Tóm tắt: Phân tích động lực học là thông tin cần thiết khi phân tích ứng xử của kết cấu. Việc hiểu rõ chuyển vị sẽ là tiền đề để giúp hạn chế chuyển vị có thể xảy ra cho dầm cầu thép khi chịu tải trọng di động của xe cộ và tàu lửa…. Trong nghiên cứu này, phần tử dầm I thẳng bản bụng lượn sóng hình thang mặt cắt ngang một trục đối xứng được thành lập dựa trên lý thuyết dầm cong thành mỏng mặt cắt ngang hai trục đối xứng của Kang and Yoo. Mỗi nút phần tử có 7 bậc tự do bao gồm cả một bậc tự do warping. Xuất phát từ nguyên lý thế năng toàn phần dừng, các phương trình vi phân chủ đạo tĩnh tuyến tính được thành lập. Sử dụng các công thức phần tử hữu hạn, hàm dạng N, ma trận độ cứng đàn hồi phần tử K e và vectơ tải trọng f được dẫn ra. Các phương trình vi phân chủ đạo động tuyến tính và ma trận khối lượng tương thích M e được rút ra từ nguyên lý Hamilton. Từ đó, ngôn ngữ lập trình Matlab được sử dụng để phân tích động lực học cho dầm I bản bụng lượn sóng hình thang gối tựa đơn với bộ số liệu gồm 7 nhóm dầm. Kết quả tính toán được so sánh với nhau. Từ đó sẽ tìm ra được chuyển vị tốt nhất cho dầm. Quá trình kiểm tra tính đúng đắn của Code lập trình còn được tiến hành trong trường hợp đặc biệt khi dầm I bản bụng lượn sóng hình thang suy biến thành dầm I đối xứng và được so sánh với các nghiên cứu trước đó
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TƠ BẢO QUỐC PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC DẦM CHỮ I THẲNG CÓ BẢN BỤNG LƯỢN SĨNG HÌNH THANG CHỊU TẢI TRỌNG DI ĐỘNG GỐI TỰA ĐƠN Dynamic analysis of simply supported steel I-girders with trapezoidal web corrugations due to moving load Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Mã số ngành: 60580208 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2019 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Hồng Ân Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS Nguyễn Trọng Phước Cán chấm nhận xét 2: TS Trần Minh Thi Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 03 tháng 07 năm 2019 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) PGS.TS Lương Văn Hải TS Nguyễn Thái Bình PGS.TS Nguyễn Trọng Phước TS Trần Minh Thi TS Khổng Trọng Toàn Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỤNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - —oOo— CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc Tp HCM, ngày tháng năm 2019 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TÔ BẢO QUỐC Ngày, tháng, năm sinh: 25/11/1993 MSHV: 1770386 Nơi sinh: Bến Tre Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Mã số: 60580208 1- TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC DẦM CHỮI THẲNG CĨ BẢN BỤNG LƯỢN SĨNG HÌNH THANG GỐI TỰA ĐƠN CHỊU TẢI TRỌNG DI ĐỘNG 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: • Thành lập phương trình vi phân chủ đạo động tuyến tính mơ tả ứng xử dầm I thẳng bụng lượn sóng hình thang • Thành lập ma trận độ cứng đàn hồi phần tử vectơ tải trọng • Dùng chương trình tính tốn Matlab với kết Ke Me thành lập để phân tích động lực học cho dầm I bụng lượn sóng hình thang gối tựa đơn 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 11/2018 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/2019 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN HÒNG ÂN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ têri chữ ký) TS Nguyễn Hồng Ân TRƯỞNG BAN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Hồng