Ảnh hưởng của vận tốc tàu đến dao động nền đường sắt do tải trọng tàu cao tốc
Email:
thach.pham@ut.edu.vn
Từ khóa:
Dao động nền, đường sắt cao tốc, tải trọng tàu, vận tốc tàu
Tóm tắt
Việt Nam đang có kế hoạch xây dựng đường sắt cao tốc Bắc-Nam với tốc độ có thể lên tới 350 km/h. Khi tàu chạy với tốc độ càng cao, dao động nền do tàu sinh ra có biên độ càng lớn và có thể ảnh hưởng đến sự an toàn vận hành của tàu. Do vậy, các vấn đề liên quan đến dao động nền do tải trọng tàu cao tốc, cụ thể hơn là vấn đề ảnh hưởng của vận tốc tàu đến dao động nền, trở thành chủ đề quan trọng cần nhận được sự quan tâm nghiên cứu. Bài báo trình bày nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc tàu đến dao động của một nền nhiều lớp do tải trọng tàu cao tốc. Vận tốc tàu được khảo sát nằm trong khoảng 72 km/h đến 360 km/h. Phương pháp nghiên cứu được sử dụng là mô phỏng phần tử hữu hạn theo miền thời gian. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng khi vận tốc tàu nhỏ hơn hoặc bằng 108 km/h, trường chuyển vị mặt nền có dạng “giả tĩnh”, nghĩa là chuyển vị nền sinh ra bởi đoàn tàu đang chạy có dạng giống như chuyển vị nền tĩnh sinh ra bởi đoàn tàu đang đứng yên. Khi vận tốc tàu lớn hơn 108 km/h, biên độ dao động nền tăng theo vận tốc tàu và tàu sinh ra sóng lan truyền ra môi trường xung quanh. Đặc biệt, khi vận tốc tàu bằng với vận tốc tới hạn của hệ (252 km/h), biên độ dao động nền đạt giá trị cực đạiTài liệu tham khảo
[1]. V. Krylov, Ground Vibrations from High-Speed Railways: Prediction and Mitigation, ICE Publishing, London, UK, 2019.
[2]. C. Zhang, H. Kordestani, M. Shadabfar, A combined review of vibration control strategies for high speed trains and railway infrastructures: Challenges and solutions, Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Control, 42 (2023) 272-291. https://doi.org/10.1177/14613484221128682
[3]. Y. Yang, H. Hung, Wave propagation for train-induced vibrations, World Scientific, Massachusetts, USA, 2009.
[4]. A. Kaynia, C. Madshus, P. Zackrisson, Ground vibration from high-speed trains: Prediction and countermeasures, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 126 (2000) 531–537. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(2000)126:6(531)
[5]. N.X. Đại, Phân tích ứng xử động lực học kết cấu đường sắt không ballast qua mô hình 1 và 2 bậc tự do, Tạp Chí Khoa Học Công Nghệ Xây Dựng, 2 (2014) 10-18.
[6]. L.V. Cử, Động lực học đường sắt cao tốc và ứng dụng, NXB Xây dựng, Hà Nội, Việt Nam, 2016.
[7]. P.D. Hòa, T.V. Hùng, P.B. Thắng, N.T.N Hằng, Nghiên cứu phân tích động lực học của kết cấu cầu đường sắt cao tốc,Tạp Chí Khoa Học Công Nghệ Xây Dựng, 15 (2021) 1-12.
[8]. N.H. Dĩnh, V.T.P. Thảo, P.T. Thúy, Nghiên cứu dao động của đường ray xe lửa trên nền đàn hồi khi có tàu chạy, Tạp Chí Khoa Học Công Nghệ Hàng Hải, 64 (2021) 41-44.
[9]. V. Krylov, Generation of ground vibration boom by high-speed trains, in: V. Krylov (Ed), Noise and vibration from high-speed trains, Thomas Telford, London, UK, 251-284, 2001.
