Tính toán giá trị nhiệt độ biến thiên cho phép [ t ] , nhiệt độ đặt đờng [t đmax , t đmin ] v nhiệt độ khóa đờng [t k ] của đờng sắt không mối nối trên Tuyến đờng sắt H Nội - TP HCM pgs. TS. nguyễn thanh tùng Bộ môn Đờng sắt - ĐH GTVT Tóm tắt: Bi báo đề cập đến vấn đề công nghệ thi công đặt ray hn liền đảm bảo ổn định khi nhiệt độ thay đổi. Bởi vậy cần tính toán sự biến thiên của nhiệt độ [ t], nhiệt độ đặt ray t dmax , t dmin của từng vùng có khí hậu thay đổi trên tuyến đờng sắt H nội - Thnh phố Hồ Chí Minh. Summary: The article mentions on executive technology for laying seamlees rails, ensuring stability in changed temperature. Thus, it's neccessary to calculate temperature variation ( t), road-lock temperature (t k ), maximum and minimum railing temperatures (td max , td min ) of each changed climate region along Hanoi - Hochiminh city railway. h chúng ta đã biết, việc sử dụng kết cấu đờng sắt không mối nối (ĐSKMN) trong chạy tàu trên đờng sắt cần đặc biệt quan tâm đến yêu cầu về ổn định, trong đó ổn định tĩnh dới tác dụng của lực nhiệt độ (P t ) đóng vai trò quan trọng. Về mặt kỹ thuật, ổn định tĩnh dới tác dụng của lực nhiệt độ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có yếu tố cơ bản phải kể đến là: N - Điều kiện bình đồ: chủ yếu là bán kính cong (R) và sai lệch ngang ngẫu nhiên ban đầu của đờng (V = V(x)). - Điều kiện về kết cấu tầng trên, chủ yếu bao gồm: Khung ray - Tà vẹt: Đợc thể hiện qua độ cứng chống uốn theo phơng ngang của đờng (EJ) và độ hao mòn ray. Phụ kiện liên kết ray với tà vẹt: Thể hiện thông qua giá trị trung bình của hệ số mô men cản ray quay trên tà vẹt (m o ). Loại tà vẹt, lớp đệm đàn hồi: Thể hiện qua giá trị trung bình của mô đun đàn hồi nền theo phơng ngang (m u ). - Điều kiện nhiệt độ cho phép trong công nghệ đặt đờng, bao gồm: Nhiệt độ biến thiên cho phép [ t ] ứng với bình đồ tuyến và kết cấu tầng trên của đờng. Nhiệt độ đặt đờng lớn nhất (t đmax ), nhỏ nhất (t đmin ) ở từng khu vực tuyến đi qua. Nhiệt độ khóa đờng (t k ). Sự hình thành 3 loại nhiệt độ trên là do hàn liền ray khi nhiệt độ càng tăng hoặc giảm thì ray càng giãn nở hoặc co nhiều hơn trong một đoạn co giãn (đoạn AB). Trong đoạn co giãn AB có trị số phản lực dọc (p) của lớp đá ba lát, là hằng số không tính đến độ lớn của độ dịch chuyển của cầu ray thì độ co dãn của ray hàn liền tại bất cứ điểm nào hoặc tại điểm cuối cùng của ray đợc thể hiện trên sơ đồ tính toán độ co dãn của ĐSKMN (hình 1). Hình 1. Sơ đồ tính độ co giãn của ĐSKMN. Độ co giãn tại điểm x bất kỳ nào đó trên mặt cắt của đờng sắt không mối nối là trên đoạn dx. Khi nhiệt độ chênh lệch đặt ray là t 0 C thì độ giãn nở tự do dx là t .dx. Vậy độ co giãn d đợc xác định nh sau: d = t .dx - EF )x(P dx = EF PP xt dx (1) y = = x 0 d x 0 xt dx EF PP (2) ở đây P t = E.F t và độ dãn nở của ray tại điểm x là y. Lực nhiệt độ cho phép [P] đợc xác định tơng ứng với các giá trị của R, EJ, m 0 và độ mòn của ray theo công thức sau: [P] = 2 t EF[t] (3) trong đó: t - hệ số giãn nở của thép; E - mô đun đàn hồi của thép; [t] - giá trị nhiệt độ biến thiên; [P] - lực nhiệt độ cho phép lớn nhất khi đặt ĐSKMN. Kết quả tính nhiệt độ biến thiên cho phép lớn nhất đợc tính trong bảng 1. Ray P50 độ mòn bằng 0 mm Bảng 1 R(m) [t]( 0 ) m u (T/m 2 ) 100 200 300 400 600 800 1000 1500 450 15,31 16,47 17,10 18,35 22,23 24,68 26,20 28,53 