Tính toán ổn định khí động flutter của dầm chủ trong kết cấu cầu hệ dây bằng phương pháp bước lặp (tóm tắt)

1                       1.  Trong lun án c gng gii quyt ba v  - Phát trin tc gió flutter ti hn ca cu trên  ng un xon ca dm ch. - Xây dng mt s phn mm chuyên dng tính toán vn tc gió ti hn phc v cho vic kinh thit k và duy tu bng cu treo. - u khin th ng vn tc flutter ca cu treo b ng hc 2.   Đối tượng nghiên cứu của luận án Nghiên cu nh flutter ca mô hình mt ct dm cu 2D. T u khin th ng nh flutter ca dm ch cu treo.  Phạm vi nghiên cứu của luận án Lun án trình bày áp dng c  c l  tính toán s mt nh flutter ca mt s cu treo có chiu dài nhp ln. Phn quan trng ca lun án trình bày ng dc l u khin th ng flutter ca dm ch cu treo b    c (lp b    ng png hc (lp hai cánh vy). 3.  - c và mô hình tính toán ca kt cu cu h dây. - ng s: Phát tric lp ca Matsumoto tính toán vn tc flutter ti hn ca cu khi có lp b u chng hc) và khi không lp. 2 - c nghim: Tham gia l              4.  - Phát tric lp ca M. Matsumoto tính vn tc gió ti hn ca mt ct cu 3 bc t do [116] sang tính toán mô hình mt ct cu có lp b u chnh rung 4 bc t do. - Xây d  g trình tính toán vn tc gió ti hn: Flutter- BK01 và Flutter-BK02, da trên phn mm MATLAB  tính toán vn tc flutter ti hn ca ci tác dng ca gió. -  u t     ca b gim chn khng-cn (TMD) cho dm ch cu h dây, t    ng nhn xét, khuyn ngh vic l t b tt ch   t hiu qu mong mun. Kt qu này có th áp dng trong nhng gii pháp gim i tác dng ca gió ca mt cu treo bt k. - Áp dng các kt qu nghiên cu  tính toán cho mt mô hình mt ct dm cu c th. Các kt qu c là hp lý gia tính toán lý thuyt và thc nghim. 5.  Lun án gm  n Kt lun, kin ngh vi 133 trang, 58 hình v  th, 9 bng biu. 1  1.1   Hin nay, các kt cu cu h c xây dng ngày càng nhiu ti Vit Nam vi kh t nhp ln cùng vm v mt kin trúc m quan. Tuy nhiên, do có dng kt cu thanh mnh nên các công trình c, dây võng rt nhy cm vng ca gió bão. 1.2    nghiên cu ng cn công trình cu, u tiên ta phi xây dng ca ci tác dng cn i ta xây dng hai loi mô hình: mô hình mt ct và mô hình toàn cu [35, 79, 94, 96, 141, 149, 153, 154]. V mc mô hình mt ct là mô hình h ng hai bc t ng ung xon) hoc mô hình h ng ba 3 bc t do (dao ng ung xong ngang). Do dao ng ngang ít có ng lng s dng mô hình hai bc t do. Mô hình toàn cc nghiên cu [35, 96, 141, 153, 154]. n t hu hn theo các d xây dng mô hình và ng toàn cu. 1.3   tính toán vn tc ti hn flutter cng s d -  riêng phc - m s phc -  dng tiêu chun Routh  Hurwitz - c lp 1.4  Do tính phc tp cng ca ci tác dng ca gió, trong lu s dng mô hình mt c  nghiên cu tính toán mt  nh flutter ca cu. Trong quá trình nghiên cu chúng tôi th   c lp ca GS. M.   i hc Kyoto) là m     xuu v có th nghiên cu phát trin. Vi vy trong luu s dng và phát tric lp tính toán vn tc flutter ca mô hình cu. Trong lu dng và phát tric l nghiên cu khin th ng kt cu cu dây s dng các b gim chn kh ng-cn (TMD) và s dng các cánh vy b ng. 2           2.1  2.1.1  10 /U m s      4 2.1.2  / d U m s   10 1 . d U U E (2.3) 2.1.3     2.2    2.2.1  2.2.1.1 Biến dạng và ứng suất tĩnh  g và momen 46, 149]   2 1 2 D D U BC   (2.5)   2 1 2 L L U BC   (2.6)   22 1 2 M M U B C   (2.7) 2.2.1.2 Các hiện tượng mất ổn định tĩnh a. Mất ổn định uốn ngang  xz             y vuông góc    ] 3 28.3 zT cr EI GI q L  (2.10) 5 (2.5) [125] 1/2 2 cr cr D q U CB      (2.11) b Mất ổn định xoắn        V 2 0 2 ' cr M k U BC    (2.19) 2.2.2  2.2.2.1 Dao động do xoáy khí (Vortex-induced vibration) a. Giới thiệu chung - Hiện tượng lock-in 1  các xoáy khí luân phi       s f      Strouhal [149] s fB St U  (2.20) K                 lock-in. b. Mô hình phân tích hiện tượng dao động gió cuộn xoáy                2 1 sin 2 LS s F U BC t   (2.21)        g, p g [68, 109, 149] 6   2 11 2 2 12 2 2 1 ( ) 1 ( ) ( )sin 2 L m y y y y y y U B Y K Y K C K t B U B                        (2.23) 2.2.2.2 Dao động do gió mưa (Rain-wind-induced vibration) uchi,  .    