Ân, người tận tình hướng dẫn, góp ý, động viên em suốt q trình thực luận văn tốt nghiệp Em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến thầy cô giáo Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Phòng Đào tạo sau đại học, bạn học viên lớp cao học nhiệt tình giúp đỡ em suốt khóa học vừa qua Những lời cảm ơn cuối cùng, em xin dành cho cha mẹ anh chị em, người kịp thời động viên giúp đỡ em vượt qua khó khăn sống Tp, Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2019 Tơ Bảo Quốc V TĨM TẮT Phân tích động lực học thông tin cần thiết phân tích ứng xử kết cấu Việc hiểu rõ chuyển vị tiền đề để giúp hạn chế chuyển vị xảy cho dầm cầu thép chịu tải trọng di động xe cộ tàu lửa Trong nghiên cứu này, phần tử dầm I thẳng bụng lượn sóng hình thang mặt cắt ngang trục đối xứng thành lập dựa lý thuyết dầm cong thành mỏng mặt cắt ngang hai trục đối xứng Kang and Yoo Mỗi nút phần tử có bậc tự bao gồm bậc tự warping Xuất phát từ nguyên lý toàn phần dừng, phương trình vi phân chủ đạo tĩnh tuyến tính thành lập Sử dụng cơng thức phần tử hữu hạn, hàm dạng N, ma trận độ cứng đàn hồi phần tử Ke vectơ tải trọng f dẫn Các phương trình vi phân chủ đạo động tuyến tính ma trận khối lượng tương thích Me rút từ nguyên lý Hamilton Từ số lực đó, học ngơn cho ngữtrước dầm lập trình bụng Matlab lượn sóng hình sử dụng thang đểgối phân tựa tích đơn động với liệu Từ đócứu gồm 7I tìm nhóm dầm Kết chuyển vị tính tốt cho sosánh dầm sánh Quá với trình hành kiểm tra trường tính hợp đặc đắn biệt Code dầm lập Itốn trình bụng lượn sóng tiến hình nghiên thang suy biến thành dầm Ikhi đối xứng so với ABSTRACT DYNAMIC ANALYSIS OF SIMPLY SUPPORTED STEEL I-GIRDERS WITH TRAPEZOIDAL WEB CORRUGATIONS DUE TO MOVING LOAD Dynamic analysis is known as important in performing the behavior analysis of structures In order to predict the displacement induced in steel I-girders by cars or trains, a good understanding of displacement is critical In this study, the straight I-ghder element with trapezoidal web corrugations and singly symmetric crosssection is formed based on the Kang and Yoo’s thin-walled curved beam with doubly symmetric cross-section theory Each element node has seven degrees of freedom including warping The governing linear static differential equations of equilibrium are then formulated by applying the principle of minimum total potential energy The shape function N, the elastic element stiffness matrix Ke and the load vector f are also shown by using the Finite Element Method (FEM) In addition, the governing linear dynamic differential equations of equilibrium and the consistent mass matrix Me are obtained from Hamilton’s principle With trapezoidal with a set of seven web groups corrugations, ofcompared simply the supported new FEM steel program I-girders is subsequently results are compared developed with for each dynamic other analysis to predict The the calculated best displacement equations is for also beams examined Besides, in case the that accuracy steel of I-ghders proposed with ghders trapezoidal Its web results corrugations are then degenerate with into previous flat webs studies I- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn nội dung luận văn tơi tự tìm hiểu từ tài liệu tham khảo hướng dẫn Tiến sĩ Nguyễn Hồng Ân, Code chương trình tơi tự viết Kết số thực cách khách quan trung thực Tp HCM, tháng 06 năm 2019 