải hàng loạt bài toán động khác. Lựa chọn và thiết lập cụ thể phương pháp tính tuổi thọ mỏi đối với TV BTDƯL tuyến ĐSĐT Bến Thành – Suối Tiên.  Ý nghĩa thực tiễn: Dựa vào các kết quả nghiên cứu là cơ sở để tính tuổi thọ mỏi cho các bộ phận kết cấu đỡ đường ray khác và đóng góp xây dựng tiêu chuẩn thiết kế kết cấu tầng trên ĐSĐT. Việc xác định tải trọng động cũng như tuổi thọ mỏi cho tà vẹt nhằm tối ưu hóa thiết kế. Đảm bảo tính an toàn cho kết cấu tầng trên đường sắt trong quá trình khai thác sử dụng. Tối ưu hóa duy tu bảo dưỡng kết cấu tầng trên ĐSĐT. TỔNG QUAN VỀ MỎI ĐỐI VỚI TÀ VẸT BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC Chương 1 phân tích tổng quan về mỏi đối với TV BTDƯL từ đó lựa chọn được loại tà vẹt làm các cơ sở nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm ở các chương tiếp theo. 1.1. Tình hình sử dụng tà vẹt bê tông dự ứng lực trên thế giới và Việt Nam 1.1.1. Tình hình sử dụng tà vẹt bê tông dự ứng lực trên thế giới Trên thế giới sử dụng phổ biến một số loại TV BTDƯL như sau:Tà vẹt hai khối, tà
3 vẹt dọc, tà vẹt thanh liền khối. 1.1.2. Tình hình sử dụng tà vẹt bê tông dự ứng lực ở Việt Nam Từ năm 2005 trở lại đây khi các đơn vị trong ngành đường sắt nhập dây chuyền sản xuất TV BTDƯL về để sản xuất lượng TV BTDƯL được sử dụng nhiều hơn, TV BTDƯL được sử dụng trên đường sắt Việt Nam ≈ 1.000.000 thanh chủ yếu là TV BTDƯL dạng thanh liền khối. 1.2. Tình hình sử dụng kết cấu đường sắt đô thị trên thế giới và Việt Nam 1.2.1. Tình hình sử dụng kết cấu đường sắt đô thị một số nước trên thế giới 381,00 320,04 599,44 1300,48 1.2.1.1. Kết cấu đường sắt đô thị Anh 16,002 66,04 287,02 Kết cấu gồm một lớp bê tông cơ sở đổ trực tiếp trên toàn 2590,80 bộ chiều dài của đoạn tuyến với chiều dày 150 mm. Bản Cèt thÐp däc Cèt thÐp ®ai ngang D=9,525mm D=15,875mm bê tông chính gồm 2 lớp cốt thép dọc và ngang được hàn Hình 1-1. Bản bê tông thành lưới sau đó đặt và đổ bê tông bản chính. đặt trực tiếp của Anh 1.2.1.2. Kết cấu đường sắt đô thị Đức Thiết kế đầu tiên của Đức sử dụng bản bê tông thép dự ứng lực (DƯL) theo phương dọc, bố trí các thanh cốt thép thường theo phương ngang. Bản bê tông đặt trên lớp bê tông nhẹ Styropor nhằm mục đích cách nhiệt. Thiết kế thứ hai là bản bê tông Hình 1-2. Bản bê tông DƯL theo hai phương. Lớp DƯL theo phương dọc. móng dưới là lớp sỏi cát nhằm mục đích tạo ra lớp hoạt động như bê tông cường độ thấp. Thiết kế thứ ba mỗi cấu kiện dài 6,48 m bao gồm các dầm dọc Hình 1-3. Kết cấu bản DƯL xen kẽ bởi các dầm ngang. bê tông dự ứng lực theo Các dầm này được đặt trên lớp Hình 1-4. Bản BT dầm 2 phương. dọc DƯL xen kẽ bởi bê tông nghèo, dưới cùng là lớp sỏi cát. Không gian giữa các dầm được lấp đầy bằng 2 lớp: các dầm ngang. lớp dưới là ballast và lớp trên là bitum sỏi. 1.2.1.3. Kết cấu đường sắt đô thị Nhật Bản Đường sắt Nhật Bản đã xây dựng đoạn đường bê tông thử nghiệm trên phần mở rộng đường trục Tokaido (Tokaido-Shinkansen). Đường bao gồm các bản bê tông đúc sẵn được cố định trong đường. Đệm cao su điều chỉnh Hình 1-5. Đường bản bê tông trên được chèn giữa gối đỡ và dầm. tuyến Tokaido-Shinkansen.
