LUẬN văn đại học PHÂN TÍCH và SO SÁNH ỨNG xử của các LOẠI rào CHẮN AN TOÀN KHI CHỊU VA CHẠM của PHƯƠNG TIỆN

HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNGBỘ MÔN KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG ---o0o---LUẬN VĂN ĐẠI HỌC PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH ỨNG XỬ CỦA CÁC LOẠI RÀO CHẮN AN TOÀN KHI CHỊU VA C

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

BỘ MÔN KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG

-o0o -LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH ỨNG XỬ CỦA CÁC LOẠI RÀO CHẮN AN TOÀN KHI CHỊU VA CHẠM CỦA PHƯƠNG

– iii –

– iv –

Lời cam kết

Tôi cam kết:

- Đây là luận văn tốt nghiệp do tôi thực hiện

- Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được aicông bố trong bất kỳ công trình nào khác

- Các đoạn trích dẫn và số liệu kết quả sử dụng để so sánh trong luận văn nàyđều được dẫn nguồn và có độ chính xác cao nhất trong phạm vi hiểu biết củatôi

– v –

– vi –

Lời cảm ơn

Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn PGS TS Lý Hùng Anh, thầy đã tận tìnhhướng dẫn, chỉ bảo và luôn có sự phản hồi tỉ mỉ trong thời gian nhanh nhất nhằmgiúp tôi trong suốt thời gian qua để có thể hoàn thành luận văn này Tôi xin cảm ơnquý thầy cô trong Bộ môn Kỹ thuật Hàng không – Đại học Bách khoa Tp Hồ ChíMinh đã tạo điều kiện tốt nhất giúp tôi hoàn thành khóa luận

Mặc dù đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả năng có thể Tuynhiên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự cảm thông

và tận tình chỉ bảo của quý thầy cô và toàn thể các bạn

Mai Nguyễn Hoàng Nam

– vii –

– viii –

Tóm tắt luận văn

Rào chắn an toàn là thiết bị vô cùng cần thiết ở mọi tuyến đường trên thế giới.Nhờ các loại rào chắn an toàn, số lượng ca tử vong do tai nạn giao thông giảm rõrệt Tuy nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu xem xét ứng xử của các loại rào chắn nàykhi bị phương tiện va chạm Việc nghiên cứu ứng xử của các loại rào chắn giúp đưa

ra các đánh giá cần thiết nhằm cải tiến các loại rào chắn hoặc có các cách sử dụngphù hợp

Trong bài luận văn này, ba loại rào chắn thông dụng nhất là rào chắn dạngcáp, rào chắn bê tông và rào chắn dạng sóng W sẽ được sử dụng Sau khi tiến hành

mô phỏng va chạm giữa phương tiện với các loại rào chắn này ở vận tốc khác nhau,các kết luận và đánh giá sẽ được đưa ra

Từ khóa: Rào chắn an toàn, rào chắn dạng cáp, rào chắn bê tông, rào chắn dạng sóng W, ứng xử.

– ix –

Abstract

Safety barriers are essential equipment on every road in the world Thanks tovarious types of safety barriers, the number of deaths from traffic accidents hasdecreased markedly However, there have not been many studies looking at thetension of these types of barriers when being hit by vehicles Studying the tension

of barriers helps to make the necessary judgments to improve barrier types or haveappropriate uses

In this thesis, the three most common types of barriers such as cable medianbarriers, concrete barriers and W-beam guardrail will be used After conductingcollision simulation between vehicles with these types of barriers at differentspeeds, appropriate conclusions and assessments will be made

