KỊCH bản

Khi chạy trong đường cong xe phải chịu thêm tác dụng của lực ly tâm,lực này nằm ngang trên mặt phẳng thẳng góc với trụcchuyển động, hướng ra phía ngoài đường cong và được xác đ

KỊCH BẢN THI GIÁO VIÊN DẠY GIỎI

B Chµo vµ kiÓm tra bµi cò.

* Chµo:

- §i vµo líp, chµo mêi c¸c em ngåi xuèng Líp trëng b¸o c¸o sÜ sè, c¶m ¬n em mêi em ngåi xuèng

* KiÓm tra bµi cò:

Trong buổi hôm trước cô và các em đang tìm hiểu nội dung của bài ĐẶC ĐIỂM

SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE Ô TÔ TRONG ĐƯỜNG CONG NẰM Trước khi

vào bài học hôm nay cô có câu hỏi kiểm tra bài cũ như sau:

Câu 1: Nêu đặc điểm của xe ô tô chạy trong đường cong có bán kính nhỏ?

Thưa cô khi xe chạy trong đường cong, xe phải chịu nhiều điều kiện bất lợi hơn

so với khi chạy trong đường thẳng Những điều kiện bất lợi đó là:

1 Khi chạy trong đường cong xe phải chịu thêm tác dụng của lực ly tâm,lực này nằm ngang trên mặt phẳng thẳng góc với trụcchuyển động, hướng ra phía ngoài đường cong và được xác định theo công thức:

2.Xe chạy trong đường cong yêu cầu phải có bề rộng phần xe chạy lớn hơn trên đường thẳng

3.Xe chạy trong đường cong dễ bị cản trở tầm nhìn nhất là khi bán kính đường cong nhỏ, ở đoạn đường đào Tầm nhìn ban đêm của xe chạy trong đường cong cũng

bị hạn chế do pha đèn chiếu thẳng một đoạn thẳng ngắn hơn

Trong nội dung của buổi học trước chúng ta thấy rằng khi xe chạy trong đường cong ngoài việc khắc phục các điều kiện như trên đường thẳng, xe còn phải chịu thêm các điều kiện bất lợi khác Nghĩa là điều kiện chạy xe trong đường cong sẽ không an toàn như ở đường thẳng vì vậy để đảm bảo cho xe chạy trong đường cong cũng an toàn như ở đường thẳng thì người thiết kế phải tính toán thiết kế them rất nhiều các yếu tố kỹ thuật khác Để biết được các yếu tố kỹ thuật đó là gì thì chúng ta cùng đi tìm hiểu về nội dung bài học hôm nay, đó là bài:

2.2 TÍNH TOÁN CÁC YẾU TỐ KỸ THUẬT TRONG ĐƯỜNG CONG 2.2.1 Bán kính đường cong nằm

2.2.1.1 Bán kính tối thiểu

a Khái niệm

F

Khi thiết kế bình đồ tuyến đường nếu điều kiện địa hình cho phép, người thiết kế luôn tìm cách phóng tuyến thẳng để cho xe chạy được an toàn êm thuận Trường hợp địa hình hạn chế (đồi, núi hoặc gặp chướng ngại vật), nếu phóng tuyến thẳng thì sẽ tạo ra những chỗ đào sâu hoặc đắp cao vì vậy khối lượng đào đắp lớn dẫn đến giá thành xây dựng tuyến đường lớn Mặt khác khi đào sâu và đắp cao thì điều kiện thi công khó khăn hơn dẫn đến chất lượng thi công khó đảm bảo, có thể dẫn đến mất an toàn trong thi công cũng như khai thác sử dụng công trình sau này…Như vậy tuyến phải được chuyển hướng bám theo địa hình tạo thành các đỉnh chuyển hướng, nối giữa các cánh tuyến của đỉnh đó là đường cong có bán kính R:

- Nếu đường cong có R lớn thì đảm bảo cho xe chạy an toàn, êm thuận về kỹ thuật vì hạn chế được tác dụng xấu của lực ly tâm gây ra;

- Nếu đường cong có R nhỏ, đường bám sát địa hình thì khối lượng đào đắp ít và giá thành xây dựng giảm nhưng điều kiện an toàn xe chạy bị hạn chế nhiều.

Vì vậy khi thiết kế đường cong trên bình đồ phải chọn được đường cong có bán kính nhỏ nhất thoả mãn điều kiện an toàn êm thuận tối thiểu cho phép khi xe chạy, đó chính là bán kính tối thiểu.

