TẦM QUAN TRỌNG CỦA HÌNH DẠNG MẶT CẮT KẾT CẤU NHỊP VÀ CÁC TRANG THIẾT BỊ BẢN MẶT CẦU VỚI KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC CẦU.

TẦM QUAN TRỌNG CỦA HÌNH DẠNG MẶT CẮT KẾT CẤU NHỊP VÀ CÁC TRANG THIẾT BỊ BẢN MẶT CẦU VỚI KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC CẦU.

Tầm quan trọng của hình dạng mặt cắt kết cấu nhịp và các trang thiết bị bản mặt cầu với khí động lực học cầu.

PGS.TS Nguyễn Viết TrungKS Nguyễn Thu Định

1 Giới thiệu chung

Hiệu ứng động học của gió đợc xét đến chủ yếu trong các cầu dây võng và cầu dây xiên Tần số và biên độ dao động của cầu là các hàm số của lực gió biến đổi thất thờng và tác động tới các đặc trng động học của cấu tạo kết cấu nhịp cầu.

Tác động của gió lên kết cấu công trình nói chung có thể xuất hiện các hiện tợng sau: - Gió tạo áp lực tĩnh (điều này luôn đợc xét đến trong quá trình tính toán thiết kế cầu) - Tác động xung giật của gió tạo lực kích động gây dao động công trình.

Khi tốc độ gió đạt đến trị số nhất định mà tần số phát sinh các xoáy khí trùng với tần số riêng của cấu kiện cản hớng dòng gió Sự ổn định khí đàn hồi của cầu phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:

1 Dạng hình học của kết cấu nhịp cầu 2 Tần số dao động riêng của kết cấu cầu 3 Tính chất giảm chấn cơ học của kết cấu cầu.

Trong bài báo này chúng tôi chỉ giới thiệu ảnh hởng các dạng hình học mặt cắt ngang kết cấu nhịp và đặc biệt là ảnh hởng của các trang thiết bị bản mặt cầu dới tác dụng của dòng gió Các dạng hình học của mặt cắt ngang nói chung có thể thuộc loại ổn định khí động học hoặc thuộc loại dễ mất ổn định khí động học (mặt cắt dầm đặc hoặc mặt cắt kiểu chữ H của giàn hở và những dạng mặt cắt không thuôn Tác động tạo các xoáy khí và các nguyên nhân gây ra hiện tợng flutter khi dòng gió gặp vật cản là các lan can rào chắn Một số minh hoạ bởi thí nghiệm trong hầm gió khi có xét đến các trang thiết bị bản mặt cầu (rào chắn, lan can…) và khi không xét đến trang thiết bị bản mặt cầu.) và khi không xét đến trang thiết bị bản mặt cầu.

Các nhà khoa học đã chỉ ra sự phụ thuộc ban đầu của hiện tợng flutter phát sinh do ảnh hởng từ các chi tiết nhỏ nh là ở lan can bản mặt cầu, đồng thời cũng xét đến mô hình mặt cắt nh những cấu kiện ban đầu của t hí nghiệm hầm gió Chính những điều này gây một số hạn chế trong việc:

- Lựa chọn đặc trng mặt cắt liên quan trong dòng gió - Khám phá chế độ dòng gió khi thổi qua mặt cắt.

- Đánh giá điều kiện khí động học giữa thực tế và mô hình tơng tự.

1 ảnh hởng của hình dạng kết cấu Mặt cắt với đặc trng khí động lực học Sự tác dụng tơng hỗ giữa dòng gió với vật thể trong dòng gió sẽ làm xuất hiện lực khí động tác dụng lên vật thể đó Đó là hàm của mật độ không khí, tốc độ dòng gió cha nhiễu loạn, diện tích đặc trng và các kích thớc đặc trng của vật thể trong dòng gió có xét đến độ nhớt của không khí, góc định h ớng dòng gió và tham số không thứ nguyên

