bộ giáo dục đào tạo trường đại học giao thông vận tải sở tính toán nội lực đường ray hàn liền đặt cầu luận văn thạc sỹ khkt chuyên ngành : xây dựng dường sắt Mà số : 60.58.35 Gv híng dÉn : pgs.ts ngun tïng Học viên : chu quang chiến Hà nội - 12 / 2005 giáo dục đào tạo trường đại học giao thông vận tải luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật Cơ sở tính toán nội lực đường ray hàn liền đặt cầu Gv hướng dẫn : pgs.ts ngun tïng Häc viªn : chu quang chiÕn môn đường sắt Lớp : cao học XD ctgt khoá 10 chuyên ngành : xây dựng đường sắt Hà nội - tháng 12 / 2005 giáo viên hướng dẫn Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật Chu Quang Chiến Lời nói đầu Đường ray hàn liền, hay gọi đường ray không khe nối, dạng hình kết cấu tiên tiến đường sắt, ưu việt so với loại hình đường sắt cũ Nhờ việc loại bỏ đa số mối nối ray mà nâng cao tốc độ chạy tàu, giảm lực cản chuyển động công tác tu sửa chữa thường xuyên tuyến đường sắt Đường sắt nước tiên tiến giới khu vực đà áp dụng loại hình kết cấu tương đối lâu đà thu kết hoàn toàn tốt đẹp Ngành đường sắt Việt Nam đà bắt đầu tập trung vào việc nghiên cứu xây dựng thí điểm đường ray hàn liền số đoạn thuộc tuyến đường sắt Thống Nhất Tuy nhiên vị trí đường sắt cầu chưa thi công ray hàn liền, mà phải đặt đường ray có khe nối Nguyên nhân thiếu sở tính toán cụ thể kết cấu đường ray hàn liền đặt cầu, chưa thể kiểm toán tính ổn định an toàn công trình Luận văn mong muốn đáp ứng nhu cầu cấp thiết Mục tiêu luận văn đưa sở tính toán nội lực đường ray hàn liền đặt cầu, từ phần xây dựng phương pháp tính toán đầy đủ kết cấu đường ray không khe nối đặt cầu, làm sở để lựa chọn thiết kế cấu kiện đường ray, tính toán lực gÃy ray trị số khe gÃy ray cho phép, kiểm toán cường độ ổn định đường ray mố trụ cầu Do nhiều hạn chế nhận thức điều kiện, luận văn xin giới hạn nghiên cứu sau: + Đường ray hàn liền đặt cầu vừa nhỏ, tức độ cầu nhỏ 60m + Kết cầu cầu dạng dầm giản đơn + Cầu thẳng phẳng Để hoàn thành luận văn này, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, PGS.TS Nguyễn Thanh Tùng đà tận tình hướng dẫn, cảm ơn thầy cô giáo môn Đường sắt Trường, bạn đồng nghiệp Nhà trường đà hết lòng dạy dỗ, giúp đỡ suốt trình học tập công tác Trang Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật Chu Quang Chiến Tuy nhiên Luận văn chắn chỗ thiếu sót, em xin phép Thầy cô bạn lượng thứ, đồng thời ®ãng gãp ý kiÕn ®Ĩ em cã thĨ sưa ch÷a hoàn thiện Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2005 Trang Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật Chu Quang Chiến Chương Khái quát 1.1 Tình hình phát triển đường ray hàn liền đặt cầu nước Trên giới nay, đường ray hàn liền đà hoàn toàn chứng tỏ ưu việt hẳn so với loại hình đường sắt có mối nối vốn đà tồn từ lâu Với ưu điểm bật nâng lên cao tốc độ chuyển động an toàn đoàn tàu, giảm đáng kể chi phí cho công tác tu bảo dưỡng thường xuyên tuyến đường hao mòn hư hỏng phận chuyển động đoàn tàu, việc nâng cấp tuyến đường sắt có mối nối trở thành đường sắt không khe nối (ray hàn liền) xu hướng tất yếu với tất nước 1.1.1 Tại Việt Nam Đường sắt Việt Nam đà xây dựng khai thác thời gian kỷ Trong suốt thời gian đó, kết cấu tâng đường sắt giữ nguyên cũ Nhưng nay, với phát triển mạnh mẽ kinh tế - xà hội, ngành đường sắt nước ta đà đối diện với yêu cầu cấp thiết: nâng cao tốc độ, tải trọng an toàn tiện nghi cho đoàn tàu, giảm thiểu công tác tu bảo dưỡng, sửa chữa kết