Nghiên cứu thiết kế tối ưu hình học kết cấu dải phân cách giữa bê tông cốt thép khi tác động va chạm với phương tiện giao thông trên đường cao tốc việt nam

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN ĐĂNG HUY NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU HÌNH HỌC KẾT CẤU DẢI PHÂN CÁCH GIỮA BÊ TÔNG CỐT THÉP KHI TÁC ĐỘNG VA CHẠM VỚI PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG TRÊN ĐƯỜNG CAO TỐC VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THÔNG Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN ĐĂNG HUY NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU HÌNH HỌC KẾT CẤU DẢI PHÂN CÁCH GIỮA BÊ TÔNG CỐT THÉP KHI TÁC ĐỘNG VA CHẠM VỚI PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG TRÊN ĐƯỜNG CAO TỐC VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình giao thơng Mã số: 60.58.02.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GVC.TS NGUYẾN VĂN MỸ TS HOÀNG TRỌNG LÂM Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn Trần Đăng Huy MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ LAN CAN PHÒNG HỘ TRÊN ĐƯỜNG 1.1 Mục đích bố trí lan can phòng hộ .4 1.2 Các vấn đề tồn tiêu chuẩn Việt Nam 1.3 Một số quy định lựa chọn lan can phòng hộ nước giới .7 1.4 Giới thiệu loại hình lan can phịng hộ bố trí đường cao tốc 10 1.4.1 Lan can phòng hộ cáp 10 1.4.2 Lan can phịng hộ thép hình 11 1.4.3 Lan can phòng hộ dạng lăn 12 1.4.4 Lan can phòng hộ cứng - Tường phòng hộ bê tông cốt thép (BTCT) 13 1.5 Tai nạn giao thơng liên quan đến lan can phịng hộ .15 1.5.1 Va chạm lan can phịng hộ bố trí lề 15 1.5.2 Va chạm lan can phòng hộ bố trí dải 17 1.6 Nhận xét 19 1.7 Kết luận Chương 19 1.7.1 Các vấn đề giải Chương 19 1.7.2 Vấn đề cần giải Chương 19 CHƯƠNG - LÝ THUYẾT VA CHẠM VÀ KỸ THUẬT MÔ PHỎNG XE KHÁCH VA CHẠM VỚI DẢI PHÂN CÁCH 21 2.1 Lý thuyết phần tử hữu hạn ứng dụng cho tốn mơ va chạm 21 2.1.1 Tổng quát Abaqus 21 2.1.2 Abaqus/Explicit 22 2.1.3 Sự khác biệt phương pháp giải ẩn 23 2.1.4 Sự ổn định tăng dần tự động theo thời gian 23 2.1.5 Cân lượng 26 2.2 Nghiên cứu kỹ thuật mô xe khách va chạm với dải phân cách phần mềm Abaqus CAE hãng Dassault Systèmes: 26 2.2.1 Giới thiệu chung 26 2.2.2 Kỹ thuật mơ tốn 28 2.3 Tính xác tốn phân tích 51 2.4 Kết luận Chương 52 2.4.1 Các vấn đề giải Chương 52 2.4.2 Vấn đề cần giải Chương 52 CHƯƠNG - NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT THIẾT KẾ HÌNH HỌC TỐI ƯU ĐỐI VỚI KẾT CẤU DẢI PHÂN CÁCH ÁP DỤNG CHO CÁC TUYẾN ĐƯỜNG CAO TỐC Ở VIỆT NAM 53 3.1 Đối tượng khảo sát 53 3.2 Thiết lập điều kiện thay đổi để mô thu kết để khảo sát .55 3.2.1 Sơ đồ thuật toán sử dụng để thực luận văn 55 3.2.2 Ma trận thay đổi điều kiện đầu vào tốn mơ thu kết để khảo sát 56 3.3 Tính đắn kết mô số thu so với kết tính lý thuyết 57 3.4 Khảo sát mơ hình, đề xuất tham số hình học tối ưu cho dải phân cách bê tông cốt thép .58 3.4.1 Khảo sát góc α 62 3.4.2 Khảo sát góc  65 3.5 Đánh giá kết đạt với hình thái dải phân cách bê tông cốt thép áp dụng 67 3.6 Kết luận Chương 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .70 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU HÌNH HỌC KẾT CẤU DẢI PHÂN CÁCH GIỮA BÊ TÔNG CỐT THÉP KHI TÁC ĐỘNG VA CHẠM VỚI PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG TRÊN ĐƯỜNG CAO TỐC VIỆT NAM Học viên: Trần Đăng Huy Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 60.58.0205, Khóa: 33 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt – Những năm gần đây, Việt Nam phát triển mạnh mẽ hệ thống đường cao tốc xuyên Quốc gia nhằm rút ngắn khoảng cách hành trình tăng tốc độ xe chạy tuyến Song song với nhiều tiêu chí thiết kế khác, tiêu chí quan trọng cần đạt thiết kế tối ưu mức độ an toàn lưu thơng tuyến đường có tốc độ cao cho phương tiện vận tải có Việt Nam cần xem