Nguyên nhân chính của sự mất ổn định khí động lực học nói chung và hiện tợng flutter nói riêng là sự trợt pha giữa lực khí động và chuyển động do dao động Khi dòng gió thổi qua kết cấu một cách êm thuận thì có thể quan sát thấy hiện tợng flutter cổ điển Khi tốc độ gió yếu, các dao động khí đàn hồi sẽ bị tắt dần do tác dụng giảm chấn sẵn có của bản thân kết cấu Khi tốc độ gió tiếp tục tăng đến một thời điểm khả năng chống lại một trong các dao động nào đó trở nên bằng không, kết cấu đạt tới trạng thái tới hạn thứ nhất của flutter và dẫn đến sự tăng nhanh biên độ dao động với tần số tơng ứng Với kết cấu nhịp cầu thì hiện tợng flutter cổ điển này thờng mang đặc tính mất ổn định do dao động uốn xoắn kết hợp.

Khi dòng gió xuất hiện các sai nhiễu thì hiện tợng flutter giật bắt đầu xuất hiện Sự sai nhiễu của dòng gió xuất hiện do hình dạng kết cấu vật thể cản gió có hình dạng không lu tuyến và đây là hiện tợng mang nhiều đặc tính dao động xoắn Các xoáy khí gây ra các lực khí động, các lực này gây ra dao động của kết cấu.

Rõ ràng hình dạng vật cản gió có vai trò quyết định đối với hiện tợng flutter

Bluff deck A)B/D = 1 B) B/D  2.8 Mặt cắt A và B nói chung đợc dùng cho cầu nhịp nhỏ và trung bình Mô hình của chúng thể hiện đặc trng không ổn định của dòng gió bởi cấu trúc dòng xoáy xuất hiện tại phía cánh mô hình kết cấu nhịp Với giá trị tỷ số B/D thấp hơn, trong khi mặt cắt bao gồm các khu vực chia cắt và dòng xoáy đổ xuống thông thờng (số Strouhal St = Dfs/U0) là đơn nhất, nơi cho giá trị B/D> 2.8 sự chia

cắt dòng gió không ổn định khi chúng tụ lại dọc theo mặt bên và xuất hiện các vết nứt hoặc cặp mô hình xuất hiện dao động nâng lên hạ xuống.

C) Semi – bluff deck D) Quasi streamline deck

Mặt cắt C và D mà thờng áp dụng trong các thập niên trớc, đến nay đợc tận dụng mở rộng đối với cầu nhịp lớn Rất khó để thành lập ranh giới giữa các lớp xoáy khí một cách rõ ràng, đây là đối t-ợng tổng quan để có thể xác định lực ổn định khí động học.

Trong hình: B - Bề rộng kết cấu nhịp dầm D - Chiều cao kết cấu nhịp dầm

Trong các ví dụ đa ra dới đây thì ảnh hởng của hiện tợng flutter đợc xác định thông qua thí nghiệm trong hầm gió với các mô hình mặt cắt tơng tự Độ xác thực của mặt cắt (sai khác giữa mô hình và thực tế) thờng có đặc trng không ổn định bởi các lực xoáy do sự trải rộng tần số xuất hiện Trên thực tế, xuất hiện mối quan hệ với tốc độ gió thấp và có thể gây ảnh hởng rõ ràng tới tuổi thọ của kết cấu ảnh hởng của rào chắn đợc đánh giá trong nghiên cứu với hai loại mô hình mặt cắt xuất phát từ loại D (cầu Normandy) và C (cầu Great Belt East) Thông qua hai mô hình đó rút ra nhận xét đối với cầu Kiền vừa đ ợc xây dựng tại Hải Phòng, cầu Thuận Phớc sắp đợc triển khai.

