NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG RUNG ĐỘNG ĐÚC DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC
Trang 1Nghiên cứu động lực học hệ thống rung động đúc dầm cầu
bê tông cốt thép dự ứng lực
PGS TS nguyễn văn vịnh
KS nguyễn quang minh
Bộ môn Máy xây dựng – Xếp dỡ Trường Đại học Giao thông Vận tải
Tóm tắt: Bμi báo trình bμy tóm tắt kết quả nghiên cứu động lực học hệ thống rung động
đúc dầm BTCT dự ứng lực Từ đó rút ra những kết luận cần thiết nhằm tiếp tục hoμn thiện việc
thiết kế, chế tạo hệ thống rung động kiểu nμy phục vụ xây dựng các công trình giao thông
Summary: The article summaries the results of a dynamic research on vibration systems
of pre-stressed concrete girders Necessary conclusions are then drawn to further perfect the
designing and manufacturing of the vibration system for transport constructions.
i Đặt vấn đề
Hiện nay, việc xây dựng các cầu vượt trong thành phố hoặc các vùng ngoại ô, người ta
thường dùng các phiến dầm bê tông cốt thép (BTCT) dự ứng lực tiêu chuẩn L = 33m, Q = 60
Các phiến dầm này được chế tạo bằng cách đúc sẵn tại công trường sau đó được lắp ghép
thành mặt cầu Để đúc các phiến dầm người ta dùng một hệ thống rung động theo phương đứng
có sơ đồ cấu tạo như sau:
a Tổng thể hệ thống, b Sơ đồ cấu tạo
Hình 1 Hệ thống rung động đúc dầm
Trang 2Trong đó: 1 Tấm ván đáy; 2 Tà vẹt bê tông; 3 Tăng đơ liên kết giữa tà vẹt và ván khuôn; 4 Ván khuôn thép; 5 Tăng đơ liên kết 2 ván khuôn 2 bên; 6 Đầm rung;;7 Dầm bê tông cốt thép; 8 Nền đất
được dầm chặt sau khi rải đá răm
Rung động của đầm rung ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của phiến dầm được đúc ra Tuy nhiên, hiện nay vấn đề này đối với hệ thống trên được nghiên cứu và quan tâm chưa đúng mức, việc dùng các loại đầm nào, bố trí khoảng cách giữa các đầm ra sao … đều làm theo kinh nghiệm Chính vì vậy chúng tôi đã tiến hành công trình nghiên cứu sẽ được trình bày cụ thể sau
đây
II Nội dung
1 Xây dựng mô hình động lực học
Trên cơ sở khảo sát thực tế, dựa trên các bản vẽ, tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý làm việc của
hệ thống chúng tôi đã sử dụng một số giả thuyết sau đây:
Các lớp bê tông được rải đều theo chiều dài 1/3 dầm (khoảng 12m)
Trọng lượng của bê tông, cốt pha tác dụng tại trung tâm hệ thống rung động đúc dầm
Hệ thống cốt pha được liên kết chặt với các tà vẹt và chúng tạo thành một khối dao động cùng với nhau
Hệ thống chủ yếu thực hiện rung động theo phương đứng (bỏ qua dao động theo phương ngang và dọc dầm)
Bỏ qua độ võng cục bộ của tấm ván đáy vì ván đáy đặt trên các tà vẹt bê tông với khoảng cách ngắn
CT 2
Các máy đầm rung động được coi như hoạt động đồng thời, cùng tần số và cùng pha (bỏ qua sai lệch ngẫu nhiên về tần số và pha)
Khi nghiên cứu hệ thống rung động chỉ xét hệ thống rung động có chiều dài bằng 1/3 chiều dài thực tế của dầm thực hiện rung động (vì trong thực tế người ta chỉ cho các đầm rung lắp trên 1/3 chiều dài cốp pha hoạt động)
Từ sơ đồ cấu tạo trên hình 1, dựa trên các giả thiết đã
nêu trên, các mô hình động lực học của hệ thống rung động
được xây dựng:
Hình 2 Mô hình động lực học một
khối lượng
∑P
1.1 Mô hình động lực học một khối lượng
Mô hình động lực học của hệ thống được thể hiện trên hình 2
trong đó: m là khối lượng chung của hệ thống bao gồm: Khối
