Báo cáo tóm tắt Đề tài Nghiên cứu xác định hệ số động lực trong cầu dây văng (CDV) do hoạt tải gây ra bằng phương pháp số và đo đạc thực nghiệm áp dụng cho các công trình cầu ở thành phố Đà Nẵng
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
BÁO CÁO TÓM TẮT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐỘNG LỰC
TRONG CẦU DÂY VĂNG (CDV) DO HOẠT TẢI GÂY RA
BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỐ VÀ ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM
ÁP DỤNG CHO CÁC CÔNG TRÌNH CẦU
Ở THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG
Mã số: B2016-ĐNA-09
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Nguyễn Xuân Toản
Đà Nẵng, 03/2018
i
Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài:
1. PGS.TS. Nguyễn Xuân Toản, Trường ĐH Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng
2. TS. Cao Văn Lâm, Trường ĐH Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng
3. NCS. ThS. Nguyễn Duy Thảo, Trường ĐH Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng
4. TS. Trần Văn Đức, Trường Đại học Duy Tân, Đà Nẵng
5. ThS. Mã Văn Lộc, Trường Cao đẳng Giao thông Vận tải 2, Đà Nẵng
Các đơn vị phối hợp chính:
1. Bộ môn Cầu Hầm, Khoa Xây dựng Cầu đường, trường ĐH Bách Khoa, Đại học Đà
Nẵng
2. Công ty TNHH. Công nghệ Phần mềm Tiến Minh
3. Công ty CP. TVĐT. Xây dựng Thành Minh Anh
4. BK Engineering & Construction Company (BK-ECC)
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
DO HOẠT TẢI GÂY RA...................................................................................................... 2
ĐỊNH HỆ SỐ ĐỘNG LỰC TRONG CDV........................................................................... 4
DÂY VĂNG Ở THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG........................................................................... 7
ĐỊNH HỆ SỐ ĐỘNG LỰC CDV Ở ĐÀ NẴNG................................................................... 8
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................. 14
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
CDV
Cụm từ đầy đủ
Cầu dây văng
PTHH
Phần tử hữu hạn
Bê tông cốt thép
BTCT
iii
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung
- Tên đề tài: Nghiên cứu xác định hệ số động lực trong cầu dây văng (CDV) do hoạt tải
gây ra bằng phương pháp số và đo đạc thực nghiệm áp dụng cho các công trình cầu ở thành phố
Đà Nẵng.
- Mã số: B2016-ĐNA-09
- Chủ nhiệm: PGS.TS. Nguyễn Xuân Toản
- Tổ chức chủ trì: Đại học Đà Nẵng
- Thời gian thực hiện: 01/2016-12/2017
2. Mục tiêu
Mục tiêu chung của đề tài là đạt được hệ số động lực trong CDV ở thành phố Đà Nẵng do
hoạt tải gây ra.
3. Tính mới và sáng tạo
Kết quả phân tích dao động và xác định hệ số động lực trong CDV ở thành phố Đà Nẵng
do hoạt tải gây ra có tính mới và sáng tạo, góp phần hoàn thiện công tác tính toán thiết kế và đảm
bảo khai thác an toàn cho CDV.
4. Kết quả nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu đã xác định được hệ số động lực trong CDV ở thành phố Đà Nẵng do
hoạt tải gây ra bằng phương pháp số và đo đạc thực nghiệm.
5. Sản phẩm
- Phần mềm ứng dụng phân tích dao động trong CDV và kết quả đo đạc thực nghiệm để
xác định hệ số động lực trong CDV do hoạt tải gây ra.
- 03 bài báo khoa học đăng trên các tạp chí quốc tế.
- 05 bài báo khoa học đăng trên các tạp chí và tuyển tập công trình hội nghị khoa học trong
nước.
- 03 Học viên đã bảo vệ thành công luận văn cao học; 01 Nghiên cứu sinh (NCS) đã bảo vệ
thành công luận án tiến sĩ; 01 NCS đã hoàn thành chương trình nâng cao, chuyên đề tổng quan
và 3 chuyên đề nghiên cứu.
6. Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang lại của của
kết quả nghiên cứu
- Phương thức chuyển giao: Kết quả và sản phẩm nghiên cứu được chuyển giao thông qua
việc nâng cao kiến thức khoa học và công nghệ ứng dụng trong lĩnh vực đào tạo kỹ sư, cao học
chuyên ngành cầu đường và các ngành có liên quan, chuyển giao ứng dụng cho các đơn vị trong
lĩnh vực tư vấn thiết kế, xây dựng và quản lý khai thác các công trình CDV.
iv
4. Research results
The research project has identified the CSB’s Dynamic Impact Factor in Da Nang due to
moving load by numerical methods and experimental measurement.
5. Products
- Software applications in CSB vibration analysis and experimental measurement results to
determine the CSB’s Dynamic Impact Factor due to moving load.
- 03 articles published in international journals.
- 05 articles published in local academic journals and proceeding of scientific conferences.
- 03 Master student successfully defended graduate thesis; 01 PhD student successfully
defended his doctoral dissertation; 01 PhD student has completed advanced program, overview
and three research topics.
6. Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of research results
- Transfer alternatives: Results and products of research can be transferred through the
advanced knowledge of science and technology applied in the field of engineering training,
graduate studies in bridge engineering and related fields, application transfer to companies in the
field of design consultancy, construction, management and exploitation of CSB works.
- Application institutions: Universities train engineers, masters in bridge engineering and
related fields, transportation departments, design consultancy companies, construction
companies, management and exploitation companies of CSB works in Da Nang and Vietnam.