Keywords: Safety barriers, cable median barriers, concrete barriers, W-beam

guardrail, tension

– x –

Mục lục

Lời cam kết v

Lời cảm ơn vii

Tóm tắt luận văn ix

Abstract x

Mục lục xi

Chú giải ký hiệu xiii

Ký hiệu xiii

Ký tự (Greek Symbols) xiii

Chỉ số (Subscripts) xiii

Danh mục hình ảnh xiv

Danh mục bảng biểu xvi

Danh mục biểu đồ xvii

Chương 1 18

Giới thiệu luận văn 18

1.1 Giới thiệu tổng quan 18

1.1.1 Tình hình an toàn giao thông đường bộ (liên quan đến rào chắn an toàn) 18

1.1.2 Rào chắn an toàn (safety/traffic barriers) 22

1.2 Mục tiêu luận văn 29

1.3 Ý nghĩa thực tiễn 29

1.4 Phương pháp tiếp cận 29

Chương 2 31

Cơ sở lý thuyết 31

2.1 Tensor (ten-xơ) [25] 31

2.1.1 Hệ thống ký hiệu 32

2.1.2 Hạng của tensor 33

2.1.3 Quy ước về chỉ số 33

2.1.4 Hệ thống đối xứng [28] 33

2.1.5 Loại tensor 34

2.2 Ứng suất (Stress) [30] 34

2.2.1 Ứng suất kéo (Tensile stress) 35

2.2.2 Ứng suất nén (Compressive stress) [31] 35

2.2.3 Ứng suất cắt (Shear stress) 35

2.3 Biến dạng (Strain) [32] 36

2.3.1 Biến dạng đàn hồi 36

– xi –

2.3.2 Biến dạng dẻo 36

2.4 Định luật Hooke (Hooke’s Law) [32] 36

2.5 Mô đun đàn hồi (Young’s modulus) [33] 37

2.6 Quan hệ ứng suất – biến dạng (Stress-Strain Curve) [34] 37

2.6.1 Vật liệu dễ uốn (vật liệu dẻo) 39

2.6.2 Vật liệu giòn 40

Chương 3 41

Quy trình mô phỏng 41

3.1 Mô hình phương tiện 41

3.2 Mô hình rào chắn 43

3.2.1 Rào chắn dạng cáp (CMB) 43

3.2.2 Rào chắn bê tông 44

3.2.3 Rào chắn dạng sóng W 46

3.3 Tiến hành mô phỏng 47

Chương 4 50

Kết quả 50

4.1 Kết quả mô phỏng rào chắn dạng cáp 50

4.2 Kết quả mô phỏng rào chắn bê tông 53

4.3 Kết quả mô phỏng rào chắn dạng sóng W 56

4.4 So sánh 60

Chương 5 62

Kết luận và hướng phát triển 62

5.1 Kết luận 62

5.2 Hướng phát triển 63

Tài liệu tham khảo - References 64

– xii –

Danh mục hình ảnh

Hình 1 Chiến lược Quốc gia an toàn giao thông đường bộ giai đoạn 2021-2030 và

tầm nhìn đến năm 2045 19

Hình 2 Rào chắn dạng cáp [9] 24

Hình 3 Rào chắn bê tông [12] 25

Hình 4 Rào chắn dạng sóng W [15] 26

Hình 5 Hệ thống rào chắn con lăn [19] 27

Hình 6 Cấu tạo và cách lắp đặt con lăn xoay trên rào con lăn [20] 27

Hình 7 Tensor ứng suất Cauchy, một tensor hạng hai [27] 32

Hình 8 Ứng suất trong vật liệu biến dạng liên tục 35

Hình 9 Biểu đồ ứng suất-biến dạng cung cấp thông tin có giá trị về lượng lực mà vật liệu có thể chịu được trước khi xảy ra biến dạng vĩnh viễn hoặc hỏng hóc.38 Hình 10 Biểu diễn chung của đường cong ứng suất-biến dạng bằng phương trình Ramberg – Osgood Độ căng tương ứng với điểm chảy là tổng của các thành phần đàn hồi và dẻo 39

Hình 11 Đường cong ứng suất-biến dạng đối với vật liệu giòn so với vật liệu dẻo [36] 40

Hình 12 Mô hình phần tử hữu hạn của xe Geo Metro 42

Hình 13 Mô hình phần tử hữu hạn của rào chắn dạng cáp 43

Hình 14 Mô hình phần tử hữu hạn của rào chắn dạng cáp 43

– xiv –

Hình 15 Mô hình phần tử hữu hạn của rào chắn bê tông 44

Hình 16 Mô hình phần tử hữu hạn và thực thế mối nối giữa hai khối bê tông.44 Hình 17 Sự phân bố lực trên rào chắn bê tông 45

Hình 18 Bản vẽ thực tế nguyên mẫu của mô hình rào cản [41] 45

Hình 19 Mô hình phần tử hữu hạn của rào chắn dạng sóng W được sử dụng 46 Hình 20 Thông số vật liệu rào chắn dạng sóng W 46

Hình 21 Bu lông và các kết nối của rào chắn 47

Hình 22 Phân bố lực khi phương tiện va chạm với rào chắn 47

Hình 23 Thiết lập vị trí xe va chạm với rào chắn dạng cáp 48

Hình 24 Thiết lập mô phỏng xe va chạm với rào chắn bê tông 48

Hình 25 Thiết lập mô phỏng xe va chạm với rào chắn sóng W 49

Hình 26 Tài liệu mô phỏng liên quan xe va chạm với rào chắn dạng cáp [44].51 Hình 27 Tài liệu mô phỏng liên quan xe va chạm với rào chắn bê tông [45] 54 Hình 28 Tài liệu mô phỏng liên quan xe va chạm với rào chắn dạng sóng W [17] 58

