Phân tích động lực học tàu cao tốc có xét đến độ nảy bánh xe và tương tác với đất nền
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.59 MB, 128 trang )
I H C QU C GIA TP. H CHÍ MINH
TR
NG
I H C BÁCH KHOA
--------------------
LÊ TU N ANH
PHÂN TÍCH
NG L C H C TÀU CAO T C CÓ XÉT
N Y BÁNH XE VÀ T
NG TÁC V I
TN N
Chuyên ngành: Xây d ng cơng trình dân d ng và cơng nghi p
Mã s ngành: 60 58 20
LU N V N TH C S
Tp.HCM, 12 - 2013
N
CƠNG TRÌNH
TR
NG
C HỒN THÀNH T I
I H C BÁCH KHOA
I H C QU C GIA TP. H
Cán b h
ng d n khoa h c:
Cán b h
ng d n 1:
TS. L
CHÍ MINH
ng V n H i
Cán b ch m nh n xét 1: TS. Nguy n Tr ng Ph
c
Cán b ch m nh n xét 2: TS. H H u Ch nh
Lu n v n th c s
c b o v t i Tr
ng
i h c Bách Khoa,
HQG Tp. HCM,
ngày 18 tháng 01 n m 2014.
Thành ph n H i
ng ánh giá Lu n v n th c s g m:
1. PGS.TS Chu Qu c Th ng
-
Ch t ch H i
2. TS. Nguy n H ng Ân
-
Th ký
3. TS. Nguy n Tr ng Ph
c
ng
-
y viên (Ph n bi n 1)
4. TS. H H u Ch nh
-
y viên (Ph n bi n 2)
5. TS. L
-
y viên
ng V n H i
CH T CH H I
NG
TR
NG KHOA
K THU T XÂY D NG
PGS.TS Chu Qu c Th ng
I H C QU C GIA TP.HCM
TR
NG
C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM
I H C BÁCH KHOA
c L p - T Do - H nh Phúc
NHI M V LU N V N TH C S
H và tên h c viên: LÊ TU N ANH
MSHV: 11210229
Ngày, tháng, n m sinh: 08/02/1975
N i sinh: Hà N i
Chuyên ngành: Xây d ng cơng trình dân d ng và cơng nghi p
I. TÊN
TÀI: Phân tích
và t ng tác v i t n n
ng l c h c tàu cao t c có xét
Mã s : 605820
n
n y bánh xe
II. NHI M V VÀ N I DUNG
1. Thi t l p các ma tr n kh i l ng, ma tr n
c ng và ma tr n c n cho các ph n
t ray và k t c u tàu s d ng ph ng pháp ph n t chuy n ng MEM (Moving
Element Method).
2. Phát tri n thu t tốn, l p trình tính tốn b ng ch ng trình Mathlab
gi i h
ph ng trình ng t ng th c a bài toán.
3. Ki m tra
tin c y c a ch ng trình tính b ng cách so sánh k t qu c a ch ng
trình v i k t qu c a các bài báo tham kh o.
4. Ti n hành th c hi n các ví d s nh m kh o sát nh h ng c a các nhân t quan
ng c a tàu cao t c, t ó rút ra các k t lu n và ki n ngh .
tr ng n ng x
III. NGÀY GIAO NHI M V
: 24/06/2013
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 22/11/2013
V. H
VÀ TÊN CÁN B
H
NG D N: TS. L
NG V N H I
Tp. HCM, ngày... tháng... n m 2014
CÁN B H
NG D N
(H tên và ch ký)
TS. L
BAN QU N LÝ CHUYÊN NGÀNH
(H tên và ch ký)
ng V n H i
TR
NG KHOA K THU T XÂY D NG
(H tên và ch ký)
i
L IC M
Tr
N
c tiên, tôi xin chân thành bày t lòng bi t n sâu s c
V n H i. Th y ã h
ng d n giúp tơi hình thành nên ý t
n Th y TS. L
ng c a
tài, h
ng
ng d n
tôi ph
ng pháp ti p c n nghiên c u. Th y ã có nhi u ý ki n óng góp quý báu và
giúp
tôi r t nhi u trong su t ch ng
ng v a qua.
Tôi c ng xin chân thành c m n quý Th y Cô Khoa K thu t Xây d ng, tr
i h c Bách Khoa Tp.HCM ã t n tình gi ng d y và truy n
t khi tôi h c
ng
t ki n th c cho tơi
i h c và trong su t khóa Cao h c v a qua.
Tôi c ng xin g i l i c m n
n ThS. Tr n Minh Thi ã có nhi u óng góp trao
i giúp tơi hi u rõ v b n ch t
tài.
M c dù b n thân ã c g ng nghiên c u và hồn thi n, tuy nhiên khơng th
khơng có nh ng thi u sót nh t
nh. Kính mong q Th y Cô ch d n thêm
tôi
b sung nh ng ki n th c và hoàn thi n b n thân mình h n.
Xin trân tr ng c m n quý Th y Cô.
