Tài liệu Phân tích ứng xử của vật chuyển động trên vùng chuyển tiếp đất nền và ảnh hưởng của lớp đệm giảm chấn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM HOÀNG DŨNG PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA VẬT CHUYỂN ĐỘNG TRÊN VÙNG CHUYỂN TIẾP ĐẤT NỀN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA LỚP ĐỆM GIẢM CHẤN Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng & công nghiệp Mã số ngành: 60 58 02 08 LUẬN VĂN THẠC SỸ Tp.HCM - tháng 6 năm 2015 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Lương Văn Hải Cán bộ chấm nhận xét 1: Cán bộ chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM, ngày…. tháng…. năm 2015. Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm: 1. ....................................................................................... 2. ....................................................................................... 3. ....................................................................................... 4. ....................................................................................... 5. ....................................................................................... CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG i ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: PHẠM HOÀNG DŨNG MSHV: 13210133 Ngày, tháng, năm sinh: 13/04/1988 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dụng và Công nghiệp I. TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích ứng xử của vật chuyển động trên vùng chuyển tiếp đất nền và ảnh hưởng của lớp đệm giảm chấn. II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG 1. Sử dụng các mô hình tính toán để phân tích ứng xử của vật chuyển động trên vùng chuyển tiếp đất nền trong hai trường hợp có và không có lớp đệm giảm chấn. 2. Sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlab thiết lập công thức tính toán các ví dụ số. 3. Kết quả của các ví dụ số sẽ đưa ra các kết luận quan trọng về ứng xử của vật. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 19/01/2015 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 15/06/2015 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS. TS. Lương Văn Hải Tp. HCM, ngày... tháng... năm 2015 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BAN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS. TS. Lương Văn Hải TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ii LỜI CÁM ƠN Luận văn cao học ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dụng và Công nghiệp nhằm trang bị cho học viên khả năng tự nghiên cứu, biết cách giải quyết những bài toán cụ thể đặt ra trong thực tế. Để hoàn thành Luận văn, ngoài sự cố gắng và nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiều từ tập thể và các cá nhân. Tôi xin ghi nhận và bày tỏ lòng biết ơn tới tập thể và các cá nhân đã dành cho tôi sự giúp đỡ quý báu đó. Đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS. TS. Lương Văn Hải. Thầy đã đưa ra gợi ý đầu tiên để hình thành nên ý tưởng của đề tài, góp ý cho tôi rất nhiều về cách nhận định đúng đắn trong những bài toán nghiên cứu, cách tiếp cận nghiên cứu hiệu quả. Thầy đã ân cần, tận tụy chỉ dạy cho tôi, truyền lửa nghiên cứu cho tôi những lúc tôi gặp khó khăn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy ThS. Trần Minh Thi đã có nhiều ý kiến trao đổi quý báu và nhiệt tình chỉ dẫn giúp tôi hiểu rõ hơn về bản chất đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM đã truyền dạy những kiến thức quý giá cho tôi, đó là những kiến thức phục vụ thiết thực cho quá trình thực hiện luận văn. Đồng thời, tôi xin gửi lời cảm ơn đến mẹ của tôi, người đã luôn ủng