4 1.2.1.4. Kết cấu đường sắt đô thị Mỹ Đường bản bê tông gần đây nhất được đặt ở Mỹ là tại đường thử Kansas tại Aikman và Chelsea, Kansas trên đường sắt Santa Fe. Ba loại mặt cắt đã được đặt trên đường này. Hai trong số các mặt cắt đấy là dầm dọc, một phần đúc sẵn và một phần khác đỗ tại chỗ. Mặt cắt thứ ba là tấm đúc tại chỗ. Tất cả các mặt cắt có chứa cốt thép và phần còn lại nằm trên lớp đệm Hình 1-6. Bản bê tông cốt trên của nền. thép đường sắt Kansas ở Mỹ. 1.2.2. Tình hình sử dụng kết cấu đường sắt đô thị Việt Nam 1.2.2.1. Kết cấu đường sắt đô thị tuyến Cát Linh – Hà Đông Sử dụng tà vẹt bê tông ngắn đúc sẵn đặt trên tấm bản bê tông cốt thép đổ trực tiếp. Chiều dài tà vẹt ngắn 0,56, chiều rộng 0,25m, kết cấu bê tông cốt thép thường. Tà vẹt ngắn sử dụng bê tông C50. Bản bê tông bên dưới mỗi đường ray làm thành kết cấu hình chữ nhật, chiều rộng là 0,8m, thông thường dài Hình 1-7. Kết cấu ĐSĐT 6,25m hoặc 6m, giữa các tấm bê tông bố trí các khe tuyến Cát Linh - Hà Đông. hướng ngang 0,15m. 1.2.2.2. Kết cấu đường sắt đô thị tuyến Nhổn – Ga Hà Nội Sử dụng kết cấu bản bê tông cốt thép dọc đúc trên hiện trường có chiều dài xấp xỉ 5,25 m. Ray được đỡ bởi các bản đệm đàn hồi đặt cách nhau 0,6 m từ tâm bản đệm này đến tâm bản đệm kia. Khoảng cách giữa hai bản bê tông là 0,15 m tạo điều kiện thuận lợi cho việc thoát nước mưa và đi đường cáp Hình 1-8. Kết cấu ĐSĐT khi cần thiết. tuyến Nhổn - Ga Hà Nội 1.2.2.3. Kết cấu đường sắt đô thị tuyến Bến Thành – Suối Tiên Sử dụng kết cấu tà vẹt dài bê tông cốt thép DƯL đúc sẵn đặt trên bản bê tông cốt thép đổ tại chỗ. Kích thước tà vẹt bê tông cốt thép DƯL dài 2,3m. Các tà vẹt đặt cách nhau 0,625m. Kích thước bản bê tông có chiều dài 5,9 m, rộng 2,78 m, cao 0,326 m. Khoảng cách các bản bê tông là 0,1 m. Hình 1-9. Kết cấu ĐSĐT 1.3. Tải trọng động tuyến Bến Thành - Suối Tiên Tải trọng động được sử dụng phổ biến trong quá trình thiết kế các tuyến đường sắt và các ứng dụng đường sắt. Tải động xem xét sự tương tác động bánh xe-ray trong các điều kiện bình thường; Tải trọng động thường liên quan đến tốc độ chạy tàu và được sử dụng cho phương pháp thiết kế ứng suất cho phép. Tải trọng động bánh xe thường được biểu diễn như một hàm của tải trọng tĩnh bánh xe (Doyle, 1980): Pd =
5 Ф.Ps, trong đó Pd là tải trọng động của bánh xe, Ф là hệ số tải trọng động bánh xe (Ф> 1), và Ps là tải trọng tĩnh bánh xe. 1.4. Nghiên cứu về mỏi trên thế giới 1.4.1. Giới thiệu. Mỏi được gọi là hiện tượng phá hủy trong vật liệu hoặc kết cấu gây ra bởi tải tuần hoàn lặp đi lặp lại. 1.4.2. Lịch sử nghiên cứu mỏi. Lịch sử nghiên cứu về mỏi trong các kết cấu bắt đầu với kỹ sư người Đức Albert (1837). Thuật ngữ “Mỏi” đã được đề cập lần đầu tiên bởi Braithwaite (1854). Các thử nghiệm mỏi hệ thống đã được tiến hành trên các trục đường sắt bởi một kỹ sư người Đức khác, Wӧhler (1870). Quy luật Palmgren-Miner - được biết đến như ngày nay, được giới thiệu độc lập bởi Palmgren (1924)và Miner (1945). 1.4.3. Nghiên cứu mỏi của bê tông Mỏi của bê tông là một quá trình lan truyền các vết nứt vi mô. Các vết nứt vĩ mô tiếp theo được hình khi ứng suất gia tăng cho đến khi phá hoại xảy ra (CEB, 1988) 1.4.4. Nghiên cứu mỏi của cốt thép trong bê tông Wöhler (1870) đã đề xuất hơn một thế kỷ trước rằng độ bền mỏi của kim loại phụ thuộc vào biên độ ứng suất (∆σ), trong đó (∆σ) là hiệu đại số giữa ứng suất lớn nhất (σmax) và ứng suất nhỏ nhất (σmin), hơn là mức độ ứng suất (σmax). 1.4.5. Nghiên cứu mỏi của bê tông cốt thép Fib model code 2010 (fib, 2013) cung cấp hướng dẫn thiết kế mỏi của kết cấu bê tông cốt thép dựa trên hiệu suất riêng của bê tông và thanh cốt thép sử dụng các đường cong và phương trình S-N. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng gãy thanh cốt thép là cơ chế phá hoại chủ yếu đối với mỏi trong dầm bê tông cốt thép. 1.4.6. Nghiên cứu mỏi của bê tông dự ứng lực Khi chưa bị nứt bê tông thường vẫn bị nén do chịu ứng suất trước của thép DƯL, với khả năng chịu nén cao của bê tông tuổi thọ mỏi có thể được coi là vô hạn. Do đó, không có nguy cơ phá hoại xảy ra do mỏi. Đối với tải lớn hơn khả năng chịu nứt của bê tông, khi bê tông bị nứt phạm vi ứng suất trong các sợi cáp lớn hơn nhiều so với khi chưa nứt vì các sợi cáp phải chịu tất cả lực kéo. Khi vết nứt trở nên rộng hơn, liên kết gần vết nứt trở nên xấu đi và khả năng chống mỏi sau đó phụ thuộc vào biên độ của ứng suất và tính chất của thép. 1.5. Nghiên cứu về mỏi tại Việt Nam Năm 1997, Phan Văn Khôi xuất bản cuốn sách: Tuổi thọ mỏi của kết cấu thép ngoài biển. Năm 2011, Phạm Lê Tiến thực hiện nghiên cứu đánh giá độ bền mỏi và tuổi thọ mỏi của khung giá chuyển hướng và trục bánh xe đầu máy D19E vận dụng trên đường sắt Việt Nam. Năm 2015 Trần Thiện Lưu đã thực hiện nghiên cứu một số yếu
6 tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi bê tông asphalt làm lớp mặt đường tại Việt Nam. Năm 2009 Bùi Ngọc Dung thực hiện nghiên cứu phân tích đánh giá một số hư hỏng do mỏi trong kết cấu nhịp cầu thép và các biện pháp sữa chữa, tăng cường. Năm 2011, Lê Đắc Chỉnh thực hiện nghiên cứu ứng dụng phương pháp kiểm tra mỏi của Châu Âu cho cầu bê tông DƯL ở Việt Nam. Năm 2016, Nguyễn Thị Cẩm Nhung thực hiện nghiên cứu đánh giá mỏi của cáp cầu treo dây văng dưới tác dụng của tải trọng khai thác sử dụng kết quả đo dao động. Tại Việt Nam hiện nay chưa có công trình nghiên cứu thực nghiệm về mỏi cho TV BTDƯL được thực hiện tại Việt Nam đặc biệt là đối với TV BTDƯL cho ĐSĐT. Đối với tiêu chuẩn thiết kế hiện hành phương pháp thiết kế TV BTDƯL ở Việt Nam chưa xét đến yếu tố mỏi trong tà vẹt. Cụ thể chúng ta chưa có định lượng trong việc thiết kế hàm lượng cốt thép đạt yêu cầu về khả năng chịu mỏi. 1.6. Các nghiên cứu về mỏi đối với tà vẹt đã thực hiện Các nghiên cứu trên thế giới cũng mới chỉ dừng lại ở nghiên cứu mỏi đối với TV BTDƯL đối đường sắt cao tốc, đường sắt chạy hỗn hợp tàu khách với tàu hàng, đường sắt chạy tàu khổ hẹp và đường sắt chạy tàu khổ rộng. Nghiên cứu về mỏi đối với ĐSĐT vẫn còn hạn chế. Ở Việt Nam hiện nay một số nghiên cứu về mỏi đối với TV BTDƯL đã được thực hiện như sau: Năm 2016, Trần Anh Dũng, Nguyễn Văn Bá, Đỗ Xuân Quý, Đặng Việt Hùng, Nguyễn Khánh Dũng, Đàm Anh Tú, Thân Thế Vũ thực hiện thí nghiệm mỏi đối với tà bê tông DƯL 5 ray cho đường sắt khổ lồng tuyến Hà Nội - Lạng Sơn. Năm 2017, Trung tâm khoa học công nghệ giao thông vận tải - Đại học giao thông vận tải tiến hành thí nghiệm mỏi đối với TV BTDƯL tuyến ĐSĐT Bến Thành - Suối Tiên. Trong các thí nghiệm trên thử nghiệm mỏi được thực hiện để kiểm tra khả năng chịu mỏi của tà vẹt sau một số lượng chu kỳ nhất định theo tiêu chuẩn Châu Âu EN- 13230. Hiện nay chưa có công trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm nào về tuổi thọ mỏi cho TV BTDƯL được thực hiện tại Việt Nam. 1.7. Những vấn đề còn tồn tại - Tại Việt Nam đến nay trong tính toán thiết kế tà vẹt cũng như các bộ phận kết cấu tầng trên, tải trọng động sử dụng bằng cách nhân tải trọng tĩnh với hệ số động của các nước mà chưa có nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm nào được thực hiện để xác định hệ số động đối với đường sắt nói chung và ĐSĐT nói riêng. - Trong thiết kế và kiểm toán tà vẹt chưa xét đến độ bền mỏi. Hiện nay tuổi thọ mỏi đối với TV BTDƯL đối với ĐSĐT chưa được triển khai nghiên cứu về mặt lý thuyết và thực nghiệm một cách cụ thể. 1.8. Xác định vấn đề nghiên cứu của luận án Thông qua nghiên cứu tổng quan về mỏi đối với TV BTDƯL và số chu kỳ tà vẹt