32,30 545 17,29 18,68 19,39 20,81 25,18 28,01 29,56 32,26 36,50 975 25,16 27,06 28,04 30,11 36,42 40,48 42,77 46,56 52,57 1130 27,66 29,76 30,81 33,07 40,01 44,47 47,06 51,02 57,67 1250 29,50 31,67 32,93 35,27 42,67 47,29 50,13 54,36 61,45 1540 33,57 36,25 37,51 40,28 48,57 54,08 57,07 62,10 69,76 1670 35,38 38,17 39,62 42,44 51,05 56,75 59,95 65,16 73,57 2000 39,67 42,65 44,27 47,35 57,18 63,51 67,17 72,81 82,02 2410 44,56 47,92 49,79 53,18 64,23 71,27 75,45 81,89 92,13 2620 47,03 50,59 52,49 56,18 67,77 75,20 79,50 86,25 97,00 Tiếp bảng 1. Ray P43 độ mòn bằng 0 mm R(m) [t]( 0 ) m u (T/m 2 ) 100 200 300 400 600 800 1000 1500 450 15,55 16,72 17,36 18,54 22,46 24,95 26,55 28,75 32,62 545 17,50 18,84 19,55 20,95 25,53 28,37 29,88 32,64 36,63 975 25,43 27,36 28,38 30,40 36,64 40,80 43,01 46,88 52,85 1130 27,92 30,05 31,17 33,37 40,17 44,77 47,22 51,43 57,79 1250 29,78 31,93 33,08 35,46 42,99 47,57 50,32 54,62 62,56 1540 34,04 36,58 37,98 40,46 48,85 54,20 57,30 62,12 69,90 1670 35,58 38,32 39,77 42,57 51,38 57,01 60,28 65,29 73,59 2000 39,81 42,96 44,57 47,58 57,50 63,79 67,43 73,01 82,24 2410 44,77 48,30 50,00 53,60 64,60 71,62 75,56 81,92 92,05 2620 47,22 50,78 52,82 56,35 68,07 75,20 79,45 86,18 96,81 Ray P43 độ mòn bằng 6 mm R(m) [t]( 0 ) m u (T/m 2 ) 100 200 300 400 600 800 1000 1500 450 16,23 17,48 18,11 19,34 23,52 26,14 27,70 29,98 34,03 545 18,26 19,78 20,53 22,00 26,48 29,58 31,10 34,03 38,25 975 26,51 28,45 29,61 31,70 38,21 42,43 44,99 48,74 55,07 1130 29,11 31,31 32,51 34,81 42,04 46,54 49,18 53,59 60,15 1250 31,06 33,28 34,49 37,12 44,67 49,57 52,60 57,09 64,27 1540 35,25 37,90 39,39 42,37 50,58 56,37 59,70 64,68 72,89 1670 37,15 40,16 41,68 44,29 53,54 59,38 62,78 68,02 76,64 2000 41,64 44,66 46,43 49,59 59,77 66,46 70,25 75,99 85,64 2410 46,82 50,34 52,23 55,86 67,17 74,45 78,62 85,31 95,84 2620 49,20 52,91 54,84 58,64 70,68 78,61 82,76 89,80 100,88 Nhiệt độ đặt đờng lớn nhất (t đmax ) và nhỏ nhất (t đmin ) ở khu vực tuyến Hà Nội TP Hồ Chí Minh căn cứ vào số liệu điều tra của tổng cục khí tợng thuỷ văn cấp năm 2000. Về diễn biến của nhiệt độ không khí từng ngày trong nhiều năm của khu vực tuyến đi qua, từ đó xác định nhiệt độ không khí lớn nhất (t kkmax ), nhỏ nhất (t kkmin ) trong năm của từng vùng và nhiệt độ ray lớn nhất (t max ), nhỏ nhất (t min ) trong năm. Trên cơ sở đó tính đợc nhiệt độ trung hòa và xác định đợc nhiệt độ đặt đờng lớn nhất (t đmax ), nhỏ nhất (t đmin ). Kết quả tính đợc cho tuyến đờng sắt Hà Nội TPHCM ghi ở bảng 2. Khi thi công đặt đờng phụ thuộc vào biểu đồ tàu chạy, nên cần phải xác định thời gian khóa đờng (t k ) để trong ray không phát sinh ứng suất nhiệt ( t = 0). Việc chọn nhiệt độ khóa đờng (t k ) là căn cứ vào số liệu thống kê và nhiệt độ không khí từng ngày trong tháng của nhiều năm ở khu vực sẽ đặt ĐSKMN, kết hợp với những thông tin về dự báo thời tiết để có cơ sở về khoảng giá trị nhiệt độ không khí và nhiệt độ ray trung bình của ngày dự kiến đặt ray. Khi tiến hành đặt đờng, đồng thời tiến hành đo nhiệt độ không khí thực tế của ngày đó, dùng để tính t max (vào mùa hè), t min (vào mùa đông) và so sánh với t đmax (hoặc t đmin ) trong năm của khu vực đó. Để đảm bảo điều kiện an toàn nhiệt độ (t k ) đợc chọn trong khoảng t đmin < t k , t đmax sao cho thoả mãn điều kiện: t max - t k < [t] ray không bung vào mùa hè t k - t