Tp. HCM, ngày 16 tháng 12 n m 2013
Lê Tu n Anh
ii
TÓM T T LU N V N TH C S
Hi n t
ng n y bánh xe x y ra khi bánh xe và ray m t t
ang ch y, và i u này làm nh h
ó hi n t
ng này là m t
ng tr c ti p
tài luôn
n y bánh xe và t
ng pháp ph n t chuy n
phân tích ng x
ng tác v i
n s an toàn c a tàu cao t c. Do
c các nhà khoa h c trên th gi i quan tâm
và nghiên c u. Lu n v n này s d ng ph
(Moving Element Mothod)
ng tác v i nhau khi tàu
t n n. S t
ng MEM
ng c a tàu cao t c có xét
ng tác gi a bánh xe và ray
n
c tính
tốn thơng qua mơ hình phi tuy n Hertzian vì mơ hình này ph n nh m t cách t t
nh t hi n t
h
ng m t t
ng tác gi a bánh xe và ray. Lu n v n c ng xem xét nh
ng c a các thông s quan tr ng nh v n t c tàu,
ray
n s xu t hi n c a hi n t
bánh xe
i v i ph n ng
thân tàu c ng nh l c t
khơng có xét hi n t
Hi n t
chuy n
ng n y bánh xe. Các tác
t n n,
ng tác bánh xe-ray s bi n
ng n y bánh xe s
ng c a hi n t
nhám ray
c quan tâm nghiên c u và ánh giá.
c quan tâm và phân tích cho tr
n s xu t hi n c a hi n t
ng th i, các tác
ng tác bánh xe-ray s
ng c a hi n t
ng h p tàu
ng c a giá tr gia
ng n y bánh xe s
c
ng n y bánh xe
iv i
c kh o sát trong giai o n t ng t c và gi m t c.
Các k t qu này r t có giá tr th c t cho vi c nghiên c u
an toàn c a tàu cao t c.
ng n y
i nh th nào khi có xét và
ng t ng t c hay gi m t c. Trong giai o n này, nh h
nghiên c u và ánh giá.
nhám thanh
ng c a tàu cao t c, c th là chuy n v c a bánh xe,
ng n y bánh xe c ng
t c c ng nh
l ct
c ng
m b o cho s v n hành
iii
L I CAM OAN
Tôi xin cam oan ây là công vi c do chính tơi th c hi n d
Th y TS. L
is h
ng d n c a
ng V n H i.
Các k t qu trong Lu n v n là úng s th t và ch a
c công b
các nghiên
c u khác.
Tôi xin ch u trách nhi m v cơng vi c th c hi n c a mình.
Tp. HCM, ngày 16 tháng 12 n m 2013
Lê Tu n Anh
iv
M CL C
NHI M V LU N V N TH C S ........................................................................... 1
L I C M N .............................................................................................................. i
TÓM T T LU N V N TH C S .............................................................................ii
L I CAM OAN ..................................................................................................... iii
M C L C .................................................................................................................. iv
DANH M C CÁC HÌNH V .................................................................................... vi
DANH M C CÁC B NG BI U .............................................................................. ix
M T S KÝ HI U VI T T T.................................................................................. x
CH
NG 1. T NG QUAN .................................................................................... 1
1.1 Gi i thi u ....................................................................................................... 1
1.2 S phát tri n c a
ng s t cao t c ............................................................... 4
1.3 M t s h th ng
ng s t cao t c n i ti ng trên th gi i ............................. 6
1.4 Nh ng s c x y ra khi s d ng h th ng
ng s t cao t c ...................... 10
1.5 Tình hình nghiên c u ................................................................................... 15
1.5.1 Các cơng trình nghiên c u ngồi n
c .............................................15
1.5.2 Các cơng trình nghiên c u trong n
c ..............................................18
1.6 M c tiêu và h
ng nghiên c u .................................................................... 19
1.7 Lu n v n ....................................................................................................... 20
CH
NG 2. C S LÝ THUY T ....................................................................... 21
2.1 Mơ hình tàu cao t c ...................................................................................... 21
2.2 Mơ hình liên k t bánh xe và ray................................................................... 24
2.3 Mơ hình ray-n n ........................................................................................... 27
2.4 Hi n t
2.5 Ph
ng n y bánh xe ............................................................................... 29
ng pháp ph n t chuy n
2.6 T ng l c t
2.7 Ph
ng tác
ng và h s
ng MEM ................................................... 31
ng ....................................................... 34
ng pháp Newmark................................................................................ 34
v
2.8 Ph
ng pháp Newton-Raphson ................................................................... 36
2.9 Thu t toán s d ng trong Lu n v n ............................................................. 37
2.9.1 Thông s
u vào ..............................................................................37
2.9.2 Gi i bài toán theo d ng chuy n v và xu t k t qu ...........................39
2.10
n
nh và h i t c a ph
2.11 L p trình và l u
CH
ng pháp Newmark ....................................... 39
tính tốn ........................................................................ 39
NG 3. K T QU PHÂN TÍCH S ............................................................ 42
3.1 Tr
ng h p 1: Tàu chuy n
ng
u v i v n t c khơng
3.1.1 Bài tốn 1: Ki m ch ng ch
i....................... 44