Kết luận:Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất sao cho xe chạy an toàn, êm thuận, đảm bảo vận tốc thiết kế gọi là bán kính tối thiểu

Ký hiệu: R min

Trong quá trình thiết kế bình đồ tuyến đường để thỏa mãn điều kiện cho xe chạy

an toàn, êm thuận, đảm bảo vận tốc thiết kế thì người thiết kế phải tính toán rất nhiều yếu tố kỹ thuật khác nhau Trong đó có một yếu tố quan trọng đầu tiên là chúng ta cần phải xác định được bán kính tối thiểu đường cong Vậy để biết được việc đó thực hiện như thế nào thì chúng ta cùng đi nghiên cứu sang phần:

b Xác định bán kính tối thiểu

*) Thiết lập công thức tính bán kính đường cong

Để thiết lập được công thức tính toán bán kính của đường cong thì chúng ta làm như sau:

Xét một xe có trọng lượng G, vận tốc v chạy vào đường cong có bán kính R, mặt đường nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc α, độ dốc ngang mặt đường i n ;

+ Trường hợp xe chạy trên phần mặt đường nghiêng thấp về phía bụng đường cong:

Hình 2.1: Các lực tác dụng khi xe chạy ở phía bụng đường cong

Theo sơ đồ xe chạy như vậy kết hợp với kiến thức đã học của bài học trước, cả lớp hãy suy nghĩ và trả lời cho cô một câu hỏi như sau:

Câu 2: Nêu các lực tác dụng tại trọng tâm xe

+ Trọng lượng bản thân của xe là G, có phương thẳng đứng và có chiều từ trên xuống;

+ Lực ly tâm F, có phương nằm ngang, chiều có xu hướng đẩy xe về phía lưng đường cong

Để xét ảnh hưởng của các lực đến điều kiện xe chạy ra sao thì chúng ta cần phải phân tích các lực đó Vậy một em hãy:

Câu 3: Phân tích cho cô các lực tác dụng tại trọng tâm của xe

Chiếu hai lực lên phương trục X và Y ta có:

α

F

G

Fcosα Fsin α Gsin α

Gcos α

R Y

α

in

X

0

Trọng lượng G: chiếu lên phương X được G.cosα

chiếu lên phương Y được G.sinα

Lực ly tâm F: chiếu lên phương X được F.sinα

chiếu lên phương Y được F.cosα

Gọi Y là tổng hợp các lực ngang theo phương song song với mặt đường, từ hình vẽ một em hãy cho tôi biết công thức:

Câu 4: Tổng hợp các lực ngang Y theo phương song song với mặt đường, trường hợp xe chạy phía bụng ĐC

Y =Fcosα−Gsinα

Tương tự như vậy chúng ta xét:

+ Trường hợp xe chạy trên phần mặt đường nghiêng thấp về phía lưng đường cong:

Hình 2.2: Các lực tác dụng khi xe chạy ở phía lưng đường cong

Trong trường hợp này chúng ta cũng phân tích các lực tác dụng tại trọng tâm của xe và cũng làm tương tự như trường hợp trên ta có công thức xác định tổng hợp các lực ngang Y theo phương song song với mặt đường là: Y =Fcosα +Gsinα

Vậy sau khi xét 2 trường hợp thì ta có công thức để tính tổng lực ngang Y tác dụng lên ôtô khi chuyển động là:

Y = Fcosα mGsinα

Trong bài học trước chúng ta đa nghiên cứu về tác dụng và công thức xác định

giá trị của lực ly tâm F Vậy một em hãy nêu lại cho tôi :

Câu 5: Công thức xác định lực ly tâm F:

gR

Gv R

mv F

2 2

=

= , (N); (2.1)

x

α

Y

Gsin α

Gcos α

Fcos α

R

in

G

0

Thay

gR

Gv R

mv

F= 2 = 2 vào công thức Y = Fcosα mGsinα ta có:

2

cos sin

Gv

= m (2.2) Trong đó:

α: là góc nghiêng của mặt đường so với phương nằm ngang;

Vì α nhỏ nên: cosα ≈ 1

sinα ≈ tgα = in; (in: là độ dốc ngang của mặt đường)

Thay vào (2.2) ta có: G i n

R

v g

G

2



=

Chia cả hai vế của biểu thức trên cho G ta có: i n

R g

v G

Y



2

=

Đặt =

G

Y

μ: Hệ số lực ngang, thay vào ta có: μ = i n

R g

v



2

Từ công thức tính μ = i n

R g

v



2

một em hãy:

Câu 6: Rút ra công thức tính bán kính của đường cong:

) (

2

n

i g

v R

±

= µ Vận tốc xe chạy thực tế thường tính bằng km/h; đổi đơn vị ta có: v = V/3,6

Xác định được bán kính đường cong trên bình đồ:

127.( )

2

n

i

V R

±

=

µ , (m); (2.3) Như vậy bán kính đường cong trên bình đồ được xác định theo công thức (2.3), là hàm số của V, μ, in, tức là: R = f(V,μ,in);

Trong đó:

V: Tốc độ xe chạy tính toán (km/h) được xác định đối với từng cấp đường; Dấu của công thức (2.3):

Dấu (+): khi xe chạy trên phần mặt đường nghiêng về phía bụng đường cong;

Dấu (-): khi xe chạy trên phần mặt đường nghiêng về phía lưng đường cong;

in: Độ dốc ngang của mặt đường, (%);

μ: Hệ số lực ngang, được xác định theo điều kiện ổn định của xe chạy trong đường cong Hệ số lực ngang đặc trưng cho lực ngang tác dụng trên một đơn vị trọng lượng của xe Theo nghiên cứu thì

Lực ngang gây ra bất lợi:

- Làm lật xe qua điểm tựa là bánh xe ở phía lưng đường cong;

- Làm cho xe bị trượt ngang trên đường;

- Gây cảm giác khó chịu cho hành khách và người lái xe;

- Làm tiêu hao thêm nhiên liệu và tăng hao mòn lốp

Vì vậy trong thiết kế thì Hệ số lực ngang được lựa chọn sao cho hạn chế được những bất lợi của lực ngang theo các điều kiện cụ thể sau:

- Điều kiện ổn định chống lật

Khi µ ≤ 0,6 thì điều kiện này luôn đảm bảo

- Điều kiện ổn định chống trượt ngang

Mặt đường khô ráo μ ≤ 0,36

Mặt đường khô, ẩm sạch μ ≤ 0,24

Mặt đường ẩm có bùn bẩn μ ≤ 0,12

Thì điều kiện ổn định chống trượt ngang luôn đảm bảo

- Điều kiện êm thuận và tiện nghi với hành khách

Đảm bảo thoải mái, êm thuận cho hành khách trên xe khi xe chạy vào đường cong, kết quả nghiên cứu thực nghiệm, khi hành khách trên xe ô tô vào đường cong có

hệ số μ khác nhau nhận thấy:

Nếu μ ≤ 0,10: không cảm thấy có đường cong;

Nếu μ = 0,15: hơi cảm thấy có đường cong;

Nếu μ = 0,20: cảm thấy đang đi vào đường cong và hơi khó chịu;

Nếu μ = 0,30: cảm thấy người như dạt về một bên và xe như sắp bị lật đổ

Cho nên khi thiết kế dùng µ ≤ 0,15 thì điều kiện này được đảm bảo

- Điều kiện tiết kiệm nhiên liệu và lốp xe

Nghiên cứu cho thấy nên dùng µ ≤ 0,1 thì điều kiện này được đảm bảo

Lựa chọn μ khi tính toán là một bài toán kinh tế - kỹ thuật, khi thiết kế phải đảm bảo an toàn và tiện nghi với hành khách và phương tiện, hàng hoá, đồng thời lại phải bám sát địa hình để đảm bảo khối lượng công tác là ít nhất, giá thành hạ

Để phù hợp với điều kiện Việt Nam khi tính toán Rmin chọn μ ≤ 0,15 thì các điều kiện trên được đảm bảo

Như vậy là chúng ta đã xây dựng được công thức tính bán kính của đường cong Theo TCVN4054 – 2005 bán kính đường cong nằm được phân ra thành các loại là:

- Bán kính tối thiểu giới hạn

- Bán kính tối thiểu thông thường

- Bán kính tối thiểu không làm siêu cao

Để biết được các loại bán kính đó tính toán như thế nào thì chúng ta sẽ đi nghiên cứu sang phần:

* Công thức xác định bán kính tối thiểu

- Bán kính tối thiểu giới hạn: Ký hiệu: Rmingh

Là bán kính nhỏ nhất, áp dụng trong trường hợp đặc biệt khó khăn, khi đó mặt đường phải bố trí nghiêng thấp về phía bụng đường cong nghĩa là mặt đường có bố trí siêu cao (siêu cao là độ dốc ngang một mái của mặt đường và lề gia cố nghiêng

thấp về phía bụng đường cong)

Câu 7: Công thức tính bán kính tối thiểu giới hạn:

) (

2 min

sc

gh

i

V R

+

=

µ (m) (2.4) Trong đó: V: Tốc độ tính toán, (km/h) ;

iscmax: Độ dốc siêu cao lớn nhất của mặt đường,%;