- Impacts and benefits of research results: Results and products of research are valuable
reference materials, providing additional knowledge to bridge engineers, undergraduate students,
graduate students and PhD students. Results and products of research can be applied in the field
of design consultancy, construction, management and exploitation of CSB works, enhancing the
ability to analyze and reduce the cost of quality verification but still ensure the reliability
necessary.
vi
MỞ ĐẦU
1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ở trong và ngoài nước
Mục này đã tổng quan về tình hình nghiên cứu và ứng dụng cầu dây văng (CDV) trên thế
giới, Việt Nam và thành phố Đà Nẵng. Những vấn đề còn tồn tại cần tiếp tục nghiên cứu bổ
sung. Nhìn chung, kết quả nghiên cứu về lý thuyết và hướng dẫn áp dụng trong các qui trình, qui
hoạt tải gây ra, đề tài tập trung "Nghiên cứu xác định hệ số động lực trong cầu dây văng do hoạt
tải gây ra bằng phương pháp số và đo đạc thực nghiệm áp dụng cho các công trình cầu ở thành
phố Đà Nẵng".
2. Tính cấp thiết của đề tài
CDV có các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật - mỹ thuật tốt, có khả năng ứng dụng rất rộng rãi,
nhưng kết cấu rất thanh mảnh nên rất nhạy cảm với tải trọng động. Bài toán phân tích dao động
của CDV dưới tác dụng của hoạt tải có một ý nghĩa thực tiễn rất quan trọng vì vậy nó thu hút sự
quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học. Cho tới nay các kết quả nghiên cứu và hướng dẫn áp
dụng trong các qui trình qui phạm hiện hành của nhiều nước trên thế giới và Việt Nam có sự
khác biệt rất lớn gây khó khăn cho việc ứng dụng trong thiết kế và kiểm tra an toàn trong quá
trình khai thác. Do vậy, việc nghiên cứu xác định hệ số động lực trong CDV do hoạt tải gây ra
bằng phương pháp số và đo đạc thực nghiệm áp dụng cho các công trình cầu ở thành phố Đà
Nẵng là rất cần thiết có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
3. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chung của đề tài là đạt được hệ số động lực trong CDV do hoạt tải gây ra. Mục
tiêu cụ thể là đạt được kết quả phân tích dao động CDV, kết quả đo đạc thực nghiệm, mô hình tải
trọng và hệ số động lực trong CDV do hoạt tải gây ra.
4. Cách tiếp cận nghiên cứu
Nghiên cứu kết cấu CDV và tải trọng xe, áp dụng các phương pháp số và phương pháp
PTHH vào xây dựng thuật toán và mô đun phần mềm phân tích dao động CDV. Xác định hệ số
động lực CDV theo lý thuyết và đo đạc thực nghiệm.
5. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với đo đạc thực nghiệm, phân tích
chuyên gia, phân tích xác định hệ số động lực CDV do hoạt tải gây ra.
6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là: Các cầu dây văng ở thành phố Đà Nẵng chịu hoạt tải khai thác.
Đề tài được giới hạn phạm vi nghiên cứu về dao động của CDV trong mặt phẳng đứng của
kết cấu và hoạt tải được giới hạn trong phạm vi các loại xe tải thông dụng được phép lưu thông
qua các CDV ở thành phố Đà Nẵng.
7. Nội dung nghiên cứu
Nội dung của đề tài bao gồm phần mở đầu, 04 chương, kết luận và phụ lục.
1
CHƯƠNG 1. CỞ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐỘNG LỰC TRONG CDV
DO HOẠT TẢI GÂY RA
1.1. Giới thiệu chung
Mục này các tác giả giới thiệu các nghiên cứu lý thuyết về dao động CDV dưới tác dụng
của tải trọng xe di động và đề xuất mô hình tải trọng xe di động tổng quát có n trục mô hình n+1
khối lượng, có xét đến lực hãm xe để nghiên cứu.
1.2. Mô hình PTHH phân tích dao động CDV do hoạt tải gây ra
Kết cấu CDV được mô hình hóa bởi các phần tử dầm, tháp và dây theo phương pháp
PTHH. Sơ đồ tải trọng xe di chuyển trên CDV ba nhịp được thể hiện như trên hình 1.1.
O
xelf
L
Hình 1.1. Sơ đồ tải trọng di chuyển trên CDV
Mô hình tương tác động lực giữa phần tử dầm chịu uốn và tải trọng xe tổng quát gồm n
trục có xét đến lực hãm như hình 1.2.
Hình 1.2. Mô hình tương tác giữa xe n trục và phần tử dầm
Trong đó:
v .(t − t ) − x ;
khi ti ≤ t ≤ tbi
i
i
elf
x =
;
0 ≤ xi ≤ L
(1.1)
a .(t − t )
i
i
bi
vi.(tbi − ti ) +
+ vi .(t − tbi ) − xelf ; khi tbi < t ≤ tei
2
L - chiều dài của phần tử dầm đang xét
xo - toạ độ trọng tâm của xe và hàng trừ trục xe
xi - toạ độ của trục xe thứ i tại thời điểm đang xét
xelf - khoảng cách từ đầu cầu đến đầu trái của phần tử dầm đang xét
2
wi - chuyển vị đứng của phần tử dầm tại vị trí trục xe thứ i
vi - vận tốc của trục xe thứ i trước khi hãm xe
ai - gia tốc của trục xe thứ i khi hãm xe (ai<0)
ti - thời điểm trục xe thứ i bắt đầu vào phần tử dầm
tbi - thời điểm trục xe thứ i bắt đầu hãm xe
tei - thời điểm trục xe thứ i ở điểm cuối của phần tử dầm
t - thời điểm đang xét
P = G.sin(Ω.t +α) là lực kích thích điều hoà do do động cơ gây ra. Với Ω là vận tốc góc,
α là góc pha ban đầu, G là biên độ dao động.
