Phân tích dao động của dầm liên tục trên gối đàn hồi chịu tải trọng xe

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN BẢO TIẾN PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG CỦA DẦM LIÊN TỤC TRÊN GỐI ĐÀN HỒI CHỊU TẢI TRỌNG XE Chun ngành : Xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã số ngành : 60 58 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, Tháng 06 Năm 2016 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - TP.HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS Đỗ Kiến Quốc TS Nguyễn Trọng Phước Cán chấm nhận xét 1: PGS TS Nguyễn Trung Kiên Cán chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Văn Hiếu Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG, TP HCM Ngày 22 tháng 07 năm 2016 Thành phần đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS Nguyễn Xuân Hùng PGS.TS Nguyễn Trung Kiên TS Nguyễn Văn Hiếu TS Đào Đình Nhân TS Châu Đình Thành Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên nghành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Nguyễn Xuân Hùng TRƯỞNG KHOA PGS.TS Nguyễn Minh Tâm ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN BẢO TIẾN Ngày, tháng, năm sinh: 28/07/1988 MSHV: 12214114 Nơi sinh: Phú n Chun ngành: Xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã số: 605820 I TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích dao động dầm liên tục gối đàn hồi chịu tải trọng xe II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Tìm hiểu mơ hình tốn gồm có dầm liên tục, tải trọng xe gối tựa đàn hồi Mơ tả tốn động lực học với dầm, xe gối đàn hồi tương ứng với đặc trưng thành phần từ thiết lập phương trình chuyển động hệ Lập trình ngơn ngữ MATLAB để giải phương trình chuyển động khảo sát thông số nghiên cứu đến ứng xử động dầm; số kết có so sánh với kết tương ứng từ phần mềm SAP2000 số nghiên cứu khác III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 11/01/2016 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 17/06/2016 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Đỗ Kiến Quốc TS Nguyễn Trọng Phước Tp HCM, ngày 16 tháng 06 năm 2016 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) PGS.TS Đỗ Kiến Quốc TS Nguyễn Trọng Phước HỘI ĐỒNG NGÀNH (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (Họ tên chữ ký) i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin gửi lòng biết ơn chân thành đến hai người Thầy tận tâm hưởng dẫn suốt thời gian vừa qua, PGS.TS Đỗ Kiến Quốc TS Nguyễn Trọng Phước Các Thầy tận tình hướng dẫn, góp ỷ động viên cho tơi nhiều từ hình thành ý tưởng đề tài khỉ hồn thành đề tài Tơi gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu Trường Đại Học Bách Khoa - Đại Học Quốc Gia Tp HCM với Khoa Đào Tạo Sau Đại Học tạo điều kiện thuận lợi cho tơi có mơi trường học tập nghiên cứu thật nghiêm túc, xỉn gửi lời cảm ơn đến thầy cô Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng truyền đạt kiến thức khoa học phương pháp học tập cho Và hành trang khơng thể thiếu đường nghiên cứu khoa học công việc sau Tôi xin cảm ơn bạn bề thân hữu, anh chị học viên khoá 2012, anh chị em đồng nghiệp nhiệt tình giúp đỡ, động viên, hỗ trợ suốt thời gian qua Sau cùng, tơi muốn tỏ lòng biết ơn đến gia đình, người thân đặc biệt ba, mẹ người vợ luân động viên tinh thần, tạo điều kiện giúp đỡ nhiều suốt thời gian học tập thực luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn ! TĨM TẮT Luận văn phân tích ứng xử dầm liên tục tựa gối đàn hồi chịu tải trọng xe chuyển động Mơ hình xe hệ Sprung-mass gồm khối lượng thân xe khối lượng bánh xe nối với qua hệ gồm lò xo cản nhớt Mơ hình dầm sử dụng dầm Euler-Bemoulli Q trình thiết lập tốn dựa phương pháp phần tử hữu hạn Việc giải toán hệ cầu-xe thực thơng qua phương pháp tích phân bước Newmark tồn miền thời gian với chương trình máy tính viết ngơn ngữ lập trình MATLAB Mức độ ảnh hưởng gối tựa đàn hồi ứng xử