[10]. C. He, H. Li, Q. Gong, S. Zhou, J. Ren, Modelling of critical speed of railway tracks on a multi-layered transversely isotropic saturated ground, Applied Mathematical Modelling, 121 (2023) 75-95. https://doi.org/10.1016/j.apm.2023.04.023
[11]. M. Katou, T. Matsuoka, O. Yoshioka, Y. Sanadac, T. Miyoshi, Numerical simulation study of ground vibrations using forces from wheels of a running high-speed train, Journal of Sound and Vibration, 318 (2008) 830-849. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2008.04.053
[12]. P. Costa, R. Calcada, S. Cardoso, Track–ground vibrations induced by railway traffic: In-situ measurements and validation of a 2.5D FEM-BEM model, Soil dynamics and earthquake engineering, 32 (2012) 111-128. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2011.09.002
[13]. A. Kacimi, P. Woodward, O. Laghrouche, G. Medero, Time domain 3D finite element modeling of train-induced vibration at high speed, Computer and Structures, 118 (2013) 66-73. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2012.07.011
[14]. H. Takemia, X. Bian, Substructure simulation of inhomogeneous track and layered ground dynamic interaction under train passage, Journal of Engineering Mechanics, 131 (2005) 699-711. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(2005)131:7(699)
[15]. P.N. Thạch, Nghiên cứu các đặc trưng dao động nền do tàu cao tốc, Tạp chí Khoa học công nghệ Giao thông vận tải, 12 (2023) 1-7. https://www.doi.org/10.55228/JTST.12(4).1-7
[16]. P.N. Thạch, Phương pháp tạo tải trọng tàu cao tốc trong mô hình phần tử hữu hạn để mô phỏng dao động nền theo miền thời gian, Tạp chí Khoa học công nghệ Giao thông vận tải, 11 (2022) 1-6. https://www.doi.org/10.55228/JTST.11(2).1-6
[17]. L. Hall, Simulations and analyses of train-induced ground vibrations in finite element models, Soil dynamics and earthquake engineering, 23 (2003) 403-413. https://doi.org/10.1016/S0267-7261(02)00209-9
[18]. H. Takemia, Simulation of track–ground vibrations due to a high-speed train: the case of X-2000 at Ledsgard”, Journal of sound and vibration, 261 (2003) 503-526. https://doi.org/10.1016/S0022-460X(02)01007-6
[19]. P. Costa, R. Calcada, A. Cardoso, A. Bodare, Influence of soil non-linearity on the dynamic response of high-speed railway tracks. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 30 (2010) 221-235. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2009.11.002
[20]. J. Shih, D. Thompson, A. Zervos, The influence of soil nonlinear properties on the track/ground vibration induced by trains running on soft ground, Transportation Geotechnics, 11 (2017) 1-16. https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2017.03.001
[21]. P. Thach, Influence of the number of train carriages on train-induced ground vibrations, International Journal of GEOMATE, 26 (2024) 60-67. https://doi.org/10.21660/2024.114.4272
[22]. B. Das, Z. Luo, Principles of soil dynamics, Cengage Learning, MA, USA, 2016.
[23]. P. Thach, H. Liu, G. Kong, Vibration Analysis of Pile-Supported Embankments under High-Speed Train Passage, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 55 (2013) 92-99. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2013.09.006
[24]. A. Chopra, Dynamics of structures, Prentice-Hall, London, UK, 2020.
[25]. Dassault Systèmes, ABAQUS 6.14 theory manuals, Providence, RI, USA, 2014.
[26]. T. Belytschko, W. Liu, B. Moran, K. Elkhodary, Nonlinear finite elements for continua and structures, John Wiley & Sons, New Jersey, USA, 2014.
[27]. P. Bettess, Infinite elements, Penshaw Press, Sunderland, UK, 1992.
[28]. P. Thach, Chapter 11 Finite-element approach to train-induced vibrations of pile-supported embankments, in: V. Krylov (Ed), Ground Vibrations from High-Speed Railways: Prediction and Mitigation, ICE Publishing, London, UK, 319-336, 2019. https://doi.org/10.1680/gvfhsr.63792.319
[29]. D. Cook, S. Malkus, E. Plesha, J. Witt, Concepts and Applications of Finite Element Analysis, John Wiley & Suns Inc., 2002.