ng trình Matlab c a Lu n v n ............44
3.1.2 Bài toán 2: Kh o sát s h i t c a bài toán .......................................46
3.1.3 Bài toán 3: Kh o sát s xu t hi n c a hi n t
ng n y bánh xe
trên mơ hình ti p xúc Hertzian phi tuy n .............................................................48
3.1.4 Bài toán 4: Kh o sát nh h
ng c a các b ph n tàu cao t c khi
ng c a s n y bánh xe
c ng n n khơng
3.1.5 Bài tốn 5: Phân tích nh h
chuy n
3.1.6 Bài tốn 6: Phân tích nh h
t
ng tác
3.2 Tr
ng và h s khu ch
ng h p 2: Tàu chuy n
i
i .............................56
ng c a s
ng c a các b ph n c a tàu cao t c khi thay
n y bánh xe
i
ng c a s n y bánh xe
ng v i v n t c bi n
u có xét
3.2.3 Bài tốn 9: Phân tích nh h
t
CH
ng tác và h s khu ch
i
t n n .......61
nl c
i
u .......................... 69
ng trình Matlab c a Lu n v n ............69
3.2.2 Bài toán 8: Kh o sát s xu t hi n c a hi n t
i
c ng
n
ng DAF ....................................................65
3.2.1 Bài toán 7: Ki m ch ng ch
trong giai o n v n t c bi n
n chuy n
ng n y bánh xe
n giá tr gia t c .............................72
ng c a s n y bánh xe
ng DAF khi v n t c bi n
i
nl c
u .....................74
NG 4. K T LU N VÀ KI N NGH .......................................................... 78
4.1 K t lu n ........................................................................................................ 78
4.2 Ki n ngh ...................................................................................................... 79
TÀI LI U THAM KH O ......................................................................................... 81
PH L C .................................................................................................................. 85
LÝ L CH TRÍCH NGANG ..................................................................................... 114
vi
DANH M C CÁC HÌNH V
Hình 1.1.
K s ng
i Anh, John Smeaton (1724 – 1792) .....................................1
Hình 1.2.
B n
Hình 1.3.
S phát tri n
Hình 1.4.
Tàu cao t c
Hình 1.5.
Tàu cao t c TGV c a Pháp ......................................................................7
Hình 1.6.
Tàu cao t c HST c a Anh ........................................................................7
Hình 1.7.
Tàu cao t c ETR 610 c a Ý .....................................................................8
Hình 1.8.
Tàu cao t c CRH-380 c a Trung Qu c ...................................................9
Hình 1.9.
Tàu cao t c th h m i
H th ng
ng s t Vi t Nam .....................................................3
ng s t cao t c th gi i t n m 1964
n 2011 .............5
u tiên Shinkansen c a Nh t B n n m 1964 ......................6
c thi t k b i Central Japan Railway ...........9
Hình 1.10. Tai n n tàu cao t c
M (2013) ............................................................11
Hình 1.11. Tai n n tàu cao t c
Tây Ban Nha (2013) ............................................11
Hình 1.12. Tai n n tàu ho ch hố ch t
B (2013) ..............................................12
Hình 1.13. S c tàu cao t c Shinkansen
Nh t B n (2013) .................................12
Hình 1.14. Tai n n tàu cao t c D3115 và D301
Hình 1.15. Tai n n tàu cao t c Eschede
Trung Qu c (2011) ...................13
c (1998) ............................................13
Hình 1.16. Tai n n
Hà N i (2013) ........................................................................14
Hình 1.17. Tai n n
Khánh Hịa (2013) .................................................................15
Hình 2.1.
Tàu cao t c th c t .................................................................................21
Hình 2.2.
Mơ hình th c t giá chuy n h
Hình 2.3.
Mơ hình toa tàu cao t c ..........................................................................23
Hình 2.4.
Liên k t bánh xe và ray trong th c t ....................................................24
Hình 2.5.
Mơ hình kh i l
Hình 2.6.
Mơ hình ray-n n ERS th c t ................................................................28
Hình 2.7.
Tàu cao t c trên h ray ERS t i Anh .....................................................29
Hình 2.8.
Mơ hình ray-n n trong lý thuy t ............................................................29
ng treo
ng, h treo chính và treo ph ..............22
ng liên k t Hertzian ...................................26
vii
Hình 2.9.
S
khác nhau l c ti p xúc gi a mơ hình lị xo-c n Koh et al.
(2003) [26] và mơ hình Hertzian phi tuy n s d ng trong Lu n v n ....30
Hình 2.10. H t a
c a ph
ng pháp MEM .........................................................32
Hình 2.11. M t c t ray tiêu chu n UIC 60 ...............................................................38
Hình 2.12. Giao di n ph n m m tính tốn
ph
ng pháp ph n t chuy n
Hình 2.13. L u
Hình 3.1.
ng l c h c tàu cao t c s d ng
ng MEM .............................................40
tính tốn .....................................................................................41
So sánh chuy n v ray umid gi a Lu n v n và mơ hình Koh et al.
(2003) [26] .............................................................................................45
Hình 3.2.
So sánh chuy n v bánh xe u3 gi a Lu n v n và mơ hình Koh et al.
(2003) [26] .............................................................................................45
Hình 3.3.