xét thấu đáo Do đó, phạm vi luận văn tác giả đề cập đến chi tiết tương đối quan trọng với công tác nâng cao an toàn đường cao tốc phân tích diễn biến xảy sau có va chạm phương tiện lưu thơng đường với dải phân cách bê tông cốt thép Bằng việc khảo sát mơ mơ hình dải phân cách khác mơ hình xe khách chuyên chở số lượng lớn người, tác giả xây dựng mơ hình va chạm động, phân tích mối liên hệ hai chủ thể trên, thơng qua điều chỉnh thiết kế hình học dải phân cách nhằm giảm thiểu thiệt hại gây va chạm xe dải phân cách Dựa sở từ kết phân tích đến tổng hợp, lựa chọn thông số thiết kế kích thước hình học tiết diện tối ưu, theo hướng đảm bảo an toàn cho người phương tiện, kết đề tài nghiên cứu dùng làm thông số lựa chọn ban đầu cho nhà thiết kế nước sử dụng cho dự án tới triển khai Từ khóa – Tính tốn học, tối ưu hình học, phần tử hữu hạn FEM, va chạm dải phân cách giữa, phân tích động, cao tốc STUDY ON THE OPTIMAL GEOMETRY DESIGN OF REINFORCED CONCRETE MEDIAN BARRIER CENTER IN CONSIDERATION OF DYNAMIC COLLISION WITH VEHICLE ON VIETNAM EXPRESSWAY SYSTEM Abstract – In recent years, Vietnam has been strongly developing the transnational expressway system to shorten the distance and speed up the vehicle on the route In parallel with the design’s other goals, an important target is to achieve the optimal design of the safety level of traffic on these highspeed roads for existing vehicles in Vietnam which needs to be considered thoroughly Therefore, within the scope of this theosis, the theosis mentioned the relatively important details for improving the safety on the expressway is the analysis of possibility after having collision with on-road traffic vehicles and concrete median barrier By investigating and simulating the series of median barriers and bus vehicle, the writer will build a model of dynamic collision, analysing the behaviour of two above subjects, adjusting the geometry design of median barrier to minimize damage induced by the interaction between vehicles and barries Based on the results of the analysis, the design parameters of geometry of cross section in the direction of ensuring the most secure for people and means corresponding to the current traffic in Vietnam are recommended in the initial design stage for upcoming expressway projects Key words – Computational mechanics, geometry optimization, finite element, median barrier crash, dynamyc analysics, expressway project DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BGTVT Bộ giao thông vận tải FEM Phương pháp phần tử hữu hạn Is Mức độ nghiêm trọng va chạm (Impact Severity) MCN Mặt cắt ngang QL1A Đường Quốc lộ 1A TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang Chiều rộng tiêu chuẩn yếu tố mặt cắt ngang đường cao tốc theo TCVN 5729:2012 (m) Phân cấp lan can phòng hộ theo lượng va chạm (tiêu chuẩn Mỹ NCHRP 350 Roadside Design Guide 4th Edition) Phân cấp lan can phòng hộ đường cao tốc theo lượng va chạm (tiêu chuẩn Nhật Bản 1998 2004) Phân cấp lan can phòng hộ theo lượng va chạm (tiêu chuẩn Anh EN 1317 - 1998) Phân cấp lan can phòng hộ theo lượng va chạm (tiêu chuẩn Trung Quốc JTG/T D81-2006) Bảng so sánh số thông số xe mô xe thực tế Năng lượng va chạm thu sau mô thay đổi góc va chạm khác Ma trận trường hợp khảo sát để đưa vào phần mềm mô Độ sai lệch kết khảo sát lượng va chạm trung bình cấp vận tốc kết tính theo cơng thức lý thuyết khảo sát góc α Độ sai lệch kết khảo sát lượng va chạm trung bình cấp vận tốc kết tính theo cơng thức lý thuyết khảo sát góc  28 3.5 3.6 Diễn biến va chạm điển hình theo thời gian Năng lượng va chạm thu thay đổi góc α 59 62 3.7 Năng lượng thu thay đổi góc  65 3.8 Các kích thước hình học tối ưu 69 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2.1 3.1 3.2 3.3 3.4 8 54 56 