hộ tôi về tinh thần cũng như đã hỗ trợ tôi về vật chất trong suốt thời gian tôi đi học. Luận văn này đã hoàn thành trong thời gian quy định với sự nỗ lực của bản thân, tuy nhiên không thể không có những thiếu sót. Kính mong quý Thầy Cô góp ý và chỉ dẫn để tôi bổ sung thêm kiến thức và hoàn thiện mình hơn. Xin trân trọng cảm ơn. Tp. HCM, ngày tháng 06 năm 2015 Phạm Hoàng Dũng iii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ Cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, hệ thống giao thông vận tải ngày càng hiện đại hơn, đặc biệt sự xuất hiện của đường ô tô cao tốc, đường sắt cao tốc, tàu cao tốc di chuyển với tốc độ cao và đã rút ngắn thời gian đi lại. Tuy nhiên, một bài toán được đặt ra là sự an toàn và thoải mái của phương tiện vận chuyển, đặc biệt khi phương tiện đi qua các vùng có sự thay đổi về độ cứng đất nền. Đó cũng là vấn đề đã và đang được các nhà khoa học quan tâm và nghiên cứu. Vì vậy, bài toán phân tích ứng xử của vật khi đi qua vùng chuyển tiếp đột ngột đất nền có ý nghĩa thực tế, Luận văn sẽ sử dụng phương pháp phần tử chuyển động MEM (Moving Elemnet Method) để phân tích phản ứng của phương tiện chuyển động qua khu vực đất nền có độ cứng khác nhau, chẳng hạn: xem xét ảnh hưởng của các thông số quan trọng như tỷ số thay đổi độ cứng đất nền, thay đổi vận tốc phương tiện chuyển động, độ nhám mặt đường đến ứng xử động của xe… Sau đó, Luận văn sẽ đưa ra lớp đệm giảm chấn để hạn chế các hiện tượng tiêu cực có thể xảy ra trong quá trình chuyển động của xe đồng thời tối ưu hóa chiều dài, độ cứng của lớp giảm chấn này. Kết quả thu được sẽ rất hữu ích cho công việc thiết kế các hệ thống giao thông và có thể làm giảm chi phí bảo hành, bảo dưỡng, cũng như tăng sự thoải mái và an toàn cho người tham gia giao thông, đặc biệt là những phương tiện có tốc độ di chuyển cao. iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thầy PGS. TS. Lương Văn Hải. Các kết quả trong luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác. Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình. Tp. HCM, ngày tháng 06 năm 2015 Phạm Hoàng Dũng v MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ .................................................................... i LỜI CÁM ƠN..................................................................................................... ii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ ................................................................... iii LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. iv MỤC LỤC ........................................................................................................ v DANH MỤC CÁC BẢN VẼ ........................................................................... viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU....................................................................... xi MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT ........................................................................ xii CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN ................................................................................ 1 1.1 Giới thiệu ............................................................................................... 1 1.2 Sự phát triển hệ thống giao thông vận tải của Việt Nam và thế giới ........ 3 1.3 Những rủi ro gặp phải khi tham gia giao thông ....................................... 5 1.4 Tính cấp thiết của nghiên cứu ................................................................. 6 1.5 Tình hình nghiên cứu ............................................................................. 