Giao thông vận tải đường sắt là loại hình hình vận tải hành khách và hàng hóa bằng phương tiện có bánh sắt (gọi là đoàn tàu) di chuyển trên đường ray riêng biệt. Căn cứ vào vị trí, tốc độ tàu mà đường sắt thường được phân thành 3 loại hình là đường sắt đô thị, đường sắt thường và đường sắt tốc độ cao.

Giao thông đường sắt được đánh giá là loại hình giao thông hiện đại với sự cạnh tranh về tốc độ, sự đúng giờ, sự an toàn, sự thân thiện môi trường và hiệu quả kinh tế với các hình thức giao thông khác. Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế và khoa học công nghệ, tải trọng và tốc độ chạy tàu ngày càng tăng, các tàu cao tốc đạt đến tốc độ khai thác trên 300 km/h, thậm chí công nghệ tàu đệm từ trường cao tốc (maglev) có thể đạt đến vận tốc 600km/giờ, hay công nghệ tàu tàu siêu tốc Hyperloop chạy trong ống chân không với lực đẩy trên lớp đệm khí nên có thể đạt tốc độ 1.000 km/h. Sự gia tăng cả về tốc độ chạy tàu và tải trọng là nguyên nhân tạo ra sự gia tăng các tác động lên kết cấu chịu lực của đường sắt, gây ra các hiệu ứng bất lợi ảnh hưởng tới tuổi thọ, sự ổn định của đoàn tàu và đường sắt trong quá trình khai thác.

Nghiên cứu tính toán các hiệu ứng chuyển vị, biến dạng hay dao động của kết cấu hạ tầng đường sắt do các loại phương tiện đoàn tàu là bài toán động lực tương tác phức tạp, sự tác động qua lại giữa tàu - đường ray và tàu-cầu là các nguyên nhân gây hư hỏng công trình hạ tầng cũng như sự khôngthoải mái của hành khách hay thậm chí là gây mất an toàn chạy tàu do trệch bánh hay lật đổ tàu. Tiêu chuẩn tính toán thiết kế đường sắt nói chung và đường sắt tốc độ cao nói riêng sử dụng mô hình tải trọng tĩnh của các đoàn tàu (tải trọng đoàn tàu tiêu chuẩn) và có xét đến hệ số động lực để tính toán các hiệu ứng trên.

Xuất phát từ thực tế trên, TS. Nguyễn Văn Đăng và nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải thực hiện đề tài: “Nghiên cứu phương pháp tính toán hiệu ứng do các loại tải trọng đoàn tàu trên cầu và đường sắt tốc độ cao bằng mô hình lý thuyết kết hợp phương pháp số và thực nghiệm” trong thời gian từ năm 2020 đến năm 2021.

Đề tài hướng đến thực hiện mục tiêu nghiên cứu phương pháp tính toán hiệu ứng do các loại tải trọng đoàn tàu trên cầu và đường sắt tốc độ cao bằng mô hình lý thuyết kết hợp phương pháp số và thực nghiệm;

Đề tài tập trung vào nghiên cứu xây dựng mô hình lý thuyết và kết hợp sử dụng phương pháp số phân tích tương tác động giữa đoàn tàu di chuyển trên cầu đường sắt tốc độ để xác định các ảnh hưởng của tải trọng đoàn tàu đến 2 phản ứng tĩnh và động lực học của công trình cầu đường sắt tốc độ cao. Cụ thể, một mô hình động lực học mô phỏng đoàn tàu trên cầu và kết cấu tầng trên đường sắt sẽ được xây dựng, để có thể thu được những dữ liệu cần thiết (như: dao động, chuyển vị của kết cấu nhịp cầu, đường ray, thanh tà vẹt..) dưới tác dụng tải trọng của tàu di động. Dựa trên lý thuyết giải tích và phần tử hữu hạn, nhóm nghiên cứu tìm hiểu và xây dựng bộ công cụ tính toán động học cho kết cấu nhịp cầu dầm đường sắt, giúp người dùng tiết kiệm thời gian thiết kế và kiểm tra khả năng chịu tải trọng động của công trình. Kết quả tính toán lý thuyết và phần mềm đề xuất được kiểm chứng bằng việc so sánh với phương pháp phần tử hữu hạn và tham khảo kết quả đo thực nghiệm đã đượccông bố trên thế giới. Các phân tích hiệu ứng tĩnh được tính toán theo các tiêu chuẩn thiết kế cầu hiện hành được so sánh với các hiệu ứng động lực học để đánh giá mức độ an toàn của các công trình cầu trên đường sắt tốc độ cao.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 19079/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

N.P.D (NASATI)