min < [t] ray không bị kéo đứt vào mùa đông Kết quả tính toán để chọn t k của tuyến đờng sắt Hà Nội TPHCM ở bảng 3. Bảng 2 Số TT Đoạn tuyến Nhiệt độ không khí nhỏ nhất trong năm t kkmin Nhiệt độ không khí lớn nhất trong năm t kkmax Nhiệt độ đặt đờng nhỏ nhất t đmin Nhiệt độ đặt đờng lớn nhất t đmax 1 Hà Nội Vinh 9,1 38,01 28,55 43,55 2 Vinh Huế 10,3 37,7 29,0 44,0 3 Huế - Đà Nẵng 11,5 37,7 29,6 44,6 4 Đà Nẵng Nha Trang 11,5 37,7 29,6 44,6 5 Nha Trang Sài Gòn 19,1 36,5 32,8 47,8 Bảng 3 R(m) t k ( 0 C) Số TT Đoạn tuyến 300 400 600 800 1000 1500 1 Hà Nội Vinh 30 32 34 36 37 38 40 2 Vinh Huế 32 33 35 38 39 40 41 3 Huế - Đà Nẵng 33 34 36 38 40 41 42 4 Đà Nẵng Nha Trang 33 34 36 38 40 41 42 5 Nha Trang Sài Gòn 35 36 38 40 42 43 44 Sau khi có đầy đủ các giá trị về lực dọc, nhiệt độ biến thiên cho phép và nhiệt độ đặt đờng theo tính toán, căn cứ theo thực trạng tuyến đờng và tình hình diễn biến thực tế của điều kiện khí hậu, thời tiết khu vực, chọn nhiệt độ khóa đờng hợp lý và lập sơ đồ trạng thái làm việc của cầu ray liền dới tác dụng của lực dọc nhiệt độ (hồ sơ nhiệt độ ray) của đờng không định kỳ hoặc có định kỳ điều chỉnh ứng suất nhiệt. Từ những kết quả tính toán trên, có thể rút ra một số nhận xét dới đây: 1. Kết hợp với các điều kiện về độ bền, giá trị nhiệt độ biến thiên cho phép [t] của điều kiện ổn định tĩnh dới tác dụng của lực dọc nhiệt độ đợc lựa chọn để đặt đờng ray liền phụ thuộc vào R, v(x), EJ, EF, , m u , m 0 và độ mòn của ray. Để đặt đờng ray liền, cần phải tiến hành đo đạc các tham số R, v(x), m u , m 0 sau khi đã lựa chọn loại ray (cần đo đạc độ mòn của ray khi tận dụng ray cũ) ở từng đoạn tuyến. Trong đó, đặc biệt chú trọng đo các giá trị m u và v(x), làm cơ sở cho tính toán đặt đờng. 2. Trong điều kiện khí hậu, thời tiết ổn định, việc tính toán, lựa chọn nhiệt độ khóa đờng hợp lý, khi giá trị m u càng cao, giá trị nhiệt độ biến thiên cho phép [t] càng lớn, độ ổn định của đờng dới tác dụng của lực dọc nhiệt độ càng tăng, việc thi công đặt đờng thuận lợi và càng ít phải sử dụng các thiết bị, công nghệ điều chỉnh, giải toả ứng suất. Vì vậy, yêu cầu tăng cờng, nâng cao giá trị m u của đờng có ý nghĩa, vị trí rất quan trọng. 3. Việc tính toán nhiệt độ cho phép trong công nghệ đặt đờng phải đợc dựa trên tập hợp số liệu tin cậy về nhiệt độ không khí khu vực dọc tuyến đờng, đợc theo dõi, đo đạc từng ngày trong năm của nhiều năm liên tục. Tài liệu tham khảo [1] Đề ti cấp bộ Nghiên cứu ổn định của đờng sắt không mối nối và công nghệ đặt đờng sắt không mối nối tuyến Hà Nội - TPHCM. Mã số B99 - 35 - 76. Chủ trì: PGS. TS. Nguyễn Thanh Tùng. [2] AnbrekhT. V .G, Bromberg. E.M. Besstcovoi Pyt. Transport, Moskva, 2001. [3] Vơng Kỳ Xơng. Công trình đờng sắt cao tốc. Nhà XB Đờng sắt Tây Nam, Trung Quốc, 2000 Ă . Tính toán giá trị nhiệt độ biến thiên cho phép [ t ] , nhiệt độ đặt đờng [t đmax , t đmin ] v nhiệt độ khóa đờng [t k ] của đờng sắt không mối nối trên Tuyến đờng sắt H Nội - TP HCM . đó: t - hệ số giãn nở của thép; E - mô đun đàn hồi của thép; [t] - giá trị nhiệt độ biến thiên; [P] - lực nhiệt độ cho phép lớn nhất khi đặt ĐSKMN. Kết quả tính nhiệt độ biến thiên cho phép. việc tính toán, lựa chọn nhiệt độ khóa đờng hợp lý, khi giá trị m u càng cao, giá trị nhiệt độ biến thiên cho phép [t] càng lớn, độ ổn định của đờng dới tác dụng của lực dọc nhiệt độ càng tăng,