– xv –

Danh mục bảng biểu

Bảng 1 Mô tả thử nghiệm va chạm của phương tiện theo tiêu chuẩn EN 1317 [23]

28

Bảng 2 Tham số mô hình Geo Metro so với yêu cầu EN1317 42

Bảng 3 Thuộc tính vật liệu được sử dụng trong mô hình rào chắn 46

Bảng 4 Hình cắt nhìn từ trên xuống của mô phỏng va chạm giữa xe và rào chắn dạng cáp và sau khi đã lược bỏ phương tiện 50

Bảng 5 Tổng lực tác dụng lên rào chắn dạng cáp ở 2 vận tốc khác nhau 52

Bảng 6 Tổng mô men rào chắn dạng cáp ở 2 vận tốc khác nhau 53

Bảng 7 Hình cắt nhìn từ trên xuống của mô phỏng va chạm giữa xe và rào chắn bê tông và sau khi đã lược bỏ phương tiện 54

Bảng 8 Tổng lực tác dụng lên rào chắn bê tông ở 2 vận tốc khác nhau 55

Bảng 9 Tổng mô men rào chắn bê tông ở 2 vận tốc khác nhau 56

Bảng 10 Hình cắt nhìn từ trên xuống của mô phỏng va chạm giữa xe và rào chắn sóng W và sau khi đã lược bỏ phương tiện 57

Bảng 11 Tổng lực tác dụng lên rào chắn sóng W ở 2 vận tốc khác nhau 58

Bảng 12 Tổng mô men rào chắn sóng W ở 2 vận tốc khác nhau 59

Bảng 11 Chuyển vị của ba loại rào chắn 60

– xvi –

Danh mục biểu đồ

Biểu đồ 1 Tuyến đường xảy ra tai nạn giao thông [4] 20

Biểu đồ 2 Nguyên nhân gây ra tai nạn giao thông [6] 21

Biểu đồ 3 Dạng đường nơi xảy ra tai nạn [6] 21

Biểu đồ 4 Tai nạn giao thông theo chiều đường [6] 22

Biểu đồ 5 Trình tự của mô phỏng 30

– xvii –

Chương 1

Giới thiệu luận văn

Trong chương này, tôi sẽ giới thiệu tổng quan về tình hình giao thông đường bộ, các loại rào chắn an toàn thông dụng, ưu nhược điểm của từng loại Cùng với đó là các mục tiêu của luận văn và phương pháp tiếp cận mục tiêu đó

1.1 Giới thiệu tổng quan

1.1.1 Tình hình an toàn giao thông đường bộ (liên quan

đến rào chắn an toàn)

Theo thống kê, các vụ va chạm xe cơ giới hàng năm dẫn đến hơn 37.000 trường hợp

tử vong và được xếp hạng thứ 7 trong số những nguyên nhân gây thiệt mạng trongkhoảng thời gian từ năm 2012 đến năm 2014 ở Hoa Kỳ[ CITATION Tra16 \l 1033 ].Chính vì vậy, rào chắn an toàn (rào chắn giao thông) ra đời được coi là một trongnhững biện pháp đối phó hiệu quả nhằm giảm mức độ nghiêm trọng của các vụ vachạm Tuy nhiên, rào chắn an toàn phải được thiết kế phù hợp để kiểm soát cácphương tiện khi va chạm cũng như giảm lực tác động tối thiểu cho người lái và hànhkhách để ngăn ngừa tử vong do va chạm và thương tích nghiêm trọng Từ đó đòi hỏiviệc thiết kế một rào chắn an toàn phù hợp là điểm mấu chốt trong việc giảm mức độnghiêm trọng của va chạm[ CITATION Ami20 \l 1033 ]

K ẾT QUẢ

Ở Việt Nam, cùng với sự phát triển của kinh tế, mức sống của người dân được nângcao đã thúc đẩy số lượng phương tiện cơ giới đường bộ gia tăng một cách nhanhchóng Trong khi đó, kết cấu hạ tầng giao thông vận tải trong những năm qua đã đượcnhà nước đầu tư phát triển, đặc biệt là tại các tuyến quốc lộ, tỉnh lộ huyết mạch, cómật động giao người dân tham gia giao thông cao Chiến lược quốc gia bảo đảm trật

tự, an toàn giao thông đường bộ giai đoạn 2021-2030 và tầm nhìn đến năm 2045hướng đến mục tiêu giảm 5-10% số người chết hằng năm, tiến tới xây dựng một xãhội có hệ thống giao thông an toàn, thông suốt, thuận tiện, hiệu quả và thân thiện môitrường

Hình 1 Chiến lược Quốc gia an toàn giao thông đường bộ giai đoạn 2021-2030 và tầm nhìn đến

năm 2045.