7 1.5.1 Các công trình nghiên cứu nước ngoài .......................................... 7 1.5.2 Các công trình nghiên cứu trong nước .......................................... 9 1.6 Mục tiêu và hướng nghiên cứu ............................................................. 10 1.7 Cấu trúc luận văn ................................................................................. 11 CHƯƠNG 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................... 12 2.1 Mô hình vật bằng hệ thống khối lượng treo di chuyển .......................... 12 2.2 Mô hình tiếp xúc bánh xe – mặt đường................................................. 14 2.2.1 Mô hình tiếp xúc phi tuyến tính Hertz ......................................... 14 2.2.2 Độ nhám của mặt đường ............................................................. 15 vi 2.3 Mô hình tiếp xúc mặt đường - nền ........................................................ 16 2.4 Mục đích và cách xác định các thông số của lớp đệm giảm chấn .......... 17 2.5 Phương pháp phần tử chuyển động....................................................... 18 2.5.1 Chuyển đổi trục tọa độ ................................................................ 19 2.5.2 Rời rạc hóa phần tử dầm ............................................................. 19 2.5.3 Phương pháp dư trọng................................................................. 20 2.6 Tổng lực tác động và hệ số động .......................................................... 23 2.7 Phương pháp Newmark ........................................................................ 23 2.8 Lưu đồ tính toán ................................................................................... 26 CHƯƠNG 3.VÍ DỤ SỐ .................................................................................... 27 3.1 Bài toán 1: kiểm chứng chương trình Matlab ........................................ 29 3.2 Bài toán 2: khảo sát sự hội tụ của bài toán ............................................ 32 3.3 Bài toán 3: khảo sát ứng xử động của vật khi thay đổi khối lượng của vật và tỉ lệ độ cứng của hai lớp nền ................................................................ 34 3.4 Bài toán 4: khảo sát ứng xử động của vật khi thay đổi vận tốc của vật và tỉ lệ độ cứng của hai lớp nền...................................................................... 38 3.5 Bài toán 5: khảo sát ứng xử động của vật khi thay đổi biên độ của độ nhám mặt đường và tỉ lệ độ cứng đất nền....................................................... 41 3.6 Bài toán 6: khảo sát ứng xử động của vật khi thay đổi khối lượng m1 trong trường hợp có lớp đệm giảm chấn và so sánh với bài toán này khi không có lớp đệm giảm chấn. ........................................................................ 45 3.7 Bài toán 7: khảo sát ứng xử động của vật khi thay đổi biên độ của độ nhám mặt đường trong trường hợp có lớp đệm giảm chấn và so sánh với bài toán này khi không có lớp đệm giảm chấn. .................................................... 49 3.8 Bài toán 8: hợp lý hóa lớp đệm giảm chấn theo chiều dài, độ cản và độ cứng. ............................................................................................................ 53 vii CHƯƠNG 4.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................... 60 4.1 Kết luận................................................................................................ 60 4.2 Kiến nghị ............................................................................................. 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 62 PHỤ LỤC ...................................................................................................... 