Phân tích dao động của kết cấu nhịp cầu dưới tác động của hoạt tải khai thác có xét đến độ mấp mô mặt cầu (TT)

B GIO DC V O TO TRNG I HC GIAO THễNG VN TI - - V VN TON PHN TCH DAO NG CA KT CU NHP CU DI TC NG CA HOT TI KHAI THC Cể XẫT N MP Mễ MT CU LUN N TIN S K THUT H NI - 2017 Cụng trỡnh c hon thnh ti: Trng i hc Giao thụng ti Ngi hng dn khoa hc: GS.TS Nguyn Vit Trung PGS.TS Trn c Nhim Phn bin 1: GS.TSKH Nguyn ụng Anh Phn bin 2: PGS.TS Nguyn Bỡnh H Phn bin 3: PGS.TS Bựi c Chớnh Lun ỏn s c bo v ti Hi ng ỏnh giỏ lun ỏn cp Trng hp ti Trng i hc Giao thụng Vn ti Vo hi gi, ngy thỏng nm Cú th tỡm hiu lun ỏn ti: - Th vin Quc gia - Th vin Vin Trng i hc Giao thụng Vn ti i MC LC M U CHNG TNG QUAN V NGHIấN CU DAO NG CA KT CU NHP CU DI TC NG CA HOT TI XE 1.1 Cỏc tỏc ng ca ti trng di ng i vi kt cu nhp cu 1.2 Cỏc hng nghiờn cu nh hng ca hot ti (ti trng di ng) i vi cụng trỡnh cu 1.3 Cỏc mụ hỡnh lý thuyt nghiờn cu dao ng un ca dm di tỏc dng ca ti trng di ng 1.3.1 Mụ hỡnh 1: khụng xột lng ca ti trng v dm 1.3.2 Mụ hỡnh 2: Ti trng cú lng di chuyn trờn h kt cu khụng cú lng 1.3.3 Mụ hỡnh 3: Mụ hỡnh b qua lng ca ti trng di ng, ch xột n lng ca dm 1.3.4 Mụ hỡnh 4: Ti trng cú lng chuyn ng trờn dm cú lng 1.3.5 Cỏc mụ hỡnh xột n ti trng di ng nh hng mp mụ b mt 1.4 Tng quan v nghiờn cu dao ng ca xe v tng tỏc cu-xe 1.4.1 Gii thiu 1.4.2 ỏnh giỏ dao ng ca ụ tụ trờn ng 1.4.3 Cỏc mụ hỡnh dao ng ụ tụ 1.4.4 Hm kớch ng 1.5 Phõn tớch chn mc tiờu, i tng, phng phỏp nghiờn cu 1.5.1 Mc tiờu nghiờn cu ca mụ hỡnh tng tỏc cu - xe 1.5.2 i tng nghiờn cu 1.5.3 Phng phỏp nghiờn cu CHNG XY DNG Mễ HèNH TNG TC NG LC HC GIA XE V CU Cể XẫT N MP Mễ MT CU 2.1 C s PP phn t hu hn gii bi toỏn dao ng dm 2.1.1 Nguyờn lý bin phõn chuyn v 2.1.2 Phng trỡnh chuyn ng 2.1.3 Phng trỡnh dao ng ca phn t hu hn dm chu un thun tuý 72.1.4 Phn t dm 2.2 Dao ng ca cu dm chu tỏc dng ca ti trng xe chy trờn cu ii 2.2.1 Dao ng ca phn t dm cú cỏc lng di chuyn trờn dm - bi toỏn tng tỏc ca phn t hu hn dm chu un v ti trng di ng 2.2.2 Phng trỡnh dao ng ca h cu dm cú xe chy trờn 2.2.3 PP Time Newmark gii h phng trỡnh chuyn ng 2.3 Mụ hỡnh ng lc hc ca xe 2.3.1 Mụ hỡnh xe 1/4 2.3.2 Mụ hỡnh xe trc 2.3.3 Mụ hỡnh xe trc 10 2.4 Mụ t mp mụ biờn dng mt ng dng hm ngu nhiờn 10 2.5 Phõn tớch ỏp ng ca cu di tỏc dng ca xe cú k n mp mụ mt cu 10 2.5.1 Gii thiu 10 2.5.2 ỏp ng cu chu ti trng di ng 10 2.5.3 Thut toỏn lp gii bi toỏn tng tỏc ng lc hc cu - xe 12 CHNG XC NH H S GIM CHN CA MT S KT CU CU ANG KHAI THC VIT NAM 14 3.1 Phng trỡnh vi phõn dao ng cú cn ca h kt cu bc t do14 3.2 PP thc nghim xỏc nh h s gim chn ca kt cu cu 14 3.3 Xỏc nh h s gim chn ca kt cu cu khai thỏc ti Vit Nam14 CHNG KHO ST NH HNG CA VN TC XE V MP Mễ NGU NHIấN MT CU N HIU NG NG LC CA KT CU NHP 17 4.1 Phõn tớch ỏp dng s vi mụ hỡnh 17 4.2 Kim chng kt qu tớnh v kt qu thc o cu a Phc 18 4.2.1 o mp mụ mt cu a Phc 18 4.2.2 Th nghim ng ti hin trng 18 4.2.3 Kt qu tớnh toỏn t mụ hỡnh 19 4.3 Dao ng dm gin n di tỏc dng ca xe trc 19 4.4 Dao ng dm gin n di tỏc dng ca xe trc 20 4.5 Dao ng dm liờn