Phân tích hệ số động lực của cầu Sông Hàn có xét đến sự thay đổi tải trọng xe

Bài viết Phân tích hệ số động lực của cầu Sông Hàn có xét đến sự thay đổi tải trọng xe giới thiệu một số kết quả phân tích hệ số động lực của chuyển vị trong cầu Sông Hàn có xét đến sự thay đổi của tải trọng xe hai trục. Một hệ số điều chỉnh được xác định dựa trên các kết quả phân tích lý thuyết và đo đạc thực nghiệm tương ứng với tốc độ xe chạy khác nhau trên cầu.

Nguyễn Xuân Toản, Đặng Công Thuật, Nguyễn Thị Kim Loan, Nguyễn Duy Thảo, Trần Văn Đức 64 PHÂN TÍCH HỆ SỐ ĐỘNG LỰC CỦA CẦU SƠNG HÀN CĨ XÉT ĐẾN SỰ THAY ĐỔI TẢI TRỌNG XE DYNAMIC IMPACT FACTOR ANALYSIS FOR HAN RIVER BRIDGE CONSIDERING CHANGE OF MOVING LOADS Nguyễn Xuân Toản1, Đặng Công Thuật1, Nguyễn Thị Kim Loan1, Nguyễn Duy Thảo1, Trần Văn Đức2 Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng toan_nguyenxuan@dut.udn.vn; dangcongthuat@dut.udn.vn; ntkloan@dut.udn.vn; ndthao@dut.udn.vn Trường Đại học Duy Tân; tranvanduc1@dtu.edu.vn (Nhận bài: 09/10/2020; Chấp nhận đăng: 15/11/2020) Tóm tắt - Bài báo giới thiệu số kết phân tích hệ số động lực chuyển vị cầu Sơng Hàn có xét đến thay đổi tải trọng xe hai trục Một hệ số điều chỉnh xác định dựa kết phân tích lý thuyết đo đạc thực nghiệm tương ứng với tốc độ xe chạy khác cầu Hệ số điều chỉnh sử dụng để giúp cho kết phân tích lý thuyết gần với thực tế Nghiên cứu lý thuyết thực mơ hình số với loại xe hai trục có tải trọng thay đổi theo qui luật phân bố chuẩn Kết nghiên cứu cho thấy, hệ số động lực chuyển vị lớn đáng kể so với qui trình thiết kế Kết nghiên cứu tài liệu tham khảo giúp cho kỹ sư có thêm thơng tin để phân tích kiểm tra an tồn q trình khai thác cơng trình cầu Abstract - The paper introduces some analysis results of dynamic impact factor by displacement in Han River bridge considered varies in weight of two-axle vehicle An adjustment coefficient is determined based on the results of theoretical analysis and experimental measurements corresponding to different vehicle speeds on the bridge This adjustment coefficient is used to help the theoretical analysis results closer to reality The paper shows the results of research on the model of interaction between cable-stayed bridge under the effect of 2-axle vehicle load with the weight changes according to the standard distribution function The research results shown that dynamic impact factor of displacement is significantly larger than the current bridge design codes The research results are references enables engineers to analyze more information check the safety of the process using bridge Từ khóa - Hệ số động lực; cầu Sơng Hàn; tải trọng xe hai trục, mơ hình phân tích số; đo đạc thực nghiệm; hệ số điều chỉnh Key words - Dynamic impact factor; Han River bridge; twoaxle vehicle; numerical methods; experimental measurements; adjustment coefficient Đặt vấn đề nghiên cứu dao động cơng trình cầu chịu tác động tải trọng di động ngẫu nhiên hạn chế Bài báo giới thiệu số kết phân tích hệ số động lực chuyển vị cầu Sơng Hàn có xét đến thay đổi tải trọng xe phương pháp số đo đạc thực nghiệm Trong phạm vi nghiên cứu này, tác giả xem xét đến biến thiên tải trọng theo quy luật phân bố chuẩn Kết nghiên cứu thực mơ hình phân tích số cầu Sơng Hàn - TP Đà Nẵng tác dụng tải trọng xe hai