58 58 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.20 1.21 1.22 2.1 Tên hình Trang Bố trí mặt cắt ngang đường cao tốc theo TCVN 5729:2012 Lan can phòng hộ cáp Căng chỉnh lực căng dây cáp hệ lan can phòng hộ cáp Lan can phịng hộ thép hình sóng đơn Một số loại lan can phịng hộ thép hình Lan can phịng hộ thép hình với sóng đơi Lan can phịng hộ lăn Lan can phòng hộ lăn Tường phòng hộ BTCT bố trí phần dải an tồn Lan can phịng hộ BTCT lắp ghép, bố trí phần dải Lan can phòng hộ BTCT đổ chỗ, bố trí phần dải Một số loại tường phịng hộ BTCT lề đất loại vát loại đỉnh bo trịn Một số cấu tạo móng tường phịng hộ BTCT lề đất đỉnh Một số loại lan can phịng hộ BTCT dải phân cách (loại tồn khối loại ghép khối) Xe va chạm với hộ lan cáp mềm, thiệt hại không đáng kể Xe đâm xun hộ lan tơn lượn sóng làm 01 người tử vong đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai Xe tải đâm qua tơn lượn sóng bị lật đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai Xe khách đâm hỏng tơn lượn sóng dạng W 02 lớp làm 03 người tử vong đèo Lò Xo vào ngày 16/6/2018 Xe đâm vào dải phân cách lật ngửa QL1A Xe khách đâm hỏng leo lên dải phân cách QL1A (vụ tai nạn xảy Diễn Châu – Nghệ An) Xe khách nổ lốp, đâm hỏng dải phân cách vượt qua đối diện QL1A (vụ tai nạn làm 02 người tử vong Nghi Xuân – Hà Tĩnh) Xe tải đâm hỏng dải phân cách bị lật QL1A (vụ tai nạn Thạch Hà – Hà Tĩnh) Sự khác phân tích tính tốn tốn phân tích ẩn 10 11 11 11 12 12 13 13 14 14 14 15 15 16 16 16 17 17 18 18 18 23 Số hiệu hình 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 2.23 2.24 2.25 2.26 2.27 2.28 2.29 2.30 Tên hình Logo khởi động phần mềm Abaqus CAE Sơ đồ khối tổng quát để thực tốn phân tích va chạm Mẫu xe Bus Hyundai Aero City Express D6HA30 Các kích thước hình học Phần mềm Ansa Version 13.1.2 Input file mơ hình 3D vào phần mềm Ansa Input file mơ hình 3D vào phần mềm Ansa Hoàn thiện việc chia lưới phần tử Xuất file sang phần mềm mô Abaqus Import mơ hình xe vào Abaqus Kết Import mơ hình xe 3D vào Abaqus Hình ảnh dải phân cách bê tơng cốt thép cao tốc Hình ảnh dải phân cách áp dụng tuyến cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi Tạo Part dùng công cụ để vẽ dải phân cách Mặt cắt ngang dải phân cách Chọn kéo dài mặt cắt để tạo mơ hình dải phân cách 3D Mơ hình dải phân cách 3D vẽ xong Bảng khai báo thuộc tính vật liệu, mặt cắt gán vật liệu cho mặt cắt Khai báo khối lượng riêng tính chất đàn hồi bê tơng Quan hệ stress – strain bê tông nén uốn Quan hệ stress – strain bê tông nén uốn mô vào phần mềm Quan hệ stress – strain bê tông nén uốn mô vào phần mềm Quan hệ stress – strain thép sử dụng cho xe khách Khai báo khối lượng riêng tính chất đàn hồi thép Quan hệ stress – strain thép kéo mô vào phần mềm Khai báo khối lượng riêng tính chất đàn hồi cao su Khai báo thuộc tính mặt cắt cho dải phân cách, gán vật liệu cho dạng mặt cắt bê tông khai báo Khai báo thuộc tính mặt cắt cho thép khung xe, gán vật liệu cho dạng mặt cắt thép khai báo Khai báo thuộc tính mặt cắt cho bánh xe, gán vật liệu cho dạng mặt Trang 27 27 29 29 30 30 31 31 32 32 33 33 34 34 35 35 35 36 36 37 37 38 38 39 39 40 40 41 41 ... CỦA TÁC GIẢ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU HÌNH HỌC KẾT CẤU DẢI PHÂN CÁCH GIỮA BÊ TÔNG CỐT THÉP KHI TÁC ĐỘNG VA CHẠM VỚI PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG TRÊN... HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN ĐĂNG HUY NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU HÌNH HỌC KẾT CẤU DẢI PHÂN CÁCH GIỮA BÊ TƠNG CỐT THÉP KHI TÁC ĐỘNG VA CHẠM VỚI PHƯƠNG TIỆN GIAO. .. tốn va chạm động thực tế Đánh giá ứng xử sau va chạm phương tiện tham gia giao thông dải phân cách bê tông đường cao tốc Đặt hướng nghiên cứu ứng dụng điều chỉnh thiết kế tối ưu dải phân cách bê