μ: Hệ số lực ngang, tính toán lấy μ = 0,15

- Bán kính tối thiểu thông thường : Ký hiệu: min

tt

R

Là trị số bán kính nhỏ nhất khuyên dùng trở lên, khi đó mặt đường được bố trí

siêu cao, ta có:

) (

127

2 min

sctt

tt

i

V R

+

=

µ , (m) ; (2.5) Trong đó: V: Tốc độ tính toán, (km/h) ;

isctt: Độ dốc siêu cao thông thường của mặt đường: isctt=iscmax-2% ; μ: Hệ số lực ngang, tính toán lấy μ = 0,06

- Bán kính tối thiểu không làm siêu cao : Ký hiệu: Rminksc

Là bán kính nhỏ nhất không làm siêu cao, mặt đường 2 mái

) (

127

2 min

n

ksc

i

V R

−

=

µ , (m); (2.6)

Trong đó: V: Tốc độ tính toán, (km/h) ;

in: Độ dốc ngang của mặt đường;

μ: Hệ số lực ngang, tính toán lấy μ = 0,05

Như vậy chúng ta đã xác định được giá trị bán kính tối thiểu theo lý thuyêt cho các trường hợp cụ thể Vậy thì liệu chúng ta có thể dùng ngay giá trị ấy vào thiết kế hay chưa? Để biết được điều đó thì chúng ta cùng nghiên cứu sang mục:

2.2.1.2 Lựa chọn bán kính đường cong nằm

Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô Việt Nam TCVN4054 - 2005 quy định Rmin:

(Bảng 11 trang 19)

Bán kính đường cong nằm (m)

- Tối thiểu giới hạn 650 400 250 125 125 60 60 30 30 15

- Tối thiểu thông

- Tối thiểu không siêu

Đây là bài toán kinh tế-kỹ thuật, khi thiết kế cần vận dụng bán kính đường cong lớn để cải thiện điều kiện xe chạy, đảm bảo an toàn, tiện lợi đồng thời cũng đảm bảo giá thành xây dựng nhỏ nhất Chỉ khi khó khăn mới vận dụng bán kính đường cong nằm tối thiểu, khuyến khích dùng bán kính tối thiểu thông thường trở lên, luôn tận dụng địa hình để nâng cao chất lượng chạy xe Kết quả tính toán bán kính tối thiểu sẽ được lựa chọn giá trị lớn nhất giữa hai giá trị tính toán theo lý thuyết và theo tiêu chuẩn.

Bán kính đường cong nằm được lựa chọn theo các nguyên tắc:

- Lớn hơn các giá trị giới hạn;

- Phù hợp với địa hình và bán kính áp dụng càng lớn càng tốt (thường R=3 đến 5 lần Rmin);

- Đảm bảo sự nối tiếp giữa các đường cong;

- Đảm bảo bố trí được các yếu tố đường cong như : chuyển tiếp, siêu cao;

- Đảm bảo phối hợp hài hoà các yếu tố của tuyến, phối hợp tuyến đường với cảnh quan

2.2.1.3.Ví dụ tính toán

Đề bài: Cho đường cấp V, địa hình đồng bằng có vận tốc thiết kế V=40km/h; độ dốc siêu cao iscmax=6%; in=3%

Xác định và lựa chọn các bán kính tối thiểu Rmin? Bài giải:

- Tính toán bán kính tối thiểu:

Câu 8: Đọc các kết quả tính toán

) (

127 ) (

max

2 min

sc

gh

i

V TT

R

+

=

2 40

59,99 127(0,15 0, 06) =

) (

127 )

min

sctt

tt

i

V TT

R

+

=

µ =

2

40

125,98 127(0,06 0, 04) =

) (

127 ) (

2 min

n

ksc

i

V TT

R

−

=

2

40

629,92

- Xác định bán kính tối thiểu theo TCVN4054 - 2005

Tra bảng 11 theo TCVN4054-2005 ta có:

mingh ( )

R TC =60 m; Rmintt (TC =125 m; ) Rminksc(TC =600 m; ) -Lựa chọn bán kính tối thiểu, so sánh hai giá trị tính toán và tiêu chuẩn chọn Rmin: = 60 m;

= 125,98 m;

= 629,92 m

Kết luận:

min

gh

R =60m, min

tt

R =125,98m, Rminksc= 629,92m

) ,

max( min min

min

gh QT

gh TT

R =

mingh max( mingh ( ), mingh ( ))

R = R TT R TC

mintt max( mintt ( ), mintt ( ))

R = R TT R TC

minksc max( minksc( ), minksc( ))

R = R TT R TC