Chuy n v bánh xe u3 khi chia nh b
c th i gian và s l
ng
ph n t ....................................................................................................47
Hình 3.4.
nh h
ng
c ng n n
n h s khu ch
i
ng DAF khi biên
nhám ao = 0,05 mm ......................................................................49
Hình 3.5.
nh h
ng
c ng n n
n h s khu ch
i
ng DAF khi biên
nhám ao = 0.5 mm ........................................................................50
Hình 3.6.
nh h
ng
c ng n n
n h s khu ch
i
ng DAF khi biên
nhám ao = 1 mm ...........................................................................50
Hình 3.7.
nh h
ng
c ng n n
n h s khu ch
i
ng DAF khi biên
nhám ao = 2 mm ...........................................................................51
Hình 3.8.
nh h
ng
c ng n n
n h s khu ch
i
ng DAF khi biên
nhám ao = 3 mm ...........................................................................51
Hình 3.9.
nh h
ng
c ng n n
n h s khu ch
i
ng DAF khi biên
nhám ao = 4 mm ...........................................................................52
Hình 3.10.
nh h
ng
nhám ray h s khu ch
i
ng DAF khi
c ng
n n k = 1 107 (N/m2) .............................................................................54
Hình 3.11.
nh h
ng
nhám ray
n h s khu ch
i
ng DAF khi
c ng n n k = 4 107 (N/m2) ....................................................................55
viii
Hình 3.12.
nh h
ng
nhám ray
n h s khu ch
i
ng DAF khi
c ng n n k = 9 107 (N/m2) ....................................................................55
Hình 3.13. Chuy n v thân xe khi
c ng n n k = 1 107 (N/m2) ...........................57
Hình 3.14. Chuy n v giá chuy n h
ng khi
Hình 3.15. Chuy n v bánh xe khi
c ng n n k = 1 107 (N/m2) ..........................59
Hình 3.16. Chuy n v thân xe xét
c ng n n k = 1 107 (N/m2)..........58
n hi n t
Hình 3.17. Chuy n v giá chuy n h
ng n y bánh xe và
ng xét
n hi n t
c ng n n .....62
ng n y bánh xe và
c ng n n ............................................................................................63
Hình 3.18. Chuy n v bánh xe có xét
n hi n t
ng n y bánh xe và
c ng
n n ..........................................................................................................64
Hình 3.19. L c t
ng tác
Hình 3.20. H s khu ch
Hình 3.21. M c
ng t i i m ti p xúc ....................................................66
i
ng DAF ..................................................................67
gia t ng h s khu ch
i
ng DAF khi có xét n y bánh
xe ............................................................................................................68
Hình 3.22. S
bi n
i v n t c tàu......................................................................69
Hình 3.23. Chuy n v ray t i i m ti p xúc .............................................................70
Hình 3.24. Chuy n v bánh xe .................................................................................71
Hình 3.25. S
bi n
i v n t c tàu......................................................................73
Hình 3.26. H s khu ch
i
Hình 3.27. L c t
ng t i i m ti p xúc ....................................................75
ng tác
Hình 3.28. H s khu ch
i
ng ...........................................................................73
ng DAF ..................................................................76
ix
DANH M C CÁC B NG BI U
B ng 2.1
Thông s xe ............................................................................................37
B ng 2.2. Thông s ray và n n ...............................................................................37
B ng 2.3. Thông s
nhám ray............................................................................38
B ng 2.4. Thông s tính tốn liên k t phi tuy n Hertzian ......................................38
B ng 3.1. Thông s xe ............................................................................................43
B ng 3.2. Thông s ray và n n ...............................................................................43
B ng 3.3. Thông s
nhám ray............................................................................43
B ng 3.4. Thơng s tính tốn liên k t phi tuy n Hertzian ......................................43
B ng 3.5. Tóm t t các thơng s Bài tốn 1 ............................................................44
B ng 3.6. So sánh k t qu chuy n v ......................................................................46
B ng 3.7. Tóm t t các thơng s Bài tốn 2 ............................................................46
B ng 3.8. So sánh chuy n v khi t ng b
c th i gian l p và s l
ng ph n t .....48
B ng 3.9. Tóm t t các thơng s Bài toán 3 ............................................................48