tc di tỏc dng ca xe trc 21 4.6 Dao ng dm liờn tc di tỏc dng ca xe trc 22 4.7 Kho sỏt nh hng ca tc xe v mp mụ ngu nhiờn mt cu n h s ng lc ca cu dm gin n 23 4.7.1 Mụ phng mt cu ngu nhiờn 23 4.7.2 Kho sỏt h s ng lc 23 KT LUN V KIN NGH 24 DANH MC CC CễNG TRèNH CễNG B CA LUN N25 M U Cỏc phng tin giao thụng di ng trờn mt cu gõy tỏc dng ng lc lm phỏt sinh hiu ng dao ng cho kt cu cụng trỡnh cu c thi gian phng tin ang trờn cu v sau ó phm vi cu ti: "Phõn tớch dao ng ca kt cu nhp cu di tỏc ng ca hot ti khai thỏc cú xột n mp mụ mt cu" gúp phn phõn tớch mt s : + Phỏt trin mụ hỡnh tng tỏc ng lc hc ca h cu - xe cú xột n mp mụ ngu nhiờn ca mt ng xe chy + Phõn tớch s tng tỏc gia c trng cu to ca xe vi kt cu nhp, t ú ỏnh giỏ tỏc ng ca ti trng xe n hiu ng ng lc tng ng vi di tc bt li + Xõy dng chng trỡnh tớnh toỏn, phõn tớch i chiu kt qu nghiờn cu lý thuyt vi mt s kt qu thc nghim trờn mt s cụng trỡnh cu nhm rỳt cỏc ỏnh giỏ v mc tin cy v kh nng ng dng thc t ca chng trỡnh tớnh + ỏnh giỏ nng lc chu ti ca cụng trỡnh iu kin cú xột n trng thỏi khai thỏc di tỏc dng ca hot ti cú tc cao + o c v tớnh toỏn h s gim chn ca cu ang khai thỏc nhm cung cp nhng s liu c th cho vic phõn tớch ỏnh giỏ hiu ng ng lc hc cho h thng cu trờn ng ụ tụ Vit Nam Ni dung nghiờn cu bao gm phn m u, chng v phn kt lun nh sau: M u Chng - Tng quan v nghiờn cu dao ng ca kt cu nhp cu di tỏc ng ca hot ti xe trỡnh by tng quan v cỏc tỏc ng ca ti trng di ng i vi cu, hng nghiờn cu nh hng ca hot ti i vi kt cu nhp cu, cỏc mụ hỡnh lý thuyt nghiờn cu dao ng un ca dm ti trng di ng Chng - Xõy dng mụ hỡnh tng tỏc ng lc hc gia xe v cu s dng phng phỏp phn t hu hn trỡnh by mụ hỡnh nghiờn cu bi toỏn dao ng dm v dao ng ca dm chu tỏc dng ca ti trng xe chy trờn cu cú k n nh hng mp mụ ngu nhiờn mt cu T ú gii thiu thut gii ci tin cho bi toỏn Chng - Xỏc nh h s gim chn ca mt s kt cu cu ang khai thỏc Vit Nam trỡnh by v phng phỏp thc nghim xỏc nh h s gim chn ca kt cu cu ang khai thỏc Vit Nam Chng - Kho sỏt nh hng ca tc xe v mp mụ ngu nhiờn mt cu n hiu ng ng lc ca kt cu nhp trỡnh by vic ỏp dng s kim chng mụ hỡnh tng tỏc ng lc hc cu - xe ó xõy dng Chng Lun ỏn s dng mụ hỡnh phõn tớch nh hng ca tc xe chy trờn cu v mp mụ ngu nhiờn ca mt cu n h s ng lc ca cu CHNG TNG QUAN V NGHIấN CU DAO NG CA KT CU NHP CU DI TC NG CA HOT TI XE 1.1 Cỏc tỏc ng ca ti trng di ng i vi kt cu nhp cu Trong quỏ trỡnh di ng trờn mt cu, hot ti (ti trng di ng) gõy trng thỏi dao ng cho kt cu cu 1.2 Cỏc hng nghiờn cu nh hng ca hot ti (ti trng di ng) i vi cụng trỡnh cu 1- Hng th nht: nghiờn cu trng thỏi cụng trỡnh di tỏc dng ca ti trng ó c d kin trc mc nh hng ca nú 2- Hng th hai: nghiờn cu trng thỏi cụng trỡnh h thng ng b "kt cu nhp - hot ti" ng thi xột n s tỏc ng qua li gia cỏc thnh phn ca h thng Cú phng phỏp tin hnh cỏc nghiờn cu thc nghim: Tin hnh th nghim cỏc loi ti trng tiờu chun di ng trờn cỏc mụ hỡnh hay kt cu cu thc t t cỏc trm quan trc ti mt s cu trờn cỏc tuyn ng, tin hnh o c cỏc hiu ng ng lc phỏt sinh kt cu di tỏc dng ca hot ti khai thỏc ngu nhiờn thi gian mt