lượng của tà vẹt, khối lượng của tấm ván đáy, khối lượng của
ván khuôn, khối lượng của cốt thép, khối lượng của hỗn hợp
bê tông tham gia dao động
∑P là tổng lực kích động của các đầm rung
Trang 3Y là biên độ dao động của m
S là độ cứng quy dẫn của nền đất
K là hệ số dập tắt dao động quy dẫn của nền đất
Phương trình chuyển động của hệ
= +
y
Lực động của hệ tác dụng xuống nền
y S y K
Mô hình động lực học một khối lượng
Khi xem xét sự dao động của riêng hỗn hợp bê tông cốt thép trong hệ thống, chúng ta có
thể đưa về hệ dao động 02 khối lượng như Hình 3
Trong đó:
m1 là khối lượng của cốt thép và bê tông trên 1/3 chiều dài dầm
CT 2
m2 là khối lượng của ván khuôn và tà vẹt
S1 là độ cứng của bê tông;
S2 là độ cứng của nền dưới các tà vẹt;
K1 là hệ số cản nhớt của bê tông;
K2 là hệ số cản nhớt của nền
Phương trình chuyển động của hệ:
(y y ) S (y y ) 0
K
y
∑P
Hình 3 Mô hình động lực học hai khối lượng
( ư )+ ư ( ư )=∑ ω
ư
y
Biểu diễn dưới dạng ma trận chúng ta có:
[ ∑ ω]
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
ư
ư +
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
ư
ư +
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
t sin P y
y S S S
S S
y
y K K K
K K
y
y m
0
0
m
2
1 2 1 1
2 1
2
1 2 1 1
1 1
2
1 2
1
&
&
&&
&&
(3)
1.2 Giải phương trình chuyển động
Để giải các phương trình chuyển động (1) hoặc (2), chúng tôi sử dụng phần mềm Matlab -
Simulink 7.04 Tuy nhiên, vì việc xác định các giá trị của các thông số trong mô hình một cách
chính xác còn gặp nhiều khó khăn Vì vậy bước đầu, chúng tôi giải phương trình chuyển động
Trang 4(1) với thuật toán Runge-Kutta bậc 4 với các giá trị cụ thể như sau: m=10457kg; S=79,64.107 N/m, K=5000NS/m; ∑P=50000N; ω=297,53 1/s
CT 2
Hình 4 Sơ đồ khối thuật toán hệ giải phương trình chuyển động
Các kết quả thu được như chuyển vị, vận tốc, gia tốc, lực động tác dụng xuống nền được thể hiện trên các hình sau đây:
Hình 5 Chuyển vị của thμnh ván khuôn
Trang 5Hình 6 Vận tốc của thμnh ván khuôn
CT 2
Hình 7 Gia tốc của thμnh ván khuôn
Hình 8 Lực tác động của hệ ván khuôn xuống nền đất
Trang 6III Kết luận
Đã tiến hành nghiên cứu động lực học của hệ thống rung động đúc dầm BTCT dự ứng lực
có kích thước lớn và kết quả nghiên cứu cho thấy: Biên độ dao động của thành ván khuôn trong một hệ thống cụ thể đưa vào tính toán - trên công trường TAISEI phía bắc cầu Thăng Long trung bình A=0,4mm Như vậy là hợp lý vì người ta thường quy định giá trị này [A] = 0,4ữ0,8mm
Có thể sử dụng mô hình động lực học trên để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ rung dộng của hệ thống, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng đầm lèn của phiến dầm
Kết quả nghiên cứu có thể sử dụng phục vụ giảng dạy, hoàn thiện việc thiết kế, chế tạo hệ thống rung động đúc dầm với chất lượng cao hơn
Tiếp tục nghiên cứu phát triển động lực học hệ thống này sau khi đã hoàn thành việc nghiên cứu độ cứng và độ cản nhớt của bê tông cốt thép bằng thực nghiệm [2]
Tài liệu tham khảo
[1] PGS TS Nguyễn Văn Vịnh Động lực học máy xây dựng - xếp dỡ - Trường Đại học Giao thông Vận
tải, năm 2007
[2] KS Nguyễn Quang Minh Nghiên cứu ảnh hưởng của máy đầm rung động trong công nghệ đúc dầm
bê tông dự ứng lực có kích thước lớn Luận án thạc sỹ kỹ thuật, năm 2007 ♦
CT 2