7 chịu tải trọng đoàn tàu ĐSĐT trong ngày đêm là rất lớn (12000 chu kỳ/ngày) tác giả xác định vấn đề nghiên cứu như sau: - Xây dựng mô hình động lực học tương hỗ giữa đường sắt và đoàn tàu của tuyến ĐSĐT Cát Linh – Hà Đông và tuyến Bến Thành – Suối Tiên. - Xây dựng mô hình mô phỏng 3D động lực học giữa đường sắt và đoàn tàu của tuyến ĐSĐT Cát Linh – Hà Đông và tuyến Bến Thành – Suối Tiên. - Nghiên cứu thực nghiệm và phương pháp phần tử hữu hạn xác định tác dụng tương hỗ giữa đường sắt và đoàn tàu tuyến ĐSĐT Cát Linh – Hà Đông. - Xác định hệ số tải trọng động đối với tuyến ĐSĐT Cát Linh – Hà Đông. - Lý thuyết xác định tuổi thọ mỏi. - Lập chương trình tính tuổi thọ mỏi đối với TV BTDƯL tuyến ĐSĐT Bến Thành - Suối Tiên. - Nghiên cứu thực nghiệm xác định tuổi thọ mỏi đối với TV BTDƯL tuyến ĐSĐT Bến Thành - Suối Tiên. - Xây dựng mô hình mô phỏng 3D TV BTDƯL tuyến ĐSĐT Bến Thành - Suối Tiên. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐỐI VỚI ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ Ở VIỆT NAM Chương 2 tiến hành nghiên cứu sử dụng lý thuyết tính toán, mô phỏng, thực nghiệm hiện trường với mục đích xác định hệ số tải trọng động cho tuyến ĐSĐT Cát Linh- Hà Đông. 2.1. Tải trọng động Tải trọng động thường được biểu thị thông qua hàm của tải trọng tĩnh như phương trình sau P = ∅. P Trong đó Pd là tải trọng động của bánh xe, Ф là hệ số động (Ф> 1), và Ps là tải tĩnh bánh xe. Các kỹ sư đường sắt trên khắp thế giới đã đề xuất một số công thức và thông số để tính toán hệ số tải trọng động bánh xe. Bảng 2-1. Hệ số động của các tác giả trên thế giới Công thức Hệ số động Các định nghĩa Tablot (Hay, 1982) V V: tốc độ đoàn tàu Ф = 1 + 5,21. D (km/h) Đường sắt Ấn Độ V D: Đường kính bánh xe Ф=1+ (Srinivasan, 1969) 58,14. U , (mm) Eisenmann (Esveld, Ф = 1 + .ɳ.t U: Mô đun của đường 2001) (Mpa). ORE/Birmann (1965) Ф=1+ + + δ: 0.1, 0.2, 0.3 phụ
8 Đường sắt Đức V thuộc vào điều kiện (Schramm, 1961) Ф=1+ , tuyến đường. 30.000 V ≤ 100 km/h μ: phụ thuộc tốc độ 4,5. V 1,5. V đoàn tàu. Ф=1+ − , t: 0, 1, 2, 3 liên quan 10 10 V > 100 km/h đến lựa chọn giới hạn South Africa (Doyle, V tin cậy trên xác định Ф = 1 + 4,92. dựa vào khả năng vượt 1980) D Clarke (Doyle, 1980; 19,65. giới hạn. Van Dyk và cộng sự, Ф=1+ α: phụ thuộc cấp đường √ sắt, hệ thống treo 2017) WMMTA (Prause và / phương tiện và tốc độ Ф = (1 + 3,86. 10 . ) cộng sự, 1974) đoàn tàu. β: hệ số lệch tải. Sadeghi (Prause và cộng Ф = 1,098 + 8. 10 . γ: phụ thuộc vào tốc độ sự, 1974) + 10 . đoàn tàu, tuổi thọ AREMA (Hiệp hội kỹ Ф = 0,6 + 0,008. V, đường, khả năng giữ thuật và bảo trì đường sắt (32 < V < 193) của tà vẹt, các điều kiện Mỹ, 2012) bảo dưỡng đầu máy và China (Xiufang Chen, ∅ = (1 + ɳ + ). , toa xe thiết kế. 2017) ( ≤ 200) f: hệ số lực ngang phụ ∅ = 2,5 (200 < ≤ 250) thuộc vào bán kính ∅ = 3 (250 < ) đường cong 2.2. Xây dựng mô hình động lực học tương hỗ giữa đường sắt và đoàn tàu đường sắt đô thị tuyến Cát Linh – Hà Đông 2.2.1. Thông số đoàn tàu đường sắt đô thị tuyến Cát Linh – Hà Đông Đoàn tàu tuyến Cát Linh – Hà Hình 2-1. Mô hình đoàn tàu ĐSĐT tuyến Đông được thiết kế gồm 4 toa trong Cát Linh – Hà Đông. đó có 2 toa động lực 2 toa xe kéo, phương thức bố trí như sau: + Tc - M + M - Tc + (trong đó: Toa Tc: là toa xe kéo theo có cabin lái tàu; Toa M: là toa xe động lực có động cơ). 2.2.2. Mô hình phân tích dao động của đoàn tàu ĐSĐT tuyến Cát Linh – Hà Đông 2.2.2.1. Mô hình toa xe đường sắt đô thị tuyến Cát Linh – Hà Đông Mô hình tính toán động lực học của toa xe tuyến Cát Linh – Hà Đông sử dụng giá chuyển hướng 2 trục bao gồm 7 vật thể: thân xe, giá chuyển hướng trước, giá chuyển hướng sau, 4 bộ trục bánh xe.
9 Hình 2-2. Mô hình tính toán mô phỏng dao động của toa xe trong mặt đứng, mặt bằng và mặt cắt ngang toa xe 2.2.2.2. Mô hình kết cấu đường của đường sắt đô thị tuyến Cát Linh – Hà Đông Mô hình kết cấu đường sắt không đá bao gồm đường ray, cơ cấu liên kết phụ kiện vào tà vẹt. Trong hệ thống đường sắt này, tính đàn hồi của đường sắt chủ yếu do đệm cao su dưới ray cung cấp. Ray và tà vẹt coi là 1 lớp chung có độ cứng và cản tương đương. Hình 2-3. Mô hình tính toán mô phỏng dao động kết cấu đường trong mặt cắt dọc và mặt cắt ngang đường 2.3. 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 sử dụng phần mềm Simpack để mô phỏng mô hình tính toán động lực học toa xe ĐSĐT tuyến Cát Linh – Hà Đông. Phần mềm Simpack do công ty INTEC của Đức sản xuất, là một phần mềm phân tích, mô phỏng động lực học. Hình 2-4. Mô hình bánh toa xe. Hình 2-5. Mô hình giá chuyển hướng. Hình 2-6. Mô hình thân toa xe. Hình 2-7. Mô hình toa xe.