K ẾT QUẢ

Có thể thấy, với sự nỗ lực hết mình của nhà nước, tình hình tai nạn giao thông ở ViệtNam đang giảm dần qua từng năm[ CITATION LêT21 \l 1033 ] Tuy nhiên, phân tíchcho thấy tuyến đường nội thị chiếm tỉ lệ cao nhất, sau đó là các tuyến quốc lộ và tỉnh

lộ Đây đều là những tuyến đường cần thiết lắp đặt các hệ thống rào chắn an toànđường bộ

Biểu đồ 1 Tuyến đường xảy ra tai nạn giao thông[ CITATION Tru18 \l 1033 ].

Trong năm 2022, 8 dự án giao thông quan trọng sẽ được Bộ Giao thông vận tải triểnkhai xây dựng với ngân sách lớn và đầy đủ các trang thiết bị an toàn[ CITATIONVũĐ21 \l 1033 ] Chính vì thế, việc sử dụng đúng loại các hệ thống rào chắn an toànrất cần thiết để đảm bảo tính hiệu quả

K ẾT QUẢ

Biểu đồ 2 Nguyên nhân gây ra tai nạn giao thông [ CITATION Tru181 \l 1033 ].

Kết quả phân tích ở trên cho thấy, các hành vi vi phạm do người điều khiển phươngtiện đi không đúng làn đường, phần đường quy định chiếm 25,3%, hay liên quan đếnchuyển hướng không đúng quy định, vượt xe không đúng quy định chiếm 9,7% đều lànhững nguyên nhân chiếm tỷ lệ cao nhất Bên cạnh việc nâng cao kỹ năng, ý thức,kiến thức pháp luật cho người tham gia giao thông thì sự bất cập của kết cấu hạ tầnggiao thông đường bộ cũng là tác nhân chủ yếu gây ra tai nạn giao thông đường bộ,trong đó có việc thiếu các thiết bị an toàn

Biểu đồ 3 Dạng đường nơi xảy ra tai nạn[ CITATION Tru181 \l 1033 ].

K ẾT QUẢ

Đối với dạng đường thường xảy ra tai nạn, thống kê cho thấy tai nạn tập trung chủ yếu

ở những khung đường thẳng, phẳng do di chuyển với tốc độ cao hơn so với các dạngđường khác và đường có dạng cong cua do bị hạn chế tầm nhìn

Biểu đồ 4 Tai nạn giao thông theo chiều đường[ CITATION Tru181 \l 1033 ].

Theo thống kê số vụ tai nạn theo chiều đường, đường hai chiều và đường đôi có tỷ lệ

số vụ tai nạn cao, cần thiết lắp đặt các hệ thống rào chắn an toàn

1.1.2 Rào chắn an toàn (safety/traffic barriers)

Khi lưu lượng giao thông và tắc nghẽn tăng lên, nhu cầu về các tính năng an toàn hiệuquả ở dải phân cách ngày càng cao Trên thực tế, nhiều vụ việc tai nạn liên hoàn xảy

ra trên đường quốc lộ, cao tốc khi các phương tiện đang lưu thông với vận tốc cao làmthiệt hại về người và tài sản Từ đó, đã có rất nhiều thiết bị bảo vệ an toàn đường bộnhư rào chắn an toàn ra đời với nhiều hình dạng khác nhau

Rào chắn giao thông là thiết bị được lắp đặt cố định hoặc tạm thời nhằm phục vụ việcđiều tiết và phân luồng giao thông Hoặc nó cũng có thể sử dụng để cảnh báo phíatrước có vật cản hoặc những mối nguy hại chưa được di dời như đường cụt, khu vựccấm, cầu cống đang sửa,… Rào chắn được phân thành nhiều loại khác nhau để đápứng từng mục đích và nhu cầu cụ thể khác nhau

Khi phương tiện bất ngờ mất lái và đâm vào rào chắn an toàn, phương tiện sẽ tự độngphục hồi hướng lái bình thường, bảo đảm an toàn cho người ngồi trên xe khi va chạm,