66 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ............................................................................... 98 viii DANH MỤC CÁC BẢN VẼ Hình 1.1. Chiếc xe đầu tiên chạy động cơ đốt trong ...................................... 1 Hình 1.2. Đường công viên The Bronx River................................................ 2 Hình 1.3. Đường cao tốc Tp.HCM - Trung Lương ........................................ 4 Hình 1.4. Tàu cao tốc JR-Maglav-MLX01 .................................................... 4 Hình 1.5. Tàu Red Arrow của Italia .............................................................. 5 Hình 1.6. Tàu ICE của Đức .......................................................................... 5 Hình 1.7. Tai nạn đường sắt ở Hoa Kỳ.......................................................... 6 Hình 1.8. Tai nạn đường sắt ở Việt Nam ....................................................... 6 Hình 1.9. Khu vực chuyển tiếp trong vùng lân cận của mố cầu ..................... 7 Hình 2.1. Mô hình khối lượng treo di chuyển ............................................. 12 Hình 2.2. Liên kết bánh xe và mặt đường trong thực tế............................... 14 Hình 2.3. Mô hình vật chuyển động thông qua hằng số lò xo Hertz. ........... 15 Hình 2.4. Mô hình mặt đường - nền ............................................................ 16 Hình 2.5. Sự thay đổi độ cứng nền tại vùng chuyển tiếp ............................. 17 Hình 2.6. Mô hình lớp giảm chấn ............................................................... 17 Hình 2.7. Chuyển đổi trục tọa độ ................................................................ 19 Hình 2.8. Dầm được rời rạc hóa thành các phần tử 2 nút............................. 20 Hình 2.9. Đoạn dầm bị cắt ngắn tại vùng chuyển tiếp ................................. 21 Hình 2.10. Điểm chuyển tiếp tại vị trí trung gian của 1 phần tử .................... 22 Hình 3.1. Mô hình vật chuyển động trên nền khi không có lớp đệm giảm chấn .................................................................................................... 28 Hình 3.2. Mô hình vật chuyển động trên nền có lớp đệm giảm chấn ........... 28 Hình 3.3. So sánh lực tiếp xúc Qt giữa Luận văn và kết quả của Ang và Dai... .................................................................................................... 30 ix Hình 3.4. So sánh kết quả hệ số DAF giữa luận văn và Ang và Dai ............ 31 Hình 3.5. Chuyển vị của bánh xe theo bước thời gian lặp và số lượng phần tử .................................................................................................... 33 Hình 3.6. Chuyển vị của điểm tiếp xúc ur khi khối lượng thân xe m1 thay đổi . .................................................................................................... 35 Hình 3.7. Chuyển vị của bánh xe u3 khi khối lượng thân xe m1 thay đổi ..... 35 Hình 3.8. Hệ số khuếch đại động DAF khi khối lượng thân xe m1 thay đổi . 36 Hình 3.9. Lực tiếp xúc Qt khi khối lượng thân xe m1 thay đổi .................... 36 Hình 3.10. Chuyển vị điểm tiếp xúc khi thay đổi vận tốc vật ........................ 38 Hình 3.11. Chuyển vị của bánh xe khi thay đổi vận tốc của vật .................... 39 Hình 3.12. Hệ số khuếch đại động DAF khi thay đổi vận tốc của vật ............ 39 Hình 3.13. Lực tiếp xúc Qt khi thay đổi vận tốc của vật ................................ 40 Hình 3.14. Chuyển vị điểm tiếp xúc khi thay đổi độ nhám mặt đường .......... 42 Hình 3.15. Chuyển vị bánh xe khi thay đổi độ nhám mặt đường ................... 42 Hình 3.16. Hệ số khuếch đại động khi thay đổi độ nhám mặt đường............. 