Phát triển cầu đường sắt bằng thép không tiếng ồn

Nhật Bản đã xây dựng một số cầu đường sắt bằng thép. Cầu đường sắt bằng thép có những lợi thế như cấu trúc nhịp cầu dài nhờ vào độ bền thép cao, không cần xây dựng tại chỗ và không cần kiểm soát chất lượng từ nhà máy sản xuất… Mặt khác, thực tế cũng cho thấy cầu đường sắt bằng thép gây ra tiếng ồn lớn do các bộ phận của cầu có kết cấu bản mỏng nên dễ bị rung. Vì vậy, người ta tránh xây dựng cầu đường sắt bằng thép ở khu vực đô thị. Để tăng cường các biện pháp nhằm hạn chế hoặc ngăn ngừa tiếng ồn phát sinh từ kết cấu, Viện nghiên cứu kỹ thuật đường sắt Nhật Bản tập trung cải thiện chất lượng vật liệu cách nhiệt để giảm độ rung khi các đoàn tàu chạy qua cầu rồi sau đó phát triển loại cầu đường sắt bằng thép mới nơi nền đường và bê tông cốt thép (BTCT) được đỡ bởi các vật liệu đàn hồi.

1. Thiết kế phác thảo của cầu đường sắt bằng thép không tiếng ồn

Hình 1 phác thảo thiết kế của cầu đường sắt bằng thép không tiếng ồn. Phải thừa nhận rẳng đường nổi hình thang mang lại chất lượng tuyệt vời về giảm độ rung và mặt cầu bằng bê tông cốt thép (BTCT) được hỗ trợ bởi các vật liệu đàn hồi. Đường ray nổi hình thang có tác dụng phân bố tải trọng nhờ vào độ bền uốn cao theo chiều dọc của các tà vẹt hình thang và tác dụng giảm truyền tải nhờ vào hệ số chịu tải thấp của đường ray. Mặt cầu nổi bằng BTCT tạo nên hệ thống lõi đặc hỗ trợ cho mặt cầu nhờ vào các vật liệu đàn hồi và mặt cầu làm giảm tác động của lực gia tốc truyền đến kết cấu chủ yếu trong phạm vi tần số dưới 100Hz.

Những kết cấu này cải thiện chất lượng cách nhiệt chống rung tạo ra khi các đoàn tàu chạy qua cầu và chúng cũng có thể làm giảm độ rung tới từng bộ phận của cầu đường sắt bằng thép vốn là nguyên nhân gây ra tiếng ồn.

Mặt khác, giả định sẽ xây dựng loại cầu này tại các đô thị nơi có những quy định nghiêm ngặt về kết cấu gây tiếng ồn. Tại Nhật Bản, loại cầu được xây dựng trong đô thị thường là cầu chạy dưới mà trên đó đường ray được đỡ bằng kết cấu ngang thấp hơn. Do đó, cầu nổi là loại cầu chạy dưới. Vì đường ray nổi hình thang được dùng cho kết cấu đường sắt, mặt ray có thể được giữ ở mức thấp nên cho phép sử dụng loại cầu này ở cả những nơi rất hạn chế về không gian như phía dưới

dầm cầu tại khu vực đô thị.

2. Hiệu quả giảm rung của cầu đường sắt bằng thép không tiếng ồn

Hình 2 cho thấy mô hình kết cầu của cầu lắp trên đường ray thử nghiệm trong khu đất của. Hiệu quả trong việc giảm tiếng ồn của cầu đường sắt bằng thép đã được chứng minh bằng cách tiến hành thử nghiệm va đập và thử nghiệm chạy tàu. Để kiểm tra hiệu quả giảm tiếng ồn phát sinh từ kết cấu cho cầu đường sắt bằng thép, thử nghiệm va đập và thử nghiệm chạy tàu đã được tiến hành bằng cách

sử dụng các điều kiện hỗ trợ khác nhau cho tà vẹt hình thang và mặt cầu bằng BTCT.

Hình 3 cho thấy ví dụ về các kết quả thử nghiệm. Có thể thấy rằng so với mức độ rung của thân dầm chính có kết cấu gối cứng thì mức độ rung của cầu đường sắt bằng thép không tiếng ồn giảm được 10,1dB (A) khi tàu chạy ở tốc độ 40km/h. Hơn nữa, có thể thấy so với gia tốc của thân dầm chính có kết cấu gối cứng thì gia tốc của cầu đường sắt bằng thép không tiếng ồn giảm được khoảng 50Hz.

Nhóm nghiên cứu về cầu đường sắt không tiếng ồn đã được nhận hỗ trợ của Bộ Đất đai, Cơ sở hạ tầng, Giao thông vận tải và Du lịch Nhật Bản (MLIT).

Hình 1

Hình 2