m - khối lượng của xe và hàng trừ khối lượng của các trục xe
mi - khối lượng của trục xe thứ i
ksi, dsi - độ cứng và độ giảm chấn của hệ thống treo, nhíp xe thứ i
kti, dti - độ cứng và độ giảm chấn của lốp xe thứ i
s - quãng đường xe di chuyển
ϕ - góc quay của khung xe (rad)
u - chuyển vị tuyệt đối của khung xe tại khối tâm, tọa độ tuyệt đối khối lượng m
ūi - chuyển vị tuyệt đối của khung xe tại vị trí trục xe thứ i
ui - chuyển vị tuyệt đối của trục xe thứ i, tọa độ tuyệt đối của khối lượng mi
ysi - chuyển vị tương đối giữa khung xe và trục xe thứ i
yti - chuyển vị tương đối giữa trục xe thứ i và phần tử dầm
hi - khoảng cách tĩnh từ trọng tâm các khối lượng mi đến trục của phần tử dầm đang xét khi
hệ không dao động.
Tti - lực ma sát giữa lốp xe thứ i với mặt cầu khi hãm xe
1.3. Phương trình vi phân dao động của phần tử dầm và tải trọng di động
Phương trình vi phân dao động của phần tử dầm và tải trọng di động viết dưới dạng ma
trận như (1.2):
Me.q + Ce.q + Ke.q = fe
(1.2)
q,q,q, f
e - là véc tơ gia tốc, vận tốc, chuyển vị, lực hỗn hợp của các phần tử dầm.
Me, Ce, Ke - là ma trận khối lượng, ma trận cản, ma trận độ cứng hỗn hợp:
C
C
K
K
M
M
wz
wz
wz
ww
ww
ww
C =
;
;
Ke =
Me =
;
(1.3)
e
Czw Czz
Kzw Kzz
Mzw Mzz
Cấu trúc và cách xác định các ma trận trên xem trong bản báo cáo đầy đủ.
1.4. Phương trình vi phân dao động của phần tử cáp
Phương trình vi phân dao động của phần tử cáp cũng tương tự phương trình (1.2).
Khi đó: Me, Ce, Ke - là ma trận khối lượng, ma trận cản, ma trận độ cứng của phần tử cáp.
K f
Kn
ma trận độ cứng xét đến
Với
;
ma trận độ cứng cơ bản của phần tử cáp,
Ke = K f + Kn
lực căng và độ võng của cáp (phi tuyến).
3
1.5. Phương pháp xác định hệ số động lực trong CDV do hoạt tải
Ngoài hướng dẫn áp dụng trong các qui trình của các quốc gia, hệ số động lực CDV do
hoạt tải gây ra được xác định theo công thức (1.4):
Sđ
(1+ IM ) =
(1.4)
St
(1+IM) – hệ số động lực của nội lực hoặc chuyển vị
Sđ , St – nội lực hoặc chuyển vị động và tĩnh lớn nhất được xác định theo lý thuyết
hoặc đo đạc thực nghiệm tại cùng vị trí.
1.6. Kết luận
Chương 1 đã trình bày khái quát về những kết quả nghiên cứu của các tác giả trên thế giới,
phương pháp xác định hệ số động lực (1+IM) của một số quốc gia, cở sở lý thuyết sẽ áp dụng để
phân tích tương tác động lực của CDV dưới tác dụng của tải trọng xe di động và phương pháp
xác định hệ số động lực (1+IM).
Qua kết quả công bố của các nhà khoa học và cách xác định hệ số động lực (1+IM) theo
các quy trình hiện hành của nhiều quốc gia trên thế giới và Việt Nam cho thấy hệ số động lực
(1+IM) vẫn còn khác biệt rất lớn, gây trở ngại cho việc phân tích thiết kế.
Để đảm bảo độ tin cậy và tính phổ quát cao, các tác giả sẽ xác định hệ số động lực (1+IM)
của CDV trong thành phố Đà Nẵng trên cơ sở áp dụng phương pháp PTHH và các phương pháp
số kết hợp đo đạc thực nghiệm tại hiện trường.
Cơ sở lý thuyết được trình bày trong chương 1 sẽ được áp dụng vào chương 2 để xây dựng
thuật toán và các môđun phần mềm KC05, phân tích dao động và xác định hệ số động lực trong
CDV do hoạt tải xe di động gây ra bằng phương pháp PTHH và các phương pháp số.
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THUẬT TOÁN, PHẦN MỀM XÁC ĐỊNH
HỆ SỐ ĐỘNG LỰC TRONG CDV
2.1. Giới thiệu chung
2.2. Thuật toán tổng quát phân tích dao động CDV dưới tác dụng của tải trọng xe di động
2.3. Xây dựng mô đun phân tích tĩnh và dao động CDV dưới tác dụng của tải trọng xe di
động
Hình 2.1. Dao diện chính của phần mềm phân tích CDV
4
Nội dung trình bày về việc xây dựng các mô đun phần mềm KC05 để phân tích dao động
của CDV dưới tác dụng của tải trọng xe di động (Phụ lục 1). Dao diện chính của phần mềm
phân tích CDV như hình 2.1.
2.4. Kiểm tra đánh giá kết quả phân tích từ phần mềm KC05
So sánh kết quả chuyển vị và hệ số động lực (1+IM) theo lý thuyết với kết quả đo đạc thực
nghiệm tại cầu Phò Nam ta thấy sự sai lệch tối đa 9%, xem bảng 2.1.