Tác giả Tô Bảo Quốc MỤC LỤC X 5.1 5.2 10 5.3 DANH MỤC HÌNH VẼ 5.4 • 5.5 5.6 5.7 Hình 4.6: Biểu đồ biểu diễn quan hệ chiều cao hệ số động lớn 69 5.8 5.9 5.10 DANH MỤC BẢNG BIỂU 5.11 5.12 5.14 5.13 82 Bảng 4.7 : Giá trị thay đổi chuyển vị lớn dầm với dầm 900mm 10 5.1289 1.28 5.1290 5.1291 5.1292 Hình 4.12: Biểu đồ biểu diễn quan hệ bề dày cánh hệ số động lớn 5.1293 Bề dày cánh tf(mm) 5.1294 Hệ số động chuyển vị 5.1295 (DAF) 5.1296 0.05 5.1297 1.14571 5.1298 0.045 5.1299 1.152844 5.1300 0.04 5.1301 1.160738 5.1302 0.035 5.1303 1.171373 5.1304 0.03 5.1305 1.188226 5.1306 0.025 5.1307 1.207122 5.1308 0.02 5.1309 1.227765 5.1310 0.015 5.1311 1.257538 5.1312 Bảng 4.3: Giá tri hệ số động theo bề dày cánh 5.1313 5.1314 Nhận xét tốn: 5.1315 -Theo đồ thị hình 4.11 ta nhận thấy bề dày cánh tăng hệ số động chuyển vị giảm vị trí cục đại có xu huớng dịch chuyển phía bên phải, chiều với chiều chuyển động Nhu ta thấy giá tộ cục đại khơng nằm dầm mà nằm lân cận gần 5.1316 -Theo đồ thị hình 4.12 hệ số động chuyển vị lớn quan hệ tỉ lệ nghịch với bề dày cánh (tf) theo quy luật hàm số bậc 5.1317 giảm -Theo Bảng 4.3 bề dày cánh tăng gấp đôi từ 25mm- 50mm, hệ số động 10 5.1318 (1.207-1.145)71.145=5.41 % 5.1319 Bài toán 6: Khảo sát ảnh hưởng chiều dài dầm đối vói hệ số động chuyển vị dầm vói Dmax=0.02mm 5.286 L=34 L=38 L=42 L=46 L=50 T(S) 5.1320 5.1321 Hình 4.13: Biểu đồ biểu diễn thay đổi hệ số động theo chu kỳ chiều dài 5.287 34 44 54 64 L(m) 5.1322 5.1323 lớn Hình 4.14: Biểu đồ biểu diễn quan hệ chiều dài hệ số động 5.1324 Chiều dài 5.1326 Hệ số động chuyển dầm vị 5.1325 L(m) 5.1327 (DAF) 10 5.1328 34 5.1329 1.18823 5.1330 38 5.1331 1.28289 5.1332 42 5.1333 1.37642 5.1334 46 5.1335 1.44335 5.1336 50 5.1337 1.49789 5.1338 54 5.1339 1.55457 5.1340 58 5.1341 1.6003 5.1342 62 5.1343 1.64326 5.1345 1.67679 5.1344 68 5.1346 Bảng 4.4: Giá trị hệ số động theo chiều dài dầm 5.1347 5.1348 Nhận xét tốn; 5.1349 -Theo đồ thị hình 4.13 ta nhận thấy chiều dài lớn hệ số động chuyển vị chu kỳ dao động T lớn Vị trí cực đại có xu hướng dịch chuyển phía bên phải, chiều với chiều chuyển động Điều hợp lý ta tăng chiều dài độ cứng dầm giảm ảnh hưởng hiệu ứng tốn động nguyên nhân gây tượng 5.1350 -Theo đồ thị hình 4.14 hệ số động chuyển vị lớn quan hệ tỉ lệ thuận với chiều dài dầm theo quy luật hàm số bậc 5.1351 -Theo bảng 4.4, chiều dài tăng gấp đôi từ 34m-68m hệ số động chuyển vị tăng (1.676-1.188)/1.188=48.1% 5.1352 Bài toán 7: Khảo sát ảnh hưởng vận tốc tải trọng hệ số động chuyển vị dầm vói Dmax=0.02mm 5.1353 5.288 v=68.1 V=80 V=100 v=125 v=136.2 V=160 v=175 V=190 10 5.1354 Hình 4.15: Biểu đồ biểu diễn sụ thay đổi hệ số động theo vận tốc 5.289 v=68.1 V=80 V=100 v=125 v=136.2 V=160 T(S) 5.1355 5.1356 Hình 4.16: Biểu đồ biểu diễn quan hệ chu kỳ theo vận tốc hệ số động lớn 10 5.1357 5.1358 50 5.1360 70 90 5.1359 110 130 150 170 190 210 V (m/s) 5.1361 Hình 4.17: Biểu đồ biểu diễn quan hệ vận tốc hệ số động lớn 5.1362 Vận tốc dầm 5.1364 Hệ số động chuyển vị 5.1363 V(m/s) 5.1365 (DAF) 5.1366 68.1 5.1367 1.18823 5.1369 1.32345 5.1368 80 5.1371 1.51401 5.1370 100 5.1372 125 5.1373 1.64098 5.1374 136.2 5.1375 1.690088 5.1376 160 5.1377 1.7533 5.1378 175 5.1379 1.78836 5.1380 190 5.1381 1.79095 5.1382 204.3 5.1383 1.78863 5.1384 Bảng 4.5: Giá tộ hệ số động theo vận tốc dầm 5.1385 5.1386 Nhận xét tốn: 5.1387 -Theo đồ thị hình 4.15 đồ thị hình 4.16 ta nhận thấy vận tốc tăng