[30]. J. Barber, Surface displacements due to a steadily moving point force, Journal of Applied Mechanics, 63 (1996) 245–51. https://doi.org/10.1115/1.2788856
[31]. C. Madshus, A. Kaynia, high-speed railway lines on soft ground: dynamic behaviour at critical train speed, Journal of Sound and Vibration, 231 (2000) 689-701. https://doi.org/10.1006/jsvi.1999.2647
[32]. P. Thach, H. Liu, G. Kong, Evaluation of PCC Pile Method in Mitigating Embankment Vibrations from a High-Speed Train, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 139 (2013) 2225–2228. https://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0000941
[2]. C. Zhang, H. Kordestani, M. Shadabfar, A combined review of vibration control strategies for high speed trains and railway infrastructures: Challenges and solutions, Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Control, 42 (2023) 272-291. https://doi.org/10.1177/14613484221128682
[3]. Y. Yang, H. Hung, Wave propagation for train-induced vibrations, World Scientific, Massachusetts, USA, 2009.
[4]. A. Kaynia, C. Madshus, P. Zackrisson, Ground vibration from high-speed trains: Prediction and countermeasures, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 126 (2000) 531–537. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(2000)126:6(531)
[5]. N.X. Đại, Phân tích ứng xử động lực học kết cấu đường sắt không ballast qua mô hình 1 và 2 bậc tự do, Tạp Chí Khoa Học Công Nghệ Xây Dựng, 2 (2014) 10-18.
[6]. L.V. Cử, Động lực học đường sắt cao tốc và ứng dụng, NXB Xây dựng, Hà Nội, Việt Nam, 2016.
[7]. P.D. Hòa, T.V. Hùng, P.B. Thắng, N.T.N Hằng, Nghiên cứu phân tích động lực học của kết cấu cầu đường sắt cao tốc,Tạp Chí Khoa Học Công Nghệ Xây Dựng, 15 (2021) 1-12.
[8]. N.H. Dĩnh, V.T.P. Thảo, P.T. Thúy, Nghiên cứu dao động của đường ray xe lửa trên nền đàn hồi khi có tàu chạy, Tạp Chí Khoa Học Công Nghệ Hàng Hải, 64 (2021) 41-44.
[9]. V. Krylov, Generation of ground vibration boom by high-speed trains, in: V. Krylov (Ed), Noise and vibration from high-speed trains, Thomas Telford, London, UK, 251-284, 2001.
[10]. C. He, H. Li, Q. Gong, S. Zhou, J. Ren, Modelling of critical speed of railway tracks on a multi-layered transversely isotropic saturated ground, Applied Mathematical Modelling, 121 (2023) 75-95. https://doi.org/10.1016/j.apm.2023.04.023
[11]. M. Katou, T. Matsuoka, O. Yoshioka, Y. Sanadac, T. Miyoshi, Numerical simulation study of ground vibrations using forces from wheels of a running high-speed train, Journal of Sound and Vibration, 318 (2008) 830-849. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2008.04.053
[12]. P. Costa, R. Calcada, S. Cardoso, Track–ground vibrations induced by railway traffic: In-situ measurements and validation of a 2.5D FEM-BEM model, Soil dynamics and earthquake engineering, 32 (2012) 111-128. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2011.09.002
[13]. A. Kacimi, P. Woodward, O. Laghrouche, G. Medero, Time domain 3D finite element modeling of train-induced vibration at high speed, Computer and Structures, 118 (2013) 66-73. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2012.07.011
[14]. H. Takemia, X. Bian, Substructure simulation of inhomogeneous track and layered ground dynamic interaction under train passage, Journal of Engineering Mechanics, 131 (2005) 699-711. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(2005)131:7(699)
[15]. P.N. Thạch, Nghiên cứu các đặc trưng dao động nền do tàu cao tốc, Tạp chí Khoa học công nghệ Giao thông vận tải, 12 (2023) 1-7. https://www.doi.org/10.55228/JTST.12(4).1-7