B ng 3.10. Các tr
ng h p xu t hi n n y bánh xe ..................................................56
B ng 3.11. Tóm t t các thơng s Bài tốn 4 ............................................................57
B ng 3.12. M c
gia t ng chuy n v khi có xét
n hi n t
ng n y bánh xe ......61
B ng 3.13. Tóm t t các thơng s Bài toán 5 ............................................................61
B ng 3.14. M c
gia t ng chuy n v các b ph n tàu khi
c ng n n thay
i...........................................................................................................65
B ng 3.15. Tóm t t các thơng s Bài tốn 6 ............................................................65
B ng 3.16. Tóm t t các thơng s Bài tốn 7 ............................................................69
B ng 3.17. So sánh k t qu chuy n v ......................................................................71
B ng 3.18. Tóm t t các thơng s Bài tốn 8 .............................................................72
B ng 3.19. Th ng kê th i gian và v n t c bi n
i..................................................72
B ng 3.20. S xu t hi n n y bánh xe trong giai o n t ng t c và gi m t c ............74
B ng 3.21. Tóm t t các thơng s Bài tốn 9 .............................................................75
x
M TS
KÝ HI U VI T T T
Ch vi t t t
MEM
Ph
ng pháp ph n t chuy n
HSR
ng (Moving Element Method)
ng s t cao t c (High Speed Rail)
FEM
Ph
ng pháp ph n t h u h n (Finite Element Method)
DOF
B c t do (Degree of Freedom)
HHT
Hilber, Hughes và Taylor
HH
Hilber, Hughes
Ma tr n và vec-t
u
Vec t chuy n v t i m t i m b t k c a tàu cao t c
M
Ma tr n kh i l
K
Ma tr n
C
Ma tr n c n t ng th
Me
Ma tr n kh i l
Ce
Ma tr n c n ph n t
Ke
Ma tr n
Meff
Ma tr n kh i l
Peff
Ma tr n t i tr ng hi u d ng
Keff
Ma tr n
ng t ng th
c ng t ng th
ng ph n t
c ng ph n t
ng hi u d ng
c ng hi u d ng
Ký hi u
m
Kh i l
ng ray trên mét dài
k
c ng n n
c
c nn n
E
Mô un àn h i Young c a v t li u làm
I
Mơ men qn tính c a v t li u làm
ng ray
ng ray
xi
H s poisson c a v t li u
m1
Kh i l
ng thân xe
m2
Kh i l
ng giá chuy n h
m3
Kh i l
ng bánh xe
ng
k1
c ng lò xo c a thân xe
k2
c ng lò xo c a giá chuy n h
k3
c ng lò xo c a bánh xe
c1
B gi m x c c a thân xe
c2
B gi m x c c a giá chuy n h
c3
B gi m x c c a bánh xe
Fc
L c liên k t gi a bánh xe và ray
kH
ng
ng
c ng lò xo c a bánh xe theo mơ hình Hertzian
u1
Chuy n v c a thân xe
u2
Chuy n v c a giá chuy n h
u3
Chuy n v c a bánh xe
umid
Chuy n v c a i m t
Qt
T ng l c t
DAF
H s khu ch
ng tác
i
ng tác
ng
ng
ng
T ng quan
CH
1
NG 1.
T NG QUAN
1.1
Gi i thi u
H th ng giao thông
ng s t ã
(1724 - 1792), m t k s ng
c hình thành vào n m 1756 do John Smeaton
i Anh sáng l p (Hình 1.1). V i u i m n i b t là v n
chuy n hàng hóa n ng trên nh ng tuy n
nh và giá r nên ngày nay giao thông
thông v n t i quan tr ng và ch
Hình 1.1. K s ng
ng xa xôi v i t c
ng s t ã tr thành m t lo i hình giao
o trên tồn th gi i.
i Anh, John Smeaton (1724 – 1792)
Vi t Nam c ng là m t qu c gia có h th ng giao thông
Tuy n
ông D
ng s t
ng
nhanh, an toàn, n
u tiên c a Vi t Nam, và c ng là tuy n
ng s t t r t s m.
ng s t
u tiên t i
c kh i công xây d ng vào n m 1881 v i chi u dài 71 km n i Sài
Gòn v i M Tho. Sau ó tuy n
ng s t xuyên Vi t
c thi công và b t
a vào khai thác vào n m 1936 v i t ng chi u dài toàn tuy n là 2600 km.
u
c
n nay,
T ng quan
ngành
2
ng s t Vi t Nam ã có nh ng b
l c so v i giai o n
u. M ng l
i
c ti n v
t b c c v quy mô và n ng
ng s t Vi t Nam bao g m 7 tuy n chính n i
li n 35 t nh thành su t t B c vào Nam, ngo i tr vùng
(Hình 1.2). Trong khu v c, m ng
m ng
ng b ng sông C u Long
ng s t Vi t Nam c ng ã
ng s t c a Trung Qu c qua hai h
ck tn iv i
ng: v i t nh Vân Nam Trung Qu c qua
t nh Lào Cai và v i t nh Qu ng Tây Trung Qu c qua t nh L ng S n. Ngoài ra,
ng s t Vi t Nam c ng có ti m n ng
Campuchia, Thái Lan và Malaysia
khi
k t n i v i m ng l
n Singapore và k t n i v i
c phát tri n. V i h n 130 n m khai thác,
tri n, và m t trong nh ng m c tiêu mà ngành
là nâng cao ch t l
có k ho ch
i
ng s t
ng s t Lào
ng s t Vi t Nam liên t c phát
ng s t Vi t Nam luôn theo u i ó
ng và hi u qu c a oàn tàu. i u này th hi n
vi c ngành ã
trình Chính ph và Qu c h i v D án xây d ng
ng s t cao t c
B c–Nam. Theo danh m c quy ho ch phát tri n k t c u h t ng
ng s t thông
th
t
ng, t c
cao và ơ th
n n m 2020 và t m nhìn
ng Chính ph phê duy t t i Quy t
án
n 2030 ã
c Th
nh s 1436/Q -TTg ngày 10/09/2009, d
ng s t cao t c B c Nam d ki n s có t ng chi u dài 2020 km, và s
ti n hành
u t phát tri n trong hai giai o n: Giai o n 1 t n m 2011
2020 và Giai o n 2 t n m 2020
c
nn m
n n m 2030 v i m c tiêu hoàn thành tuy n
ng s t cao t c B c-Nam v i v n t c 320 km/h.