0 0 yy y                              M C K     (2.34) 2.2.2.3 Dao động do rối của dòng khí (Buffeting)   g m  A  k và 0 c (hình 2.9)  x      0 mx c x kx P x P t       (2.37)   D P x AC Ux    (2.38) 2.2.2.4 Dao động phía cuối gió (Wake-induced vibration)    a. Cộng hưởng luồng gió rối   cr U ] 2 cr t B U T  (2.42) b. Cộng hưởng xoáy khí  cr U   k f  ] 7 k cr t Hf U S  (2.43) c. Hiệu ứng giao thoa      tháp và d]. 2.2.2.5 Dao động tự kích khí động học theo phương uốn (Galloping)  .   0 0 L D dC C d        (2.57) 2.2.2.6 Hiện tượng dao động tự kích khí động học uốn xoắn (Flutter) a. Hệ phương trình dao động tự kích khí động học uốn xoắn của hệ hai bậc tự do Hình 2.13 Mô hình dao động flutter          (hình 2.13) : ( ) ( ) ( ) h h h mh t c h t k h t L     (2.58) k  B U h k h  h L M  ,mI h c  c 8 ( ) ( ) ( )I t c t k t M            (2.59) b. Lực nâng và momen khí động  ] 2 * * 12 2 * 2 * 34 1 ( ) ( ) 2 ( ) ( ) h hB L U B KH K KH K UU h K H K K H K B              (2.64) 2 2 * * 12 2 * 2 * 34 1 ( ) ( ) 2 ( ) ( ) hB M U B KA K KA K UU h K A K K A K B               (2.65)  K là  c. Mô hình flutter ba bậc tự do  [138] 2 * * 2 * 1 2 3 2 * * 2 * 4 5 6 1 2 h hB L U B KH KH K H UU h p p K H KH K H B U B                  (2.66) 2 2 * * 2 * 1 2 3 2 * * 2 * 4 5 6 1 2 hB M U B KA KA K A UU h p p K A KA K A B U B                   (2.67) 2 * * 2 * 1 2 3 2 * * 2 * 4 5 6 1 2 p pB D U B KP KP K P UU p h h K P KP K P B U B                  (2.68)  trình chuy] ( ) ( ) ( ) h h h mh t c h t k h t L     (2.69) ( ) ( ) ( )I t c t k t M            (2.70) 9       p p p mp t c p t k p t D     (2.71) 2.3  2.3.1             2.3.2               175]). 2.3.3           50, 108, 134, 160]. 2.4   2.4.1     2 2 2 3 2 2 2 2 2 2 ei b b L e b P t T L w w w w m c EI c A t t x x x t I c GI M t t x x                                                    (2.160) 2.4.2 -   trình d-         11 , sin , , sin nn jj jj jj w x t h t x x t t x LL                  (2.163)  ( ) ( ) ( ) hL mh t c h t k h t A       (2.177) ( ) ( ) ( ) L I t c t k t M          (2.178) 2.5          -       10 dòng           ---wind-induced      -        h 3  TREO THEO MÔ HÌNH          ,         3.1                [153]      h và  . P ] ( ) ( ) ( ) h h h mh t c h t k h t L     (3.1) ( ) ( ) ( )I t c t k t M            (3.2)   ình (2.64), (2.65). 3.1.4   flutter   ** , 1, ,4 ii A H i     [143].   .   [...]... tính toán của phần mềm FlutterBK02(a) phù hợp với các kết quả thực nghiệm ĐIỀU KHIỂN THỤ ĐỘNG DAO ĐỘNG FLUTTER CỦA DẦM CHỦ CẦU TREO BẰNG PHƢƠNG PHÁP KHÍ ĐỘNG Trong chương này trình bày điều khiển thụ động dao động flutter của dầm chủ cầu treo bằng cách sử dụng 2 cánh vẫy 5.1 Thiết lập phƣơng trình chuyển động 5 Hình 5.1 Mô hình tính toán của hệ dầm cầu- 2 cánh vẫy Phương trình chuyển động:     m ... (Trung Quốc), cầu Great Belt (Đan Mạch), cầu Vàm Cống (Việt Nam) Kết quả tính toán theo phần mềm Flutter- BK01 phù hợp với các kết quả đã được công bố, qua đó khẳng định độ tin cậy của phần mềm Flutter- BK01 ĐIỀU KHIỂN THỤ ĐỘNG DAO ĐỘNG FLUTTER CỦA DẦM CHỦ CẦU TREO BẰNG PHƢƠNG PHÁP CƠ HỌC Trong chương này, việc sử dụng bộ giảm chấn khối lượng-cản (TMD) để tăng vận tốc gió tới hạn của dầm cầu được tiến... 40,14   4.5 Kết luận chƣơng 4 Trong chương 4 của luận văn đã giải quyết các vấn đề sau: - Mở rộng phương pháp bước lặp của M