trục theo mơ hình tương tác động lực Bài tốn dao động kết cấu cầu chịu tải trọng di động quan tâm nghiên cứu từ kỷ 19 Cơng trình nghiên cứu sớm cơng bố R Willis [1] Đến nay, có nhiều cơng trình nghiên cứu tác giả giới nước cơng bố với mơ hình tương tác động lực cơng trình cầu tải trọng xe di động ngày gần với thực tế Hầu hết quy trình thiết kế cầu có quy định mức độ ảnh hưởng tải trọng xe di dộng đến kết cấu cầu thông qua hệ số động lực [2, 3] Các kết công bố cho thấy, hệ số động lực có thay đổi đáng kể phụ thuộc vào loại kết cấu, tải trọng tốc độ xe chạy [4] [11] Cơng trình cầu thường dao động mạnh tác dụng hoạt tải xe di động số tải trọng tác dụng lên cơng trình cầu tải trọng xe quan trọng Các nghiên cứu dao dộng cơng trình cầu tải trọng xe di động gây ra, thường xem xét ảnh hưởng yếu tố như: Tốc độ xe chạy, tình trạng mặt cầu, mơ hình tải trọng, mơ hình kết cấu cầu, tương tác cầu với móng cơng trình… Trong đó, hoạt tải xe q trình động có tính ngẫu nhiên Cho đến nay, tính phức tạp toán, tác động ngẫu nhiên hoạt tải quy trình thiết kế cơng trình cầu chưa xem xét cách đầy đủ, Mô hình phân tích tương tác động lực xe – cầu phương trình vi phân dao động 2.1 Mơ hình phân tích tương tác xe cầu Kết cấu cầu dây văng (CDV) mơ hình hóa phần tử dầm, tháp dây treo theo phương pháp phần tử hữu hạn Sơ đồ tải trọng xe di chuyển cầu thể Hình Trong mơ hình kết cấu xét đến khối lượng phân bố, hệ số cản, dao động ngang, dao động dọc trục dầm, tháp dây văng Phần tử dầm tháp chịu uốn phân tích theo mơ hình Euler-Bernoulli Phần tử cáp xiên phân tích theo mơ hình biến dạng có xét tới độ cứng chống uốn cáp Mơ hình tương tác động lực The University of Danang - University of Sciences and Technology (Nguyen Xuan Toan, Cong-Thuat DANG, Nguyen Thi Kim Loan, Nguyen Duy Thao) Duy Tan University (Tran Van Duc) ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 19, NO 4.2, 2021 phần tử dầm chịu uốn tải trọng xe trục di động thể Hình Hình Sơ đồ tải trọng xe di chuyển cầu 65 độ tuyệt đối khối lượng m ūi - chuyển vị tuyệt đối khung xe vị trí trục i ui - chuyển vị tuyệt đối trục xe thứ i, tọa độ tuyệt đối khối lượng mi ysi - chuyển vị tương đối khung trục xe thứ i yti - chuyển vị tương đối trục xe i phần tử dầm hi - khoảng cách tĩnh từ trọng tâm khối lượng mi đến trục phần tử dầm xét Tti - lực ma sát hãm lốp xe thứ i với mặt cầu wi - chuyển vị phần tử dầm vị trí trục xe thứ i 2.2 Phương trình vi phân dao động phần tử dầm tải trọng di động Phương trình vi phân dao động phần tử dầm tải trọng xe viết dạng ma trận sau: M e q Ce q Ke q fe (2) Trong đó, q, q, q, f e - véctơ gia tốc, vận tốc, chuyển vị, lực hỗn hợp: we ; q z q we ; q z w1 we w2 fw ; fz (3) un w1, 1 - Độ võng góc xoay đầu trái phần tử dầm; Trong đó: L - chiều dài phần tử dầm; xo - toạ độ trọng tâm xe hàng trừ trục xe; xi - toạ độ trục xe thứ i thời điểm xét ti  t  tbi vi (t − ti ) − xelf  xi =   (t − tbi )  + vi .(t − tbi ) − xelf tbi  t  t ei vi (tbi − ti ) +     fe u u1 ; z Hình Mơ hình tương tác xe phần tử dầm we ; z w2, 2 - Độ võng góc xoay đầu phải phần tử dầm; Me, Ce, Ke - ma trận khối lượng, ma trận cản, ma trận độ cứng hỗn hợp hệ: (1) xelf - khoảng cách từ đầu cầu đến đầu trái phần tử dầm xét vi - vận tốc trục xe thứ i trước hãm phanh - gia tốc trục xe thứ i hãm phanh (ai