M c dù k h p Qu c h i tháng 6/2010 ã không tán thành ch tr
d án
ng xây d ng
ng s t cao t c B c – Nam, tr giá 56 t USD do Chính ph trình. Nh ng
sau ó Chính ph v n giao T ng công ty
quan H p tác qu c t Nh t B n (JICA)
ng s t Vi t Nam ph i h p v i C
nghiên c u l p d án
u t m t s tuy n
ng s t cao t c Hà N i – TP. HCM, kinh phí nghiên c u do JICA tài tr [1 .
Tr
cm t
n v T v n s nghiên c u hai o n tuy n: Hà N i–Vinh (dài kho ng
300km) và TP. HCM–Nha Trang (dài kho ng 370km), v i t ng kinh phí xây d ng
kho ng 21,4 t USD. Theo
xu t c a oàn nghiên c u, t i n m 2013 s hoàn
thành nghiên c u kh thi và trình Qu c h i phê duy t d án,
n h t n m 2020 d
án này s xong ph n thi t k k thu t, c ng nh các th t c chu n b
n m 2020 s thi cơng. Trong ó o n TP. HCM–Long Thành dài 37 km s
u t , sau
a vào
T ng quan
khai thác tr
h th ng
3
c mang tính th nghi m
ng s t cao t c
ng s t cao t c. Tín hi u cho s phát tri n
Vi t Nam trong t
Hình 1.2. B n
ng lai ã có.
H th ng
ng s t Vi t Nam
Tr l i v i tồn ngành giao thơng v n t i
cao ch t l
ng s t trên toàn th gi i,
ng và hi u qu c a ồn tàu thì v n
chuy n c a tàu,
ng th i
mb o
an toàn và n
nâng
then ch t là t ng v n t c di
nh trong su t quá trình v n
hành tàu. Xu t phát t nhu c u th c ti n c p thi t này mà nhi u t ch c và qu c gia
trên toàn th gi i ã d a vào nh ng thành t u
t c nghiên c u, phát tri n và ã cho ra
t
c c a công ngh tàu h a, ti p
i nhi u h th ng tàu cao t c không nh ng
T ng quan
4
có v n t c tàu cao, ti t ki m th i gian di chuy n mà cịn có kh n ng v n chuy n
l n, thân thi n v i mơi tr
ng (x ít khí nhà kính),
c bi t
áng k . Hi n nay, trên th gi i, h th ng tàu cao t c
n
c phát tri n nh Nh t, Pháp, Anh,
1.2
S phát tri n c a
ng s t cao t c
có t c
c
an toàn c ng t ng
c s d ng ph bi n
các
c, Ý, Tây Ban Nha, Nga, Trung Qu c, …
ng s t cao t c
nh ngh a là m t lo i hình v n chuy n trên h ray c
t i thi u 250 km/h [2 .
ng s t cao t c th
ng
nh
c xây d ng
ph c
v v n chuy n hành khách gi a các thành ph l n, có th có m t s ch ng d ng
các ô th nh và cùng c nh tranh m t th tr
b ng
ng hàng không. Trên th gi i,
m nh m và có th
áp ng
ng v i lo i hình d ch v chuyên ch
ng s t cao t c ngày càng
c phát tri n
c nhu c u v n chuy n i l i hàng ngày c a hành
khách t các khu ô th v tinh vào khu ô th trung tâm.
c b t ngu n
cao t c ã xu t hi n
u tiên vào n m 1964 t i Nh t B n,
n nay h th ng tàu
14 qu c gia và vùng lãnh th nh : Nh t B n, Ý, Pháp,
c,
Tây Ban Nha, Th y S , B , Hà Lan, Luxembourg, Trung Qu c, Anh, Hàn Qu c, ài
Loan và Th Nh K . Vi c gia t ng nhanh chóng t ng chi u dài h th ng
ng s t
cao t c trên th gi i trong th p k g n ây là minh ch ng cho th y s phát tri n
m nh m c a
th gi i
ng s t cao t c. S phát tri n c a h th ng
c trình bày
1980, t ng chi u dài
ph n l n chi u dài
Hình 1.3 [2 . Trong kho ng th i gian t n m 1964
ng s t cao t c
ng s t cao t c
cao t c Shinkansen t i Nh t B n.
c xây d ng vào th i gian này là
ng th nhì v chi u dài
n n m 1984, t ng chi u dài
kho ng 3.000 km, trong s
cịn l i
B n, Pháp, Ý,
2004
ó 2/3 t ng chi u dài là
c xây d ng trên th gi i ã
ng s t cao t c ã xu t hi n t i
n 2011, v i s phát tri n c a
ng s t
ng s t cao t c vào
ng s t cao t c trên th
ng s t cao t c trên th gi i ã t ng lên
t
ng s t cao t c t i Nh t B n,
c xây d ng t i Ý và Pháp. T n m 1984
ng s t cao t c
n
c xây d ng trên th gi i ch là 1.000 km,
th i i m này là Ý, chi m kho ng 15% t ng chi u dài
gi i.