Bảng 2.1. Kết quả chuyển vị và hệ số động lực (1+IM) theo lý thuyết và đo đạc thực nghiệm
trên cầu Phò Nam
Kết quả phân tích Kết quả đo đạc
lý thyết PTHH thực nghiệm
Sai khác giữa
Vị trí đo
chuyển
vị
Vận tốc
hãm xe
(km/h)
LT và TN
Vị trí
hãm xe
∆qd
(%)
∆IM
(%)
qd (mm) 1+IM qd (mm) 1+IM
Nút 2
Nút 3
Nút 2
Nút 3
Nút 2
Nút 3
Nút 2
Nút 3
1/4 nhịp
1/4 nhịp
1/2 nhịp
1/2 nhịp
1/4 nhịp
1/4 nhịp
1/2 nhịp
1/2 nhịp
20
20
20
20
25
25
25
25
4.918
5.293
4.711
6.048
5.292
5.831
5.092
5.780
1.227
1.154
1.175
1.225
1.320
1.206
1.260
1.163
4.424
4.529
4.048
5.393
4.770
5.395
4.508
5.279
1.164
1.105
1.079
1.135
1.255
1.148
1.156
1.111
11.2
16.9
16.4
12.1
10.9
8.1
5.4
4.5
8.9
7.9
5.2
5.1
9.0
4.6
13.0
9.5
2.5. Xác định hệ số động lực của cầu Phò Nam bằng phần mềm KC05
Hệ số động lực trung bình trong kết cấu cầu Phò Nam như bảng 2.2:
Bảng 2.2. Hệ số động lực trung bình của cầu Phò Nam do xe Kamaz
v=5m/s v=10m/s v=15m/s
1+IMx 1+IMy 1+IMz 1+IMx 1+IMy 1+IMz 1+IMx 1+IMy 1+IMz
Tổ hợp
tải trọng
1
2
1.026 1.033 1.066 1.218
1.024 1.034 1.063 1.189
1.025 1.033 1.068 1.203
1.027 1.045 1.071 1.202
1.029 1.052 1.087 1.200
1.033 1.057 1.095 1.211
1.037 1.050 1.096 1.228
1.035 1.055 1.092 1.227
1.031 1.052 1.087 1.220
1.033 1.059 1.083 1.215
1.030 1.047 1.081 1.211
1.133 1.162 1.429 1.303 1.335
1.147 1.165 1.436 1.329 1.344
1.180 1.167 1.433 1.341 1.360
1.190 1.169 1.425 1.332 1.358
1.155 1.168 1.426 1.327 1.352
1.193 1.176 1.432 1.333 1.357
1.236 1.193 1.435 1.337 1.363
1.243 1.187 1.435 1.336 1.367
1.229 1.185 1.435 1.334 1.371
1.215 1.188 1.441 1.328 1.374
1.192 1.176 1.433 1.330 1.358
3
4
5
6
7
8
9
10
TB
2.6. Xác định hệ số động lực của cầu Sông Hàn bằng phần mềm KC05
Hệ số động lực trung bình trong kết cấu cầu Sông Hàn như bảng 2.3:
5
Bảng 2.3. Hệ số động lực trung bình của cầu Sông Hàn do xe IFA-L60
v=5m/s v=10m/s v=15m/s
1+IMx 1+IMy 1+IMz 1+IMx 1+IMy 1+IMz 1+IMx 1+IMy 1+IMz
Tổ hợp
tải trọng
1
2
1.104 1.073 1.110 1.314 1.242
1.076 1.085 1.107 1.298 1.221
1.072 1.108 1.130 1.280 1.224
1.083 1.121 1.157 1.281 1.239
1.092 1.157 1.174 1.268 1.250
1.093 1.190 1.188 1.244 1.236
1.090 1.201 1.188 1.229 1.210
1.093 1.202 1.190 1.225 1.213
1.091 1.194 1.186 1.229 1.229
1.090 1.200 1.179 1.229 1.234
1.088 1.153 1.161 1.260 1.230
1.350
1.301
1.307
1.330
1.332
1.320
1.293
1.298
1.321
1.342
1.319
1.395 1.380 1.442
1.417 1.358 1.446
1.419 1.333 1.456
1.417 1.320 1.463
1.401 1.312 1.445
1.381 1.299 1.445
1.362 1.287 1.442
1.348 1.276 1.421
1.335 1.279 1.387
1.325 1.280 1.368
1.380 1.312 1.431
3
4
5
6
7
8
9
10
TB
2.7. Xác định hệ số động lực của cầu Trần Thị Lý bằng phần mềm KC05
Hệ số động lực trung bình trong kết cấu cầu Trần Thị Lý như bảng 2.4:
Bảng 2.4. Hệ số động lực trung bình của cầu Trần Thị Lý do xe Asia
v=5m/s
v=10m/s
v=15m/s
Tổ hợp
tải trọng
1+IMx 1+IMy 1+IMz 1+IMx 1+IMy 1+IMz 1+IMx 1+IMy 1+IMz
1
2
1.266 1.100 1.168
1.183 1.102 1.143
1.145 1.093 1.133
1.121 1.084 1.114
1.169 1.079 1.128
1.412 1.173 1.388
1.528 1.118 1.273
1.441 1.128 1.286
1.339 1.169 1.450
1.221 1.100 1.265
1.283 1.115 1.235
1.344
1.294
1.293
1.293
1.334
1.364
1.396
1.387
1.375
1.336
1.342
1.173
1.182
1.216
1.206
1.181
1.194
1.279
1.229
1.197
1.222
1.208
1.324 1.493
1.276 1.510
1.382 1.579
1.341 1.651
1.291 1.629
1.347 1.533
1.496 1.466
1.462 1.493
1.387 1.539
1.475 1.535
1.378 1.543
1.291
1.325
1.319
1.326
1.325
1.304
1.332
1.317
1.368
1.418
1.332
1.369
1.445
1.434
1.485
1.414
1.414
1.488
1.446
1.578
1.699
1.477
3
4
5
6
7
8
9
10
TB
2.8. Kết luận
Nội dung chương 2 trình bày về các thuật toán tổng quát, môđun phần mềm KC05 xác định
hệ số động lực trong CDV, kiểm tra tính hội tụ và độ tin cậy của phần mềm KC05, áp dụng phần
mềm KC05 phân tích dao động và xác định hệ số động lực (1+IM) của các CDV ở TP. Đà Nẵng.