10 * Các kết quả: Khi vận tốc đoàn tàu V=30 km/h. Giá trị lớn nhất của tải trọng động tác dụng lên ray là 48,652 kN. Khi vận tốc đoàn tàu V = 50 km/h. Giá trị lớn nhất của tải trọng động tác dụng lên ray là 52,883 kN và khi vận tốc đoàn tàu V = 80 km/h. Giá trị lớn nhất của tải trọng động tác dụng lên ray là 59,228 kN. 55 B¸nh xe bªn tr¸i B¸nh xe bªn tr¸i B¸nh xe bªn tr¸i 50 B¸nh xe bªn ph¶i B¸nh xe bªn ph¶i 60 B¸nh xe bªn ph¶i 50 45 55 T¶i träng ®éng (kN) T¶i träng ®éng (kN) T¶i träng ®éng (kN) 45 40 50 40 45 35 40 30 35 0 2 4 6 8 10 1 2 3 4 5 6 35 Thêi gian (s) Thêi gian (s) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 Thêi gian (s) Hình 2-8. Biểu đồ tải trọng động khi tàu chuyển với các vận tốc khác nhau. 1.4 Bảng 2-2. Hệ số động của đoàn tàu tuyến Cát Linh – Hà Đông theo phương pháp HÖ sè ®éng,  1.3 mô phỏng. 1.2 STT Vận tốc (km/h) Hệ số động Ф 1.1 1 0 1,00 2 30 1,15 1.0 3 50 1,25 0 20 40 60 80 VËn tèc (km/h) 4 80 1,40 Hình 2-9. Biểu đồ hệ số động của đoàn tàu tuyến Cát Linh – Hà Đông theo phương pháp mô phỏng. 2.4. 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 • Thiết bị thí nghiệm: Sử dụng thiết bị đo biến dạng gắn vào dưới đế ray ở khoảng giữa hai gối đỡ ray. Thiết bị đo biến dạng là các lá điện trở (Strain Gage). A Híng di chuyÓn t¶i träng ®éng §oµn tµu Ray A Tµ vÑt 62.5cm 62.5cm B¶n bª t«ng ThiÕt bÞ ®o biÕn d¹ng 31.25cm 31.25cm Hình 2-10. Bố trí thiết bị đo biến dạng • Tải trọng thí nghiệm: Tải trọng thí nghiệm là đoàn tàu ĐSĐT tuyến Cát Linh – Hà Đông
11 520 520 520 4,3125 (t?n/bánh) 4,3125 (t?n/bánh) 4,3125 (t?n/bánh) 4,3125 (t?n/bánh) 4,3125 (t?n/bánh) 4,3125 (t?n/bánh) 4,3125 (t?n/bánh) 4,3125 (t?n/bánh) 4 (t?n/bánh) 4 (t?n/bánh) 4 (t?n/bánh) 4 (t?n/bánh) 4 (t?n/bánh) 4 (t?n/bánh) 4 (t?n/bánh) 4 (t?n/bánh) 10400 10400 10400 10400 2200 2200 2200 2200 2200 2200 2200 2200 4720 4720 4720 19500 19000 19000 19500 Hình 2-11. Sơ đồ tải trọng đoàn tàu tuyến Cát Linh – Hà Đông • Kết quả thí nghiệm: Khi đoàn tàu di chuyển với vận tốc V = 30 km/h. Giá trị biến dạng lớn nhất thu được là 0,00011732. Khi đoàn tàu di chuyển với vận tốc V = 50 km/h. Giá trị biến dạng lớn nhất thu được là 0,000127. 0.00010 0.00010 0.00005 0.00005 0.00000 0.00000 -0.00005 -0.00005 -0.00010 -0.00010 -0.00015 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 Hình 2-12. Biến dạng động theo thời gian khi đoàn tàu Cát Linh-Hà Đông di chuyển với vận tốc V=30 km/h và V=50 km/h Khi đoàn tàu di chuyển với vận tốc V Tiến hành đo biến dạng tĩnh của ray = 80 km/h. Giá trị biến dạng lớn nhất thu ta có kết quả như sau: được là 0,000145. Bảng 2-3. Bảng kết quả biến dạng tĩnh 0.00015 0.00010 thực đo. 0.00005 STT Lần đo Biến dạng 0.00000 tĩnh -0.00005 -0.00010 1 Lần 1 0,00010735 -0.00015 0 1 2 3 4 2 Lần 2 0,00010519 3 Lần 3 0,00010004 Hình 2-13. Biến dạng động theo thời gian khi đoàn tàu Cát Linh-Hà Đông di chuyển Trung 0,00010419 với vận tốc V=80 km/h bình Bảng 2-4. Hệ số động của đoàn tàu tuyến 1.4 Cát Linh – Hà Đông theo phương pháp 1.3 thực nghiệm. HÖ sè ®éng,  1.2 STT Vận tốc (km/h) Hệ số động Ф 1.1 1 0 1,00 1.0 2 30 1,13 0 20 40 60 80 VËn tèc (km/h) 3 50 1,22 4 80 1,39 Hình 2-14. Biểu đồ hệ số động của đoàn tàu tuyến Cát Linh – Hà Đông theo phương pháp thực nghiệm. Bằng việc sử dụng phân tích hồi quy tuyến tính (linear regression analysis). Sử dụng phần mềm mô phỏng Minitab. Công thức của hệ số động Ф được đề xuất:
12 Ф = 0,9909 + 0,004853 Trong đó: V là vận tốc chạy tàu (km/h) Phương trình đảm bảo độ tin cậy với hệ số xác định điều chỉnh R2đc=99,21%; Hệ số p-value của các tham số đều nhỏ hơn 0,05. 2.5. 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 2.5.1. Mô hình phân tích lực Khi phân tích lực của kết cấu ĐSĐT. Có thể sử dụng mô hình như Hình 2-15. Có thể xem ray là một dầm dài vô hạn và đỡ trên gối đỡ đàn hồi ở chỗ phụ kiện giữ ray. 2.5.2. Quá trình tính toán Hình 2-15. Mô hình tính. Kết quả phân tích đoạn ray tính toán với chiều dài L = 7375 cm được thể hiện trên Hình 2-16. Trong đó, đoạn ray được rời rạc hóa thành 118 phần tử có chiều dài lpt = 62,5 cm; tải trọng được dịch chuyển dần từ đầu trái sang đầu phải của đoạn ray với bước dịch chuyển tải là 3,125 cm. Hình 2.16 cho thấy, khi trục tàu đặt trên mặt cắt A sẽ gây ra biến dạng Hình 2-16. Biểu đồ biến dạng dọc trục tại điểm nằm dưới đáy ray tại mặt cắt A khi cho dưới đáy ray tại mặt cắt A có giá đoàn tàu di chuyển từ đầu trái qua đầu phải trị cực trị. Giá trị biến dạng dọc của đoạn ray tính toán. trục lớn nhất tính toán được là max = 9.989384.10-05, tương ứng với trường hợp trục 6 và trục 12 đặt trên mặt cắt A. 1.5 Bảng 2-5. Hệ số động của đoàn tàu tuyến Cát Linh – Hà Đông theo phương 1.4 pháp phần tử hữu hạn. 1.3 HÖ sè ®éng,  STT Vận tốc Hệ số động 1.2 (km/h) Ф 1.1 1 0 1,00 2 30 1,17 1.0 0 20 40 60 80 3 50 1,27 VËn tèc (km/h) 4 80 1,45 Hình 2-17. Biểu đồ hệ số động của đoàn tàu tuyến Cát Linh – Hà Đông theo phương pháp PTHH.
13 2.6. Xác định hệ số tải trọng động đối với tuyến ĐSĐT Cát Linh – Hà Đông. Căn cứ vào các kết quả đo đạc thực nghiệm, mô phỏng và phương pháp phần tử hữu hạn ta có hệ số tải trọng động tương ứng với các vận tốc khác nhau như Bảng 2.6 Bảng 2-6. So sánh hệ số động theo các phương pháp tính khác nhau. Hệ số động Vận tốc Kết quả Kết quả Sai số Kết quả Sai số thực nghiệm PTHH (%) mô phỏng (%) 30 km/h 1,13 1,17 3,54 1,15 1,77 50 km/h 1,22 1,27 4,10 1,25 2,46 80 km/h 1,39 1,45 4,32 1,4 0,72 Kết quả của 3 phương pháp tương đối tương đồng nhau. Phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng mô hình dầm trên gối đỡ đàn hồi, mô hình trong không gian 2 chiều (2D). Phương pháp mô phỏng bằng phần mềm Simpack mô phỏng trong không gian 3 chiều (3D). Phương pháp mô phỏng 3D có kết quả sát hơn với kết quả thực tế do mô hình kết cấu gần hơn với sơ đồ làm việc thực tế của kết cấu. Dựa vào hệ số động theo 3 phương Dựa vào hệ số động của các tác giả trên pháp tính toán ta có biểu đồ sau: thế giới và hệ số động ĐSĐT tuyến Cát 1.5 Thùc nghiÖm Linh – Hà Đông ta có biểu đồ sau: 1.4 PTHH M« pháng Talbot 3.5 Ên §é 1.3 HÖ sè ®éng,  Eisenmann ORE/Birmann 3.0 §øc 1.2 Nam Phi 2.5 Clarke WMATA HÖ sè ®éng,  1.1 Sadeghi 2.0 Trung Quèc §S§T 1.0 1.5 0 20 40 60 80 1.0 VËn tèc (km/h) 0.5 Hình 2-18. Hệ số tải trọng động tuyến Cát Linh – Hà Đông theo các phương 0.0 -50 0 50 100 150 200 250 300 350 pháp tính. VËn tèc (Km/h) Hình 2-19. Biểu đồ hệ số động theo tốc độ của đoàn tàu theo các tác giả
14 Căn cứ vào biểu đồ hệ số động đối với các loại hình đường sắt của các nước như trên ta có bảng thống kê hệ số động đối với từng loại công thức cho từng tác giả theo dải vận tốc từ 0 đến 80 km/h như sau: Bảng 2-7. So sánh hệ số tải trọng động trong Theo bảng thống kê trên ta nhận dải vận tốc từ 0 -:- 80 km/h. thấy hệ số động có sự khác nhau giữa các nước và các tác giả đề xuất do hệ số động phụ thuộc vào các yếu tố riêng đặc trưng của từng loại đường như: đường kính bánh xe, tải trọng trục đầu máy, toa xe, độ cứng của gối đỡ, … Kết quả hệ số động đề xuất cho ĐSĐT tuyến Cát Linh – Hà Đông là phù hợp. 2.7. Kết luận chương 2 Thông qua nghiên cứu về tải trọng mỏi đối với TV BTDƯL tác giả có một số kết luận như sau:  Trong quá trình tính toán mỏi đối với ĐSĐT tải trọng động được sử dụng trong quá trình tính toán.  