Tính ứng xử của kết cấu nhịp cầu dầm đường sắt dưới tác dụng của tải trọng di động. Xác định phản ứng của kết cấu dầm giản đơn dưới tác dụng của tải trọng đoàn tàu đi qua.
LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập nghiên cứu Trường Đại học Giao thông Vận tải, cịn nhiều hạn chế trình độ thời gian, song tơi hồn thành luận văn theo kế hoạch đề Có kết nhờ hướng dẫn tận tình TS Bùi Tiến Thành, Thầy, Cô môn Cầu Hầm bạn đồng nghiệp Đầu tiên, cho xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Bùi Tiến Thành, người Thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt q trình làm luận văn Ngồi ra, xin chân thành cảm ơn tới tập thể Thầy, Cô môn Cầu – hầm , Trường Đại học Giao thông Vận tải nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ tơi hồn thành nhiệm vụ giao q trình tơi học tập thực luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn Thầy, Cơ giáo Khoa Cơng trình, phòng Đào tạo Sau Đại học – Trường Đại học Giao thông Vận tải tạo điều kiện tối đa cho tơi q trình làm luận văn Trong q trình thực luận án, lực cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý, dẫn Thầy, Cô giáo bạn đồng nghiệp Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả Lê Tuấn Dũng MỤC LỤC DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT DOF: Bậc tự (Degree Of Free) MDOF: Nhiều bậc tự (Multiple Degree Of Free) AASHTO: Hiệp hội Quan chức Giao thông Xa lộ tiểu bang Mỹ (American Association of State Highway and Transportation Officials) JRAS: Tiêu chuẩn thiết kế Nhật Bản (Japan Road Association’s Specifications) KBDS: Tiêu chuẩn thiết kế cầu Hàn Quốc (Korea Bridge Design Specifications) OHBDC: Tiêu chuẩn thiết kế cầu cao tốc Canada (Ontario highway bridges design code) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Giá trị giới hạn (v/n 0)lim dầm giản đơn phụ thuộc theo chiều dài nhịp tỷ lệ cản với gia tốc giới hạn amax < 3,5 m/s2…….8 Bảng 1.2 Giá trị giới hạn (v/n 0)lim dầm giản đơn phụ thuộc theo chiều dài nhịp tỷ lệ cản với gia tốc giới hạn amax < 5,0 m/s2…….9 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ……………………………………………………………………………………… Hình 3.1 Bố trí chung mặt cơng trình cầu Bắc Thủy – Lạng Sơn Hình 3.2 Cơng trình cầu Bắc Thủy – Lạng Sơn dử dụng dầm tạm Hình 3.3 Cẩu lắp dầm hộp thép cẩu 600 Hình 3.4 Cơng trình cầu Bắc Thủy Hình 3.5 Mặt cắt ngang nhịp dầm thay vị trí đường thẳng Hình3.6 Mặt cắt ngang nhịp dầm thay vị trí đường cong Hình 3.7 Mặt cắt ngang gối dầm thay vị trí đường thẳng Hình 3.8 Mặt cắt ngang gối dầm thay vị trí đường cong Hình 3.9 Phân chia dầm thành phần tử Hình 3.10 Đồn tàu thử tải Hình 3.11 Mơ hình tải trọng tính tốn Hình 3.12 Mơ hình kết cấu nhịp trênMatlab Hình 3.13 Phần tử khung phẳng Hình 3.14 Năm mốt dao động dầm Hình 3.15 Năm mốt dao động dầm Hình 3.16 Chuyển vị nhịp dầm trục ( P1 = 23.75T ) gây Hình 3.17 Chuyển vị nhịp dầm trục ( P2 = 23.75T ) gây Hình 3.18 Chuyển vị nhịp dầm trục ( P3 = 18 T ) gây Hình 3.19 Chuyển vị nhịp dầm trục ( P3 = 18 T ) gây Hình 3.20 Chuyển vị nhịp dầm trục ( P3 = 18 T ) gây Hình 3.21 Chuyển vị nhịp dầm trục ( P3 = 18 T ) gây Hình 3.22 Chuyển vị nhịp dầm trục ( P3 = 18 T ) gây Hình 3.23 Chuyển vị nhịp dầm trục ( P3 = 18 T ) gây Hình 3.24 Chuyển vị nhịp dầm đoàn tàu gây Hình 3.25 Chuyển vị nhịp dầm trục P1 = 23.75 T gây Hình 3.26 Chuyển vị nhịp dầm trục P2 = 23.75 T gây Hình 3.27 Chuyển vị nhịp dầm trục P3 = 18 T gây Hình 3.28 Chuyển vị nhịp dầm trục P4 = 18 T gây Hình 3.29 Chuyển vị nhịp dầm trục P5 = 18 T gây Hình 3.30 Chuyển vị nhịp dầm trục P6 = 18 T gây Hình 3.31 Chuyển vị nhịp dầm trục P7 = 18 T gây Hình 3.32 Chuyển vị nhịp dầm trục P8 = 18 T gây Hình 3.33 Chuyển vị nhịp dầm đoàn tàu gây PHẦN MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI - Trong hệ thống phương thức vận chuyển nước ta nói phương thức vận chuyển đường sắt có vai trị quan trọng việc đóng góp tích cực vào phát triển kính tế xã hội đất nước Chúng ta thấy rõ số ưu điểm phương thức vận chuyển đường sắt như: + Năng lực vận chuyển lớn vận chuyển loại hàng hóa + Ít bị ảnh hưởng bới thời tiết, mức độ an tồn giao thơng cao so với phương thức vận chuyển đường + Giá thành vận chuyển thấp, mức tiêu hao nhiên liệu thấp - Chính ưu điểm mà ngành vận tải đường sắt Nhà nước ta quan tâm, xây dựng kế hoạch phát triển cách mạnh mẽ Cụ thể vào ngày 7/1/2002, Thủ tướng Phan Văn Khải ký phê duyệt đề án “Quy hoạch tổng thể phát triển ngành giao thông vận tải đường sắt Việt Nam đến năm 2020” với mức đầu tư kinh phí lên tới gần 10 tỷ USD [1] - Bên cạnh ưu điểm ngành vận tải đường sắt cịn có tồn đáng kể như: + Cơ sở trang thiết bị cũ kỹ, lạc hậu + Chi phí xây dựng cao, tính linh động việc di chuyển + Ngoài nhược điểm đáng lưu tâm vấn đề tốc độ cịn hạn chế Tuyến đường sắt Bắc – Nam qua cầu tuyến chạy với vận tốc thấp (khoảng 50 – 60 km/h) nên kéo dài thời gian di chuyển từ nơi tới nơi khác Ngoài ra, cơng tác tính tốn thiết kế cho cầu đường sắt nay, tiêu chuẩn thiết kế mà nước ta sử dụng tiêu chuẩn 22 TCN 18 – 79 dịch từ tiêu chuẩn Liên Xô lạc hậu, khơng cịn phù hợp - Vậy vấn đề đặt liệu với hệ thống cơng trình cầu tuyến đường sắt tăng vận tốc di chuyển tàu qua hay khơng? Thiết kế cầu đường sắt theo Tiêu chuẩn thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22TCN 18-79 dùng tải trọng đồn tàu đặt tĩnh để tính nội lực bất lợi Phương pháp sử dụng để thiết kế cơng trình với độ an tồn cao, chi phí lớn độ dự trữ lớn Tuy nhiên, phương pháp hồn tồn chưa xét tới yếu tố ảnh hưởng tới kết tính tốn vận tốc chạy tàu, hệ số cản kết cấu Từ phân tích nên để xác định xác ứng xử động kết cấu nhịp cầu đường sắt, làm sở để xác định vận tốc cho phép qua cầu lựa chọn đề tài “Tính ứng xử kết cấu nhịp cầu dầm đường sắt tác dụng tải trọng di động” ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu luận văn kết cấu nhịp cầu đường sắt Việt Nam Mở rộng cơng trình cầu đường sắt thị, đường sắt cao tốc tương lai PHẠM VI NGHIÊN CỨU Phạm vi nghiên cứu luận văn kết cấu nhịp cầu dầm đường sắt Việt Nam MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Xác định phản ứng (ứng xử) kết cấu nhịp