s nm 1.3 Cỏc mụ hỡnh lý thuyt nghiờn cu dao ng un ca dm di tỏc dng ca ti trng di ng 1.3.1 Mụ hỡnh 1: khụng xột lng ca ti trng v dm Theo mụ hỡnh ny, hiu ng quỏn tớnh c coi l nh v b qua 1.3.2 Mụ hỡnh 2: Ti trng cú lng di chuyn trờn h kt cu khụng cú lng Mụ hỡnh ny ó xột n hiu ng quỏn tớnh ca ti trng 1.3.3 Mụ hỡnh 3: Mụ hỡnh b qua lng ca ti trng di ng, ch xột n lng ca dm PP gii gn ỳng: thay th lng phõn b ca dm bng lng trung PP chớnh xỏc: da trờn mụ hỡnh dm cú lng phõn b u 1.3.4 Mụ hỡnh 4: Ti trng cú lng chuyn ng trờn dm cú lng Ti trng cú lng chuyn ng trờn dm cú lng Cn thit phi xõy dng li mụ hỡnh kớch ng bi toỏn phõn tớch dao ng ca cu di tỏc dng ca hot ti xe 1.3.5 Cỏc mụ hỡnh xột n ti trng di ng nh hng mp mụ b mt Cỏc nghiờn cu cú cp nh hng ca mp mụ b mt cú th k n nghiờn cu ca Ladislave Frýba (1972), cp n mụ hỡnh dm cú b mt mp mụ chu ti di ng ca xe hai trc Mụ hỡnh dm cú b mt mp mụ chu ti di ng vi bc t S.S Law v X.Q Zhu (2004) nghiờn cu ng x ng lc hc ca cu nhiu nhp liờn tc xột n tng tỏc cụng trỡnh, mp mụ mt ng v xe v cha lm rừ c ch tng tỏc cu-xe Geert Lombaert v Joel P Conte (2012) phõn tớch dao ng ngu nhiờn ca tng tỏc ng lc hc cu-xe mp mụ Mụ hỡnh tớnh xỏc nh dng vừng cu cú k n mp mụ ti di ng khụng i v ti di ng bin thiờn Gii hn vi cu nhp n vi mụ hỡnh xe 1/4 cu, bc t Xe nhiu trc cha c cp mụ hỡnh tớnh vừng cu cú k n mp mụ ti di ng khụng i v ti di ng bin thiờn fst + f(t) 1.4 Tng quan v nghiờn cu dao ng ca xe v tng tỏc cu-xe 1.4.1 Gii thiu Khỏi quỏt v nghiờn cu dao ng bao hm : Ch tiờu ỏnh giỏ dao ng; Mụ hỡnh dao ng, bao gm mụ hỡnh vt lý v mụ hỡnh toỏn hc; Cỏc hm kớch ng; Thớ nghim dao ng 1.4.2 ỏnh giỏ dao ng ca ụ tụ trờn ng Ngy nay, cỏc ch tiờu c xỏc lp theo cỏc tiờu mi nh sau: ch tiờu v ờm du; ch tiờu v ti trng ng; ch tiờu v khụng gian b trớ h treo 1.4.3 Cỏc mụ hỡnh dao ng ụ tụ Mụ hỡnh dao ng ụ tụ c xõy dng phi tho món: sỏt thc t, n gin, thun tin tớnh toỏn v kt qu thu c chớnh xỏc 1.4.4 Hm kớch ng Yu t mp mụ ca ng l ngun chớnh gõy dao ng ụtụ Mụ t kớch ng v ng theo dng: hm xỏc nh v hm ngu nhiờn 1.5 Phõn tớch chn mc tiờu, i tng, phng phỏp nghiờn cu Mc tiờu, i tng, phng phỏp nghiờn cu h dao ng ụtụ-cu cú liờn h logic vi 1.5.1 Mc tiờu nghiờn cu ca mụ hỡnh tng tỏc cu - xe Xõy dng mụ hỡnh dao ng tng tỏc gia cu v xe chuyn ng trờn cu T ú xỏc nh c lc ng v bin dng ca cu 1.5.2 i tng nghiờn cu ú l mụ hỡnh cu v xe chuyn ng trờn cu: mụ hỡnh dao ng ca xe 2, trc s dng rng rói Vit Nam; mụ hỡnh cu phng; mụ hỡnh xe chuyn ng trờn cu cú b mt mp mụ l ngu nhiờn 1.5.3 Phng phỏp nghiờn cu Phng phỏp nghiờn cu l lp mụ hỡnh toỏn hc v mụ phng dao ng kt hp gia cu v xe Mụ hỡnh dao ng kt hp cu v xe l mt h nhiu vt th S dng Matlab-Simulink mụ phng h thng Kt lun chng Vit Nam, mt s tỏc gi cng ó phn no gii quyt c bi toỏn c bn v tng tỏc ng lc hc h cu-xe, nhng cha cp n dao ng ca h mt cu cú mp mụ, c bit l mp mụ ngu nhiờn Nh vy, vic nghiờn cu tng tỏc ng lc hc gia xe ụ tụ thc t vi KCN cu cú xột n mp mụ ngu nhiờn ca mt cu v nh hng ca tc xe chy n h s ng lc ca cu l cn c quan tõm gii quyt hin nc ta 11 Trng