Các nghiên cứu trước đây của các tác giả trên thế giới chỉ ra rằng nghiên cứu tải trọng động thông qua hệ số động đối với ĐSĐT còn cần phải được tiếp tục.  Trên thế giới đã có nghiên cứu về hệ số động đối với đường sắt tuy nhiên nghiên cứu về hệ số động đối với ĐSĐT còn hạn chế.  Kết quả đạt được của nghiên cứu này có thể được sử dụng để tối ưu hóa tính toán thiết kế, duy tu bảo dưỡng kết cấu tầng trên ĐSĐT. Kết quả của nghiên cứu này cũng có thể để xây dựng tiêu chuẩn thiết kế kết cấu tầng trên cũng như cải thiện các tiêu chuẩn kiểm định, thử tải trong thực tế đối với kết cấu tầng trên ĐSĐT. 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 Chương 3 nghiên cứu xây dựng mô hình tính toán tuổi thọ mỏi của TV BTDƯL tuyến Bến Thành - Suối Tiên. 3.1. Đặt vấn đề nghiên cứu Ở Việt Nam cũng như trên thế giới hiện nay chưa có công trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về tuổi thọ mỏi cho TV BTDƯL ĐSĐT được thực hiện. Có một số phương pháp phù hợp để đánh giá tuổi thọ mỏi như Phương pháp tổn thương tích lũy và Phương pháp cơ học phá hủy. Phương pháp cơ học phá hủy
15 thường được áp dụng để dự đoán tuổi thọ tích lũy từ vết nứt ban đầu hoặc khuyết tật. Theo CEB, nếu chất lượng thép và bê tông đồng đều, tuổi thọ mỏi của chúng có thể được ước tính khá chính xác bằng cách thí nghiệm chúng một cách độc lập và tuổi thọ tương tự phải được quan sát trong khi chúng được thí nghiệm dưới dạng vật liệu hỗn hợp. Các thí nghiệm của Schläfli và Brühwilerhave kết luận rằng sự đứt gãy của thanh cốt thép là nguyên nhân chính gây ra mỏi trong dầm bê tông cốt thép DƯL. Do đó, tuổi thọ mỏi của TV BTDƯL do thép DƯL quyết định. Nội dung của chương này nghiên cứu tuổi thọ mỏi của TV BTDƯL cho ĐSĐT tuyến Bến Thành – Suối Tiên khổ đường 1.435 mm theo Phương pháp tổn thương tích lũy. 3.2. Phương pháp lý thuyết xác định tuổi thọ mỏi. 3.2.1. Cơ sở lý thuyết Có hai phương pháp thường được sử dụng để xác định tuổi thọ mỏi: phương pháp tổn thương tích lũy và phương pháp cơ học phá hủy. 3.2.1.1. Phương pháp tổn thương tích lũy Đối với Phương pháp tổn thương tích lũy, theo Palmgren và Miner, phá hoại xuất hiện khi tổng tổn thương tích lũy bằng 1. Phương pháp dự đoán tuổi thọ theo biên độ ứng suất phụ thuộc vào phân tích ứng suất của các chi tiết kết cấu. = = Trong đó: Wi, W: Công thu được sau ni chu trình ứng suất và công phá hủy. ni, Ni: Số chu trình ứng suất mà phần tử phải chịu với ứng suất Si không đổi và số chu trình tới phá hủy lấy theo đường cong S-N ứng với Si đó. 3.2.1.2. Phương pháp cơ học phá hủy Đối với Phương pháp Cơ học phá hủy, định luật Paris liên quan đến tốc độ phát triển vết nứt với biên độ hệ số cường độ ứng suất. Khi đã xác định được tốc độ phát triển vết nứt da/dN, ta có thể xác định được thời gian hoặc số chu trình cần thiết làm vết nứt phát triển từ chiều sâu a1 đến chiều sâu a 2: = / 3.2.2. Mô hình tà vẹt sử dụng trong tính toán Đối tượng nghiên cứu của luận văn là TV BTDƯL cho ĐSĐT tuyến Bến Thành – Suối Tiên. Kết cấu tà vẹt như sau: Bảng 3-1. Đặc tính vật liệu làm tà vẹt. Thông số Ký hiệu Giá trị Bê tông Cường độ chịu nén của bê tông fc’ 49,1 MPa
