nghiên cứu, hầm gió, cầu bãi cháy
3-2 nghiên cứu hầm gió Để xác nhận độ ổn định khí đàn hồi mặt cắt cầu, thí nghiệm hầm gió thực sử dụng mô hình mặt cắt với tỷ lệ 1/64 Đặc biệt, ảnh hưởng barie đến độ rung khí đàn hồi dầm khảo sát cách sử dụng số kiểu barie khác [22b] Ngoài việc khảo sát độ rung khí đàn hồi dầm cầu mô hình mặt cắt, nghiên cứu hầm gió cho dầm cầu tháp sử dụng mô hình nguyên mẫu chiều khí đàn hồi với tỷ lệ 1/150 thực [20b] 3-2-1 Tóm tắt Thí nghiệm hầm gió Giai đoạn thiết kế chi tiết [22b] 3-2-1-1 Thiết bị thí nghiệm phương pháp thí nghiệm Các thí nghiệm hầm gió tiến hành sử dụng hầm gió có kích thước nêu Bảng 7.9.1 Do phản ứng khí đàn hồi dầm cầu dây văng có lúc tượng ghép đôi rung động chao đảo rung xoắn, thí nghiệm mô hình mặt cắt thực với rung chao đảo rung xoắn độ tự do, tương ứng Hình 3-59a 3.59 Các phản ứng khí đàn hồi thu cách thay đổi hình dạng barie góc tác động Hệ thống thu thập liệu nêu Hình 3-59c Sau đặt vận tốc gió vận tốc gió yêu cầu, máy vi tính gửi tín hiệu điều khiển đến máy phát để kích hoạt thiết bị kích rung Thiết bị tạo rung động mô hình thí nghiệm Khi biên độ rung động đạt đến biên độ yêu cầu, máy vi tính lại gửi tín hiệu điều khiển để dừng thiết bị kích rung Sau chuyển vị mô hình trạng thái rung động tự đo máy đo chuyển vị la-ze Tín hiệu rung lưu trữ nhớ máy vi tính thiết bị phân tích FFT Cuối cùng, liệu lưu trữ phân tích máy vi tính Bảng 3-34 Kích cỡ hầm gió cho thí nghiệm mô hình mặt cắt Chiều cao 1780 mm Mặt cắt thÝ nghiƯm ChiỊu réng 910 mm ChiỊu dµi 5000 mm Quạt Thể tích khí 34.3 m3/sec Vòng quay 80 ~ 800 r.p.m Mô tơ Công suất 30 Kw, 200 V 40 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Hình 3-59a Thiết lập rung chao đảo Hình 3-59b Thiết lập rung xoắn Hình 3-59c Hệ thống thu thập liệu rung động khí đàn hồi mô hình thí nghiệm 3-2-1-2 Mô hình thí nghiệm Tỷ lệ mô hình mặt cắt định cho thỏa mãn ®ỵc ®iỊu kiƯn tû lƯ tû lƯ ®êng bao cđa mô hình mặt cắt thí nghiệm hầm gió nh ỏ 5% Tỷ lệ định 1/64 chiều dài mô hình 860mm Các chắn hai đầu đoạn mô hình bố trí để giữ cho luồng khí 41 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com bao m« hình trạng thái hai chiều Các barie tháo lắp để thay đổi hình dạng Mô hình mặt cắt theo tỷ lệ thể Hình 3-60 Hình 3-60 Hình dạng mô hình mặt cắt với tỷ lệ 1/64 Trong thí nghiệm này, chọn kiểu barie kết hợp số kiểu barie khác để tìm mức độ làm việc khí đàn hồi thích hợp dầm cầu Các kiểu barie nêu Hình 3-61 42 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com (d) Kiểu Việt Nam (ở đầu) (e) Kiểu NAR NA 12XR - 10 (ở giữa, kiểu đứng) (f) Kiểu NAR KR-MB KR (ở đầu, kiểu đứng) Hình 3-61 Các kiểu barie thí nghiệm độ ổn định khí đàn hồi 43 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com VÞ trÝ barie hiển thị dấu ngoặc đơn Vị trí barie nêu Hình sau với kiểu kh¸c KiĨu KiĨu KiĨu KiĨu Kiểu Hình 3-62 Vị trí chi tiết barie ®èi víi kiĨu barie thÝ nghiƯm ThÝ nghiƯm hầm gió cho hình dạng mặt cắt thích hợp thực