2.1 Cầu Normandy

Đặc trng hình học bản mặt cầu Normandy thể hiện trong bảng 1

- Aeff med diện tích vùng bảo vệ đợc nâng lên theo mét dài (vùng ảnh hởng) của dải phân

Hình 1 Đặc trng bản mặt cầu Nomandy

và hiệu quả của việc sử dụng trang thiết bị bản mặt thông qua hệ số khí động lực học

Kết quả đạt đợc từ mô hình tính toán có rào chắn và không có rào chắn đ ợc so sánh với kết quả thí nghiệm thu đợc trong hầm gió kiểm tra Đáng ngạc nhiên nhất là việc so sánh hệ số ứng lực Cp phân bố trong trờng hợp có rào chắn và không có rào chắn Các nhà thiết kế chý ý tới việc giảm tác động của tải trọng gió trên đoạn rào chắn bên, các trang thiết bị không chỉ thay đổi trong một khu vực phạm vi ứng suất mà ảnh hởng đột ngột tới hệ số ứng lực Cp phân bố ở mặt thấp hơn của bản mặt Không quá khó khi xem xét tác động vật lý của dòng gió Trên thực tế, lan can và giải phân cách giữa, thậm chí là cả hình dạng mặt cắt kết cấu nhịp nếu đặc trng hình thể bên ngoài có độ ổn định thấp, có xu hớng để dòng gió tr-ờn xuống phía dới bản mặt của dầm Sau đó dòng gió chuyển hớng dọc theo phía dới bản mặt làm tốc độ Ux/Uinf cục bộ tăng.

Hình 5 Tốc độ dòng gió theo phơng dọc tại vị trí x/B =0.4

Về phơng diện toán học, trờng hợp có gắn các trang thiết bị hình thể vận tốc sẽ cao hơn, bao gồm sự chuyển động hút lên cao từ mặt dới của dầm Những thay đổi trong phạm vi ứng suất này sẽ tăng thêm sự phân bố theo phơng tiếp tuyến của dòng gió thẳng, làm giảm bớt độ sâu lực khí động lực học xảy ra trên bản mặt cầu Tăng hệ số khí động lực học nhanh theo trục nghiêng chống lại góc tác động đợc chỉ ra trên

Để góp phần đa các thiết bị rào chắn trong trang thiết bị bản mặt, thờng phải hợp nhất sức căng tiếp tuyến trên bản mặt dầm hộp (phần cấu thành của hộp dầm) và trên toàn bộ bản mặt của thiết bị (thành phần rào chắn) Hơn nữa, sự can thiệp của hiện tợng có thể đợc đánh giá đúng bởi việc so sánh thành phần hộp với giá trị có liên quan tới hình dạng rào chắn.

Hớng tác động của dòng gió vào các thiết bị của kết cấu phần trên liên tục xét đến cả hai thành phần Cx và Cy Kết quả này chỉ ra các ảnh hởng khí động lực học có thể trên rào chắn trong nghiên cứu đã đợc đánh giá Mặt khác, ảnh hởng của rào chắn trên bản mặt đợc đánh giá cho cả hai lực tại mỗi góc tác dụng, Sau đây, trình bày hiệu quả của việc xuất hiện hiện tợng giao thoa giữa dầm và thiết bị theo một hớng Độ lớn của cả hai yếu tố Cx và Cy là rất khó ảnh hởng đến rào chắn, nhng có ảnh hởng theo các cách khác nhau Mục đích của các thí nghiệm trong hầm thí nghiệm khí động học là lựa chọn các đặc trng độ cứng và đặc trng hình học của kêt cấu công trình sao cho loại trừ đợc nguy cơ phát triển các dao động nguy hiểm dới tác động của gió.

Khi dòng khí thổi qua một vật cản (rào chắn, lan can, dải phân cách…) và khi không xét đến trang thiết bị bản mặt cầu.) sẽ phát sinh các xoáy khí lần l -ợt ở hai bên trái và phải ngay sát phía sau kết cấu đó Các xoáy khí này có thể khiến cho vật thể cản dòng gió bị rung động Tần số phát sinh các xoáy gió phụ thuộc vào hình thể, kích thớc vật cản gió và tốc độ gió.

Để nhận biễt một cách rõ ràng ảnh hởng của các thiết bị tới khí động lực học bản mặt cầu và tác động của chúng trong thiết kế cải tiến xem xét kết quả nghiên cứu trong một thời gian ngắn và đ a ra hệ số ứng lực Cp phân bố so sánh trên bản mặt cầu.