hp c th nh mụ hỡnh xe trc, biu thc tớnh lc c th: Tng tỏc cu-xe vi mụ hỡnh xe trc to ti trng di ng m Lc tng tỏc ca bỏnh xe 1, S v cu gm phn tnh, ng: b ; f (m m )g F T1 u1 S fT (mu mS Lx t1 a ) g Ft Lx Kt hp cỏc phng trỡnh sau: ms zs k s1 ( zu1 z s1 ) cs1 ( zu1 z s1 ) k s ( zu z s ) cs ( zu z s ) J ys a[k s1 ( zu1 z s1 ) cs1 ( zu1 zs1 )] b[k s ( zu z s ) cs ( zu z s ) ] mu1zu1 kt1 ( w1 r1 zu1 ) ct1 ( w r1 zu1 ) k s1 ( zu1 z s1 ) cs1 ( zu1 z s1 ) mu zu kt ( w2 r2 zu ) ct ( w r2 zu ) k s ( zu z s ) cs ( zu z s ) vi (*) ta cú h phng trỡnh vi phõn dao ng un ca dm cu di tỏc ng ca ti trng di ng ca xe cú xột n mp mụ mt cu xõy dng phng trỡnh dao ng ca PTHH dm chu un, cng s dng nguyờn lý Hamilton (ký hiu w thay cho U): Cw Kw p( x, t ) (**) Mw ỏp ng cu biu din theo ta suy rng s(t) khai trin theo x(s) n w ( x, t ) s (t ) x( s ) s Do ú n phng trỡnh chun s l: r (t ) rr r (t ) r2 r (t ) r (t ) r = 1, ,n Li gii r(t) c tỡm thy nh sau: r (t ) r (0) t dhr r (0)hr (t ) r ( )hr (t )d dt Khi mt xung r() tỏc ng ti thi im vo h mt bc t mụ t bi phng trỡnh chun thỡ ỏp ng s l mt bc nhy tc cho: ( ) ( ) ; hr(t) chớnh l ỏp ng vi (0) , hiu rng hr(t -) l ỏp ng ng lc hc ca h ti thi im t cú s thay i tc n v ti thi im Vỡ mi bc tc tng ng vi mt lc xung nờn hr(t) cũn gi l hm ỏp ng xung 12 Li gii (**) c thc hin theo PP tớnh toỏn s: PP chng cht mode v PP tớch phõn trc tip Trong nghiờn cu ny, PP tớch phõn trc tip c ỏp dng 2.5.3 Thut toỏn lp gii bi toỏn tng tỏc ng lc hc cu - xe Xe v cu tng tỏc thụng qua cỏc lc bỏnh xe tỏc dng lờn bn mt cu Quỏ trỡnh tớnh vừng c lp li cho mt s ln lp mi bc thi gian cho n tiờu hi t c ỏp ng Vo thi im ú, xe di chuyn v phớa trc theo bc thi gian t xỏc nh Thut toỏn lp gii bi toỏn tng tỏc ng lc hc cu - xe Khi tớnh lp, vic tớch hp tớnh toỏn ỏp ng vừng cu cú tớch hp mụ phng xe v xột n nh hng mp mụ c xem xột nh trờn s gii thut sau (Hỡnh 2.17) Da trờn nn Matlab, chng trỡnh DYNASIM.01 c xõy dng nhm tớnh ỏp ng cu bng PP phn t hu hn, mụ phng dao ng xe vi vic khai thỏc cỏc c bn dựng mụ phng ca Simulink-Matlab v xột n nh hng mp mụ mt ng DYNASIM.01 c khai thỏc tớnh dao ng dm gin n hay nhiu nhp vi nhiu mụ hỡnh xe khỏc Kt lun chng - Mụ hỡnh phõn tớch ỏp ng ca cu di tỏc dng ca xe chy trờn cu ó c xột vi vic tớnh n nh hng mp mụ ngu nhiờn ca mt cu - Thut toỏn lp c s dng phõn tớch ỏp ng ca cu-xe v PP tớch phõn trc tip cng ó c s dng li gii bi toỏn nhm gii quyt bi toỏn phi tuyn ca h 13 S gii thut bi toỏn tng tỏc ng lc hc cu - xe ci tin - Mt ng mp mụ ngu nhiờn l u vo ca bi toỏn kớch ng ca xe trờn cu Nghiờn cu nờu c: nu cú s liu o c qua ú bit c tỡnh trng mt cu (cp hng ng) thỡ hon ton cú th mụ phng c dao ng ca cu di tỏc ng ca hot ti xe chy trờn mt cu cú cht lng nh ó o - Mụ hỡnh xe ó xột n s tng tỏc ln gia cỏc cu xe v s dao ng ca cu ngc li cng ng thi gõy kớch ng lờn xe - Thut toỏn lun ỏn cng nờu gii quyt cho bi toỏn tng quỏt vi xe nhiu cu v nhiu xe trờn cu: mụ hỡnh toỏn xõy dng cú tớnh tng quỏt cao - Mụ hỡnh tng tỏc xe - cu cú xột n nh hng mp mụ mt cu ó c a ra, s c s dng kho sỏt bng s v kim