cấu đường đầu máy toa xe Và theo xu hướng tất yếu, việc nghiên cứu tính toán, thiết kế, xây dựng sử dụng kết cấu đường sắt không khe nối vấn đề mang tính chiến lược, Đảng Nhà nước ta định hướng đầu tư thực cách khẩn trương Các công tác nghiên cứu, chuyển giao công nghệ có liên quan quan chuyên ngành tiến hành mạnh mẽ Hiện Đường sắt Việt Nam đà tiến hành lắp đặt đưa vào sử dụng thí điểm số đoạn tuyến với kết cấu đường sắt không khe nối tuyến đường sắt Thống Nhất Đó đoạn tuyến sau: - Khu gian Nông Sơn - Trà Kiệu, Lý trình Km 813+630 đến Km 824+777 dài 11,147 km thuộc tỉnh Quảng Nam - Đoạn tuyến đường sắt từ Km 175+000 đến Km 185+000 dài 10 km thuộc tỉnh Thanh Hoá Tuy nhiên vị trí đường sắt đặt cầu phải sử dụng đường ray có mối nối cũ mà chưa thể thi công hàn liền toàn Nguyên Trang Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật Chu Quang Chiến nhân nước ta thiếu công trình nghiên cứu chuyên sâu vần đề này, thiếu sở tính toán cụ thể kết cầu đường ray hàn liền đặt cầu, chưa thể kiểm toán tính ổn định an toàn công trình Để có định hướng hợp lý đắn công tác nghiên cứu lắp đặt, sử dụng kết cấu ray hàn liền đặt cầu, luận văn xin giới thiệu cách tổng quan tình hình phát triển đường ray không khe nối đặt cầu số nước tiÕn tiÕn trªn thÕ giíi 1.1.2 Trung Qc Trung Qc đất nước rộng lớn kề cận với nước ta, có nhiều điều kiện hoàn cảnh thực tế tương đồng Hệ thống đường sắt Trung Quốc mạng lưới lớn giới có vai trò đặc biệt kinh tế quốc dân Bắt đầu từ năm 60 kỷ 20, đường sắt Trung Quốc đà tiến hành hàng loạt thí nghiệm, nghiên cứu nguyên lý tác dụng qua lại ray dầm đường không khe nối cầu, đà sâu tìm hiểu lý chịu lực đường không khe nối cầu vừa nhỏ, cầu độ lớn, đà có cống hiến việc đề xuất lý luận phương pháp đặt đường không khe nèi, nh»m hoµn thiƯn lý ln vµ më réng việc đặt đường không khe nối Những năm 60 năm 70, đối tượng nghiên cứu chủ yếu dầm độ 32m Đà tiến hành thực đo cầu mô hình thí nghiệm lực co giÃn, lực uốn, tham số tính toán đường không khe nối dầm dầm bê tông cốt thÐp KÕt qu¶ thÝ nghiƯm cho thÊy, lùc co gi·n chịu ảnh hưởng biến đổi nhiệt độ, lực cản dọc đường, mà có liên quan tới độ cầu, tăng vô hạn độ số lượng độ tăng lên Qua biểu đồ phân bố lực co giÃn thấy lực cản dọc đường độ có điểm đổi dấu Điều phát làm cho việc nghiên cứu lý luận tác dụng qua lại ray dầm, xây dựng phương pháp tính lực co giÃn Thí nghiệm phát thấy, tác dụng tải trọng đoàn tàu, dầm bị uốn, mép cánh dầm sinh chuyển vị dọc làm ray bị uốn Dầm đỡ trên, độ 32m, lượng chuyển vị đầu cố định 7mm, lực kéo dọc ray khoảng 100kN, lực dọc đầu di động tương đối nhỏ Chênh lệch Trang Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật Chu Quang Chiến lực dọc hai đầu ray độ cầu gây phản lực tác dụng lại dầm truyền sang mố trụ Phát báo cho biết thiết kế cầu, đường xem nhẹ tác dụng lực uốn Thông qua việc đo thử lực dọc, sở nghiên cứu nguyên lý tác dụng qua lại ray dầm đà xây dựng lý luận tính toán phương pháp tính toán lực co giÃn, lực uốn cong đường không khe nối cầu vừa nhỏ Qua kiểm nghiệm đặt đường thực tế, nguyên lý phương pháp đà thừa nhận áp dụng rộng rÃi năm 80 Đường sắt Trung Quốc vào năm 80 bắt đầu nghiên cứu chuyển vị đỉnh mố cầu cao, đà tiến hành đo thử tổng hợp thực tế cầu lực dọc chuyển vị dầm, mố trụ, đường ray; đà hoàn thành việc nghiên cứu phương pháp tính toán tổng hợp chuyển vị đỉnh mố, đặt sở cho việc tính toán lực dọc dầm cầu độ lớn, cầu mố trụ cao Trước vào năm 