Kết quả phân tích từ phần mềm KC05 đã được kiểm tra đánh giá tính hội tụ và so sánh với
kết quả đo đạc thực nghiệm tại công trình cầu Phò Nam. Hệ số động lực (1+IM) theo lý thuyết
đảm bảo tính hội tụ và phù hợp với kết quả đo đạc thực nghiệm tại cầu Phò Nam. Sai lệch về hệ
số động lực (1+IM) của chuyển vị tại các điểm khảo sát là 4.5÷9%.
Hệ số động lực (1+IM) của các CDV ở thành phố Đà Nẵng theo lý thuyết có xu hướng
tăng khi tốc độ tăng trong phạm vi khai thác và có một số giá trị lớn hơn giá trị được qui định
trong qui trình hiện hành của Việt Nam là 1,25.
6
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM TRÊN MỘT SỐ CẦU DÂY
VĂNG Ở THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG
3.1 Giới thiệu chung
3.2. Đo đạc thực nghiệm về dao động do hoạt tải trên cầu Phò Nam
Sơ đồ vị trí lắp đặt thiết bị đo dao động trên cầu Phò Nam như trên hình 3.1.
4
3
O
1
2
35.7m
80m
35.7m
Hình 3.1. Sơ đồ vị trí lắp đặt thiết bị đo dao động trên cầu Phò Nam
Kết quả đo đạc hệ số động lực (1+IM) khi vận tốc xe thay đổi theo từng cấp từ 10km/h đến
40km/h và vị trí hãm xe thay đổi trên cầu được tổng hợp và thể hiện trên các hình 3.2:
Hình 3.2. Hệ số động lực tại vị trí 1, 2, 3, 4 khi tốc độ và vị trí hãm xe thay đổi
Kết quả đo đạc hệ số động lực (1+IM) tại các vị trí đo khi xe chạy tương ứng với từng cấp
vận tốc từ 10km/h đến 40 km/h và hãm xe tại các vị trí khác nhau được thể hiện trên hình 3.3:
Hình 3.3. Hệ số động lực tại các vị trí đo khi xe chạy với v=10÷40km/h và hãm xe
3.3. Đo đạc thực nghiệm về dao động do hoạt tải trên cầu Sông Hàn
Sơ đồ vị trí lắp đặt thiết bị đo dao động trên cầu Sông Hàn như trên hình 3.4.
7
Hình 3.4. Sơ đồ vị trí lắp đặt thiết bị đo dao động trên cầu Sông Hàn
Kết quả đo đạc hệ số động lực (1+IM) khi vận tốc xe chạy trong khoảng 20km/h đến
35km/h trên cầu Sông Hàn được thể hiện trên Hình 3.5. Đường xu hướng của hệ số động lực
(1+IM) tăng khi vận tốc xe chạy tăng.
Hình 3.5. Hệ số động lực tại các vị trí đo khi xe chạy với v=20÷35km/h
3.4. Kết luận
Chương 3 đã trình bày một số kết quả đo đạc thực nghiệm trên các công trình CDV ở thành
phố Đà Nẵng. Trong phạm vi thí nghiệm với miền vận tốc xe chạy10km/h ÷ 40km/h, kết quả đo
đạc hệ số động lực (1+IM) có xu hướng tăng khi vận tốc xe chạy tăng.
Hệ số động lực trung bình lớn nhất khi đo đạc thực nghiệm trên cầu Phò Nam là 1,267 và
giá trị hệ số động lực (1+IM) lớn nhất đo được là 1,389 khi v=40km/h, so với tiêu chuẩn 22TCN
Hệ số động lực trung bình lớn nhất khi đo đạc thực nghiệm trên cầu Sông Hàn là 1,195 và
giá trị hệ số động lực (1+IM) lớn nhất đo được là 1,282 khi v=35km/h, so với tiêu chuẩn 22TCN
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN MÔ HÌNH TẢI TRỌNG VÀ XÁC ĐỊNH HỆ
SỐ ĐỘNG LỰC CDV Ở ĐÀ NẴNG
4.1. Lựa chọn mô hình tải trọng xe di động
Mô hình tải trọng xe di động được chọn là loại xe phổ biến nhất có 2 và 3 trục.
4.2. Phân tích so sánh hệ số động lực theo lý thuyết và thực nghiệm
8
Bằng việc so sánh hệ số động lực theo lý thuyết và thực nghiệm ta xác định được độ sai
lệch và hệ số điều chỉnh β. Áp dụng mô hình số trên máy tính để phân tích hệ số động lực
(1+IM)LT theo lý thuyết, sau đó xác định hệ số động lực tính toán (1+IM)TT theo công thức:
(1+ IM )TT = β.(1+ IM )LT
(4.1)
Trong đó: β là hệ số điều chỉnh, đối với cầu Phò Nam β=0,9466; cầu Sông Hàn β=0,9435;
cầu Trần Thị Lý β=0,9451.