Bảng 3-35 Table 3-35 Các trường hợp thí nghiệm hầm gió (a) Thí nghiệm rung chao đảo Các trường hợp TN Kiểu barie Mặt cắt (Không có barie) Kiểu Barie đầu NA-13XK-10 Xung quanh Khối bê tông Barie NA-12XR-75 Góc tác động α (®é) -6, -3, 0, +3, +6 -6, -3, 0, +3, +6 44 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Kiểu 1a (Barie đóng) Kiểu Kiểu KiĨu KiĨu KiĨu 5d (Cã gi¶m chÊn) Barie đầu NA-13XK-10 Xung quanh Khối bê tông Barie NA-12XR-75 Barie đầu NA-13XK-10 Xung quanh NAR SA-13XH-75 Barie NA-12XR-75 Barie đầu Kiểu Việt Nam Xung quanh Khối bê tông Barie NA-12XR-75 Barie đầu NAR KR-MB-01-10XK Xung quanh NAR SA-13XH-75 Barie NAR NA-12XR-10 Barie đầu NAR KR-MB-01-10XK Xung quanh Khối bê tông Barie NAR NA-12XR-10 Barie đầu NAR KR-MB-01-10XK Xung quanh Khối bê tông Barie NAR NA-12XR-10 (b) Thí nghiệm rung xoắn Kiểu barie Các trường hợp TN Mặt cắt (không có barie ) Kiểu Barie đầu NA-13XK-10 Xung quanh Khối bê tông Barie NA-12XR-75 Kiểu 1a Barie đầu NA-13XK-10 (Barie đóng) Xung quanh Khối bê tông Barie NA-12XR-75 Kiểu Barie đầu NA-13XK-10 Xung quanh NAR SA-13XH-75 Barie NA-12XR-75 Kiểu Barie đầu Vietnam type Xung quanh Khối bê tông Barie NA-12XR-75 Kiểu Barie đầu NAR KR-MB-01-10XK Xung quanh NAR SA-13XH-75 Barie gi÷a NA-12XR-75 KiĨu Barie đầu NAR KR-MB-01-10XK Xung quanh Khối bê tông Barie gi÷a NAR NA-12XR-10 -6, -3, 0, +3, +6 -6, -3, 0, +3, +6 -6, -3, 0, +3, +6 -6, -3, 0, +3, +6 -6, -3, 0, +3, +6 Gãc tác động (độ) -6, -3, 0, +3, +6 -6, -3, 0, +3, +6 -6, -3, 0, +3, +6 -6, -3, 0, +3, +6 -6, -3, 0, +3, +6 -6, -3, 0, +3, +6 45 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 3-2-1-3 Tóm tắt kết thí nghiệm Các số liệu thí nghiệm tóm tắt sau 1) Mặt cắt có mức độ làm việc khí đàn hồi tốt trạng thái rung chao đảo rung xoắn 2) Trong trạng thái rung chao đảo mặt cắt với kiểu kết hỵp barie, trêng hỵp rung giËt víi kiĨu kết hợp chắn, sai khác mức độ làm việc khí đàn hồi kiểu kết hợp Với mức độ giảm chấn kÕt cÊu nhá h¬n, cã thĨ nhËn thÊy cã hiƯn tượng rung gió quẩn xuất tất kiểu chắn Nhưng độ giảm chấn kết cấu tăng lên, gió xoắn dao động gió xoắn bị triệt tiêu ngoại trừ trư ờng hợp góc tác động = +6 độ Nếu xếp thứ tự kiểu kết hợp thí nghiệm theo mức độ làm việc khí đàn hồi thứ tứ kiểu th ẳng đứng, kiểu ngang kiểu Việt Nam 3) Trong thí nghiệm rung xoắn, rung gió xoáy xu ất tốc độ gió khoảng V=22m/giây mô hình nguyên mẫu với chắn Dự đoán biên độ rung gió xoắn 0.5 đến 1.4 độ, chí độ giảm ch ấn kết cấu giữ giá trị 0.02 theo độ giảm logarit Nếu biên độ dự đoán rung gió xoáy chấp nhận thiết kế, kiểu kết hợp khảo sát, kiểu có ưu từ góc độ làm việc khí đàn hồi 4) Từ kết thí nghiệm, có khả xuất rung chao đảo khoảng tốc độ gió lớn 60m/ giây góc tác động = độ trường hợp sử dụng kiểu Nhưng khả xem xét th ấp tốc độ gió 60m/ giây có độ nghiêng +6 độ so với cao độ mặt dầm Trong trường hợp này, người ta dự tính khả xuất rung chao đảo thấp Do đó, mặt cắt đề xuất kiểu Có vấn đề khác khảo sát Đó độ rung hệ dây hầu hết