chng mụ hỡnh tớnh vi thc t o c ti hin trng c trỡnh by chi tit Chng 14 CHNG XC NH H S GIM CHN CA MT S KT CU CU ANG KHAI THC VIT NAM C s xỏc nh h s gim chn ca kt cu cu v tin hnh o c ti hin trng trờn mt s kt cu cu thộp v bờ tụng ct thộp 3.1 Phng trỡnh vi phõn dao ng cú cn ca h kt cu bc t Cỏc dng cn in hỡnh ca kt cu: cn nht; cn cu-lụng (ma sỏt khụ); cn tr; cn nht Cn nht khỏ sỏt vi cn ca kt cu cu Phng trỡnh dao ng t cú cn ca h mt bc t do: mu cu ku a) Trng hp 1: Cn ti hn u (t ) u0e-t (v0 u0)te-t mụ t dao ng tt dn cho trng hp cn ti hn c=ccr, õy khụng cú cỏc s hng biu din dao ng di dng hm iu hũa b) Trng hp 2: Cn quỏ mc u (t ) A1e1t A2te2t c) Trng hp 3: Cn ớt v u u (t ) e t u0 cos(Dt ) 0 sin(Dt ) D 3.2 Phng phỏp thc nghim xỏc nh h s gim chn ca kt cu cu gim biờn logarith c tớnh theo cụng thc sau: u Ce ti ln i ln ( ti TD ) ln( eTD ) Ce ui ( / 2) ( / 2) cỏc h dao ng cú cn yu 0: ; / Cú th tớnh h s gim chn theo cụng thc gn ỳng: / gim biờn gia tc ui ln n u in 3.3 Xỏc nh h s gim chn ca kt cu cu khai thỏc ti Vit Nam 15 H s gim chn ca mt s nhp cu thộp Cu Nhp Cu Nhp Cu vt ngó t Th c 1.4% 1.8% 1.9% 0.8% 2.0% 2.5% - Cu vt ngó ba Vng Tu 3.0% 1.5% 0.8% 0.7% 0.7% 0.7% 1.3% 1.8% B Tng H s gim chn ca mt s nhp gin n cu bờ tụng ct thộp Cu Cu a Phc Q Tp.HCM Gia Bin Nhp B ỏp Bn Phõn Trng Cu Mi 1 2 1 2 Si Gũn ễng ụng Vnh Li Rch Tru ễng Kim Cu Nhp 3.05% 2.85% 2.56% Ca Lp 18 1.0% 19 1.4% 20 Cu Rch Vp 1.0% ng TL9 2.7% Long An 1.5% (ngang) 1.6% (dc) 3.7% 2.1% (dc) Cỏi Ho 1.0% An Ving 1.0% (dc) 0.9% (ngang) Cu Lụ 23 2.4% 0.9% Bỡnh C 2.7% (dc) 1.4% 2.4% (ngang) Th Ng 1.1% 1.1% 1.1% Trn T Bỡnh II 1.2% 1.6% 1.0% 2.0% 1.6% 1.9% 2.1% 2.4% 1.98% 1.73% 2.24% 2.53% 1.2% 1.3% 1.5% 1.8% ( ngang) 1.5% (dc) 1.6% 2.5% (ngang) 1.8% (dc) 1.6% 1.9% 1.8% 1.0% H s gim chn ca mt s nhp liờn tc cu bờ tụng ct thộp Cu Nhp Ca Lp (ỳc hng) (ỳc hng) 2.4% 1.3% Cu Nhp Cu vt nỳt 1.3% 0.7% 16 Kinh Nc Mn Cu vt D1 khu Cụng ngh cao (ỳc hng) (ỳc hng) (ỳc hng) (ỳc hng) (ỳc hng) 1.4% 1.3% 1.3% 1.4% 1.3% 1.3% 1.2% 1.0% giao Tõn Vn (ỳc hng) 0.5% 0.6% 0.7% 0.7% 0.7% Kt lun chng Chng ny ó túm tt lý thuyt v dao ng kt cu cu, lp phng trỡnh vi phõn dao ng cú cn v PP thc nghim xỏc nh h s gim chn ca kt cu s dng gim biờn logarith, gim biờn gia tc H s gim chn ca mt s cu ang khai thỏc ti Vit Nam cng ó c tớnh t kt qu o dao ng Kt qu tớnh ch rng cỏc cu thộp c kho sỏt cú h s gim chn nm phm vi 0,7-3%; cỏc cu dm bờ tụng ct thộp d ng lc cú h s gim chn nm phm vi 0,5-4% Cỏc h s gim chn ny phự hp vi phm vi 0,5-5% theo Wai-Fah Chen, Lian Duan (1999) v cú th chp nhn c Cỏc h s gim chn c xỏc nh t thc nghim ny s l thụng s u vo quan trng cho mụ hỡnh phõn tớnh ng x ng nhm ỏnh giỏ ton din cỏc hiu ng ng lc hc ca kt cu cu Vit Nam 17 CHNG KHO ST NH HNG CA VN TC XE V MP Mễ NGU NHIấN MT CU N HIU NG NG LC CA KT CU NHP 4.1 Phõn tớch ỏp dng s vi mụ hỡnh Phõn tớch ỏp ng nhp cu di tỏc ng ca hot ti khai thỏc di ng trờn mt cu phng tuyt i v mp mụ dng xung c xem xột vi cu v xe Mt cu cú mp mụ ngu nhiờn trng hp ny c xỏc nh t ph mt cụng sut theo ISO - 8608 Cỏc thụng