K ẾT QUẢ

đồng thời, không gây trở ngại giao thông đối với các xe khác sau va chạm, đảm bảo antoàn cho người đi bộ, bảo vệ các thiết bị bên đường Đặc biệt, những rào chắn an toànnày còn ngăn cản xe đã xảy ra tai nạn bị tai nạn lần hai, giảm thiểu tổn hại về vật chất

và con người, giúp định hướng tầm nhìn cho người lái xe[ CITATION Saf \l 1066 ].Hiện nay, rào chắn an toàn của đường bộ và đường cao tốc có nhiều loại khác nhau,phổ biến nhất tại Việt Nam là rào chắn dạng cáp (cable median barriers), rào chắn bêtông (concrete barriers) và rào chắn dạng sóng W (open guard rail hay W-beamguardrail) và một số nơi đã được lắp đặt rào chắn con lăn (roller safety barrier)

1.1.2.1 Rào chắn dạng cáp (cable median barriers)

Rào chắn dạng cáp là thiết bị giao thông có khả năng thích ứng lý tưởng nhằm ngănchặn các vụ va chạm giao thông và là một trong những biện pháp an toàn hiệu quảđược triển khai ở nhiều nơi Rào chắn dạng cáp là rào cản linh hoạt, được làm từ cápthép gắn trên các trụ thép yếu, dẫn đến lực tác động của người va chạm ít hơn vì nóhấp thụ năng lượng từ va chạm, bắt giữ hoặc chuyển hướng xe[ CITATION AAS \l

1033 ]

Cáp chắn có độ căng cao có thể giảm thiểu thương vong trong các trường hợp tai nạngiao thông Các trường hợp bị thương nặng do tai nạn giao thông hoặc tử vong thườngxảy ra khi xe chạy ở làn đường bên trong của đường cao tốc có dải phân cách, băngqua dải phân cách và đâm vào xe đi ngược chiều Những loại va chạm này có nguy cơgây tử vong và thương tích nặng cao nhất trong số tất cả các loại va chạm trên đườngcao tốc Lắp đặt các rào chắn dải phân cách bằng cáp ở những vị trí chiến lược là mộtphương pháp hiệu quả để ngăn chặn những vụ tai nạn thương tâm thường xảy ra này

K ẾT QUẢ

Hình 2 Rào chắn dạng cáp[ CITATION Gib \l 1033 ].

Rào chắn dạng cáp có độ căng cao được làm bằng ba hoặc bốn sợi cáp thép được buộctrên các cột trụ và hoạt động như một tấm lưới khi có xe va vào chúng Khi một chiếc

ô tô va vào rào chắn, các trụ bị gãy và dây cáp bị uốn cong, hấp thụ nhiều động năngcủa một vụ va chạm Điều này sẽ chuyển hướng phương tiện dọc theo dải phân cách,

xe được giảm tốc độ và chuyển hướng để tránh khả năng xảy ra va chạm tiếp ở dảiphân cách

Rào chắn dạng cáp có ưu điểm là có chi phí lắp đặt thấp hơn so với các hệ thống ràocản khác và chi phí sửa chữa và bảo trì dễ dàng Do có độ võng lớn, chiều rộng dảiphân cách là một yếu tố quan trọng cần xem xét khi lắp đặt các rào chắn dạng cáp.Những rào cản này dễ phù hợp hơn với các đoạn đường có độ dốc Tuy nhiên, ràochắn cáp có xu hướng yêu cầu bảo trì và sửa chữa thường xuyên hơn các loại rào chắnkhác[ CITATION FHW21 \l 1033 ]

1.1.2.2 Rào chắn bê tông (concrete barriers)

Rào chắn bê tông là một loại hàng rào được làm bằng bê tông sử dụng để phân cáchcác làn đường giao thông, kiểm soát giao thông và bảo vệ vành đai Nó được thiết kế

để giảm thiểu thiệt hại cho xe trong các trường hợp va chạm ngẫu nhiên

Các rào cản bê tông gồm nhiều đoạn lớn ghép lại với nhau với một hệ thống liên kếtchặt chẽ, tạo thành một rào cản vô cùng chắc chắn Các loại rào cản bê tông sử dụng

K ẾT QUẢ

ngày nay được cải tiến đủ chắc chắn để ngăn xe lật khi va chạm Ưu điểm của ràochắn bê tông là rất bền, ít bảo trì, tuy nhiên chúng lại có trọng lượng nặng và cồngkềnh, gây khó khăn cũng như thời gian cho việc lắp đặt[ CITATION OTW \l 1033 ].Rào chắn làm từ bê tông cũng thường nguy hiểm hơn cho người lái xe khi xảy ra tainạn so với các loại rào khác và không tối ưu về chi phí

Hình 3 Rào chắn bê tông[ CITATION For \l 1033 ].