cầu dây văng quan trắc tượng rung gió mưa rung gió xoáy Do đó, số thiết bị để triệt tiêu độ rung hệ dây lắp đặt cho hầu hết cầu dây văng ** * 46 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 3-2-2 Nghiên cứu hầm gió cho Dầm cầu Tháp cầu sử dụng mô hình khí đàn hồi nguyên mẫu chiều [19b] Mục đích thí nghiệm hầm gió để xác nhận độ ổn định khí động học toàn cầu tác động gió sau t ất tham số kết cấu kích thước, hình dạng độ cứng định thiết kế chi tiÕt 3-2-2-1 Mơc ®Ých thĨ cđa thÝ nghiƯm hầm gió Thí nghiệm hầm gió chiều để xác nhận cầu với thiết kế chống lại trụ vững điều kiện gió dự đoán Thí nghiệm xác nhận rằng: a) Sự ổn định khí động (VD: rung chao đảo, phi nước đại) không xảy b) Rung gió xoáy mức độ cho phép c) Giả định phân tích phi tuyến và/ tham sè t¶i tr äng giã giËt sư dơng thiết kế phù hợp Nếu xác nhận điều trên, cần phải tính toán thêm để kiểm tra và/ sửa đổi thiết kế Mục đích thí nghiệm mô hình để định xem liệu thiết kế có cần phải điều chỉnh không 3-2-2-2 Hầm gió sử dụng cho nghiên cứu khí động h ọc Các thí nghiệm hầm gió tiến hành thể Hình 363, để đánh giá độ ổn định khí động dầm tháp cầu Hầm gió sử dụng phần nghiên cứu khí động h ọc hầm giã líp bao thc Khoa Kü tht d©n dơng cđa Trường Đại học Tokyo Hầm gió xây dựng năm 1964 sửa lại năm 1996 Với chiều rộng mặt cắt thí nghiệm 16m, hầm gió tiến hành thí nghiệm mô hình khí đàn hồi nguyên mẫu cầu nhịp dµi 47 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Hình 3-63 Hầm gió lớp bao Kích thước hầm gió nêu Bảng 3-36 Bảng 3-36 Kích thước mức độ làm việc hầm gió Chiều cao 1,900mm Mặt cắt thí nghiệm Chiều rộng 16,000mm Chiều dài 5,800mm Tỷ lệ thu nhỏ 1/4.2 Quạt 3m quạt trục x4 Quạt Truyền động DC-55 KW x4 Độ tăng ¸p st 38.5 mm Aq Giã Tèc ®é giã lín 17m/s 3-2-2-3 Mô hình thí nghiệm cho thí nghiệm hầm gió Việc lập mô hình hầm gió đòi hỏi độ tương đồng khí động học phù hợp thang đo dài góc hình dạng hình h ọc Mô hình khí động cầu dây văng, kiểu cầu mà tác động lực hấp dẫn quan trọng, phải 48 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com thiết kế theo tỷ lệ số Froude, tỷ lệ lực quán tính chất lưu (= không khí) lực thẳng đứng gây sức hút trái đất Mô hình thí nghiệm cầu Bãi Cháy giai đoạn hoàn thiện thiết kế với tỷ lệ chiều dài 1/150 Các tham số khác xác định theo tỷ lệ số Froude Phân tích giá trị riêng thực cho cầu thật giai đoạn hoàn thành mô hình tỷ lệ cho thí nghiệm hầm gió chiều Các kết so sánh kiĨm tra c¸c tham sè víi tû lƯ sè Froude 3-2-2-4 Mô hình tỷ lệ cho thí nghiệm hầm gió Hình 3-64 3-65 thể cầu thật mô hình tỷ lệ cầu có tỷ lệ chiều dài 1/150 cho thí nghiệm hầm gió Mô hình cầu Hình 3-65 có hệ dây văng với số lượng cáp giảm, mô hình hệ dây ®ỵc lËp víi cïng ®é cøng tỉng, cïng träng lỵng tổng tổng diện tích mặt cắt cầu thùc víi tû lƯ theo chiỊu dµi lµ 1/150 Cêng độ nén bê tông dùng cho tháp dầm 45MPa, cường độ bê tông dùng cho dầm 35MPa Theo đó, mô đun Young tháp dầm 32000N/mm Mô đun Young 29500N/mm cho trụ sử