[16]. P.N. Thạch, Phương pháp tạo tải trọng tàu cao tốc trong mô hình phần tử hữu hạn để mô phỏng dao động nền theo miền thời gian, Tạp chí Khoa học công nghệ Giao thông vận tải, 11 (2022) 1-6. https://www.doi.org/10.55228/JTST.11(2).1-6
[17]. L. Hall, Simulations and analyses of train-induced ground vibrations in finite element models, Soil dynamics and earthquake engineering, 23 (2003) 403-413. https://doi.org/10.1016/S0267-7261(02)00209-9
[18]. H. Takemia, Simulation of track–ground vibrations due to a high-speed train: the case of X-2000 at Ledsgard”, Journal of sound and vibration, 261 (2003) 503-526. https://doi.org/10.1016/S0022-460X(02)01007-6
[19]. P. Costa, R. Calcada, A. Cardoso, A. Bodare, Influence of soil non-linearity on the dynamic response of high-speed railway tracks. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 30 (2010) 221-235. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2009.11.002
[20]. J. Shih, D. Thompson, A. Zervos, The influence of soil nonlinear properties on the track/ground vibration induced by trains running on soft ground, Transportation Geotechnics, 11 (2017) 1-16. https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2017.03.001
[21]. P. Thach, Influence of the number of train carriages on train-induced ground vibrations, International Journal of GEOMATE, 26 (2024) 60-67. https://doi.org/10.21660/2024.114.4272
[22]. B. Das, Z. Luo, Principles of soil dynamics, Cengage Learning, MA, USA, 2016.
[23]. P. Thach, H. Liu, G. Kong, Vibration Analysis of Pile-Supported Embankments under High-Speed Train Passage, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 55 (2013) 92-99. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2013.09.006
[24]. A. Chopra, Dynamics of structures, Prentice-Hall, London, UK, 2020.
[25]. Dassault Systèmes, ABAQUS 6.14 theory manuals, Providence, RI, USA, 2014.
[26]. T. Belytschko, W. Liu, B. Moran, K. Elkhodary, Nonlinear finite elements for continua and structures, John Wiley & Sons, New Jersey, USA, 2014.
[27]. P. Bettess, Infinite elements, Penshaw Press, Sunderland, UK, 1992.
[28]. P. Thach, Chapter 11 Finite-element approach to train-induced vibrations of pile-supported embankments, in: V. Krylov (Ed), Ground Vibrations from High-Speed Railways: Prediction and Mitigation, ICE Publishing, London, UK, 319-336, 2019. https://doi.org/10.1680/gvfhsr.63792.319
[29]. D. Cook, S. Malkus, E. Plesha, J. Witt, Concepts and Applications of Finite Element Analysis, John Wiley & Suns Inc., 2002.
[30]. J. Barber, Surface displacements due to a steadily moving point force, Journal of Applied Mechanics, 63 (1996) 245–51. https://doi.org/10.1115/1.2788856
[31]. C. Madshus, A. Kaynia, high-speed railway lines on soft ground: dynamic behaviour at critical train speed, Journal of Sound and Vibration, 231 (2000) 689-701. https://doi.org/10.1006/jsvi.1999.2647
[32]. P. Thach, H. Liu, G. Kong, Evaluation of PCC Pile Method in Mitigating Embankment Vibrations from a High-Speed Train, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 139 (2013) 2225–2228. https://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0000941
Tải xuống
Chưa có dữ liệu thống kê
Nhận bài
22/12/2023
Nhận bài sửa
01/05/2024
Chấp nhận đăng
28/05/2024
Xuất bản
15/06/2024
Chuyên mục
Công trình khoa học
Kiểu trích dẫn
Phạm Ngọc, T. (4400). Ảnh hưởng của vận tốc tàu đến dao động nền đường sắt do tải trọng tàu cao tốc. Tạp Chí Khoa Học Giao Thông Vận Tải, 75(5), 1775-1788. https://doi.org/10.47869/tcsj.75.5.6
Số lần xem tóm tắt
200
Số lần xem bài báo
105