43 Hình 3.17. Lực tiếp xúc khi thay đổi độ nhám mặt đường............................. 43 Hình 3.18. Chuyển vị điểm tiếp xúc khi thay đổi khối lượng m1 ................... 46 Hình 3.19. Chuyển vị bánh xe khi thay đổi khối lượng m1 ............................ 46 Hình 3.20. Hệ số khuếch đại động khi thay đổi khối lượng m1 ...................... 47 Hình 3.21. Lực tiếp xúc khi thay đổi khối lượng m1 ...................................... 47 Hình 3.22. Hệ số khuếch đại động tại lân cận vùng chuyển tiếp .................... 49 Hình 3.23. Chuyển vị điểm tiếp xúc khi thay đổi độ nhám mặt đường .......... 50 Hình 3.24. Chuyển vị bánh xe khi thay đổi biên độ của độ nhám .................. 50 Hình 3.25. Hệ số khuếch đại động khi thay đổi biên độ của độ nhám ........... 51 Hình 3.26. Lực tiếp xúc khi thay đổi biên độ của độ nhám ........................... 51 x Hình 3.27. Hệ số khuếch đại động khi vật di chuyển trên hai lớp nền ........... 54 Hình 3.28. Hệ số khuếch đại động khi có lớp đệm ........................................ 55 Hình 3.29. Chuyển vị điểm tiếp xúc tại 2 vị trí chuyển tiếp khi có lớp đệm .. 55 Hình 3.30. Chuyển vị bánh xe tại 2 vị trí chuyển tiếp khi có lớp đệm ........... 56 Hình 3.31. Biểu đồ lực tiếp xúc theo chiều dài lớp đệm ................................ 58 Hình 3.32. Biểu đồ hệ số khuếch đại động theo chiều dài lớp đệm................ 58 xi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1. Thông số đường và nền .................................................................. 27 Bảng 3.2. Thông số vật .................................................................................. 27 Bảng 3.3. Thông số tính toán liên kết phi tuyến Hertzian ............................... 28 Bảng 3.4. Tóm tắt các thông số bài toán 1 ...................................................... 29 Bảng 3.5. So sánh kết quả tính toán lực tiếp xúc ............................................ 30 Bảng 3.6. So sánh kết quả tính toán hệ số khuếch đại động khi n  8 ............. 31 Bảng 3.7. Tóm tắt các thông số bài toán 2 ...................................................... 32 Bảng 3.8. So sánh chênh lệch kết quả chuyển vị bánh xe khi tăng bước thời gian lặp t và số lượng phần tử ...................................................................... 33 Bảng 3.9. So sánh ứng xử động của vật khi có và không có lớp đệm.............. 59 xii MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT Chữ viết tắt MEM Phương pháp phần tử chuyển động (Moving Element Method) FEM Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method) MWR Phương pháp dư trọng (Method of Weighted Residuals) DAF Hệ số khuếch đại động (Dynamic Amplification Factor) Ma trận và vec tơ U Vec tơ chuyển vị tại một điểm bất kỳ của hệ thống tàu cao tốc M Ma trận khối lượng tổng thể K Ma trận độ cứng tổng thể C Ma trận cản tổng thể Me Ma trận khối lượng phần tử dầm Ce Ma trận cản phần tử dầm Ke Ma trận độ cứng phần tử dầm Meff Ma trận khối lượng hiệu dụng Feff Ma trận lực hiệu dụng Keff Ma trận độ cứng hiệu dụng Ký hiệu m Khối lượng dầm trên mét dài kt 1 Độ cứng nền 1 kt 2 Độ cứng nền 2 kct Độ cứng lớp đệm giảm chấn ct1 Độ cản nền 1 ct 2 Độ cản nền 2 cct Độ cản lớp đệm giảm chấn k1 Độ cứng lò xo thân xe k2 Độ cứng lò xo giá chuyển hướng k3 Độ cứng lò xo bánh xe xiii c1 Độ cản thân xe c2 Độ cản giá chuyển hướng cct Độ cản bánh xe E Mô đun đàn hồi Young của vật liệu làm đường I Mô men quán tính của vật liệu làm đường  Hệ số poisson của vật liệu Fc Lực tiếp xúc giữa bánh xe và đường kH Độ cứng lò xo của bánh xe theo mô hình Hertzian u1 Chuyển vị của thân xe u2 Chuyển vị của giá chuyển hướng