(1+IM)LT là hệ số động lực theo lý thuyết,
(1+IM)TT là hệ số động lực tính toán,
4.3. Xác định hệ số động lực (1+IM) của cầu Phò Nam
Kết quả hệ số động lực (1+IM) trong kết cấu cầu Phò Nam như phụ lục 2, hình 4.1,4.2 và
bảng 4.1÷4.3.
Hình 4.1. Mật độ phân bố (1+IM) của chuyển vị Uy , do xe Kamaz, v=5m/s
Hình 4.2. Mật độ phân bố (1+IM) của chuyển vị Uy , do xe Kamaz, v=10m/s
Các thông số đặc trưng ngẫu nhiên của hệ số động lực (1+IM) được thể hiện trong bảng
4.1÷4.3:
Bảng 4.1. Hệ số động lực (1+IM) do xe Asia trên cầu Phò Nam
1+IMx
1+IMy
1+IMz
Đặc trưng
ngẫu nhiên
Giá trị min
Giá trị max
Kỳ vọng
5m/s
1.00
1.06
1.03
1.00
0.02
10m/s 15m/s
5m/s
0.99
1.11
1.05
1.00
0.03
10m/s 15m/s 5m/s 10m/s 15m/s
1.06
1.39
1.22
1.16
0.10
1.13
1.90
1.52
1.44
0.23
1.05
1.38
1.22
1.15
0.10
1.10
1.69
1.40
1.32
0.17
1.00
1.12
1.06
1.00
0.04
1.04
1.31
1.17
1.11
0.08
1.09
1.64
1.37
1.29
0.16
Kỳ vọng*β
Độ lệch
9
Bảng 4.2. Hệ số động lực (1+IM) do xe IFA L60 trên cầu Phò Nam
1+IMx
1+IMy
1+IMz
Đặc trưng
ngẫu nhiên
Giá trị min
Giá trị max
Kỳ vọng
5m/s
0.96
1.15
1.05
1.00
0.06
10m/s 15m/s
5m/s
1.01
1.19
1.10
1.04
0.05
10m/s 15m/s 5m/s 10m/s 15m/s
1.05
1.44
1.25
1.18
0.12
1.09
1.82
1.45
1.38
0.22
1.04
1.45
1.25
1.18
0.12
1.07
1.70
1.38
1.31
0.18
1.00
1.18
1.09
1.03
0.05
1.04
1.39
1.22
1.15
0.10
1.07
1.68
1.37
1.30
0.18
Kỳ vọng*β
Độ lệch
Bảng 4.3. Hệ số động lực (1+IM) do xe Kamaz trên cầu Phò Nam
1+IMx
1+IMy
1+IMz
Đặc trưng
ngẫu nhiên
Giá trị min
Giá trị max
Kỳ vọng
5m/s
0.99
1.08
1.03
1.00
0.03
10m/s 15m/s
5m/s
1.00
1.12
1.06
1.00
0.04
10m/s 15m/s 5m/s 10m/s 15m/s
1.05
1.43
1.24
1.17
0.11
1.10
1.88
1.49
1.41
0.23
1.05
1.41
1.23
1.16
0.11
1.08
1.72
1.40
1.32
0.19
1.01
1.15
1.08
1.02
0.04
1.03
1.31
1.17
1.11
0.08
1.07
1.65
1.36
1.29
0.17
Kỳ vọng*β
Độ lệch
4.4. Xác định hệ số động lực (1+IM) của cầu Sông Hàn
Kết quả hệ số động lực (1+IM) trong kết cấu cầu Sông Hàn như phụ lục 2, hình 4.3, 4.4 và
bảng 4.4÷4.6.
Hình 4.3. Mật độ phân bố (1+IM) của chuyển vị Uy , do xe IFA L60, v=5m/s
Hình 4.4. Mật độ phân bố (1+IM) của chuyển vị Uy , do xe IFA L60, v=10m/s
10
Các thông số đặc trưng ngẫu nhiên của hệ số động lực (1+IM) được thể hiện trong bảng
4.4÷4.6:
Bảng 4.4. Hệ số động lực (1+IM) do xe Asia trên cầu Sông Hàn
1+IMx
1+IMy
1+IMz
Đặc trưng
ngẫu nhiên
Giá trị min
Giá trị max
Kỳ vọng
5m/s
1.01
1.24
1.12
1.06
0.07
10m/s 15m/s
5m/s
0.97
1.17
1.07
1.01
0.06
10m/s 15m/s 5m/s 10m/s 15m/s
1.08
1.64
1.36
1.29
0.16
1.11
1.75
1.43
1.35
0.19
1.05
1.46
1.26
1.19
0.12
1.09
1.70
1.40
1.32
0.18
1.00
1.23
1.12
1.06
0.07
1.06
1.51
1.29
1.22
0.13
1.10
1.66
1.38
1.31
0.16
Kỳ vọng*β
Độ lệch
Bảng 4.5. Hệ số động lực (1+IM) do xe IFA L60 trên cầu Sông Hàn
1+IMx
1+IMy
1+IMz
Đặc trưng
ngẫu nhiên
Giá trị min
Giá trị max
Kỳ vọng
5m/s
0.93
1.26
1.10
1.04
0.10
10m/s 15m/s
5m/s
0.91
1.46
1.18
1.12
0.16
10m/s 15m/s 5m/s 10m/s 15m/s
0.88
1.64
1.26
1.20
0.22
0.82
1.94
1.38
1.31
0.33
0.89
1.57
1.23
1.17
0.20
0.86
1.76
1.31
1.24
0.26
0.92
1.40
1.16
1.10
0.14
0.84
1.80
1.32
1.25
0.28
0.81
2.03
1.42
1.35
0.36
Kỳ vọng*β
Độ lệch
Bảng 4.6. Hệ số động lực (1+IM) do xe Kamaz trên cầu Sông Hàn
1+IMx
1+IMy
1+IMz
Đặc trưng
ngẫu nhiên
Giá trị min
Giá trị max
Kỳ vọng
5m/s
0.99
1.30
1.14
1.08
0.09
10m/s 15m/s
5m/s
0.98
1.27
1.12
1.06
0.09
10m/s 15m/s 5m/s 10m/s 15m/s
0.99
1.49
1.24
1.17
0.15
0.99
1.72
1.36
1.28
0.21
1.00
1.46
1.23
1.17
0.14
1.00
1.66
1.33
1.26
0.20
0.98
1.28
1.13
1.07
0.09
1.00
1.60
1.30
1.23
0.18
1.01
1.85
1.43
1.35
0.25
Kỳ vọng*β
Độ lệch
4.5. Xác định hệ số động lực (1+IM) của cầu Trần Thị Lý
Kết quả hệ số động lực (1+IM) trong cầu Trần Thị Lý như phụ lục 2, hình 4.5, 4.6 và bảng
4.7÷4.9.