2.2 Cầu Great Belt East

ảnh hởng của rào chắn với lực khí động học tĩnh tác động trên toàn bộ dáng khí động học của bản mặt đợc thiết kế theo khái niệm ”cánh máy bay ngợc” đã đợc minh hoạ bởi tiềm lực của các nghiên cứu tr-ớc Mặt khác, việc phân tích các trang thiết bị trên bản mặt của cầu Great Belt East làm nổi bật

các hiệu quả có thể của các thiết bị trong vòng xoáy gây ra sự kích thích Cuối cùng mặt cắt ngang bản mặt [11] đợc mô tả nh trong Bảng 3.

Bảng 3 Hệ thống lới dòng gió trong khu vực có các trang thiết bị bản mặt cầu.

Điều quan trọng cho hình dáng mặt cắt ngang kết cấu nhịp là tỉ số B/D (một trong những thông số đặc trng hình học tác động khí động lực học chính của bản mặt tính theo qui trình giống nh với cầu Normandy Mặt khác, tính an toàn của việc dùng rào chắn là dạng thủng tổ ong đ ợc thừa nhận nhiều hơn trong các nghiên cứu trớc Lới dòng gió xung quanh thiết bị bản mặt cầu đợc chỉ ra trên hình 7.

Hình 7: Hệ thống lới bao quanh bản mặt

Nghiên cứu sơ bộ số đợc đảm nhận để nhận biết cơ cấu dòng xoáy xung quanh bản mặt Trên thực tế, sự chuyển động không ổn định của cấu trúc dòng xoáy xung quanh bản mặt và đờng rẽ quan trong của nó là sản phẩm của lực khí động lực học, thực vậy giá trị chính của chúng và Hình 8 dạng biểu đồ minh hoạ mẫu dòng xung quanh bản mặt bởi tiềm lực của việc ớc tính tức thời dáng khí động học.

Ngay lúc t1 và t2 tách biệt ra phù hợp với khu vực giá trị lực nâng lớn nhất và nhỏ nhất Cấu trúc xoáy chính xung quanh bnả mặt đcợ định vị tại mặt dới và gần dòng gió chuyển hớng Xoáy V1, phát triển từ sự chia cắt theo hớng xuôi dòng tại góc thấp hơn hớng gió thổi, di chuyển từ bên này sang bên kia mặt phía trong của nhịp Một cách độc lập, một xoáy nớc khác V2 hiện ra trong khu vực dòng gió chuyển h-ớng thắt lại phía thấp hơn bên cạnh tấm Khi dòng xoáy V1 tới vợt qua phía dới hh-ớng gió thấp hơn kết hợp thành một khối với dòng xoáy V2 và dòng gió chuyển hớng đi lên

Cơ cấu hai dòng xoáy mô tả ở đây giải thích tần số căng trải của lực nâng theo thí nghiệm đều đặn (0.109 St  0.158) [12].

Mô tả qui trình dòng gió này có hiệu lực sâu sắc về hớng dẫn lắp đặt thiết bị chỉ hớng gió nh việc trang bị thêm những bộ phận mới nhằm đánh giá làm giảm nhẹ bớt những xoáy gió gây dao động không chấp nhận đợc (r.m.s biên độ cộng hởng ymax = 0.25m, r.m.s cấp gia tốc a = 0.03g ) và có liên quan tới mô hình thứ 5 (tần số xuất hiện tự nhiên ne = 0.205Hz) mà đã xuất hiện sau khi cầu hoàn thành (hình 9) Ngoại lệ, tại vị trí chỉ hớng gió, thiết kế đầu tiên tại phía dới/bên của các nút mặt cắt là có hiệu quả trong trờng hợp bố trí các hàng thiết bị giao thông, là thích hợp bởi việc ngăn ngừa sự hợp nhất giữa các xoáy di chuyển dọc theo mặt bên trong nhịp cuốn Thêm một lần nữa qui trình dòng xoáy đợc hình thành có chọn lọc, nó thiết lập vai trò vận hành các thiết bị.

