Kết cấu nhịp Gối cầu tảng Hinh 1: Cấu tạo gối cầu Tác dụng, chức năng của gối cầu: + Có tác dụng như tắm đệm chịu trọng tải và giảm lực cắt ngang của kết cấu nhịp truyền xuống mo
Trang 1
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN NHÓM 10 - LỚP: PO1
CHỦ ĐỀ: GỐI CẦU
Giáo viên Hướng dẫn:
TS Nguyễn Tường Long, ThS Trần Kim Bằng và ThS Lồ Sìiu Vẫy
Trang 2
đà
os oe weupavm | (Ong nghé mé phong do va thwc trong Co Kf Thuat 2 oe ANH
CENTRE OF COMPUTATIONAL MECHANICS
Co hoc vat ran và sóng cơ
CDS10
Lop: Nhom 10-P01
BÀI TẬP LỚN
MỤC LỤC
Chương 2: Ý tưởng và Cơ sở lý thuyết — Conceiving 10
2.3 Cơ sở lý thuyết Động lực học: 11 Chuong 3: Thiết kế - lập Hệ cơ - Designing im Engineering Mechanics 11
Chương 4: Mô phỏng - Tính toán cơ hệ - Simulating in Engineering Mechanics 14 4.1 Tính toán co hé tinh: sssssseee 14 4.2 Tính toán cơ hệ động:
Chương 5: Kết luận và Đề xuất
Chương 6: Tài liệu tham khảo
16
18
18
Trang 3
os weupavm | (Ong nghé mé phong do va thwc trong Co Kf Thuat
——— CENTRE OF COMPUTATIONAL MECHANICS Lớp: Nhóm 10-P01
Chương I: Tổng quan
Khái niệm: Gối cầu là bộ phận thiết yếu trong kết cấu cầu, đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải trọng lực, g1a4m chan và đảm bảo độ ổn định cho công trình Được lắp đặt tại vị trí tiếp giáp giữa nhịp cầu và mồ trụ, gối cầu hoạt động như một lớp đệm đản hỏi, giup phân phối lực đều đặn, hạn chế sự tập trung ứng suất và ngăn chặn nguy cơ nứt vỡ kết cầu
Cấu tạo: Gối cầu hiện nay có 3 bộ phận chính: Gối cầu hiện nay bao gồm ba bộ phận chính: pít-tông, chậu thép và một đĩa cao su Đĩa cao su được đặt bên tronp chậu thép Dưới tác dụng của tải trọng thì đĩa cao su nay sẽ biến dạng theo thê tích của chậu thép Qua
đó, nó có thể chịu được lực và xoay quanh một mặt phẳng ngang do kết cấu của nhịp cầu tạo ra Piston và chậu thép sẽ là bộ phận kết nỗi gitra cac kết cấu Ngoài ra, thiết bị nảy có thể được thiết kế thêm một bộ phận thứ 4 Đó chính là thanh dẫn hướng để hạn chế hoặc dịch chuyển thông qua kết cầu nhịp cầu sinh ra
Kết cấu nhịp
Gối cầu tảng
Hinh 1: Cấu tạo gối cầu Tác dụng, chức năng của gối cầu:
+ Có tác dụng như tắm đệm chịu trọng tải và giảm lực cắt ngang của kết cấu nhịp truyền xuống mo tru
+ Giúp cho kết cấu làm việc theo mô hình tính toán, giúp kết cấu nhịp dịch chuyên, co giãn
bề mặt bị cản trở
+ Đảm bảo các chuyên vị tương đối (thăng, xoay) giữa kết cầu nhịp và kết cầu phần dưới Các lực chính tác dụng lên gối cầu:
+ Trọng lượng bản thân của kết cấu nhịp phần trên
+ Tải trọng của hoạt tải
+ Tải trọng gió và tải trọng đất
Trang 4=——— Co hoc vat ran và sóng cơ CDSI0
os weupavm | (Ong nghé mé phong do va thwc trong Co Kf Thuat
CENTRE OF COMPUTATIONAL MECHANICS
BÀI TẬP LỚN
Các chuyển vị của gỗi cầu:
+ Chuyên vị thẳng: do từ biến, co ngót và hiệu ứng của nhiệt độ (hướng dọc và ngang) + Chuyên vị xoay: do hoạt tải, lún không đều của móng
Cac dang goi cau:
Gối cầu có thể chia thành 2 loại:
+ Gối cố định: cho phép chuyên VI xoay
+ Gỗi di động: cho phép chuyền vị thắng và xoay
Một số gối cầu thường được sử dụng hiện nay:
1) Gỗi trượt:
- Cầu tạo bằng cách cho một tam thép trượt trên một tấm khác -> chuyền vị đọc
„
Hình 2: Gối trượt