u3 Chuyển vị của bộ bánh xe V Vận tốc chuyển động của vật m1 Khối lượng thân xe m2 Khối lượng giá chuyển hướng m3 Khối lượng bộ bánh Rwheel Bán kính bánh xe Rroadproof Bán kính đỉnh mặt đường ur Chuyển vị của điểm tiếp xúc mặt đường-bánh xe uc Chuyển vị do độ nhám mặt đường gây ra t Bước thời gian Tổng quan 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Hệ thống giao thông vận tải bao gồm đường bộ, đường thủy, đường hàng không, đường ống, nó là một phần quan trọng trong hệ thống cơ sở hạ tầng, đảm bảo vận chuyển con người và hàng hóa một cách nhanh chóng, đảm bảo các quan hệ liên lạc thông suốt kịp thời… Chính vì tầm quan trọng như vậy, nên hầu hết các quốc gia trên thế giới đều chú trọng đầu tư xây dựng hệ thống giao thông vận tải hiện đại nhất có thể, để tạo tiền đề cho sự phát triển nền kinh tế xã hội. Trong bốn loại hình giao thông vận tải kể trên thì đường bộ (gồm đường ô tô và đường sắt) đóng vai trò chủ chốt nhất. Hệ thống giao thông đường bộ hiện đại bắt đầu hình thành vào khoảng thế kỷ 18, khi mà chiếc xe đầu tiên có động cơ hơi nước được phát minh vào năm 1796 bởi Nicolas-Jóeph cugnot, sau đó năm 1895 thì Karl Benz đã thiết kế chiếc xe tải đầu tiên dùng động cơ đốt trong (Hình 1.1) [1]. Hình 1.1. Chiếc xe đầu tiên chạy động cơ đốt trong Cuối thế kỷ 18, đường ray bằng sắt bắt đầu xuất hiện. Năm 1802, William Jessop - kỹ sư xây dựng người Anh khai trương tuyến vận chuyển đường sắt công cộng Surrey ở nam Luân Đôn. Mặc dù vẫn sử dụng ngựa kéo nhưng đây được coi là tuyến đường sắt công cộng đầu tiên trên thế giới [2]. Tổng quan 2 Xuất phát từ sự phát triển của kinh tế xã hội, nhu cầu vận chuyển ngày càng cao nên các hệ thống đường cao tốc đã và đang được các quốc gia chú trọng đầu tư xây dựng. Sau đây là khái niệm cho hệ thống này. Đường cao tốc hay đường có kiểm soát lối ra vào (controlled-access highway) là một loại xa lộ được thiết kế đặc biệt cho xe cộ lưu thông ở tốc độ cao với tất cả các chiều lưu thông, lối ra vào có điều khiển, cho phép dòng lưu thông không bị cản trở vì không có đường giao cắt đồng mức như các hệ thống đường bộ thông thường khác [3]. Xa lộ đôi đầu tiên trên thế giới được khánh thành vào năm 1924 giữa thành phố Milan và Varese, hiện nay là một phần của các đường cao tốc A8 và A9 tại Italia. Xa lộ này mặc dù được phân cách nhưng mỗi chiều chỉ có một làn xe và không có nút giao thông. Cũng năm này, Đường công viên Bronx River (Hình 1.2) được khánh thành thông xe là con đường đầu tiên tại Bắc Mỹ có sử dụng một dải phân cách cho các làn xe ngược chiều [3]. Hình 1.2. Đường công viên The Bronx River Đường sắt cao tốc là một kiểu vận tải hành khách hoạt động nhanh hơn rất nhiều so với tốc độ đường sắt thông thường. Liên minh châu Âu đã định nghĩa chi tiết tốc độ của đường sắt cao tốc là 245 km/h đối với đường nâng cấp và 295 km/h trở lên với đường mới. Tại Nhật Bản các tuyến đường sắt Shinkansen hoạt động với tốc độ hơn 260 km/h và được xây dựng bằng đường Tổng quan 3 sắt khổ tiêu chuẩn và không có giao cắt đồng mức. Tại Trung Quốc có hai cấp đường sắt cao tốc. Thứ nhất là các tuyến có tốc độ trong khoảng 200 km/h và 250 km/h để chở hàng và chở khách. Thứ hai là các tuyến đường cao tốc hoạt động với tốc độ tối đa lên tới 350 km/h chỉ để chở khách [4]. Tàu cao tốc đương đại đầu tiên của thế giới với lượng chuyên chở lớn (ban đầu tối đa 12 toa) là tuyến đường sắt Tōkaidō Shinkansen của Nhật Bản, được xây dựng từ tháng 4 năm 1959 và chính thức khai trương tháng 10 năm 1964. Tại châu Âu, tàu cao tốc bắt đầu được khởi động từ Hội chợ Vận tải Thế giới ở Munich vào tháng 6 năm 1965, khi tàu DB Class 103 thực hiện tổng cộng 347 chuyến đi với tốc độ 200 km/h giữa Munich và Augsburg [4]. 