Điều quan trọng để phân biệt hiện tợng xảy ra trong các khu vực có dạng biểu đồ (liên quan đến khu vực lân cận của thiết bị) và có hiệu quả toàn phần Hai khu vực nhiễu loạn dới tác dụng của rào chắn đợc thấy rõ ràng trên hình 8.

a) Đầu tiên, sự dịch chuyển riêng biệt của dòng gió phía dới bản mặt đợc thắt lại, theo cách đó một lần nữa sẽ ngăn chặn đợc các bọt xoáy riêng biệt xuất hiện Thêm vào đó, để đánh giá mức độ sâu sắc của việc mô phỏng số hóa với thí nghiệm đo lờng, phân tích sự phân bố hệ số ứng suất chính và độ lệch tiêu chuẩn trên bản mặt cho phép đánh giá hiệu quả phạm vi ứng suất của dòng thắt lại H ớng gió tác động vào bên cạnh rào chắn làm cho rào chắn có chức năng nh thiết bị chỉ hởng gió, nếu duy trì dòng tác động tới mặt bên trong của nhịp và cuốn dòng gió xuống phía dới của đầu hộp mặt cắt Sau đó là để giảm cả hai giá trị chính của sức hút và ứng suất dao độ do hớng dòng gió chuyển động theo các làn (0,06 < /B < 0,5) Thêm một lần nữa tác động của rào chắn thể hiện một cách rõ ràng ( = +60) Với hiện tợng này, sức hút của dòng gió cao hơn tại vị trí phía dới thấp hơn của bản mặt thích hợp với việc tạo hiệu quả bao vây của dòng khí động lực học hỗn loạn.

Có thể xác định đợc giá trị chính thấp hơn của lực theo phơng Y tác động lên trang thiết bị bản mặt tại điểm tác động một cách rõ ràng Hiệu quả của rào chắn trong tác động khí động lực học chính đ ợc giảm với khía cạnh nghiên cứu trong trờng hợp của cầu Normandy (bảng 2 và 4).

Điều hợp lý tất nhiên này để giảm hệ số trạng thái rỗng tổ ong của rào chắn bên (bảng 1 và 3), nh ng cũng để có dòng tách biệt ở vị trí xác định Bởi đặc điểm này, số gia của lực cắt trợt không thể đợc liên hệ một cách hoàn thiện với hớng đóng góp mang lại bởi các rào chắn Sau này sự tác động hội tụ gần dòng gió chuyển hớng tại khu vực bản mặt (cơ sở).

Hình 12 chỉ ra nhợc điểm vận tốc chính dọc theo hai đờng căng tại các khu vực khác nhau trong dòng gió chuyển hớng Rào chắn tăng tỷ số giữa bề rộng của dòng gió chuyển hớngvà bản mặt đó Sau đây, khoảng cách giữa dòng xoáy của sự khác biệt biểu hiện tăng và giá trị lực cắt tr ợt cao của bản mặt thí nghiệm HIện tợng khu vực thứ hai đợc giảm bởi phía dới gió biên rào chắn và sức va chạm của cơ cấu

dòng xoáy Theo nh mô tả ở hình 8, xoáy nớc nhỏ (V5) đợc chảy vào vợt dòng gió xuôi dòng vòng tròn bên cạnh rào chắn kiểu Karman cổ điển.

Tần số xuất hiện dòng xoáy cao là phản ứng có thể cao hơn ở mức chấp nhận đợc của lực nâng dòng gió trong khu vực theo hình dáng các thiết bị (với sự tăng số Strouhal từ 0.317 đến 0.333 -hình 13)