s ca xe trc (Maz 5551) TT Thụng s Ký hiu Khi lng thõn xe ms (kg) Khi lng trc xe trc, sau mu1, mu2 (kg) Chiu di c s L (m) Khong cỏch t trng tõm thõn a , b (m) xe n cu trc, sau cng ca h thng treo Ks1, Ks2 (N/m) trc, sau H s cn ca gim chn Cs1, Cs2 (Ns/m) trc, sau cng lp trc, sau Kt1, Kt2 (N/m) H s cn lp trc, sau Mụ men quỏn tớnh thõn xe Ct1, Ct2 (Ns/m) Jy (kg.m2) Giỏ tr 14500 1500, 1000 4.27 2.21, 2.05 2470000, 4230000 30000, 40000 3740000, 4600000 3900, 4300 147000 Kt qu chuyn v ti mt ct gia nhp mt cu phng tuyt i, cú t mp mụ 2, 4, 6, 820 cm gia nhp v trng hp mt cu cú mp mụ ngu nhiờn Nh vy: - Vi mt cu tuyt i phng, vừng ln nht ti mt ct gia nhp l 10.6 mm; - Vi mt cu phng tuyt i cú t mp mụ cao 2, 4, 6, cm20 cm ti gia nhp, ú h s ng lc ln lt l: + IM = 1,075; 1,15; 1,25; 1,35 - Vi mt cu mp mụ ngu nhiờn cht lng loi 2, + IM = 1,06 18 Chuyn v gia nhp mt cu phng tuyt i, v cú xung mp mụ cao cm v mp mụ ngu nhiờn 4.2 Kim chng kt qu tớnh v thc o cu a Phc Gii thiu: Cu gm nhp bờ tụng ng sut trc, L= 324.54 m, chiu di cu l 73.82 m Mt ct ngang gm 10 dm I 24.54m ng sut trc, khong cỏch dm 1.75m 4.2.1 o mp mụ mt cu a Phc o mp mụ mt cu thc t ca cu s dng mỏy Walking Profiler Thit b o mp mụ mt cu c tớnh thng kờ ca mt cu nh sau: Hm phõn b xỏc xut cao mt cu a Phc p dng vic nghiờn cu mụ t mp mụ mt cu l hm ngu nhiờn, ta s thu c mt ph cụng sut v dng hm mp mụ mt cu nh sau Mt ph cụng sut v Mp mụ mt cu a Phc 4.2.2 Th nghim ng ti hin trng Ti trng th l xe trc cú tng trng lng l 35 T 19 Ti trng dựng th ti ng cu a Phc BIU DAO NG - CU A PHC Theo phng ng Tn s = 5.5 Hz ; Chu k = 0.18 s 100 cm/s 80 60 40 20 -20 -40 -60 -80 t(x=0.005 s) BIU NG SUT NG - CU A PHC ng sut ln nht max =22.82 kg/cm H s xung kớch 1m 1.09 25 kg/cm 20 15 10 -5 t(x=0.005 s ) BIU O VếNG NG - CU A PHC Theo phng ng Biờn ln nht V max = 5.12 mm mm -1 -2 -3 -4 -5 -6 t(x=0.005 s) Biu gia tc, ng sut v chuyn v ng ti mt ct gia nhp 4.2.3 Kt qu tớnh toỏn t mụ hỡnh LUC TáC DUNG LÊN CAU THEO KHÔNG GIAN VA THOI GIAN 50000 Trc trc 40000 Trc sau Trc gia N 30000 20000 10000 -10000 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 t(s) Lc tỏc dng lờn cu theo thi gian KT QA TNH TON VếNG NG TI MT CT GIA NHP cm 0.2 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 Tim e(sec) Kt qu tớnh toỏn vừng ng ti mt ct gia nhp cu a Phc 4.3 Dao ng dm gin n di tỏc dng ca xe trc Phõn tớch dao ng kt cu nhp cu dm gin n BTDUL di tỏc ng ca xe ụ tụ trc 20 500 1500 4000 4000 1500 500 bê tông nhựa hạt m?n dày 7cm lớp phòng n-ớc 4mm vạch sơn phân bê tông mặt cầu dày 20cm 2% 2% Mt ct ngang cu dm gin n BTDUL Cỏc thụng s ca xe trc (Maz 5551, khỏc lng) TT Thụng s Khi lng thõn xe Ký hiu ms (kg) Giỏ tr 17735 Khi lng trc xe trc Khi lng trc xe sau Cỏc thụng s khỏc: theo Bng trc mu1 (kg) mu2 (kg) - 1500 1000 - vừng ng ca dm di tỏc ng ca xe trc chy vi tc 20, 40, 120 km/h c tớnh toỏn Khi xe chy vi tc ln (80 km/h tr lờn) thỡ thi gian xe tip xỳc vi mt cu rt ngn nờn biu dao ng cng bc ca dm rt trn tru vừng ng ca dm di tỏc ng ca xe trc chy tc 20,40,60 km/h vừng ng ca dm di