Hình 4.5. Mật độ phân bố (1+IM) của chuyển vị Uy , do xe Asia, v=5m/s
11
Hình 4.6. Mật độ phân bố (1+IM) của chuyển vị Uy , do xe Asia, v=10m/s
Các thông số đặc trưng ngẫu nhiên của hệ số động lực (1+IM) được thể hiện trong bảng
4.7÷4.9:
Bảng 4.7. Hệ số động lực (1+IM) do xe Asia trên cầu Trần Thị Lý
1+IMx
1+IMy
1+IMz
Đặc trưng
ngẫu nhiên
Giá trị min
Giá trị max
Kỳ vọng
5m/s
0.98
1.36
1.17
1.11
0.11
10m/s 15m/s
5m/s
0.97
1.27
1.12
1.06
0.09
10m/s 15m/s 5m/s 10m/s 15m/s
0.99
1.51
1.25
1.18
0.15
1.00
1.90
1.45
1.37
0.26
1.00
1.40
1.20
1.14
0.12
1.00
1.67
1.33
1.26
0.20
0.99
1.46
1.22
1.16
0.14
0.99
1.65
1.32
1.25
0.19
0.99
1.75
1.37
1.30
0.22
Kỳ vọng*β
Độ lệch
Bảng 4.8. Hệ số động lực (1+IM) do xe IFA L60 trên cầu Trần Thị Lý
1+IMx
1+IMy
1+IMz
Đặc trưng
ngẫu nhiên
Giá trị min
Giá trị max
Kỳ vọng
5m/s
0.97
1.30
1.13
1.07
0.10
10m/s 15m/s
5m/s
0.99
1.24
1.12
1.06
0.07
10m/s 15m/s 5m/s 10m/s 15m/s
0.98
1.49
1.23
1.17
0.15
0.98
1.83
1.40
1.33
0.25
0.98
1.42
1.20
1.14
0.13
0.98
1.63
1.31
1.24
0.19
0.98
1.48
1.23
1.16
0.15
0.98
1.81
1.39
1.32
0.24
0.97
1.86
1.41
1.34
0.26
Kỳ vọng*β
Độ lệch
Bảng 4.9. Hệ số động lực (1+IM) do xe Kamaz trên cầu Trần Thị Lý
1+IMx
1+IMy
1+IMz
Đặc trưng
ngẫu nhiên
Giá trị min
Giá trị max
Kỳ vọng
5m/s
0.96
1.37
1.17
1.10
0.12
10m/s 15m/s
5m/s
0.98
1.24
1.11
1.05
0.08
10m/s 15m/s 5m/s 10m/s 15m/s
0.96
1.60
1.28
1.21
0.19
0.93
2.01
1.47
1.39
0.32
0.96
1.45
1.21
1.14
0.14
0.94
1.74
1.34
1.27
0.23
0.96
1.41
1.18
1.12
0.13
0.95
1.73
1.34
1.27
0.23
0.94
1.84
1.39
1.32
0.27
Kỳ vọng*β
Độ lệch
Giá trị kỳ vọng tính toán (1+IM)TT của cầu Phò Nam, Sông Hàn và Trần Thị Lý được thể
hiện trong bảng 4.10:
12
Bảng 4.10. Giá trị kỳ vọng (1+IM)TT của cầu Phò Nam, Sông Hàn, Trần Thị Lý
1+IMx
1+IMy
1+IMz
GT kỳ vọng
(1+IM)TT
5m/s 10m/s 15m/s
5m/s 10m/s 15m/s 5m/s 10m/s 15m/s
1.00
1.00
1.00
1.00
1.06
1.04
1.08
1.06
1.11
1.07
1.10
1.09
1.05
1.16
1.18
1.17
1.17
1.29
1.20
1.17
1.22
1.18
1.17
1.21
1.19
1.19
1.44
1.38
1.41
1.41
1.35
1.31
1.28
1.31
1.37
1.33
1.39
1.36
1.36
1.00
1.04
1.00
1.01
1.01
1.12
1.06
1.06
1.06
1.06
1.05
1.06
1.04
1.15
1.18
1.16
1.16
1.19
1.17
1.17
1.18
1.14
1.14
1.14
1.14
1.16
1.32
1.31
1.32
1.32
1.32
1.24
1.26
1.27
1.26
1.24
1.27
1.26
1.28
1.00
1.03
1.02
1.02
1.06
1.10
1.07
1.08
1.16
1.16
1.12
1.15
1.08
1.11
1.15
1.11
1.12
1.22
1.25
1.23
1.23
1.25
1.32
1.27
1.28
1.21
1.29
1.30
1.29
1.29
1.31
1.35
1.35
1.34
1.30
1.34
1.32
1.32
1.32
Cầu Phò Nam
(1)
TB (1)
Cầu Sông
Hàn (2)
TB (2)
Cầu Trần Thị
Lý (3)
TB (3)
TB (1)÷(3)
4.6. Kết luận
Chương 4 trình bày các mô hình tải trọng đã được lựa chọn và xác định hệ số điều chỉnh β
dựa trên kết quả phân tích lý thuyết kết hợp với đạc thực nghiệm. Sử dụng hệ số điều chỉnh β xác
định hệ số động lực tính toán (1+IM)TT thông qua hệ số động lực (1+IM)LT được phân tích tổng
thể mô hình số trên máy tính với tải trọng thay đổi ngẫu nhiên.