60, bắt đầu đặt đường không khe nối cầu độ lớn, đà tiến hành nghiên cứu mối quan hệ biến dạng lực dọc ray tác dụng tải trọng đoàn tàu, thay đổi nhiệt độ hệ mặt cầu độ lớn, đồng thời xây dựng phương pháp tính toán lực uốn, lực co giÃn, sau tiếp tục tiến hành đặt đường không khe nối cầu lớn Vũ Hán, Nam Kinh, Cửu Giang Trên sở nghiên cứu thí nghiệm thực tiễn đặt đường không khe nối cầu nói trên, đường sắt Trung Quốc đà xây dựng phương pháp tính toán lực dọc phương pháp thiết kế kết cấu đường không khe nối tương đối hoàn chỉnh cho cầu giản đơn dầm liên tục Đồng thời đà tiến hành tổng kết thành tựu nghiên cứu khoa học kinh nghiệm thực tiễn đặt đường không khe nối cầu có ®é lín vµ võa, ®Õn ®· sư dơng réng rÃi việc đặt đường không khe nối cầu lớn trung Từ năm 90 trở lại đây, xây dựng quy phạm thiết kế cầu theo lý luận tin cậy, đà tiến hành phân tích thống kê khối lượng lớn số liệu lực uốn, lực co giÃn đo đạc cầu thực tế, đà rút đặc trưng thống kê lực co giÃn, lực uốn tham số có liên quan, để đưa cứ, số liệu dự trữ đường không khe nối thiết kế cầu Trong năm gần đây, kết hợp với công trình thực tế, đường sắt Trung Quốc nghiên cứu tải trọng dự trữ đường không khe nối cầu kết cấu đường không khe nối cầu tuyến đường trục xây dựng Vì cầu xây dựng sử dụng kiểu cầu mới, việc Trang Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật Chu Quang Chiến nghiên cứu đường không khe nối cầu cần vấn đề sâu hơn, ®ång thêi cịng thóc ®Èy sù ph¸t triĨn kü tht đường không khe nối cầu vào sâu Cầu thứ hai bắc qua sông Tiền Đường cầu nhiều nhịp dầm liên tục bê tông cốt thép, để đặt đường không khe nối, đồng thời giảm bớt phụ tải mố hÃm, đà có ý tưởng lợi dụng lực dọc ngược hướng ray hộ bánh hàn nối ®Ĩ c©n b»ng víi lùc däc ray chÝnh ý tëng khâu đột phá kỹ thuật đặt đường không khe nối cầu Những thành tựu đà ứng dụng "Quy định tạm thời thiết kế đường, cầu, hầm, ga tuyến đường sắt chuyên dụng vận chuyển hành khách tốc độ 200 km/h" "Quy định tạm thời thiết kế đường, cầu, hầm, ga đường sắt cao tốc 300 km/h" Thực tiễn gần 30 năm đường sắt cầu Trung Quốc ®· chøng tá hiƯu qu¶ kinh tÕ kü tht rÊt rõ ràng Độ an toàn, đáng tin cậy đà ngành khai thác thừa nhận Việc nghiên cứu ứng dụng đường không khe nối cầu Trung Quốc đà bắt đầu tương đối sớm, chưa kịp thời đưa vào quy phạm, nên đà ảnh hưởng đến việc ứng dụng rộng rÃi ngành cầu đường Không trường hợp thiết kế cầu tuyến mới, chưa xét tới lực dọc sinh đặt đường không khe nối Do đường sắt cao tốc phát triển, cầu đặt đường không khe nối, nên đường sắt Trung Quốc coi trọng vấn đền lực dọc đường không khe nối cầu hoàn thiện phương pháp tính toán lực dọc đường không khe nối cầu 1.1.3 Nhật Bản Đầu năm 60, Nhật Bản đà bắt đầu nghiên cứu tính toán lực co giÃn ray cầu, nước ý Nhật Bản quy định điều kiện kỹ thuật đặt đường không khe nối loại độ cầu, thiết kế mố trụ cầu xét đến tác dụng lực dọc Các cầu đường xây dựng đặt đường không khe nối Khi đặt đường không khe nối cầu, Nhật Bản vào chiều dài cầu, chiều dài dầm để bố trí trụ cầu, bố trí thiết bị điều chỉnh co giÃn lực dọc đường cầu Trên cầu tà vẹt gỗ, cầu hở cầu có độ 60m 60m bố trí thiết bị điều chỉnh co giÃn đầu dầm hoạt động Hành trình động thiết bị co giÃn 62,5mm, 100mm, 200mm Trang Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật Chu Quang Chiến cầu có độ 60m cầu dài 60m, gối cố định gối di động hai độ liền kề đặt trụ, lực cản dọc đường lấy 15 kN/m đường Đối với cầu thép độ 25m 