ng s t cao t c trên
n n m 2004, t ng chi u dài
t 6.500 km. Lúc này, ngoài Nh t
c, Tây Ban Nha, B . T n m
ng s t cao t c t i Trung Qu c, chi u dài
T ng quan
5
ng s t cao t c
t ng chi u dài
tri n
c xây d ng trong kho ng th i gian này là 8.500 km, nâng
ng s t cao t c
t 15.000 km. Ta có th th y r ng t c
phát
ng s t cao t c trên th gi i trong kho ng th i gian 7 n m g n ây t n m
2004
n 2011 ã v
1964
n 2004. Ngoài ra,
nh Anh, Hàn Qu c,
tt c
phát tri n trong kho ng th i gian 40 n m t n m
ng s t cao t c c ng ã xu t hi n t i nhi u qu c gia
ài Loan. T
ang là m t ngành ang có t c
ó, có th k t lu n r ng
ng s t cao t c hi n
phát tri n r t nhanh. Vi c phát tri n m ng l
i
ng s t cao t c khơng cịn ch t p trung vào m t s qu c gia mà ang phát tri n
nhi u qu c gia và khu v c.
V t c
hi n nay có t c
s tuy n
tàu cao t c, ph n l n các h th ng
tàu ch y t i a t 250 km/h
ng s t cao t c có t c
Hình 1.3. S phát tri n
ng s t cao t c trên th gi i
n 300 km/h và g n ây ã có m t
tàu ch y trên 300 km/h.
ng s t cao t c th gi i t n m 1964
n 2011
T ng quan
1.3
6
M t s h th ng
ng s t cao t c n i ti ng trên th gi i
T i Nh t B n, vào n m 1964 tuy n
ng s t cao t c dài 515 km n i Tokyo-Osaka
có tên là Tokaido Shinkansen (Hình 1.4) ã
ây là h th ng
ho t
ng th
ng s t cao t c
ng m i.
c khánh thành
u tiên trên th gi i
a vào s d ng.
c chính th c
th i i m này, tàu cao t c Shinkanshen ã có th
v n t c t i a là 210 km/h và th i gian di chuy n t Tokyo i Osaka
6,5 h xu ng còn 4 h.
n n m 1992, t c
di chuy n t Tokyo i Osaka
Hình 1.4. Tàu cao t c
t i a tàu ã
ng m i
Pháp
c
i m này tàu có th
c gi m t
u tiên Shinkansen c a Nh t B n n m 1964
c
a vào ho t
ng ph c v
u tiên c a
ng trên tuy n Paris–Lyon v i chi u dài 409 km,
t v n t c t i a 200km/h.
t v n t c t i a 272 km/h.
c
t 270 km/h và th i gian
u tiên vào ngày 27/09/1981. Tàu cao t c TGV th h
a vào ho t
t
c gi m xu ng ch còn 2,5 h.
T i Pháp, tàu cao t c TGV (Hình 1.5)
th
a vào
th i
n nay, tàu cao t c TGV có th
T ng quan
7
Hình 1.5. Tàu cao t c TGV c a Pháp
T i Anh, th h tàu cao t c diesel HST 43 (Hình 1.6) có th
200km/h ã
c
a vào ho t
ng l n
h u n i London- Bristol-South Wales.
t c m i có tên g i HS1 ã
Manche, s d ng
u tiên vào n m 1976 trên tuy n ray hi n
n n m 1998, m t h th ng
c thi công n i li n London và
u kéo Class 373 có th
tv nt ct i a
u h m qua eo bi n
t v n t c t i a 300 km/h.
Hình 1.6. Tàu cao t c HST c a Anh
ng s t cao
T ng quan
T i Ý, tuy n
8
ng s t cao t c
u tiên
c
a vào ho t
ng vào n m
1977, dài 315 km n i li n Rome và Florence có tên là Direttissima, s d ng
u kéo
diesel FS.444 có v n t c t i a là 200 km/h, th i gian tàu di chuy n gi a hai thành
ph này là 90 phút. Vào n m 1998, th h tàu ETR 450 l n
và
a vào s d ng trên tuy n
có th
c gi i thi u
ng s t n i Rome - Milan, vào th i i m này, tàu
t v n t c t i a 250km/h.
t i a 250 km/h ã
u tiên
n nay, các th h tàu ETR 610 m i v i v n t c
c nghiên c u và
a vào s d ng t i Ý (Hình 1.7).
Hình 1.7. Tàu cao t c ETR 610 c a Ý
T i Trung Qu c, k ho ch phát tri n
u nh ng n m 1990. Tuy n
ng s t cao t c ã
ng s t cao t c
c hình thành vào
u tiên c a Trung Qu c dài 404 km
c kh i công xây d ng vào n m 1999 và khánh thành vào n m 2003, n i thành
ph ven bi n Tân Hoàng
o-Th m D
ng, v i v n t c t i a 200km/h.