tỏc ng ca xe trc chy tc 80,100,120 km/h 4.4 Dao ng dm gin n di tỏc dng ca xe trc Tng tỏc ng lc hc cu - xe trc qua phõn tớch dao ng kt cu nhp cu dm gin n bờ tụng d ng lc di tỏc ng ca xe ụ tụ trc Thụng s ca mụ hỡnh xe trc c cho Bng 4.3 21 Cỏc thụng s xe trc (Zil 131) TT Thụng s Khi lng thõn xe Khi lng trc xe trc, sau Chiu di c s Khong cỏch t trng tõm thõn xe n cu trc, sau cng ca h thng treo trc, sau H s cn ca gim chn trc, sau cng lp trc, sau H s cn lp trc, sau Mụ men quỏn tớnh thõn xe Ký hiu ms (kg) mu1, mu2 (kg) L (m) a, b (m) Giỏ tr Ks1, Ks2 (N/m) Cs1, Cs2 (Ns/m) Kt1, Kt2 (N/m) Ct1, Ct2 (Ns/m) Jy (kg.m2) 2470000, 4230000 30000, 40000 3740000, 4600000 3900, 4300 147000 17735 1500, 1000 4.27 2.21, 2.05 vừng ng ca dm di tỏc ng ca xe trc chy vi tc 20, 40, 120 km/h c tớnh toỏn v th hin trờn cỏc hỡnh sau vừng ng ca dm di tỏc ng ca xe trc chy tc 20,40,60 km/h vừng ng ca dm di tỏc ng ca xe trc chy tc 80,100,120 km/h 4.5 Dao ng dm liờn tc di tỏc dng ca xe trc Tng tỏc ng lc hc cu - xe trc qua phõn tớch dao ng kt cu nhp cu dm liờn tc di tỏc ng ca xe ụ tụ trc Mt ct ngang kt cu nhp dm liờn hp bn BTCT vừng ng ca dm di tỏc ng ca xe trc chy vi tc 20, 40, 120 km/h c tớnh toỏn v th hin trờn cỏc hỡnh sau 22 vừng ng ca dm liờn tc di tỏc ng xe trc chy tc 20,40,60 km/h vừng ng ca dm liờn tc di tỏc ng xe trc chy tc 80,100,120 km/h 4.6 Dao ng dm liờn tc di tỏc dng ca xe trc vừng ng ca dm di tỏc ng ca xe trc chy vi tc 20, 40, 120 km/h c tớnh toỏn v th hin trờn cỏc hỡnh sau vừng ng dm liờn tc di tỏc ng ca xe trc chy tc 20,40,60 km/h vừng ng dm liờn tc di tỏc ng ca xe trc chy tc 80,100,120 km/h Nhn xột: - Hon thin mụ hỡnh dao ng kt hp cho cu v xe chuyn xe ng trờn cu, mụ t chớnh xỏc hn dao ng v lc ng tỏc ng lờn cu - Xe lng khỏc nhau, t trờn h lũ xo v gim chn Trong tớnh toỏn cú th dựng phng phỏp h nhiu vt mụ phng 23 - ó xõy dng c mụ hỡnh cu trỳc xe sỏt vi thc t, xe cú th nhiu hn trc, cỏc cu kớch ng ln Mt cu l yu t gõy dao ng xe, nh vy mt cu l yu t gõy ti trng ng cho xe - Xỏc nh c lc ng v bin dng ca cu mt phng dc 4.7 Kho sỏt nh hng ca tc xe v mp mụ ngu nhiờn mt cu n h s ng lc ca cu dm gin n 4.7.1 Mụ phng mt cu ngu nhiờn Mt cu ngu nhiờn c kho sỏt theo ISO 8608: + Loi (rt tt) cú hmax=5mm; + Loi (trung bỡnh), cú hmax=10mm; + Loi (rt xu), cú hmax=15mm Mụ phng ngu nhiờn theo phõn phi chun 4.7.2 Kho sỏt h s ng lc Cỏc thụng s ca xe trc:ms=20000kg;mu1=700kg;mu2=1300kg; cs1=510000N.s/m;cs2=1892000N.s/m; ct1=1600000N.s/m; ct2=7200000/2 N.s/m;ks1=108000N/m; ks2=333882N/m; kt1=kt2=0, Lx=4.78m, Lx2=1.3m, a=2.5m,b=L-a, Jy=msab.Di tc xe t 10-180km/h Vi mt cu loi 1, h s xung kớch 1+IM 1.3 mt cu cú mp mụ khỏ ln Nhn thy: - H s ng lc tng dn ng vi tc t 10-60 km/h: iu ny d hiu bi tc tng lờn s lm cho hiu ng ng lc tng lờn - t giỏ tr cao nht (nh) nm khong tc 60 - 80 km/h - Tip ú gim dn ng vi tc 80-140 km/h, sau ú cú xu hng nm ngang: vi tc rt nhanh, thi gian xe tng tỏc trờn mt cu quỏ ngn nờn hiu ng ng lc b gim xung Kt lun chng Hot ti xe ó c xột mt cỏch chi tit v s dng cu trỳc phõn tớch tng tỏc gia cu