25m, cầu dài không qúa 70m lực cản dọc đường tăng lên theo chiều dài cầu, lấy 0,5 ữ 10 kN/m đường, chiều dài cầu dầm Trên cầu lấy trị số lực cản Trị số khe đứt gÃy ray cho phép cầu: ray 50 kg/m lµ 50 mm, ray 60 kg/m lµ 69 mm Hä nhận thấy cầu cao cầu kết cấu cứng mà dùng kết cấu đường cần có phương pháp tính toán lực dọc tương ứng 1.1.4 Cộng hoà liên bang Đức Đức nước sớm phát triển đường sắt cao tốc Các cầu đường sắt cao tốc vượt qua khe núi, để đáp ứng nhu cầu chạy tốc độ cao, không bố trí đầu nối cầu, không độ cầu không vượt 30m Các tham số chủ yếu điều kiện đặt đường quy định sau: Các tham số lực cản dọc đường lực co giÃn tính toán: mùa hạ 20 kN/m đường; mùa đông 30kN/m đường; chênh lệch nhiệt độ dầm: dầm bê tông cốt thép dầm kết hợp 300C Cầu có đá dùng tà vẹt bê tông nặng B70, dài 2,6m, cấu kiện nối giữ VOSSLOH, bề rộng vai đá 500 mm, chiều dày đệm đường tà vẹt 300 mm Chiều dài độ nhiệt độ cầu có bố trí thiết bị co giÃn: dầm bê tông 180m, dầm thép 120m Hành trình động thiết bị co giÃn 200, 340, 500, 830 mm Chiều dài tối đa dầm giản đơn nhiều nhịp đường không khe nối 60m; theo kết cấu chia cầu cao cầu qua khe núi Cầu cao đường đơn độ tương đối ngắn, khoảng 30m, thân trụ thấp khoảng 15m Cầu khe núi, độ 44 - 60m, trụ tương đôi cao Khi tính toán lực dọc, cần xét tới độ cứng thân trụ móng Tác dụng truyền lực dọc đệm đường có liên quan tới lực cản dọc đệm đường Lực kéo lực hÃm, cầu dài, phần thông qua đệm đường truyền sang dầm sang gối bệ trụ, phần ray phải chịu Trang Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật Chu Quang Chiến Bất kỳ cầu tuyến đường đơn hay đường đôi, tính lực gÃy ray ray gÃy Trang 63 Luận văn Thạc sü khoa häc kü thuËt Chu Quang ChiÕn ch¬ng Kiểm toán đường cầu 3.1 Điều kiện tải trọng tổ hợp tải trọng Các lực nhiệt độ, lực co giÃn mà đường không khe nối tác dụng lên cầu lực dọc tác dụng thường xuyên lên cầu, tính toán lực chính, lực gÃy ray lực hÃm, lực dọc tác dụng ngẫu nhiên, tính lực đặc thù Khi kiểm toán đường cầu, tính chất phi tuyến tính lực dọc đường không khe nối cầu, lực co giÃn lực uốn không gộp chồng nên chọn hai lực lấy lực lớn tham gia vào việc tính toán; lực gÃy ray lực co giÃn, lực uốn không gộp chồng được, phải tính toán riêng Các loại lực dọc đường không khe nối tác dụng lên trụ, gối hiệu lực dọc hai đầu ray dầm nhịp liên dầm 3.1.1 Khu cố định đường không khe nối bố trí cầu, điều kiện tải trọng cầu đường đơn Một ray gÃy, ray chịu lực co giÃn hai ray chịu lực co giÃn hình 3-1 (a) Hình 3-1 Tổ hợp tải trọng mố trụ cầu đường đơn Trang 64 Luận văn Thạc sü khoa häc kü tht Chu Quang ChiÕn KiĨm to¸n trụ biên mố trụ có gối cố định, sau trụ có tải trọng đoàn tàu tác dụng T = T1 + T3 lực + lực đặc thù lực T = 2T Trong công thức: T - Lực dọc tác dụng lên trụ gối cố định T - Lực co giÃn ray tác dụng lên trụ gối cố định T - Lực gÃy ray ray tác dụng lên trụ gối cố định Nhịp I có tải trọng đoàn tàu tác dụng, hai ray nhịp II chịu lực uốn trước đầu máy có ray gÃy, hình 3-1(b) Kiểm toán trụ A mố: T = 2T lực lực + lực đặc thù T = T + T 3 Nhịp I có tác dụng tải trọng đoàn tàu, hai ray nhịp I chịu lực uốn lực hÃm đoàn tàu hình 3-1(b), kiểm toán trụ B mố: T = 2T' lùc chÝnh lùc chÝnh + lùc phô gia hc T = 2T' + 2T Trong công thức: T' - lực uốn ray tác dụng lên trụ phía tàu gối cố định T - lực hÃm ray tác dụng lên trụ gối cố định Nhưng 2T' + 2T lớn tổng lực cản dọc đường toàn độ lấy tổng lực cản dọc đường toàn độ Tổng lực