dụng phân tích giá trị riêng Hình 3-64 Mô hình cầu thật cho cầu Bãi Cháy Hình 3-65 Mô hình tỷ lệ cho thí nghiệm hÇm giã (n= 1/150) 49 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com ảnh 3-66 Mô hình tỷ lệ cầu nguyên mẫu cho thí nghiệm hầm gió ảnh 3-67 Mô hình cầu tỷ lệ nguyên mẫu cho thí nghiệm hầm gió 3-2-2-5 Chu kỳ tự nhiên Mô hình thí nghiệm Bảng 3-37 cho thấy kết từ phân tích giá trị riêng cho mô hình cầu thật cầu Bãi Cháy giai đoạn hoàn thành Bảng 3-37 ch ỉ kết phân tích giá trị riêng cho mô hình tỷ lệ thí nghiệm hầm gió Các thông số phương thức (= chu kỳ tự nhiên) thỏa mãn đặc tính kết cấu cho mô hình nguyên mẫu giai đoạn hoàn thành B¶ng 3-37 50 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Bảng 3-37 Chu kỳ tự nhiên mô hình nguyên mẫu Mod e 10 11 12 13 14 15 Mô hình Mô hình tỷ lệ cầu thật Chu kỳ tù Chu kú tù HƯ sè nh©n Chu kú tù nhiên nhiên tính nhiên (giây) (giây) toán (giây) 5.462 0.430 12.247 5.266 5.120 0.403 12.247 4.936 3.641 0.302 12.247 3.699 2.660 0.217 12.247 2.658 2.483 0.208 12.247 2.547 1.838 0.149 12.247 1.825 1.809 0.148 12.247 1.813 1.557 0.136 12.247 1.666 1.394 0.124 12.247 1.519 1.384 0.121 12.247 1.482 1.320 0.113 12.247 1.384 1.277 0.103 12.247 1.261 1.132 0.096 12.247 1.176 1.069 0.088 12.247 1.078 1.024 0.086 12.247 1.053 KiÓu mode Sai lÖch 3.718 3.737 1.557 0.090 2.527 0.723 0.196 6.520 8.207 6.606 4.618 1.233 3.718 0.811 2.776 Mode ngang thø 1, đối xứng với tháp Mode ngang thứ 2, phản đối xứng với tháp Mode ngang thứ 3, thứ với dầm Mode thẳng đứng dầm Mode dọc cầu thứ Mode thẳng đứng ®èi víi dÇm Mode ngang thø 4, thø ®èi víi dÇm Mode däc cÇu thø Mode ngang thø 5, đối xứng với tháp Mode ngang thứ 6, phản đối xứng với tháp Mode thẳng đứng ®èi víi dÇm Mode däc cÇu thø (P2) Mode xoắn thứ dầm Mode thẳng đứng ®èi víi dÇm Mode ngang thø 7, thø víi dầm 3-2-2-6 Thí nghiệm rung cho mô hình thí nghiệm Thí nghiệm rung thực để xác định đặc điểm động h ọc mô hình thí nghiệm nêu ảnh 3-66 3-67 Bảng 3-38 cho thấy kết thí nghiệm rung cho mô hình thí nghiệm Mô hình thí nghiệm có đủ độ xác sử dụng thí nghiệm hầm gió Bảng 3-38 Chu kỳ tự nhiên độ giảm chấn Loga mô hình thí nghiệm Cho mô hình cầu thật Chu kỳ tự nhiên 5.462 Hệ số nhân tỷ lệ 12.247 Chu kỳ đích 0.4460 Chu kỳ tự nhiên ®o ®ỵc 0.4292 10 11 12 13 14 15 5.120 3.641 2.660 2.483 1.838 1.809 1.557 1.394 1.384 1.320 1.277 1.132 1.069 1.024 12.247 12.247 12.247 12.247 12.247 12.247 12.247 12.247 12.247 12.247 12.247 12.247 12.247 12.247 0.4180 0.2973 0.2172 0.2027 0.1501 0.1477 0.1271 0.1138 0.1130 0.1078 0.1043 0.0924 0.0873 0.0836 0.4032 0.2825 0.2353 0.2247 0.1600 0.1449 0.1399 0.1212 -0.0976 0.0862 0.0855 Mode Cho mô hình tỷ lệ §é gi¶m chÊn loga KiĨu mode Sai lƯch 0.039 0.016 0.037 0.052 0.077 0.098 0.062 0.019 0.091 0.111 -0.053 0.012 0.022 0.021 0.012 0.022 0.044 0.034 0.014 0.042 0.025 -0.020 0.033 0.022 Xem b¶ng 3-37 - 51 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Bảng 3-38 độ giảm chấn mô độ giảm loga Các tính chất giảm chấn phận cầu tóm tắt sau: a) Độ giảm chấn loga = 0.016~0.021 trường hợp rung tháp b) Độ giảm chấn loga =0.012~0.022 trường hợp rung ngang dầm c) Độ giảm chấn loga = 0.022~0.034 trường hợp rung đứng dầm d) Độ giảm chấn loga =0.02 trường hợp rung xoắn dầm e) Độ giảm chấn loga = 0.042~0.044 trường hợp rung dọc dầm Độ giảm chấn mô hình cầu thật giả định với giá trị giảm ch ấn cao 0.04 cho dầm 0.02 cho tháp thiết kế thực tế Đặc tính giảm chấn bảng 3-38 nằm khoảng giá trị d = 0.02~0.04 giá trị thiết kế bắt đầu 3-2-2-7 Tốc độ gió thiết kế giai đoạn hoàn thành trư ờng Khu vực quanh công trường thi công cầu hay có bão nhiệt ®íi víi giã m¹nh Tèc ®é giã thiÕt kÕ cđa cầu cho giai đoạn hoàn thành xác định U50 = 50.0 m/ giây cao độ mặt cầu nhịp (+50m) Tốc độ gió thiết kế mô tả phần 2-2-2-5 Chương II Quyển I Trắc đứng tốc độ gió nêu Bảng 3-39 Bảng 3-39 Tốc độ gió lớn 25m cao độ Chu kỳ Cao độ 10m 25m 50m 75m 100m 125m 150m 175m 200m 10 năm 50 năm 100 năm 150 năm 36.0 36.0 36.0 37.6 40.3 43.5 47.3 48.8 49.1 44.3 44.3 44.3 46.3 49.7 53.5 58.3 60.2 60.6 47.4 47.7 47.7 49.9 53.4 57.6 62.7 64.7 65.1 50 50 50 52.3 56.0 60.4 65.7 67.8 68.2 Bảng kết phương tr×nh, VZ = VZ=25 ( Z / Z25 ) 1/n Để đánh giá đặc điểm gió cao độ, quan trắc không khí độ cao 600m tiến hành khí cầu đo gió Từ thiết bị đo khí cầu, 52 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com kết đường cong lực phù hợp với tốc độ gió trung bình m ỗi 25m cao độ từ cao độ 25m ®Õn 600m trªn mùc níc biĨn ch Ø tham số n 5.75 Tuy nhiên, tham số mũ 1/5.75 thu quan trắc khoảng tốc độ gió thấp từ 3.5m/ giây đến 6m/ giây Số mũ lực khoảng gió giật nhỏ số mũ khoảng tốc độ gió th ấp Trong trường hợp cầu Honshu-Shikoku Nhật Bản, số mũ = 1/n = 1/7 1/8 sử dụng Tiêu chuẩn thiết kế quan quản lý cầu Honshu-Shikoku Từ nghiên cứu ngày, điều kiện địa hình trắc đứng gió cho Thí nghiệm hầm gió giả định Loại I dựa Hướng dẫn Thiết kế Hiệp hội Đường Nhật Bản (1991) giá trị 1/7 ~ 1/8 tương ứng với giá trị quy định Tiêu chuẩn Thiết kế quan quản lý cầu Honshu-Shikoku 3-2-2-8 Luồng khí thí nghiệm Có loại luồng khí dùng cho thínghiệm, luồng khí đồng nh ất êm thuận (smooth uniform flow - SUF) vµ lng khÝ líp bao qn (turbulent boundary layer flow - TBLF) Luồng khí đồng êm thuận sử dụng để kiểm tra độ ổn định khí ®éng häc Lng khÝ líp bao qn ®ỵc sư dơng để khảo sát đáp ứng điều kiện gió xác coi đặc tính thực tế luồng khí công trường thi công cầu Tham số khí quẩn Theo trắc đứng số mũ lực 1/7 1/8 (=0.125~0.142), tham số luồng khí quẩn công trường thi công dự tính nêu Bảng 3-40 cho phÇn cđa cÇu sư dơng Híng dÉn ThiÕt kÕ cđa Hiệp hội Đường Nhật Bản (1991) Hiệp hội cung cấp Bảng 3-41 Bảng 3-40 Các tham sè lng khÝ qn sư dơng cho ThÝ nghiƯm hÇm giã Lo¹i I Sè mò = 1/7~1/8 Híng dÉn ThiÕt kế cầu đường điều kiện tác động gió Do Hiệp hội Đường Nhật Bản cung cấp Dầm Z = 50m Tháp (2/3)H Z= 110m 12% 10% 53 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com