16 Thông số Ký hiệu Giá trị Cường độ kéo của bê tông fcf 5,255 MPa Mô đun đàn hồi của bê tông Ec 33,0 MPa Thép DƯL Lực căng có hiệu của sợi thép DƯL fse 19,7 kN Mô đun đàn hồi của sợi thép DƯL Es 200 MPa Kích thước tà vẹt ĐSĐT như Hình 3-1. A B Tµ vÑt C 189.5 2300.0 A B C MÆt c¾t A-A MÆt c¾t B-B MÆt c¾t C-C 176.7 Tao thÐp dù øng lùc  185.0  2.9mmx3 193.5 45 40 4064.5 45 40 40 45 40 149.5 25 40 130.0 40 110.0 189.5 170.0 40 40 150.0 70.0 70.0 70.0 55 30 30 55 55 30 30 55 55 30 30 55 Hình 3-1. Kích thước tà vẹt 3.2.3. Mô hình tính toán tuổi thọ mỏi của tà vẹt bê tông dự ứng lực đường sắt đô thị tuyến Bến Thành – Suối Tiên Dựa vào đường cong S-N đối với thép DƯL, nghiên cứu này sẽ tính toán tuổi thọ mỏi của TV BTDƯL tuyến Bến Thành – Suối Tiên theo phương pháp tổn thương tích lũy của Miner-Palmgren. Bảng 3-2. Tính mô men nứt và tải trọng nứt. Đơn STT Tên Công thức Giá trị vị 1 Tỷ lệ mô đun đàn hồi của thép DƯL và bê tông ne = Es/Ec 6,06 2 Diện tích sợi thép DƯL đơn Aps mm2 19,82 3 Tổng diện tích sợi thép DƯL Ap = n·Aps mm2 237,84 4 Diện tích mặt cắt bê tông Ac mm2 37.225 5 Khoảng cách từ mặt dưới đến trọng tâm của bê tông yc mm 81,0 6 Khoảng cách từ mặt dưới đến trọng tâm của các sợi thép DƯL yp mm 85,0 7 Diện tích quy đổi At = Ac+(ne − 1) Ap mm2 38.428,61 8 Mô men đầu tiên đối với sợi thép ở đáy St = Ac.yc +(ne − 1).Ap.yp mm3 3.117.461,99 9 Khoảng cách từ trục trọng tâm diện tích quy đổi tới mặt dưới yt = St/At mm 81,12 10 Độ lệch tâm của lực DƯL e = yp − yt mm 3,88 11 Mô men quán tính của mặt cắt quy đổi It = Ic + (ne − 1).Ip mm4 91.083.472,58 12 Ứng suất trước có hiệu của sợi thép DƯL σse MPa 993,95 MPa 13 Ứng suất bê tông ở sợi phía dưới do lực ứng suất . . . . . 6,97 = + . + MPa 14 Mô men nứt = . 13,72 15 Tải trọng nứt Pcr = 2.Mcr/0,25 kN 109,79 Bảng 3-3. Tuổi thọ mỏi đối với tà vẹt PCS1. STT Tên Công thức Đơn vị Giá trị 1 Tải trọng giới hạn trên Pmax kN 169,0 2 Tải trọng giới hạn dưới Pmin kN 50,0 3 Mô men uốn lớn nhất tại mặt cắt Ms = Mmax = Pmax.0,25/2 kN.m 21,125 4 mm4 Mô men quán tính có hiệu = +( − ). ( ) 30.494.997,84 5 − Mpa Biên độ ứng suất trong thép DƯL ∆ = . . (ℎ − − ) 283,06
17 STT Tên Công thức Đơn vị Giá trị 6 Ứng suất tại chu kỳ N* ∆ Mpa 300,0 7 Tuổi thọ mỏi N 1.687.106 Bảng 3-2. Tuổi thọ mỏi đối với tà vẹt PCS2. Đơn STT Tên Công thức Giá trị vị 1 Tải trọng giới hạn trên với biên độ ứng suất ∆ 1 Pmax1 kN 159,0 2 Tải trọng giới hạn trên với biên độ ứng suất ∆ 2 Pmax2 kN 169,0 3 Tải trọng giới hạn trên với biên độ ứng suất ∆ 3 Pmax3 kN 179,0 4 Tải trọng giới hạn dưới Pmin kN 50,0 Ms1 = Mmax1 = Pmax1.0,25/2 kN. 5 Mô men uốn lớn nhất tại mặt cắt ứng với tải trọng Pmax1 19,875 m Ms2 = Mmax2 = Pmax2.0,25/2 kN. 6 Mô men uốn lớn nhất tại mặt cắt ứng với tải trọng Pmax2 21,125 m Ms3 = Mmax3 = Pmax3.0,25/2 kN. 7 Mô men uốn lớn nhất tại mặt cắt ứng với tải trọng Pmax3 22,375 m mm 35.090.82 8 Mô men quán tính có hiệu ứng với mô men Ms1 = +( − ). ( ) 4 1 8,8 mm 30.494.99 9 Mô men quán tính có hiệu ứng với mô men Ms2 = +( − ). ( ) 4 7,8 mm 26.869.29 10 Mô men quán tính có hiệu ứng với mô men Ms3 = +( − ). ( ) 4 5,8 1− Mp 11 Biên độ ứng suất trong thép DƯL ứng với Mmax1, Mmin ∆ 1= . . (ℎ − − 225,32 a − ∆ 2 = . . (ℎ − Mp 12 Biên độ ứng suất trong thép DƯL ứng với Mmax2, Mmin 283,06 a − ) − ∆ 3 = . . (ℎ − Mp 13 Biên độ ứng suất trong thép DƯL ứng với Mmax3, Mmin 348,26 a − ) ∆ Mp 14 Ứng suất tại chu kỳ N* 300,0 a N*1 13.149.57 15 Tuổi thọ mỏi ứng với biên độ ứng suất ∆ 1 6,8 16 Tuổi thọ mỏi ứng với biên độ ứng suất ∆ 2 N*2 1.687.106 N*3 474.367,4 17 Tuổi thọ mỏi ứng với biên độ ứng suất ∆ 3 6 18 Chọn chu kỳ gia tải với biên độ ứng suất ∆ 1 n1 500.000 19 Chọn chu kỳ gia tải với biên độ ứng suất ∆ 2 n2 500.000 ∗ 20 Chu kỳ gia tải với biên độ ứng suất ∆ 3 = . (1 − ∗ − ∗) 315.743 21 Tuổi thọ mỏi N=n1+n2+ 1.315.743 3.2.4. 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) Hình 3-2. Giao diện chương trình.