cản dọc đường toàn nhịp biểu thị Q, tính cách lấy lực cản dọc p tác dụng đoàn tàu nhân với chiều dài nhịp dầm: Q = p l Căn theo nhiều tài liệu tính toán, p tìm gần biểu 2-2 Khi l = 40 m 40 m, z biĨu 2-2 lÊy lµ 0,35 cm ®Ó tÝnh Khi l = 32 m, z biÓu 5-2-5 lấy 0,30 cm để tính Khi l = 25 m, z biĨu 5-2-5 lÊy lµ 0,25 cm để tính 3.1.2 Khu cố định đường không khe nối bố trí cầu, điều kiện tải trọng cầu đường đôi Gối cố định gối di động hai đường bố trí mặt cắt hình 3-2(a) Trang 65 Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật Chu Quang Chiến Hình3-2 Tổ hợp tải trọng mố trụ cầu đường đôi Trang 66 Luận văn Thạc sü khoa häc kü tht Chu Quang ChiÕn KiĨm to¸n sau: a Trên tuyến, phía trước đầu máy, hai ray chịu lực uốn, tuyến ray bị gÃy ray chịu lực co giÃn hai ray chịu lực co giÃn hình 3-2(a) Kiểm toán trụ bên đài (bệ mố) Trụ bên: T = 2T + T + T lùc + lực đặc thù lực hoặc: T = 2T + 2T Đài (mố) T = 2T + β(T + T ) hc T = β.2T + 2T Trong c«ng thøc: lùc + lực đặc thù lực - tỷ lệ phần trăm (%) mà gối di động chịu toàn lực dọc Trong hình 3-2(a): tuyến, phía trước đầu máy có ray gÃy, ray chịu lực uốn, tuyến hai ray chịu lực co giÃn Kiểm toán trụ mố Trụ bên: T = 2T + T + T lực + lực đặc thù Mố: T = .2T + T + T lùc chÝnh + lực đặc thù Tình trên, mố trụ có tác dụng tải trọng đoàn tàu, xem đường nét đứt hình b Trên hai tuyến có tác dụng tải trọng đoàn tàu, trước tàu có ray gÃy tuyến có hÃm hình 3-2(b) Kiểm to¸n trơ B lùc chÝnh T = 2T + 2T' lực + lực đặc thù T = T + T + 2T' lùc + lực đặc thù T = 2T + 2T' + T Khi 2T' + 2T > Q lấy trị số Q c Trên tuyến, phía trước tàu hai ray chịu lực uốn, tuyến có hÃm đuôi tàu hình 3-2(c) Kiểm toán trụ B lực + lực ®Ỉc thï T = 2T + 2T d Trên tuyến, tàu hÃm ngược, tuyến hai ray chịu lực co giÃn hình 3-2(a) biểu thị đường đứt nét Kiểm tra trụ bên mố Trơ bªn: T = 2T + 2T lùc chÝnh + lùc phô gia Mè: T = 2T + 2β(T + T' ) lùc chÝnh + lùc phơ gia Trong c«ng thøc: T' - lùc hÃm mố Gối cố định gối di động cầu hai tuyến bố trí tiết diện Kiểm toán trường hợp sau đay: Trang 67 Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật Chu Quang Chiến - Không có tác dụng tải trọng đoàn tàu, ray chịu lực co giÃn, ray gÃy Kiểm toán trụ bên mố, phía sau mố có tải trọng đoàn tàu T = 4T lực lực + lực đặc thï hc T = 3T + T - Hai tuyến có tải trọng tàu, tuyến phía trước tàu, hai ray chịu lực uốn, tuyến kia, đuôi tàu có hÃm Kiểm toán trụ B mè nh h×nh 3-2(d) T = 2T + 2T - Tải trọng đoàn tàu hai tuyến tác dụng lên nhịp, có tuyến chạy ngược, phía trước có ray gÃy tun cã h·m Trơ A hc mè: T = 4T lùc chÝnh hc T = 3T + T lực + lực đặc thù Trụ B mè: T = 4T' lùc chÝnh hc T = 2T + 2T' + 2T' lùc chÝnh + lùc phô gia Khi 2T' + 2T' > Q lÊy trÞ sè cđa Q 3.1.3 Khu co giÃn đường không khe nối bố trí cầu Trường hợp khu co giÃn đường không khe nối bố trí cầu, nhịp cầu, trụ cầu, gối cố định khu co giÃn chịu lực nhiệt độ lớn Trị số lấy tổng lực cản dọc toàn nhịp để tính: Mố trụ đường đơn: T = 2pl lực Mố trụ đường đôi: T = 4pl lực chÝnh (khi chiÒu lùc co gi·n ray hai tuyÕn cïng chiều) Khi kiểm toán mố cầu, tính phía sau mố có tác dụng tải trọng đoàn tàu Trong công thức trên, p lấy trị số số biểu 2-1 3.2 Kiểm toán cường độ ổn định đường ứng suất ray đường không khe nối cầu bao gåm øng st ®éng, øng st nhiƯt ®é, øng st co giÃn ứng suất uốn Do kết tính toán lực co giÃn lực uốn biết, nhiệt độ thấp mố trụ, đầu di động, ray sinh lực kéo co giÃn lớn nhất, gối cố định dầm, ray sinh lực kéo uốn lớn Những phận điều Trang 68 Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật Chu Quang Chiến kiện khống chế kiểm toán cường độ ray Khi nhiệt độ cao, mố trụ đầu di ®éng ray sinh lùc nÐn co gi·n lín nhÊt, mố trụ đầu di động cầu điều kiện khống chế kiểm toán ổn định đường Điều kiện kiểm toán cường độ đường tổng ứng suất không dược vượt ứng suất cho phép ray, tức là: Đế ray: gd + σ t1 + σ n1 (hc σ s ) ≤ [] đầu ray: zd + t2 + n2 (hoặc s ) [] (3-1) Điều kiện kiểm toán ổn định đường ray là: tổng lực nén nhiệt độ lực nén co giÃn không vượt lực nén cho phép ổn định, tức là: P' t2 + P s ≤ [P t ] Trong c«ng thøc: (3-2) σ gd , σ zd - øng suÊt uốn động đế ray đầu ray t1 , t2 - ứng suất kéo nhiệt độ øng st nÐn nhiƯt ®é cđa ray σ n1 , (σ n2 ) (σ s ) - øng suÊt kÐo (nÐn) n hc øng st co gi·n [σ] - øng suÊt cho phÐp cña ray P' t2 - lùc nÐn nhiƯt ®é ray (tÝnh cho ray) P s - lùc nÐn co gi·n cña ray (tÝnh cho ray) [P t ] - lùc nÐn cho phÐp cđa ®êng NÕu biÕt [σ], σ gd , σ zd , σ n1 , n2 , s từ công thức (3-1) tính trị số biên độ tăng nhiệt độ, hạ nhiệt độ lớn theo điều kiƯn cêng ®é ∆t = ∆t = [σ ] − σ gd − σ n1 (hoacσ s ) Eα [σ ] − σ zd − σ n (hoacσ s ) Eα NÕu biÕt P t vµ P s từ công thức (3-2), tính trị số biên độ tăng nhiệt độ cho phép t' theo ®iỊu kiƯn ỉn ®Þnh: ∆t' = [ P] − Ps EFα Tõ ∆t , ∆t , t' xác định nhiệt độ khoá ray đường không khe nối cầu Cũng cần nêu mố trụ đầu di động, ray sinh lùc nÐn co gi·n lµm cho lùc nÐn däc cđa đường không khe nối tăng cao cục Nếu lực nén dọc để thiết kế biên độ tăng nhiệt độ thiết kế làm cho nhiệt độ khoá ray cầu cao đường cầu, lợi cho việc khống chế khe gÃy ray Vì nhiệt độ khoá ray đường không Trang 69 Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật Chu Quang Chiến khe nối cầu cần cố gắng nhiệt độ khoá ray khu gian cầu Để đảm bảo tính ổn định đường, nơi áp lực cục tương đối cao, mố trụ đầu di động, sử dụng biện pháp gia cường đường chống lại biến dạng ngang 3.3 Kiểm toán dầm, gối, mố trụ 3.3.1 Kiểm toán dầm Lực dọc đường không khe nối tác dụng lên dầm, chủ yếu dầm chủ chịu, làm dầm chủ sản sinh biến dạng ứng suất phụ gia, không lớn, bỏ qua, không cần kiểm toán 3.3.2 Kiểm toán gối Căn lực dọc tổ hợp lớn (lực dọc lớn mà gối cố định chịu lực dọc tổ hợp lớn nhất) để kiểm toán cường độ chống cắt bu lông gối cố định Điều kiện cường độ chống cắt bu lông gối là: r= T [r] nF (3-3) Trong công thức: r - ứng suất cắt tính toán nF - diện tích mặt cắt n bu lông T - lùc däc lín nhÊt [r] - øng st c¾t cho phÐp 3.3.3 KiĨm to¸n mè trơ C¸c mè trơ b»ng đất, bê tông xây đá cần kiểm toán ổn định thân trụ, độ lệch tâm hợp lực thân trụ đế trụ, ổn định uốn dọc thân mố trụ, ổn định nghiêng thân trụ v.v Đối với trụ đặc cao, trụ rỗng loại trụ nhẹ khác phải kiểm toán chuyển vị nằm ngang đàn hồi đỉnh trụ v.v Mố trụ bê tông cốt thép cần kiểm toán ứng suất kéo cốt thép theo phương pháp ứng suất cho phép Giả sử lệch tâm cho phép trụ e thì: Lực chÝnh: e ≤ 0,5y Lùc chÝnh + lùc phô gia: e 0,6y Trang 70 Luận văn Thạc sü khoa häc kü thuËt Chu Quang ChiÕn Lùc chÝnh + lực đặc thù: e 0,7y y cự ly từ trọng tâm mặt cắt đại diện đén mép ứng suất lớn Trang 71 Luận văn Thạc sü khoa häc kü thuËt Chu Quang ChiÕn KÕt luËn kiến nghị Với mục tiêu xây dựng kết cấu đường sắt không khe nối cầu, làm sở để nâng cao tốc độ chạy tàu tiện nghi cho hành khách, luận văn đà sâu nghiên cứu vào sở lý thuyết tính toán nội lực kết cấu đường ray hàn liền đặt