Mặt khác, vận tốc của những xoáy gió này đợc trộn với một trong những xoáy gió gần kề sát V4 và nhanh chóng biến đi dọc theo dòng gió chuyển hớng (hình 12) Do tần số xuất hiện chấp nhận đợc cao và có mức độ hoạt động tích cực, lực dao động lên xuống bao gồm các dòng xoáy có hiệu quả không thích đáng trong phản ứng với cấu trúc của cầu Nhng điều đáng ngạc nhiên là các rào chắn cũng bị ảnh hởng bởi ranh giới thấp hơn của hàng số Strouhal, đó là, tần số chảy liên hệ t ơng tác giữa vận tốc chảy V1 (từ sự chia cắt các cuộn xoáy) và vận tốc dòng gió V2 (từ dòng gió phía dới lách lên) Đây là ảnh hởng cơ bản của rào chắn với khí động học cầu Chính bởi điều này, vận tốc dòng gió giảm thấp hơn dọc theo cạnh bên của bản mặt đối với hình dạng rào chắn Với vận tốc phía ngoài xa lớn hơn tại đ ờng ranh giới điểm chia cắt, ngay lập tức vận tốc của dòng gió cũng tăng Sau đó, vận tốc dòng gió xuôi theo dòng các cuộn xoáy chia cắt là cao hơn và tập trung hơn Do vậy, vận tốc dòng gió đợc di chuyển bằng đối lu dọc theo phía dới thấp hơn của bản mặt cầu, rồi di chuyển xuôi theo vận tốc lớn nhất ũút hiện trong dòng gió chuyển hớng(hình 12) Có sự tập trung hơn của vận tốc mà giảm theo chiều dài của cuộn xoáy chia cắt và cho phép dự đoán một cách chính xác thí nghiệm ứng suất phân bố (hình 10)  = +00, 0.2 < /B < 0.4) Trái với việc giảm chiều dài của cuộn xoáy blequip (hình 13), vận tốc V1 bao phủ có chiều dài dài hơn, đến phía cuối dòng gió lách lên và kết hợp với vận tốc V2 Sau đó, các giai đoạn chảy trở nên dài hơn và làm cho số Strouhal (hinh13) giảm từ 0.105 ≤ St ≤ 0.141 (không rào chắn) đến 0.098 ≤ St ≤ 0.122 (có rào chắn, Steqip ~ -8.5%)

Trong ENV 1991-2-4 [5] một nửa do công thức kinh nghiệm đợc đề xuất cho việc dự đoán số Strouhal độc nhất cho bản mặt cầu.

Giá trị dự đoán thích hợp với cả hai trờng hợp mô phỏng số hóa và kích thớc kinh nghiệm (mô hình 1:80 với rào chắn) Tuy nhiên, thoả thuận dờng nh chỉ phù hợp với một trờng hợp ngẫu nhiên khi xem xét mọi khía cạnh tính toán với bất cứ hệ số liên quan đến thiết bị xuất hiện trong công thức vì vậy mà ảnh h-ởng của chúng là hoàn toàn chênh lệch.

Việc giảm bớt số Strouhal gây ra bởi các rào chắn quan trọng là để tạo ra cộng hởng Bảng 5 tóm tắt tỷ số giữa tầm số xuất hiện của dòng xoáy fS và tần số tự nhiên ne với vận tôc gió tới hạn ucrit cho mô hình mặt cắt ngang dao động gió thứ 5 và thứ 8.

Đầu tiên, mô phỏng số hóa rõ ràng cho thấy rằng hiệu quả của dòng gió đi luồn xuống dới rào chắn là trờng hợp gần nh gây cộng hởng với mô hình thứ 5 Tơng ứng với tốc độ gió tới hạn phù hợp với kích thớc đầy đủ.

b) Thứ hai, kết quả đánh giá có thể góp phần giải thích một xung đột tất nhiên trong thí nghiệm hầm gió kiểm tra trong khi thiết kế cầu Trên thực tế, thí nghiệm hầm gió kiểm tra đ a ra mô hình mặt cắt với tỷ lệ 1:80 [12] thể hiện sự kích ứng của mô hình thứ 5 (r.s.m ymax = 0.30m), kích thớc đợc tái tạo thực sự Trong khuynh hớng đối lập, cơ tuyến đàn hồi đầy đủ của mô hình cầu (tỉ lệ 1:200) [11] đánh giá biên độ lớn nhất (r.s.m ymax = 0.13m) liên quan đến mô hình thứ 8 (ne=0.39Hz) Trong khi điều này còn không chắc chắn, coi rào chắn cầu chỉ có tác dụng nh thiết bị chỉ hớng gió thì trong các giai đoạn thiết kế và tính toán thi công chúng đxét đến sau đó Tỉ lệ mô hình trở nên nhỏ hơn, khí động lực học cũng tơng tự nh rào chắn đợc sửa đổi và hiệu quả của chúng có thể giảm Nh vậy, tăng hiệu quả của dòng gió luồn xuống dới của thiết bị và hạ thấp số Strouhal xuống nhỏ hơn.