Một yếu tố quan trọng trong việc thiết kế rào chắn bê tông là tải trọng va chạm của xekhi va chạm với rào chắn bê tông Các nghiên cứu chỉ ra rằng chiều cao 813 mm,chiều rộng cơ sở 600 mm và chiều rộng đỉnh 240 mm là kích thước tối ưu cho ràochắn bê tông Các kích thước này đảm bảo sự ổn định của các thanh chắn bê tông khi

K ẾT QUẢ

Hình 4 Rào chắn dạng sóng W[ CITATION SHI \l 1033 ].

Rào chắn dạng sóng W bao gồm các trụ đỡ được nối với nhau bởi các tấm thép dàiuốn cong dạng W Khả năng của rào chắn này là hấp thụ một phần năng lượng vachạm, làm giảm nguy cơ thương tích cho người ngồi trên xe và hạn chế biến dạng khi

xe va chạm[ CITATION Tso15 \l 1033 ] Rào chắn dạng sóng W có thể sử dụng ởnhững khu vực có bán kính đường cong nhỏ, đồng thời, lan can có tính mở nên rấtthuận tiện và hữu ích với những vùng có tuyết phủ Phần mặt rào chắn được tạo nênbởi hình W được hình thành với các góc nhọn hướng về phía trung tâm của rào chắnnên khi phát sinh lực tác động sẽ làm lõm theo hướng trọng tâm của thanh rào chắn ởphía bề mặt đồng thời tấm sắt bị chồng lên nhau nên giúp tăng cường độ cứng Hiệuquả này càng tăng cao ở đoạn đường có khúc cua có lắp đặt rào chắn theo đườngvòng Đai ốc được kết nối trên tấm khung kim loại hình thang nên thuận lợi cho lúcthi công hoặc khi lắp ghép cố định rào chắn, đồng thời vì nó được kết nối ở phía trongcột trụ nên tính tạo khối cao hơn và có thể hấp thụ được lực tác động[ CITATIONTso151 \l 1033 ]

Từ lâu những rào chắn kim loại đã ra đời nhằm ngăn không cho xe lao ra khỏi lànđường Chúng chạy dọc hai bên đường và có tác dụng làm chệch hướng, giảm lực tácđộng, hoặc ít nhất chặn những chiếc xe mất lái để tránh lao ra khỏi lan can

K ẾT QUẢ

1.1.2.4 Rào chắn con lăn (roller safety barrier)

Rào chắn con lăn là loại rào chắn an toàn mới giúp giảm lực tác động khi ô tô va chạm

và bảo vệ tính mạng những người trên xe Các loại rào chắn khác có thể làm lệchhướng chiếc xe tông vào khiến nó trở lại làn đường, làm chậm phương tiện cho đếnkhi dừng hoàn toàn Tuy nhiên, kích thước và tốc độ của chiếc xe có thể ảnh hưởngđến hiệu quả của các loại rào chắn đó Vì vậy, rào chắn con lăn được xem là hiệu quảvới nhiều loại xe khác nhau[ CITATION Tit17 \l 1033 ]

Hình 5 Hệ thống rào chắn con lăn [ CITATION TCO \l 1033 ].

Rào chắn con lăn không chỉ hấp thu lực va chạm, chúng còn chuyển đổi lực va chạmthành lực xoay để đẩy xe dọc theo lan can, chứ không va chạm trực diện với xe Khimột chiếc xe chạm vào lan can, thùng xoay chuyển lực va chạm thành lực xoay.Khung trên và dưới của lan can sẽ chắn lốp xe để ngăn hệ thống lái mất chức năng

Hình 6 Cấu tạo và cách lắp đặt con lăn xoay trên rào con lăn[ CITATION Bùi \l 1033 ].

K ẾT QUẢ

Rào chắn có các con lăn (bánh xoay) làm bằng nhựa EVA với khả năng hấp thụ tốt lực

va chạm, ngoài ra còn có khung đệm ba chiều và dụng cụ đặc hỗ trợ khung Con lănđược dán tấm phản quang giúp tài xế nhìn rõ hơn EVA linh hoạt hơn và đàn hồi tốthơn so với các loại nhựa polyethylene khác, đồng thời có các tính năng tương tự nhưcao su Trên thực tế, nó nhẹ hơn, đàn hồi hơn urethane và rất bền[ CITATION VQ19 \

l 1033 ]

Con lăn được lắp kiểu đường ray và thanh chống mềm dẻo giúp hấp thụ sốc từ tai nạn

và khung có bề mặt mịn giúp điều chỉnh lốp xe và dẫn hướng chuyển động để ngănchặn va chạm từ phía sau lần hai Các cấu trúc khung và đệm 3 chiều hình chữ D sẽphân phối và hấp thụ lực sốc lần thứ hai