cầu vừa nhỏ, lấy làm để lựa chọn loại hình kết cấu tâng đường sắt đặt cầu kiểm toán đảm bảo làm việc an toàn kết cấu trình khai thác Kết cấu đường không khe nối đặt cầu rõ ràng phức tạp nhiều đặt đất bình thường Ngoài việc chịu nội lực sinh tải trọng tác dụng, kết cấu đường ray dầm cầu mố trụ cầu phải chịu thêm lực phụ gia khác, lực co giÃn nhiệt độ dầm cầu (lực co giÃn), lực dầm bị uốn tác dụng tải trọng sinh chuyển vị (lực uốn), lực ray bị gÃy cầu lùc h·m tµu v.v Khi thùc hiƯn viƯc hàn liên tục ray đặt cầu, rõ ràng phải tính toán đầy đủ giá trị tính chất làm việc loại lực phụ gia nói Luận văn đà tập trung vào hai phương pháp tính lực phụ gia lực co giÃn lực uốn Đây hai loại lực phụ gia quan trọng nhất, có ảnh hưởng sâu sắc đến trình lựa chọn kiểm toán kết cấu đường đặt cầu Hơn nữa, luận văn đà xây dựng ví dụ tính toán cụ thể với trường hợp khác kết cấu đường - cầu, đưa kết rõ ràng đáng tin cậy Qua trình làm việc, nghiên cứu tương đối lâu kỹ càng, đồng thời có tham khảo tài liệu số nước khác, xin kiÕn nghÞ mét sè ý kiÕn chđ u sau thiết kế kết cấu đường không khe nối đặt cầu: Nói chung cầu vừa nhỏ, nên bố trí thiết kế khu vực cố định đường không khe nối Khi bố trí khu co giÃn cầu, ray dài cần bố trí khu giảm xung thiết bị điều tiết co giÃn ray Để đề phòng ray dài chạy, khoá ray thành đoạn khoá hai đầu ray dài Lực cản dọc đường khu vực khoá nói chung không thấp lực cản dọc khu vực co giÃn đường không khe nối khu gian xác định theo thiết kế riêng Trang 72 Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật Chu Quang Chiến Để giảm bớt lực tác dụng tương hỗ dầm ray, trị số khe gÃy ray, cần phải chọn tốt trị số lực cản dọc phương thức bố trí cấu kiện nối giữ ray cầu Việc bố trí cấu kiện nối giữ ray cầu kết cấu thép có áp dụng cách giảm mô men xoắn mũ ốc để giảm lực ép giữ bố trí theo thứ tự có nới lỏng, có xiết chặt, nói chung dùng 1-n-1, tức cách cấu kiện xiết chặt vào đế ray lại có n cấu kiện không xiết chặt đế ray Cấu kiện nối giữ đường cầu có liểu tách rời K cấu kiện thiết kế riêng Cấu kiện nối giữ kiểu K hình (3-2) Hình 3-2 Bố trí cấu kiện giữ ray xiết chặt không xiết chặt vào đế ray Cố gắng tăng chiều ray ray hàn cầu, giảm bớt việc hàn nối cầu phụ cận, sử dụng phương pháp hàn mà chất lượng không cao hàn nhiệt nhôm hay hàn hồ quang điện Nâng cao chỉnh thể êm thuận đường đề thích ứng với nhu cầu vận tải tốc độ cao tải trọng lớn Khi thiết kế kết cấu đường không khe nối cầu cần phải ý cho thuận tiện tu bảo dưỡng cầu phận kết cấu tầng trên, đồng thời dễ dàng bổ sung thay phận không đạt chất lượng yêu cầu Đối với việc kiểm toán cường độ ổn định đường không khe nối cầu nên sử dụng hệ số an toàn lớn so với đường khu gian, vị làm việc kế cấu đường không khe nối cầu phức tạp nhiều Việc áp dụng hình thức đường không khe nối cầu thường đặt cần phải nâng cao tốc độ chạy tàu tuyến nói chung cầu nói riêng Tuy nhiên yêu cầu đường không khe nối Trang 73 Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật Chu Quang Chiến cầu có ưu điểm lín so víi ®êng cã khe nèi Do vËy nÕu đường khu gian đà đường không khe nối nên tiến hành tính toán lắp đặt đường không khe nói cầu, tạo nên đồng kết cấu điều kiện chạy tàu toàn tuyến đường Đối với tuyến đường sắt đô thị chạy cao, khuyến nghị sử dụng kết cấu đường không khe nối, đề giảm tiếng ồn đoàn tàu chuyển động, nâng cao tiện nghi êm thuận cho hành khách, đồng thời giảm thiểu công tác tu bảo dưỡng sau này, công