Matsumoto và các đồng nghiệp từ hệ 3 bậc tự do sang hệ 4 bậc tự do Trên cơ sở các công thức thu được, xây dựng phần mềm Flutter- BK02(a), tính toán vận tốc gió tới hạn của dầm chủ khi lắp thêm các bộ TMD - Tính toán vận tốc gió tới hạn cho dầm của cầu khi lắp TMD trong 2 trường... triển phương pháp bước lặp của M Matsumoto hệ 3 bậc tự do [116] sang hệ 4 bậc tự do của mô hình mặt cắt dầm chủ của cầu có gắn các bộ giảm chấn khối lượng-cản (TMD) cơ học Xây dựng thuật toán và chương trình tính Flutter- BK02(a), dựa trên phần mềm MATLAB 3 Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm lắp đặt bộ tắt chấn động lực vào mô hình cầu của Trường Đại học Kỹ thuật Hamburg Các kết quả tính toán vận tốc flutter. .. tự do Trong chương này áp dụng phương trình Lagrange loại 2 thiết lập phương trình dao động cho hệ này Sau đó, phát triển phương pháp bước lặp của M Matsumoto và đồng nghiệp cho hệ 3 bậc tự do, xây dựng thuật toán tìm vận tốc gió tới hạn cho hệ 4 bậc tự do Cuối chương, tính toán mô phỏng số cho việc lắp hai cánh vẫy vào mô hình mặt cắt của cầu Great Belt (Đan Mạch) Các kết quả tính toán cho thấy bằng. .. cầu trên phần mềm MATLAB - Nghiên cứu cách xác định các tham số flutter cho các mặt cắt cầu phổ biến phục vụ cho phần mềm Flutter- BK01 - Tính toán chi tiết vận tốc gió tới hạn của mô hình cầu của Trường Đại học Kỹ thuật Hamburg Các kết quả tính toán theo phần mềm Flutter- BK01 phù hợp với kết quả thực nghiệm - Sử dụng phần mềm Flutter- BK01 tính toán vận tốc gió tới hạn của cầu Tacoma Narrows (Mỹ), cầu. .. hướng thứ hai Các kết quả chính của luận án bao gồm các điểm sau đây: 23 1 Dựa trên phương pháp bước lặp của M Matsumoto và sử dụng phần mềm MATLAB, đã xây dựng thuật toán và chương trình tính Flutter- BK01 tính toán vận tốc gió flutter tới hạn Các kết quả tính theo chương trình Flutter- BK01 phù hợp với kết quả thực nghiệm ở trường Đại học Kỹ thuật Hamburg và các kết quả tính một số mô hình cầu ở Mỹ, Đan... flutter tới hạn bằng chương trình FlutterBK02(a) phù hợp với kết quả thực nghiệm 4 Áp dụng phần mềm Flutter- BK02(a) tính toán vận tốc tới hạn flutter mô hình cầu Great Belt của Đan Mạch Kết quả lắp đặt bộ giảm chấn khối lượng-cản có thể nâng vận tốc gió tới hạn lên khoảng 80% 5 Phát triển phương pháp bước lặp của M Matsumoto từ hệ 3 bậc tự do [116] sang hệ 4 bậc tự do của mô hình mặt cắt dầm cầu có gắn... thực nghiệm trên mô hình trong phòng thí nghiệm hầm gió Sau đó, dùng lý thuyết dao động giải thích các kết quả thu được - Xây dựng mô hình dao động của cầu dưới tác dụng của gió Áp dụng lý thuyết dao động tính toán mô hình dao động của cầu dưới tác dụng của gió Các nghiên cứu mô hình trong phòng thí nghiệm hầm gió nhằm xác định một số tham số mô hình và kiểm chứng các kết quả tính toán lý thuyết Công trình... rad/s Kết quả này phù hợp với kết quả trong tài liệu [56], vận tốc gió tới hạn, U F  48.1m/s Nhận thấy f h  f F  f , kết quả này phù hợp với kết quả tính toán và thực nghiệm của nhiều công trình khác 3.5 Kết luận chƣơng 3 Trong chương 3 của luận văn đã trình bày các vấn đề sau: - Trên cơ sở phương pháp bước lặp của M Matsumoto, đã thiết lập thuật toán và viết phần mềm Flutter- BK01 để xác định vận . tượng dao động tự kích khí động học uốn xoắn (Flutter) a. Hệ phương trình dao động tự kích khí động học uốn xoắn của hệ hai bậc tự do Hình 2.13 Mô hình dao động flutter.  Do tính phc tp cng ca ci tác dng ca gió, trong lu s dng mô hình mt c  nghiên cu tính toán mt  nh flutter ca cu. Trong. c và mô hình tính toán ca kt cu cu h dây. - ng s: Phát tric lp ca Matsumoto tính toán vn tc flutter ti hn ca cu khi có lp