- _ Tác dụng: để giảm ma sát giữa hai bản thép thường dùng PTFE ( Poly Tetra Fluoro Ethylene),
* Lưu ý: gối trượt chỉ áp dụng khi chuyền vị xoay có thể bỏ qua, áp đụng cho nhịp L
< 15m
2) Gối tiếp tuyến:
- Gối tiếp tuyến bao gồm thớt trên phẳng tựa vào mặt trụ tròn của thớt dưới -> thực hiện được các chuyền VỊ XOâY, chuyền VỊ thang nhờ sự trượt của thớt trên và thớt dưới Chúng được chế tạo từ các thép tâm day 30-50mm
*Pham vi ap dung:
Trang 5=——— Co hoc vat ran và sóng cơ CDSI0
os ww a mv | Cong nghé mé phong do va thyc trong Cơ Kỹ Thuật
CENTRE OF COMPUTATIONAL MECHANICS
BÀI TẬP LỚN
-Géi di động: kết cấu nhịp giản đơn, liên tục, công xôn, nhịp = 8-18m, ap luc thang đứng tác dụng lên gối có thê đạt đến 50 tan
-Gối cố định: chiều dài kết cấu nhịp có thê đạt đến 60m và có thể hơn, áp lực thắng đứng tác dụng lên gối có thê đạt đến 300 tấn
MẶT CHÍNH a)
MAT CHINH
a
Hình 3: Bảng vẽ gối cầu tiếp tuyến 3) Gối con lăn:
- Khi chiều đài nhịp tăng lên (L >18m) áp lực thắng đứng tác dụng lên gối cầu cao su lớn gối di động kiéu tiếp tuyến không còn —> sử dụng gối con lăn Giữa thớt trên và thớt dưới có đặt con lăn tròn hoặc vát cạnh Số con lăn tuy theo độ lớn của áp lực thang đứng
*Pham vi ap dung:
-Áp dụng với hệ thống dầm liên tục, mút thừa L nhịp = 30-70m, tương ứng với phản lực gối 70-500 tan
-Khi áp lực tăng lên có thé tăng đường kính con lăn, chiều cao con lăn, hoặc số con lăn
Trang 6An Co hoc vat ran và sóng cơ CDSI0
Sự Công nghệ mô phóng đo và thực trong Cơ Kỹ Thuật
LZ 320-7 ⁄⁄⁄
Fa ⁄⁄⁄4
"ÉP se Ade ad tn
v
Hình 4: Bảng vẽ gối cầu con lăn
* Gối con lăn thép:
- Để tiết kiệm thép con lăn có thể được làm bằng bê tông cốt thép (Gối con lăn bê tông cốt thép):
- Chiều cao của gối con lăn BTCT lớn —> giảm chiều cao mồ trụ cầu, sử dụng thuận lợi trong điều kiện không cung cấp gối thép đúc
- Tuy vay con lăn càng cao — dê mât ôn định vị trí
Trang 7
=a Vs Công nghệ mô phóng đo và thực trong Cơ Kỹ Thuật
Hình 5: Bảng vẽ gối con lăn thép 4) Goi cao su:
Gôi câu cao su được chê tạo từ những vật liệu đàn hôi (cao su tự nhiên hoặc nhân tạo)
Nó đảm bảo chuyên vị thăng và chuyên vị xoay nhờ biên dạng của vật liệu đàn hồi + Do tính chat vật liệu đàn hồi là mềm khi trượt nhưng rất cứng khi chống lại sự thay đôi thê tích Dưới tác dụng của tải trọng nén — gối bị nở hông Để chịu được tải trọng lớn
mà không bị biến dạng quá mức —> các tắm thép được sử dụng đề ngăn cản sự nở hông + Lực nén thắng đứng mà các tâm cao su phải chịu sẽ giảm nhiều do ứng suất tiếp tiếp xuất hiện ở chỗ tiếp xúc giữa các tam cao su và các tắm thép, các tắm thép sẽ chịu thêm lực kéo ngang (do nở hông) Chiều dảy một tâm thép từ 0.5 — 3mm, chiều dày tâm cao su từ 5- 25 mm
+ Từ định hướng này đã phát triển một vải kiểu tắm gối phẳng cao su đơn giản, có cốt sợi thuỷ tính, cốt vai cotton và gối cao su thép tăng cường
*ƯUu điểm:
— Giá thành rẻ, chi phí duy tu bảo dưỡng ít
— Các loại gối cao su - thép nhiều lớp đều có ưu điểm có thể chấp nhận tải trong va chuyến vị vượt quá giá trị thiết kế lớn nhất
Trang 8
os weupavm | (Ong nghé mé phong do va thwc trong Co Kf Thuat
——— CENTRE OF COMPUTATIONAL MECHANICS Lớp: Nhóm 10-P01
BÀI TẬP LỚN
* Nhược điểm:
— Nếu chế tạo không đảm bảo (lưu hoá cao su không tốt, không đủ thép tăng cường, không đủ kích thước ) —> nhanh chóng bị hư hỏng — gối biến dạng không đều gây ra ứng suất phụ trong kết cầu nhịp —> sửa chữa phải kích đầm lên rất khó khăn va tốn kém
- Sự tác động của môi trường có thê ảnh hưởng đến tính chất vật liệu theo thời gian
*Pham vi ap dung:
— Rat phé bién Kha nang chiu tai trong thang dimg: 15- 700 tan, chuyén vi dọc lớn
nhất từ 4-69 mm
— Có thể áp dụng cho kết cầu nhịp bố trí trên độ dốc thông qua sử dụng gối cầu cao
su có mặt nghiêng với độ dốc lớn nhất 6% — 8%
— Đôi với câu cong có thê sử dụng gôi cao su phía trên có hình câu (có tính chất làm việc theo mọi hướng như nhau)
— Các cầu lớn và hiện đại thường hay áp dụng gối chậu
Reinforcing steel Poe
Rubber
Hình 6: Cấu tạo gối cao su
Trang 9
@ EE eee
Co hoc vat ran và sóng cơ BÀI TẬP LỚN
Công nghệ mô phóng đo và thực trong Cơ Kỹ Thuật
CDSI0
Lớp: Nhóm 10-P01
CAC THONG SO CUA GOI CAU:
+ Kích thước La x Lb (mm)
Vị trí đặt các goi cau cao su
+ Chiều dày của gối (mm)
+ Tải trọng tác động (kN)
KÍCH THƯỚC La x Lb
100x150
100x200
100x250
100x300
150x150
150x180
150x200
150x250
150x300
CHIỀU DÀY CỦA GỔI (mm)
14;21;28 14;21;28
14;21;28 14;21;28
21;28;35;42
21;28;35;42 21;28;35;42
21;28;35;42
21;28;35;42/27;37
VỊ trí đặt các
0/0 V:lIỂ;IUD)!
Hình 7: Điểm đặt gối cao su
BANG KICH THUGC; CHIEU DAY VA TAI TRONG TAC DONG GOI CAU
(1kN = 101,972kg = 1,101972 tấn)
150
200
250
300
225
270
300
375
450
TẢI TRỌNG TÁC
DONG (kN) KÍCH THƯỚC La x
b
350x400
350x450 350x500 350x550 350x600 350x650 350x700 400x450 400x500
CHIỀU DÀY CỦA GỐI (mm)
47,57;67,77,50,64;78
57;67;77,87;50,64;78 57,67;77,87,50,64;78
50;64;78;47;66;85
50;64;78;47;66;85
64;78,92,66;85,104 Bảng 1: Kích thước Tham khảo
TẢI TRỌNG TÁC
DONG (kN)
1400
1575
1750
1925
2100
2275
2450
1800
2000
Trang 10Ze Co hoc vat ran và sóng cơ CDSI0
O'S SS SS STE | Cong as Ge nym ông nghệ mô phỏng do và nghé mo phong do va thee tron; thực trong Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuậ
Chương 2: Y tưởng và Cơ sở lý thuyết — Conceiving 2.1.Ý tưởng:
a Hé co tinh:
- Xác định và phân tích các lực tác dụng lên gối cầu trong điều kiện tĩnh
- Đánh giá khả năng chịu tải của gối cầu dưới các tải trọng tĩnh
- Đảm bảo gối cầu có độ an toàn và hiệu suất hoạt động cao
Phân tích tải trọng: Xác định các loại tải trọng tác động lên gối cầu, bao gồm tải trọng trọng lực, tải trọng di động, tải trọng g1ó, tai trong tuyết, tải trọng nhiệt độ, v.v Phân tích ứng suất và biến dạng: Sử dụng các phương pháp phân tích kết cầu như phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để tính toán ứng suất và biến dạng trong gối cầu dưới tác động của các tải trọng tĩnh
b Hệ cơ dong:
- Xác định và phân tích các lực tác dụng lên gối cầu trong điều kiện động
-Đánh giá khả năng chịu tải động của gối cầu dưới các tải trọng động
-Đảm bảo gối cầu có độ an toàn và hiệu suất hoạt động cao
- Phân tích động lực: Xác định các tác động động lực lên gối cầu, bao gồm rung động do tai trong di động, động dat, v.v
- Gia dinh: Sự biến đôi hình dạng của gối cầu (định luật Hooke) Qua đó ta xét gối cầu như một hệ đàn hồi cơ bản từ đó tạo được hệ động đơn giản