2011, Trung Qu c ã xây d ng trên 8.000 km
qu c gia có t ng chi u dài
Qu c s d ng tàu cao t c
công ngh t các n
ng s t cao t c và ã tr thành
ng s t cao t c l n nh t th gi i. Ban
c mua t
nn m
c, Pháp, Nh t. Sau ó, n
u, Trung
c này ã mua
c trên và ã phát tri n th h tàu cao t c CRH1A c a riêng
mình vào n m 2007, tàu có th
t v n t c t i a 250 km/h.
CRH380A m i nh t c a Trung Qu c có th
n nay, th h tàu
t v n t c t i a 380 km/h (Hình 1.8).
T ng quan
9
Hình 1.8. Tàu cao t c CRH-380 c a Trung Qu c
Công ty
ng s t c a Nh t B n v a cho ra m t và ch y th nghi m tàu i n
t cao t c Series L0 Maglev (Hình 1.9) th th m i nhanh nh t th gi i. ây là lo i
tàu cao t c s d ng công ngh nâng t tr
gi a
ng nên khơng có s ti p xúc tr c ti p
ng ray và bánh xe khi ch y, do ó tàu cao t c Maglev có kh n ng di
chuy n v i v n t c r t cao và tiêu t n ít n ng l
tàu có th
t v n t c 500 km/h, g n g p ôi v n t c c a các th h tàu cao t c hi n
nay. Hi n t i, tàu cao t c Maglev ã
n m 2027 s
ng. T i các cu c ch y th nghi m,
a vào s d ng. Thơng tin
Hình 1.9. Tàu cao t c th h m i
c
a vào th nghi m l n 2 và d ki n
c trích l
c t website [3].
c thi t k b i Central Japan Railway
n
T ng quan
1.4
10
Nh ng s c x y ra khi s d ng h th ng
ng s t cao t c
Có nhi u v tai n n c a h th ng tàu cao t c ã x y ra trên toàn th gi i do
tàu b tr t
ng ray. V tai n n x y ra g n ây nh t là vào ngày 1/12/2013 t i M
khi m t ồn tàu ch khách (Hình 1.10) kh i hành t Poughkeepsie b tr t
ray lúc 7h20 sáng gi
a ph
ng khi cách ga Spuyten Duyvil
Thành ph New York 100 m v phía B c làm 8 toa tàu b tr
ng
qu n Bronx c a
t bánh kh i
ng ray
khi tàu ang i qua o n cong và 1 toa tàu lao xu ng mé sông Hudson. V tai n n
làm 4 ng
t c
i thi t m ng và 67 ng
khi vào
i b th
ng. Lý do v tai n n là do tàu ch y quá
ng cong làm tàu b tr t bánh.
Ngày 24/07/2013, m t th m h a tai n n
ng s t nghiêm tr ng x y ra khi
m t ồn tàu cao t c (Hình 1.11) ch 218 hành khách b tr t
t
ng h m và b c cháy t i khúc ngo c
ng ray, âm vào
vào ga Santiago de Compostela
Galicia, tây b c Tây Ban Nha. V tai n n này làm ch t ít nh t 78 ng
ng
i b th
i, g n 100
ng, toàn b toa tàu b tr t bánh, nhi u toa n m ch ng lên nhau.
Vào lúc 2h sáng (gi
a ph
ng) ngày 5/5/2013
Schellebelle và Wetteren, cách thành ph Ghent (V
c tính r t m nh b tr t
khu v c gi a hai th tr n
ng qu c B ) kho ng 20 km v
phía ơng, m t ồn tàu h a ch r t nhi u hố ch t
xyanua có
vùng
c h i, bao g m 12 toa ch
ng ray, s c làm 6 toa tàu tr t bánh, trong
ó 3 toa b c cháy và m t vài toa phát n (Hình 1.12). V tai n n làm ít nh t 1 ng
thi t m ng và 17 ng
i khác b th
c ng t m d ng ho t
ng hai ngày.
ng, d ch v
ng s t gi a Brussels và Ghent
Vào ngày 02/03/2013, tàu cao t c Shinkansen ch 130 ng
ng ray khi i qua t nh Akita. Theo nh nh n
i
nh ban
i b l ch ra kh i
u c a chính quy n t nh
Akita, nguyên nhân tàu này tr t bánh có th là do tuy t bám quá dày trên
ng ray
(Hình 1.13) làm cho ồn tàu b tr t bánh [4 .
Vào ngày 23/07/2011, hai oàn tàu cao t c
Trung Qu c b tr t
va v i nhau làm b n toa tàu r i t trên c u c n xu ng
ng
i thi t m ng, ít nh t 192 ng
nghiêm tr ng (Hình 1.14).
i b th
ng ray và
t. V tai n n này có h n 40
ng, 12 trong s
ó là ch n th
ng
T ng quan
11
Th m h a tàu Eschede x y ra vào ngày 03/06/1998 t i
cao t c gây ch t ng
bao g m 101 ng
i nhi u nh t trên tồn c u. S l
i ch t và
c tính 88 ng
i b th
ng n n nhân c a v tai n n
ng. V tai n n x y ra khi có
m t v t n t xu t hi n trong bánh xe làm cho tàu tr t kh i
Hình 1.10. Tai n n tàu cao t c
Hình 1.11. Tai n n tàu cao t c
c là v tai n n tàu
ng ray (Hình 1.15).
M (2013)
Tây Ban Nha (2013)