hệ số động chuyển vị tăng nhung chu kỳ dao động lại giảm vị trí cục đại có xu huớng dịch chuyển phía bên trái, nguợc chiều với chiều chuyển động 5.1388 -Theo đồ thị hình 4.17 hệ số động chuyển vị lớn quan hệ tỉ lệ thuận với vận tốc dầm theo quy luật hàm số bậc 10 5.1389 -Theo bảng 4.5, vận tốc tăng gấp đơi từ 68.1(m/s)-204.3(m/s) hệ số động chuyển vị tăng (1.788-1.188)71.188=50.5% 5.1390 5.1391 Bài toán 8: Khảo sát ảnh hưởng Dmax đối vói hệ số động chuyển vị 5.290 Dmax=o Dmax=0.0 Dmax=0.0 Dmax=0.0 5.1392.Hình 4.18: Biểu đồ biểu diễn thay đổi hệ số động theo Dmax 5.1393 5.1394 Hình 4.19: Biểu đồ biểu diễn quan hệ Dmax hệ số động lớn 10 0.5 5.1395 5.1396 5.1397 5.1399 5.1398 900 1000 1100 1200 5.1400 H(m) 1300 1400 1500 5.1401 Q DMAX=0.05 -J- DMAX=0 Q DMAX=0.02 5.1402 DMAX=0.1 Q DMAX=0.15 DMAX=0.2 5.1403 Hình 4.20: Biểu đồ biểu diễn ảnh huởng Dmax đến chuyển vị lớn chiều cao 5.1404 5.1405 MDMAX=0 MDMAX=0.02 LI DMAX=0.05 IJDMAX=0.1 MDMAX=0.15 u5.1406 DMAX=0.2 5.1407 Hình 4.21: Biểu đồ biểu diễn quan hệ Dmax chênh lệch chuyển vị lớn dầm với dầm cao 900 mm 5.1408 Chiều cao H (mm) 5.1418 1500 5.1425 1400 5.1432 1300 5.1439 1200 5.1446 1100 5.1409 Chuyển vị lớn n5.1410 lất nhịp 5.1412 5.1413 0.0 5.1414 0.0 5.1415 0.1 5.1416 0.1 5.1417 0.2 0.1 5.1421 0.1 5.1422 0.1 5.1423 0.0 5.1424 0.0 5.1419 0.1 5.1420 03490.1 5.1427 034840.1 5.1428 034380.1 5.1429 031090.1 5.1430 91250.1 5.1431 874450.1 5.1426 25321 25297 25157 24389 10765 054410.1 5.1433 0.1 5.1434 5.1435 5.1436 0.1 5.1437 0.1 5.1438 53450.1 5.1441 1533850.1 5.1442 153035 517690.1 5.1444 456070.1 5.1445 26050.1 5.1440 0.1 5.1443 90856 90706 89916 87603 74882 52756 5.1447 0.2 5.1448 0.2 5.1449 0.2 5.1450 0.2 5.1451 0.2 5.1452 0.1 41529 41254 39813 30055 1923 90235 11 5.1453 1000 5.1454 0.3 5.1455 0.3 5.1456 0.3 5.1457 0.2 5.1458 0.2 5.1459 0.2 121150.4 5.1462 116780.4 5.1463 093050.3 5.1464 919510.3 5.1465 673650.3 5.1466 303650.2 5.1461 5.1460 900 04352 Bảng 03873 98654 28068 68068 5.1467 4.6: Giá trị chuyển vị78951 dầm theo Dmax-H 5.1468 5.1470 Chuyển vị lớn nhịp 5.1472 5.1473 5.1474 5.1475 5.1476 5.1477 02 5.1481 05 5.1482 5.1483 15 5.1484 5.1478 Group 5.1479 5.1480 (1500-900) 300860 5.1487 300390 5.1488 295220 5.1489 275840 5.1490 236820 5.1491 190620 5.1485 Group 5.1486 (1400-900) 279030 5.1494 278580 5.1495 2735 5.1496 254560 5.1497 2173 5.1498 172630 5.1492 Group 5.1493 (1300-900) 2509 5.1501 250490 5.1502 245620 5.1503 227180 5.1504 182460 5.1505 152020 5.1499 Group 5.1500 (1200-900) 2135 5.1508 213170 5.1509 208740 5.1510 191350 5.1511 153190 5.1512 125310 5.1506 Group 5.1507 (1100-900) 162820 5.1515 162620 5.1516 158840 5.1517 1489 5.1518 108840 5.1519 087830 5.1513 Group 5.1514 (1000-900) 09224 0922 08935 087 0607 0477 5.1520 5.1521 Bảng 4.7 : Giá trị thay đổi chuyển vị lớn dầm với dầm 900mm 5.1469 Group 5.1522 Nhân xét toán: 5.1523 -Theo đồ thị hình 4.18 ta nhận thấy Dmax tăng hệ số động chuyển vị giảm Vị trí cực đại có xu hướng dịch chuyển phía bên phải, chiều với chiều chuyển động 5.1524 -Theo đồ thị hình 4.19 hệ số động chuyển vị lớn quan hệ tỉ lệ nghịch với Dmax theo quy luật hàm số bậc 5.1525 -Theo đồ thị hình 4.20 ta nhận thấy chiều cao dầm H=1500 mm chuyển vị dầm thay đổi khơng đáng kể Chuyển vị dầm thay đổi tăng dần giảm chiều cao dầm 5.1526 -Theo đồ thị hình 4.20 bảng 4.6 ta nhận thấy chiều cao dầm lớn ảnh hưởng Dmax đến chuyển vị dầm không lớn Với Dmax