1.2 Sự phát triển hệ thống giao thông vận tải của Việt Nam và thế giới Cùng với sự hội nhập quốc tế, để đáp ứng cho nhu cầu của sự phát đất nước đòi hỏi cơ sở hạ tầng cũng phải được phát triển đồng bộ, trong đó hệ thống giao thông đang được nhà nước ta đầu tư phát triển về cả chất lẫn lượng. Cụ thể Bộ Giao thông vận tải đã đưa ra lộ trình nâng cấp tuyến đường sắt Bắc Nam giai đoạn đến 2020 như sau: hoàn thành việc nâng cấp các tuyến đường sắt hiện có để đạt cấp kỹ thuật quốc gia và khu vực, điện khí hóa các tuyến Hà Nôi - Vinh, Sài Gòn - Nha Trang, tiếp tục xây dựng các tuyến đường sắt mới để tạo thành mạng lưới đường sắt đồng bộ. Trên trục Bắc - Nam, ngoài tuyến đường sắt hiện có cần xây dựng thêm một tuyến đường đôi riêng biệt chạy tàu khách cao tốc Bắc - Nam khổ đường 1.435 mm và có khả năng kết nối với đường sắt liên vận quốc tế [5]. Tiếp tục xây dựng đường sắt đô thị ở các thành phố Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh và một số thành phố lớn khác để tạo thành mạng lưới giao thông đô thị hoàn chỉnh và đồng bộ. Dự án đường ôtô cao tốc Bắc-Nam nằm rất gần với quốc lộ 1A, thông suốt từ Hà Nội tới Cần Thơ, có tổng chiều dài 1.811 km, với điểm đầu là nút giao Pháp Vân (Hà Nội) điểm cuối là nút giao Chà Và (Cần Thơ). Được xây dựng bao gồm 16 đoạn tuyến [8], trong đó có các tuyến đã đưa vào sử dụng (Hình 1.3). Bên cạnh đó, dự án mở rộng quốc lộ 1A đang được thi công với 4 làn đường. Quốc lộ 1A bắt đầu tại tỉnh Lạng Sơn và kết thúc tại điểm cuối tại Tổng quan 4 tỉnh Cà Mau. Ngoài ra, những tuyến đường vành đai của các thành phố lớn cũng đang được xây dựng để đảm bảo phát triển kinh tế, xã hội, quốc phòng cho đất nước. Hình 1.3. Đường cao tốc Tp.HCM - Trung Lương Trên thế giới, phần lớn các hệ thống tàu cao tốc hiện nay có tốc độ tàu chạy từ 250 km/h đến 300 km/h và gần đây đã có một số tuyến đường sắt với tốc độ tàu di chuyển lớn hơn 300 km/h. Nhật Bản là nước dẫn đầu thế giới về công nghệ tàu cao tốc, nước này đã thử nghiệm tàu cao tốc JR-MaglevMLXO1 được coi là tàu chạy nhanh nhất thế giới, với tốc độ thử nghiệm năm 2003 đạt tới 581 km/h [4] (Hình 1.4). Hình 1.4. Tàu cao tốc JR-Maglav-MLX01 Tổng quan 5 Ngoài ra, các nước khác như Italia, Đức, Pháp, Hoa Kỳ… cũng có hệ thống đường sắt cao tốc hiện đại. Ở Đức, hệ thống đường sắt cao tốc được phát triển vào những năm 1980, tàu cao tốc ICE 3 (Hình 1.6) được vận hành tại Đức với tốc độ 320,4 km/h và tốc độ kỷ lục lên đến 367,8 km/h [4]. Tàu ICE 3 hiện nối giữa Frankfurt và Cologne, giữa Munich và Nuremberg. Ở Italy, có hai đoàn tàu cao tốc là tàu công cộng Red Arrow (Hình 1.5) và tàu tư nhân AGV hoạt động trên cùng các tuyến đường đã rút ngắn thời gian di chuyển giữa các thành phố xuống còn một nửa. Với tốc độ vận hành khoảng 299,5 km/h và tốc độ kỷ lục khoảng 399,7 km/h đối với Red Arrow và 360,6 km/h đối với AGV [4]. Hình 1.5. Tàu Red Arrow của Italia Hình 1.6. Tàu ICE của Đức 1.3 Những rủi ro gặp phải khi tham gia giao thông Những rủi ro khi tham gia giao thông xuất hiện dưới nhiều hình thức khác nhau và một khi khoa học kỹ thuật càng phát triển, tốc độ di chuyển càng nhanh, sức chứa hàng hóa và con người càng lớn thì thiệt hại do rủi ro khi tham gia giao thông cũng tăng theo. Tai nạn giao thông đường bộ là loại tai nạn giao thông phổ biến và gây nhiều người thương vong nhất, đặc biệt ở các quốc gia đang phát triển, khi mà hạ tầng cơ sở cũng như ý thức tuân thủ pháp luật về giao thông của người dân còn kém. Theo Bộ Công an Trung Quốc trong năm 2006, đã có 89.455 người chết vì tai nạn giao thông đường bộ [12], con số này tại Việt Nam năm 2013 là 9.805 người [12].