cầu dầm đường sắt tác dụng tải trọng di động Từ đó, phục vụ cho việc phân tích động kết cấu nhịp cầu dầm đường sắt, tính tốn đặc trưng động kết cấu như: tần số, hình dạng mốt dao động, hệ số xung kích PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu sử dụng phương pháp tính tốn lý thuyết kết hợp với đo đạc thực nghiệm trường Ở ta sử dụng phương pháp số, có phương pháp: + Phương pháp chồng mốt dao động + Ngồi ra, có tham khảo phương pháp tính tốn so sánh khác KẾT CẤU CỦA LUẬN VĂN - Luận văn bao gồm chương cộng với phần kết luận – kiến nghị, tài liệu tham khảo phần phụ lục Chương 1: Tổng quan dao động kết cấu nhịp cầu đường sắt tác dụng tải trọng di động Chương 2: Phương pháp tính tốn ứng xử kết cấu nhịp cầu đường sắt tác dụng tải trọng di động Chương 3: Ứng dụng vào tính tốn tải trọng di động gây mỏi cho cấu kiện cầu đường sắt 10 Chương TỔNG QUAN VỀ DAO ĐỘNG CỦA KẾT CẤU NHỊP CẦU ĐƯỜNG SẮT DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG DI ĐỘNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ TẢI TRỌNG DI ĐỘNG VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH PHẢN ỨNG CỦA KẾT CẤU NHỊP DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG DI ĐỘNG Tải trọng động tải trọng mà giá trị, phương chiều điểm tác dụng thay đổi theo thời gian Nếu thay đổi theo thời gian tải trọng biểu hàm số đó, người ta gọi tải trọng xác định Ngược lại, thay đổi không biểu diễn hàm cụ thể mà biểu diễn thông qua số liệu thống kê gọi tải trọng ngẫu nhiên Để phân tích kết cấu tác dụng loại tải trọng cần sử dụng lý thuyết xác suất thống kê Trong phạm vi luận văn xét tới trường hợp tải trọng thay đổi vị trí tác dụng lực mà ta thường gọi tải trọng di động [2] Từ lâu tải trọng di động quan tâm việc tính tốn, thiết kế cơng trình giao thơng, xây dựng Thực tế rằng, ảnh hưởng tính chất di chuyển tải trọng tới phản ứng kết cấu đáng kể, làm phát sinh tượng khơng mong muốn mà số tượng cộng hưởng dao động Cộng hưởng tượng xảy dao động cưỡng vật dao động kích thích ngoại lực có tần số kích thích với tần số dao động riêng Khi tượng cộng hưởng xảy biên độ dao động đạt giá trị cực đại [3] Đối với kết cấu cơng trình, tượng cộng hưởng xảy làm cho phản ứng kết cấu gia tăng cách nhanh chóng dẫn tới phá hủy kết cấu cơng trình Hiện tượng cộng hưởng cầu đường sắt xuất do: - Tốc độ chạy tàu cao 10 ... dao động kết cấu nhịp cầu đường sắt tác dụng tải trọng di động Chương 2: Phương pháp tính tốn ứng xử kết cấu nhịp cầu đường sắt tác dụng tải trọng di động Chương 3: Ứng dụng vào tính tốn tải trọng. .. PHÁP TÍNH PHẢN ỨNG CỦA KẾT CẤU NHỊP DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG DI ĐỘNG Tải trọng động tải trọng mà giá trị, phương chiều điểm tác dụng thay đổi theo thời gian Nếu thay đổi theo thời gian tải trọng. .. sử dụng tới việc tính tốn lặp Dạng mơ thường sử dụng cần quan tâm tới dao động kết cấu dao động hệ dao động di động 1.2 TỔNG QUAN VỀ LỊCH SỬ TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHỊP CHỊU TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG DI