Do tỷ lệ nhỏ nên mô hình khí động lực học hoàn toàn, thậm chí nếu xác định đặc điểm khí động học theo kích thớc 3 phơng của kết cấu không gian, thì có thể dự đoán sai tần số xuất hiện của dòng xoáy kích thích và phản ứng khí động học đối với cầu.

Nhận xét:

Nh vậy tại khu vực có bố trí các trang thiết bị bản mặt mật độ dòng gió tập trung dày đặc, mô hình phóng to cho thấy một số dòng gió đã tách khỏi làn và có xu hớng hút lên trên song không bị hút lên cao lắm Dòng gió chuyển động qua mặt cắt và có xu hớng thắt lại, chính điều này làm giảm hiện tợng flutter cho các cầu dễ chịu ảnh hởng khí động lực học nh câù treo Hơn nữa các nghiêm cứu từ hai cầu trên cho thấy nếu chọn đợc kiểu lan can dạng khí động học thì tác dụng của lan can sẽ nh một thiết bị chỉ hớng gió và nh vậy sẽ làm giảm các cuốn xoáy phía sau mặt cắt hộp dầm.

2.3 Cầu Bãi Cháy

Kết cấu mặt cắt của cầu Bãi Cháy đã đợc các chuyên gia ngời Nhật tính toán, thí nghiệm theo các mô hình khác nhau để kiểm tra sự ổn định khí động học Các mô hình thí nghiệm là có xét đến ảnh h ởng của các loại rào chắn Mô hình thí nghiệm còn xét đến cả trờng hợp khi chỉ có lan can và khi có cả lan can và giải phân cách giữa lề ngời đi và đờng xe chạy Góc tác động của gió trong thí nghiệm với mô hình là -60, -30, 0, +30, +60

Kết quả htí nghiệm mô hình gió cho thấy ứng với mỗi góc tác động gió ta có biên độ kép rung động xoắn đạt đợc điểm đột biến cực đại tại các tốc độ gió khác nhau Ví dụ khi thí nghiệm với dạng dầm kiểu 5:

Ta có:  = 60 Biên độ kép rung động xoắn cực đại đạt 0.06 ứng với tốc độ gió 52m/s Ta có:  = -10 Biên độ kép rung động xoắn cực đại đạt 0.05 ứng với tốc độ gió 14m/s Ta có:  = 00 Biên độ kép rung động xoắn cực đại đạt 0.05 ứng với tốc độ gió 68m/s Ta có:  = 30 Biên độ kép rung động xoắn cực đại đạt 0.075 ứng với tốc độ gió 67m/s Ta có:  = 60 Biên độ kép rung động xoắn cực đại đạt 0.1 ứng với tốc độ gió 18m/s

(a) NA - 12 XR - 75 (Thanh chắn xe nằm, đặt tại trung tâm)

(b) NAR SA - 13 XH - 75 (Thanh chắn xe nằm, đặt tại

(c) NA - 13 XR - 10 (Thanh chắn xe nằm đặt tại mép hộp)

(d) Kiểu Việt Nam

(e) NAR NA - 12 XR - 10 (Kiểu đứng đặt tại trung tâm hộp)

(f) NAR KR - MB 01 -10 (Kiểu đứng đặt tại mép hộp)ranh giới lề ng ời đi và đ ờng xe chạy

(a) NA - 12 XR - 75 (Thanh chắn xe nằm, đặt tại trung tâm)

(b) NAR SA - 13 XH - 75 (Thanh chắn xe nằm, đặt tại

(c) NA - 13 XR - 10 (Thanh chắn xe nằm đặt tại mép hộp)

(d) Kiểu Việt Nam

(e) NAR NA - 12 XR - 10 (Kiểu đứng đặt tại trung tâm hộp)

(f) NAR KR - MB 01 -10 (Kiểu đứng đặt tại mép hộp)ranh giới lề ng ời đi và đ ờng xe chạy

Qua thí nghiệm rút ra một số kết luận nh sau:

- Mặt cắt cơ ản có tính năng khí đàn hồi tốt trong khi chịu rung động kéo và rung động xoắn.