1.1.2.5 Tiêu chuẩn Châu Âu EN 1317

Tiêu chuẩn Châu Âu EN 1317 cung cấp các tiêu chí để xác định mức độ ngăn chặnphương tiện, chuyển hướng phù hợp cho các phương tiện đi sai đường và cung cấphướng dẫn cho người đi bộ và những người tham gia giao thông khác Rào cản an toànthường được thiết kế theo EN 1317 sử dụng ba tiêu chí chính: ngăn chặn phương tiện,mức độ nghiêm trọng của tác động và chiều rộng làm việc của rào cản[ CITATIONEur10 \l 1033 ] Trong đó, EN 1317-2 gồm các cấp tính năng, tiêu chí chấp nhận thửnghiệm va chạm và phương pháp thử nghiệm cho các lan can phòng hộ bao gồm ràochắn cho phương tiện Các mức ngăn chặn được chia thành mức ngăn chặn H1 (gồmcác thử nghiệm va chạm TB 42 và TB 11), H2 (gồm các thử nghiệm va chạm TB 51

và TB 11) hoặc mức cao hơn (H3, H4a, H4b, L1, L2, L3, L4a, L4b)

1.2 Mục tiêu luận văn

Luận văn có 2 mục tiêu chính:

- Xây dựng mô phỏng va chạm giữa các phương tiện và các loại rào chắn an toànvới góc va chạm và vận tốc khác nhau

- Phân tích ứng xử của các loại rào chắn khi chịu va chạm của phương tiện, từ đóđưa ra các đánh giá, kết luận

1.3 Ý nghĩa thực tiễn

Bằng việc phân tích ứng xử các loại rào chắn an toàn khác nhau khi bị phương tiện vachạm, các công ty sản xuất, nhà thiết kế có thể cải tiến và phát triển các loại rào chắnnày bằng cách xem xét các vùng biến dạng và ứng xử từng phần

Các mô hình phân tích được đề xuất trong nghiên cứu và các số liệu sẽ là nguồn tàiliệu tham khảo giúp các nhà thiết kế, công ty sản xuất và người ra quyết định đánh giáứng xử của các loại rào chắn, từ đó rõ ràng hơn trong việc lựa chọn rào cản giao thôngthích hợp cho từng đoạn đường Ngoài ra, các số liệu có thể được sử dụng để xếp hạng

K ẾT QUẢ

rủi ro cho các đoạn rào cản giao thông đang hiện hành dựa trên loại rào cản giaothông, tỷ lệ phần trăm lưu lượng xe, tốc độ phương tiện và các đặc điểm khác củađường cao tốc

1.4 Phương pháp tiếp cận

Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Nghiên cứu, phân tích các thông tin kỹ thuật liênquan được công bố qua các tài liệu như sách, báo, tiêu chuẩn thiết kế… ở trong vàngoài nước

Phương pháp mô hình toán: Với số lượng lớn các trường hợp va chạm cần được phântích, các thí nghiệm thực tế không phù hợp vì gây tốn kém rất lớn Vì vậy, luận vănnày sẽ tiếp cận bài toán thông qua phương pháp mô phỏng sử dụng phần mềm chuyêndụng dùng để mô phỏng va chạm LS-DYNA - phần mềm mô phỏng vật lý đa dụngtiên tiến được phát triển bởi Công ty Cổ phần Công nghệ Phần mềm Livermore(LSTC) trước đây, được Ansys mua lại vào năm 2019[ CITATION Ans20 \l 1033 ].LS-DYNA được sử dụng rộng rãi trong ngành ô tô, hàng không vũ trụ, xây dựng và

kỹ thuật dân dụng, quân sự… LS-DYNA sử dụng mã phần tử hữu hạn tác động phituyến để mô phỏng các vụ va chạm xe cơ giới, cho phép mô phỏng các vụ va chạmtrực diện và phân tích các yếu tố của sự cố

Sau khi mô phỏng các trường hợp, kết quả sẽ được phân tích và đánh giá để tìm ramối liên hệ giữa ứng xử của các loại rào chắn Biểu đồ trình tự của mô phỏng baogồm:

sử dụng để mô tả các tính chất vật lý, miêu tả quan hệ tuyến tính giữa các đại lượngvectơ, vô hướng, và các tenxơ với nhau Những liên hệ này rất quen thuộc bao gồmtích vô hướng, tích vectơ, và ánh xạ tuyến tính Đại lượng vectơ và vô hướng theođịnh nghĩa cũng là tensor[ CITATION Cam \l 1033 ]