- Phân tích đáp ứng động: Sử dụng các phương pháp phân tích động lực học như phương pháp phản ứng thời gian (TDM) hoặc phương pháp phô (SDM) để tính toán đáp ứng động của gối cầu dưới tác động của các tải trọng động lực
- Kiểm tra độ ốn định: Đánh giá độ ôn định của gối cầu dưới tác động của các tải trọng động lực để đảm bảo an toàn cho kết cấu
- Mô phỏng ý tưởng: Sử dụng mô hình hóa 3D: Sử dụng các phần mềm mô phóng 3D tiên tiến dé tao ra mô hình gối cầu chi tiết và chính xác, cho phép phân tích hành vi của gỗi cầu một cách toàn diện hơn
Tham khảo mô phóng, mô hình hóa của các công ty liên quan đên gôi cầu
10
Trang 11
ap mva | Cong nghé mo phong do và thực trong Cơ Kỹ Thuật
"CENTRE OF COMPUTATIONAL MECHANICS To — BÀI TẬP LỚN Lớp: Nhóm 10-P01
2.2 Cơ sở lý thuyết tinh:
- Định luật bảo toàn cơ năng: Định luật này quy định rằng tông cơ năng của một hệ thống kín luôn không đổi Trong trường hợp gối cầu, định luật này được sử dụng để phân tích sự chuyền đổi giữa năng lượng thế năng và động năng của gối cầu khi chịu tải trọng
- Định luật Hooke: Định luật Hooke mô tả mỗi quan hệ tuyến tính giữa lực đàn hồi và độ biến dạng của vật liệu đàn hồi Trong trường hợp gối cầu, định luật này được sử dụng để
mô hình hóa hành vi của gối cầu đưới các tải trọng nén và kéo
2.3 Cơ sở lý thuyết Động lực học:
- Định luật bảo toàn động lượng: Định luật này quy định rằng tổng động lượng của một
hệ thống kín luôn không đôi Trong trường hợp gối cầu, định luật này được sử dụng để phân tích sự truyền tải động năng giữa các bộ phận của cầu khi chịu tải trọng động, như tải trọng do xe di chuyén hoặc va đập
- Định luật thứ hai của Newton: Định luật này liên hệ giữa lực tác dụng lên một vật thé với gia tốc của vật thế đó Trong trường hợp gối cầu, định luật này được sử dụng để tinh toán gia tốc của gối cầu khi chịu tác động của các tải trọng động
Chương 3: Thiết kế - lập Hệ cơ - Designing in Engineering
Mechanics
Hinh 8: Gói cầu _ thực tế
Trang 12
a _¬ — avm Công nghệ mô phóng đo và thực trong Cơ Kỹ Thuật
Lớp: Nhóm 10-P01
CENTRE OF COMPUTATIONAL MECHANICS BÀI TẬP LỚN
Hình 9: Mô hình hóa gối cầu 3.1 Cơ hệ tĩnh:
Xét một xe đứng yên ở vỊ trí đầu dầm (tại điểm A) Dưới lực tác dụng cua xe, gối cầu
sẽ bị nghiêng một góc œ (xét gối cầu lúc này là cứng tuyệt đối)
Hình 10: Mô hình tĩnh của gối cầu khi một xe tác dụng lên dầm một lực
Trang 13
os we ea mv | Cong nghé mé phéng do va thyc trong Cơ Kỹ Thuật
CENTRE OF COMPUTATIONAL MECHANICS BÀI TẬP LỚN
Goi:
P=mg là trọng lượng của xe tac dung lên dầm cầu
œ là góc nghiêng của dầm cầu
Fy là lực của của gối cầu tác dụng lên dầm
2a là độ đài của đầm cầu
3.2 Cơ hệ Động :
Gối cầu được thiết kế để hấp thụ và giảm chắn các động lực đến từ các yếu tô như dao động, chân động và tác động từ tải trọng øiao thông hoặc điều kiện môi trường nhờ vào
sự biên đôi hình dang của gôi câu (định luật Hooke) Qua đó ta xét gôi cầu như một hệ đàn hồi cơ bản, với øôi câu là một lò xo có độ cứng là k
Hình 11: Thiết lập hệ cơ Goi:
P=mg là lực của một vật tác dụng lên dầm cầu gối cầu
Ax là độ nén của hệ đàn hồi khi dầm tác dụng lực lên
Fa, =F, la luce tac dụng của gối cầu lên dầm cầu
x la độ dịch chuyên của dầm cầu theo thời gian khi có lực tác dụng
13