- Trong rung động kéo với dạng mặt cắt thí nghiệm nêu trên không có sự khác biệt đáng kể ở độ tắt dần rung động ở mức thấp hơn Cũng đã quan sát thấy rung động do gió xoáy xảy ra trong mọi tr ờng hợp rào chắn là nhỏ về tính năng khi đàn hồi Nhng nếu độ tắt dần của kết cấu tăng lên, sự rung đông do gió xoáy bị triệt tiêu trừ trờng hợp góc tác động  = + 60 Nừu cho phép thiết lập thứ tự các kiểu đã thí ngiệm theo tính năng khí đàn hôig tốt hơn thì trình tự sẽ là: kiểu thẳng đứng, kiểu nằm ngang, và kiểu Việt Nam.

- Trong thí nghiệm rung xoắn, rung động gió xoáy xảy ra tại khoảng V = 22m/s đối với mô hình kích thớc thật trong bất kỳ kiểu rào chắn nào ớc tính trị số biên độ rung động gió xoáy là 0,50 – 1,40, ngay cả khi độ tắt dần của kết cấu đợc giữ giảm giá trị logảit một khoảng bằng 0,02 Nếu trong thiêt kế chấp nhận biên độ rung động do gió xoáy nh đã ớc tính thì kiểu dầm nh trên đợc a chuộng hơn trên quan điểm đã có các tính năng đàn hồi.

- Từ các kết quả thí nghiệm, có thể xảy ra rung giật xoắn trong khu vực có vận tốc gió lớn hơn 60m/s với góc tác động  = + 60 trong trờng hợp dùng mô hình mặt cắt dầm nh trên KHả năng coi là thấp với tr-ờng hợp vận tốc gió 60m/s và góc nghiêng  = 60 so với mặt dầm.

2.4 Cầu Kiền

Đặc trng hình học bản mặt cầu Normandy thể hiện trong bảng 1

ph cách giữa) 69 = 0.03%<0.278/10.

Mặt cắt ngang kết cấu nhịp cầu Kiền - Hải Phòng

Hai cầu nói trên với hệ thống lan can và gờ chắn bánh đã phát huy đ ợc theo đúng nghiên cứu va các thí nghiệm trong hầm gió Với cầu Kiền, do có hai hàng lan can (một là lan can lề ng ời đi, hai là giải phân cách giữa lề ngời đi và đờng xe chạy) có tỷ lệ so với chiều cao kết cấu nhịp tơng đối lớn hơn so với các tỷ số của hao cầu nói trên Nh vậy ta có thể phân tích tác động gió trên cầu Kiền nh trình bày dới đây lựa chọn mặt cắt dầm hộp, kiểu lan can đã đợc tính toán, thí nghiệm đối với cầu Bãi Cháy Từ đây do không

có điều kiện tiếp cận thí nghiệm cho cầu Kiền song chúng ta cũng có thể đa ra một số nhận định và tính ổn định khí động cho trờng hợp mặt cắt đã chọn nh sau.

Dòng gió khi di chuyển qua khu vực có lan can, giải phân cách thì một phần của dòng gió sẽ bị tách ra và bị hút lên phía trên Do tỷ số Aequip tơng đối lớn do đó sẽ phát sinh các xoáy cuộn ngay sau giải phân cách, Và chính điều này sẽ gây ra hiện tợng một số các xoáy gió hình thành khi dòng gió ra khỏi mặt cắt và không hội tụ Các dòng gió không hội tụ này sẽ gây bất lợi cho kết cấu nhịp cầu Tuy nhiên với đặc tr -ng mặt cắt có dạ-ng tơ-ng đối ổn định (trọ-ng lợ-ng kết cấu cà-ng lớn ổn định độ-ng cà-ng lớn).