Trong phạm vi nghiên cứu với miền vận tốc xe chạy 5m/s ÷ 15m/s, kết quả phân tích dao
động và xác định hệ số động lực (1+IM)TT trong các CDV ở Đà Nẵng có xu hướng tăng khi vận
tốc xe chạy tăng.
Giá trị kỳ vọng tính toán (1+IM)TT lớn nhất đối với chuyển vị theo trục OX của cầu Phò
Nam, Sông Hàn, Trần Thị Lý lần lượt là: 1,41; 1,31 và 1,36. Giá trị trung bình là 1,36 so với tiêu
Giá trị kỳ vọng tính toán (1+IM)TT lớn nhất đối với chuyển vị theo trục OY của cầu Phò
Nam, Sông Hàn, Trần Thị Lý lần lượt là: 1,32; 1,27 và 1,26. Giá trị trung bình là 1,28 so với tiêu
Giá trị kỳ vọng tính toán (1+IM)TT lớn nhất đối với chuyển vị xoay theo trục OZ của cầu
Phò Nam, Sông Hàn, Trần Thị Lý lần lượt là: 1,29; 1,34 và 1,32. Giá trị trung bình là 1,32 so với
lớn, nhưng giá trị max được tìm thấy khá lớn, điều này cần lưu ý để phân tích kiểm tra an toàn
trong quá trình khai thác các công trình CDV ở Đà Nẵng.
13
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Đề tài nghiên cứu xác định hệ số động lực trong CDV do hoạt tải gây ra bằng phương pháp
số và đo đạc thực nghiệm áp dụng cho các công trình cầu ở thành phố Đà Nẵng đã được các tác
giả thực hiện và đạt được một số kết quả sau:
Đề tài đã tổng quan kết quả nghiên cứu của các tác giả trên thế giới, phương pháp xác định
hệ số động lực (1+IM) của một số quốc gia, cở sở lý thuyết được áp dụng để phân tích tương tác
động lực của CDV dưới tác dụng của tải trọng xe di động và phương pháp xác định hệ số động
lực (1+IM).
Lựa chọn mô hình và cơ sở lý thuyết, xây dựng thuật toán và phát triển các mô đun phần
mềm KC05 phân tích dao động và xác định hệ số động lực trong CDV do hoạt tải xe di động gây
ra bằng phương pháp PTHH và các phương pháp số.
Ứng dụng phần mềm KC05 vào phân tích dao động và xác định hệ số động lực trong các
CDV ở Đà Nẵng do hoạt tải gây ra. Kết quả phân tích từ phần mềm KC05 đã được kiểm tra đánh
giá tính hội tụ và so sánh với kết quả đo đạc thực nghiệm tại công trình cầu Phò Nam. Hệ số
động lực (1+IM) theo lý thuyết đảm bảo tính hội tụ và phù hợp với kết quả đo đạc thực nghiệm
tại cầu Phò Nam.
Đã triển khai đo đạc thực nghiệm trên các công trình CDV ở thành phố Đà Nẵng: Hệ số
tăng 11,1%. Hệ số động lực lớn nhất khi đo đạc thực nghiệm trên cầu Sông Hàn so với tiêu
Phân tích lựa chọn mô hình tải trọng phù hợp với các CDV ở Đà Nẵng và xác định hệ số
điều chỉnh β dựa trên kết quả phân tích lý thuyết kết hợp với đạc thực nghiệm. Áp dụng hệ số
điều chỉnh β xác định hệ số động lực tính toán (1+IM)TT thông qua hệ số động lực (1+IM)LT
được phân tích tổng thể mô hình số CDV trên máy tính với tải trọng thay đổi.
Giá trị kỳ vọng tính toán (1+IM)TT trung bình đối với chuyển vị theo trục OX của các CDV
Giá trị kỳ vọng tính toán (1+IM)TT trung bình đối với chuyển vị theo trục OY của các CDV
Giá trị kỳ vọng tính toán (1+IM)TT trung bình đối với chuyển vị theo trục OZ của các CDV
nhiều, nhưng giá trị max được tìm thấy khá lớn, điều này cần lưu ý để phân tích kiểm tra an toàn
khai thác các công trình CDV ở Đà Nẵng.
14
Tải về để xem bản đầy đủ
28 trang
23100
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Báo cáo tóm tắt Đề tài Nghiên cứu xác định hệ số động lực trong cầu dây văng (CDV) do hoạt tải gây ra bằng phương pháp số và đo đạc thực nghiệm áp dụng cho các công trình cầu ở thành phố Đà Nẵng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bao_cao_tom_tat_de_tai_nghien_cuu_xac_dinh_he_so_dong_luc_tr.pdf