v xe Da vo mụ hỡnh tớnh xỏc nh c h s ng lc theo lý thuyt, lm cn c iu chnh th ti cu hoc tham kho thit k Nghiờn cu ó xột n nh hng ca mp mụ ngu nhiờn ca mt cu v tc xe n h s xung kớch Trờn th gii ó cú cỏc tiờu chun phõn loi mp mụ mt cu v th hin chỳng di dng ph Mc mp mụ ca mt cu l mt nhng kớch ng gõy nh hng khụng nh n hiu ng ng lc ca h cu-xe, ú vic xõy dng tiờu chun phõn loi mt cu l cn thit 24 KT LUN V KIN NGH Nghiờn cu ng x ng ca kt cu nhp cu di tỏc ng ca hot ti xe qua cu bng mụ phng s l mt nhng hng nghiờn cu c chỳ ý Mụ hỡnh tng tỏc ng lc hc ca h cu xe ngy cng dn c hon thin v xỏc thc ng x ca c h Mụ hỡnh tng tỏc cú xột n mp mụ ca mt ng nh mt yu t kớch ng lm thay i cỏc c trng dao ng ca c h Mt s kt qu t c v úng gúp ca lun ỏn: ó phỏt trin mụ hỡnh tng tỏc ng lc hc ca h cu xe cú xột n mp mụ ngu nhiờn ca mt ng xe chy ó phỏt trin h phng trỡnh vi phõn ng lc hc tng quỏt trờn c s ca PP bin phõn chuyn v ca c h cu - xe vi cỏc mụ hỡnh xe khỏc nhau, vi cỏc c trng cn khỏc õy l c s kho sỏt ng x ng ca kt cu nhp cu di tỏc ng ca dũng xe thc t Xỏc nh h s gim chn t cỏc cu thc cho mụ hỡnh mụ phng s tng tỏc ng lc hc xe-cu Vi kt cu nhp cu thộp h s gim chn:0.5-3%; cu bờ tụng ct thộp h s gim chn:0.7-4% ó a yu t mp mụ vo mụ hỡnh mụ phng nh yu t kớch ng Cỏc c trng ca mp mụ ngu nhiờn c x lý thng kờ t kt qu o c kho sỏt trờn cụng trỡnh cu thc t ó xõy dng chng trỡnh DYNASIM.01 tớnh toỏn mụ phng s, quỏ trỡnh tng tỏc ng lc hc ca c h cu-xe cú xột n c trng cn v mp mụ ngu nhiờn vi vic ng dng phn mm Matlab-Simulink Dựng DYNASIM.01 mụ phng ng x ng ca mt s cu thc t Kt qu thu c l biu ghi dao ng cu, cú dỏng iu phự hp gn sỏt t o c dao ng trc tip Vic thay i cỏc iu kin ca bi toỏn cú th cp nht d dng, cho phộp tin hnh ỏnh giỏ ng x ng ca cu mt cỏch nhanh chúng Nghiờn cu cú th ỏp dng phõn tớch ng lc ca kt cu nhp cu thit k hay ỏnh giỏ ỏp ng kt cu nhp cu ang khai thỏc Kin ngh Hng nghiờn cu phỏt trin ti: tip tc hon thin chng trỡnh xột n y cỏc c trng xỏc sut ca mp mụ ngu nhiờn (k vng toỏn, phng sai hoc lch chun) 25 DANH MC CC CễNG TRèNH CễNG B CA LUN N [1] V Vn Ton, Anh Tỳ, Xỏc nh h s gim chn cho mt s kt cu cu ang khai thỏc Vit Nam, Tp Cu ng Vit Nam, S 3/2016 [2] V Vn Ton, Anh Tỳ, Mụ hỡnh ng lc hc tng tỏc cu - xe cú xột n mp mụ ngu nhiờn ca mt cu, Tp Cu ng Vit Nam, S 6/2016 [3] V Vn Ton, Anh Tỳ, Nguyn Ngc Long, Nguyn Vit Trung, Phõn tớch dao ng kt cu cu cú xột hin trng mp mụ biờn dng mt ng trờn cu, Tp Khoa hc Giao thụng Vn ti, s 54/2016 ... cu dao ng ca xe v tng tỏc cu-xe 1.4.1 Gii thiu Khỏi quỏt v nghiờn cu dao ng bao hm : Ch tiờu ỏnh giỏ dao ng; Mụ hỡnh dao ng, bao gm mụ hỡnh vt lý v mụ hỡnh toỏn hc; Cỏc hm kớch ng; Thớ nghim dao. .. toỏn t mụ hỡnh 19 4.3 Dao ng dm gin n di tỏc dng ca xe trc 19 4.4 Dao ng dm gin n di tỏc dng ca xe trc 20 4.5 Dao ng dm liờn tc di tỏc dng ca xe trc 21 4.6 Dao ng dm liờn tc di tỏc... ng cu bng PP phn t hu hn, mụ phng dao ng xe vi vic khai thỏc cỏc c bn dựng mụ phng ca Simulink-Matlab v xột n nh hng mp mụ mt ng DYNASIM.01 c khai thỏc tớnh dao ng dm gin n hay nhiu nhp vi nhiu