Đại lượng vô hướng chỉ đơn giản là một số - nó chỉ có độ lớn Một đại lượng vôhướng có thể được chỉ định là một tensor có hạng bằng không

Nếu các thành phần của tensor bất kỳ của bậc tensor bất kỳ biến mất trong một hệ tọa

độ cụ thể, chúng sẽ biến mất trong tất cả các hệ tọa độ Phép biến đổi các biến củatensor thay đổi tensor thành một tensor khác có thành phần là các hàm thuần nhấttuyến tính của các thành phần của tensor ban đầu

Hình 7 Tensor ứng suất Cauchy, một tensor hạng hai[ CITATION Ten \l 1033 ].

Ví dụ Tensor ứng suất Cauchy là một tensor hạng hai Thành phần của tensor trong hệtọa độ Descartes 3 chiều tạo thành ma trận:

σ =[T(e1)T(e2)T(e3)]

Theo quy ước, các chỉ số bằng chữ la tinh lấy các giá trị 1,2,3 Ví dụ, nếu kí hiệu a i

nghĩa là biểu thị 1 trong 3 phần tử a1, a2, a3

a ij biểu thị 1 trong 9 phần tử a11, a12, a13, a21, a22, a23, a31, a32, a33.

2.1.2 Hạng của tensor

Hạng của tensor xác định bằng số hạng chỉ số trong kí hiệu tensor

Ví dụ:

a j phụ thuộc vào một chỉ số nên a j là hệ thống hạng 1 bao gồm 3 hạng tử

a ij phụ thuộc vào 2 chỉ số (i,j) nên a ij là hệ thống hạng 2 bao gồm 32=9 phần tử.Tổng quát: hệ thống phụ thuộc n chỉ số là hệ thống hạng n gồm 3n phần tử

2.1.3 Quy ước về chỉ số

Chỉ số trong hệ thống tensor tuân theo quy ước: “Trong một biểu thức, nếu chỉ số lặplại 2 lần, nó biểu thị tổng đó từ 1 đến 3” Chỉ số như vậy là chỉ số câm nên nó có thểthay bằng chữ khác

Ví dụ hệ thống Kronecker[ CITATION Kro \l 1033 ]:

δ ij={1, nếu i= j 0, nếu i≠ j

Mở rộng cho hệ có nhiều hệ số: Hệ thống đối xứng với hai chỉ số nào đấy, nếu thànhphần của nó không thay đổi khi đổi chỗ hai chỉ số đó cho nhau

Ví dụ: Nếu hệ thống a ijk đối xứng theo 2 chỉ số (i,j) thì a ijk=a jik.

Ví dụ: Hệ thống Levi-Civita là một hệ thống phản đối xứng hạng 3

e ijk={1, khilà hoán vị chẵn của các số 1,2, 3 0, khihai chỉ số bất kỳbằng nhau

−1, khilà hoán vịlẻ của các số 1, 2,3

Cụ thể: e123=e231=e312=1

e132=e213=e321=−1

Cách thành phần còn lại của e ijk=0

2.1.5 Loại tensor

Loại tensor (phản biến, hiệp biến, hỗn hợp) được xác định bởi vị trí của chỉ số

Hệ thống hạng hai a ij gọi là tenxơ hiệp biến hạng hai

Hệ thống hạng hai a ij gọi là tenxơ phản biến hạng hai

Hệ thống hạng hai a i j gọi là tenxơ hỗn hợp hạng hai

Hình 8 Ứng suất trong vật liệu biến dạng liên tục.

2.2.1 Ứng suất kéo (Tensile stress)

Ứng suất kéo là trạng thái ứng suất khi vật liệu chịu tác động kéo căng hướng trục.Bất kỳ một vật liệu nào thuộc loại đàn hồi thì phần lớn chịu được ứng suất kéo trungbình Trong ngành chế tạo thép, một số loại thép có khả năng chịu được ứng suất kéorất lớn, như các sợi dây cáp thép trong rào chắn an toàn dạng dây thép

Khi vật liệu bị kéo bằng hai lực ngược chiều nhau, thì phần lớn các vật liệu sẽ bị đứt ởmột giới hạn ứng suất nào đó Tại thời điểm vật liệu bị kéo đứt, thông số ứng suất đóđược ghi nhận và được xem như độ bền kéo của vật liệu đó

2.2.2 Ứng suất nén (Compressive stress)[ CITATION

Rag21 \l 1033 ]

Ứng suất nén là trạng thái ứng suất khi vật liệu bị tác động nén (ép) chặt