tác gặp nhiều khó khăn điều kiện chạy tàu dày đặc liên tục, điều kiện thi công đô thị gặp nhiều khó khăn phức tạp Tuy nhiên luận văn hạn chế nội dung nghiên cứu loại hình cầu có độ vừa nhỏ Đối với cầu có độ lớn kết cấu dầm liên tục rõ ràng việc nghiên cứu phức tạp nhiều Tin tương lai, trình độ hiểu biết đà nâng cao có đủ điều kiện thuận lợi khác, vấn đề giải cách đầy đủ trọn vẹn Rất hy vọng nội dung luận văn áp dụng vào thực tiễn ngành đường sắt nước ta Trang 74 Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật Chu Quang Chiến Tài liệu tham khảo - PGS.TS Nguyễn Thanh Tùng (Chủ biên) tác giả - "Kết cấu tầng đường sắt" - Trường Đại häc GTVT - 1996 - PGS.TS NguyÔn Thanh Tïng - Bài giảng "Nguyên lý tính đường ray không mèi mèi thùc dơng" - Hµ Néi - 2003 - QuÃng Trung Thạch, Cao Tuệ An - "Đường sắt không khe nối" (tiếng Trung Quốc) - NXB Đường sắt TQ - Bắc Kinh 2001 - Giáo trình "Cầu thép", "Cầu bê tông" - Trường Đại học GTVT - Hồ sơ "Thiết kế kỹ thuật thi công" đường ray không khe nối đường sắt Thống Nhất, khu gian Nông Sơn - Trà Kiệu, tỉnh Quảng Nam Tổng Công ty Đường sắt Việt Nam - 2004 - Hồ sơ thiết kế "Báo cáo nghiên cứu khả thi" - Dự án nâng cấp đường sắt có kết hợp hàn ray đoạn Km175+000 - Km185+000 đường sắt Hà Nội - TP Hồ Chí Minh - Công ty Tư vấn đầu tư xây dựng - 2004 Trang 75 Luận văn Thạc sỹ khoa häc kü thuËt Chu Quang ChiÕn môc lôc Môc Néi dung lời nói đầu Trang Chương Khái quát 1.1 Tình hình phát triển đường ray hàn liền đặt cầu nước 1.1.1 Tại ViƯt Nam 1.1.2 Trung Qc 1.1.3 NhËt B¶n 1.1.4 Céng hoà liên bang Đức 1.1.5 Hoa Kỳ 1.1.6 Cộng hoà liên bang Nga 1.2 Nguyên tắc thiết kế phân loại đường ray hàn liền cầu 1.2.1 Nguyên tắc thiết kế 1.2.2 Phân loại thiết kế 1.2.3 Các giả thiết thiết kế 1.3 Nguyên lý phương trình vi phân Chương Tính toán lực dọc đường ray hàn liền đặt cầu 9 10 10 15 2.1 2.1.1 2.1.2 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 15 15 16 21 21 21 27 29 2.2.5 2.3 2.3.1 2.3.2 TÝnh to¸n c¸c tham số Chênh lệch nhiệt độ dầm Lực cản dọc đường Tính toán lực co giÃn tác dụng nhiệt độ Các giả thiết Tính toán lùc co gi·n lùc däc lµ h»ng sè TÝnh toán lực co giÃn lực cản dọc biến số Sự phân bố lực co giÃn khu cố định đường không khe nối đặt cầu dầm giản đơn nhiều độ Khu co giÃn đường không khe nối bố trí cầu Tính toán lực uốn tác dụng tải trọng Sự hình thành quy luật phân bố lực uốn Nguyên lý tính toán lực uốn Trang 76 8 31 33 33 38 Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuËt Chu Quang ChiÕn 2.4 2.4.1 2.4.2 ThÝ dô tÝnh toán lực dọc đường ray hàn liền đặt cầu ThÝ dô 1: TÝnh lùc co gi·n sù thay ®ỉi nhiƯt ®é ThÝ dơ 2: TÝnh lùc n dầm có tác dụng tải trọng đoàn tàu 2.4.3 Thí dụ 3: Tính toán lực uốn tải trọng đoàn tàu tác dụng lên hai độ 2.5 Tính toán khe gÃy ray lực gÃy ray 2.5.1 TÝnh khe g·y 2.5.2 TrÞ sè cho phÐp cđa khe gÃy 2.5.3 Lực gÃy ray cầu phải chịu Chương Kiểm toán đường cầu 48 48 52 3.1 3.1.1 64 64 3.1.2 3.1.3 3.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 §iỊu kiện tải trọng tổ hợp tải trọng Khu cố định đường không khe nối bố trí cầu, điều kiện tải trọng cầu đường đơn Khu cố định đường không khe nối bố trí cầu, điều kiện tải trọng cầu đường đôi Khu co giÃn đường không khe nối bố trí cầu Kiểm toán cường độ ổn định đường Kiểm toán dầm, gối, mố trụ Kiểm toán dầm Kiểm toán gối Kiểm toán mố trụ 56 59 59 61 62 64 65 KÕt luËn vµ kiến nghị 68 68 70 70 70 70 72 Tài liƯu tham kh¶o 75 Trang 77