động dầm đánh giá cách cụ thể qua kết số chuyển vị momen dầm Cấc khảo độ cứng gối tựa đàn hồi xem xét cách chi tiết nhằm tìm giá trị để kết cấu làm việc hiệu Ngoài ảnh hưởng thông số khấc số lượng nhịp dầm vận tốc xe xét đến LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, ngoại trừ số liệu kết tham khảo từ công trình nghiên cứu khác ghi rõ luận vãn, công việc cá nhân thực hướng dẫn PGS.TS Đỗ Kiến Quốc TS Nguyễn Trọng Phước Các số liệu, kết nêu luận vãn trung thực thực xác; chương trình máy tính tơi tự viết dựa ngơn ngữ lập trình MAILAB TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Nguyễn Bảo liến MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii LỜI CAM ĐOAN iii MỤC LỤC iv MỘT SỐ KÍ HIỆU VIẾT TẮT vi DANH MỤC HÌNH VẼ ix DANH MỤC BẢNG BIỂU XV CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC ĐÍCH LUẬN VĂN 1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.4 CẤU TRÚC LUẬN VĂN CHƯƠNG TỔNG QUAN 2.1 GIỚI THIỆU 2.2 IÌNH HÌNH NGHIÊN cứu NGỒI NƯỚC 2.2.1 Những nghiên cứu dầm đơn giản chịu tải trọng động 2.2.2 Những nghiên cứu dầm liên tục chịu tải trọng động 10 2.2.3 Những nghiên cứu dầm chịu tải hệ sprung-mass 12 2.2.4 Những nghiên cứu dầm gối đàn hồi chịu tải trọng động 14 2.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN cứu TRONG NƯỚC 15 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 16 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 17 3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 17 3.2 MƠ HÌNH KẾT CẤU 17 3.2.1 3.2.2 3.2.3 Dầm Euler-Bernoulli 18 Mô hình tải trọng xe 19 Mơ hình gối đàn hồi 21 3.3 PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG HỆ CẦU - XE 23 3.3.1 Phương trình động lực học dầm chịu uốn 23 3.3.2 Phương trình chuyển động hệ cầu-xe 27 3.4 PHƯƠNG PHÁP GIẢI VÀ LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 28 3.4.1 3.4.2 Phương pháp giải 28 Lưu đồ thuật toán 31 3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 32 CHƯƠNG VÍ DỤ SỐ 33 4.1 GIỚI THIỆU 33 4.2 PHẦN KIÊM CHỨNG 33 4.3 4.2.1 Kiểm chứng 1: Dầm đơn giản chịu lực di động 33 4.2.2 Kiểm chứng 2:Dầm đơn giản chịu khối lượng di động 38 4.2.3 Kiểm chứng 3:Dầm đơn giản chịu hệ sprung-mass 41 4.2.4 Kiểm chứng 4:Dầm liên tục chịu hệ sprung-mass 48 KHẢO SÁT TẦN SỐ TỰ NHIÊN VÀ TỐC ĐỘ HỘI TỤ CỦA BÀI TOÁN 52 4.4 4.3.1 Tần số tự nhiên dầm gối đàn hồi 53 4.3.2 Khảo sát hội tụ toán 54 ẢNH HƯỞNG kh LÊN ỨNG XỬ ĐỘNG CỦA DẦM VỚI ku NHƯ NHAU Ở CÁC GỐI 57 4.4.1 Ảnh hưởng độ cứng gối đàn hồi momen dầm 57 4.5 4.4.2 Ảnh hưởng độ cứng gối đàn hồi chuyển vị dầm 84 4.4.3 Khảo sát ảnh hưởng kbc mơ hình tải trọng đến hệ số động 86 ẢNH HƯỞNG kìx LÊN ƯNG xử ĐỘNG CỦA DẦM VỚI kìx KHÁC NHAU Ở CÁC GỐI 91 4.6 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA SỐ NHỊP DẦM 96 4.7 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC 99 CHƯƠNG 107 5.1 KẾT LUẬN 107 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 PHỤ LỤC 112 vi MƠT SỐ KÍ HIÊU VIẾT TẮT độ cứng gối tựa đàn hồi thơng số tích phân Newmark 7,p 8, At chuyển vị tĩnh lò xo xe bước thời gian tính lặp biến dạng theo phương X ỡ góc xoay He,H phần tử toàn phần p khối lượng riêng vật liệu dầm ứng suất pháp theo phương X x ơy ơz (ữi,(Oj tần số tự nhiên thứ ỉ j dầm tỷ số cản tương ứng với tần số Cữ Cữj °0>°l a xe hệ số cản theo Rayleigh gia tốc chuyển động xe theo phương dọc cầu M ma trận tính biến dạng c hệ số cản nhớtcủa dầm c hệ số cản nhớt xe s [cj ma trận cản tổng thể riêng thân dầm me] ma trận cản phần tử tổng thể E mơ đun đàn hồi Ả diện tích tiết diện ngang F(í) lực tương tác xe với cầu vii {*L gia tốc trọng trường lực khối phần tử 70 Lí®SJxJỐ (AWrtJ Hình 4.54 So sánh Momen c vởi kh = 8.3x Kf ;kh = l* lO^tN/ m) - fci=o« - k*-ỉ X /ửJỲ2Wn) Hình 4.55 So sánh Momen D với kh = 8.3x7ớ*;Ắk = 7x lO^tN/m) 71 Bảng 4.10 So sánh kết Momen vị ưí dầm gối tựa đàn hồi kh = &3XJ06(N/m) so vởi gối tựa cứng ku = ỉxỉO^ịN / m) Giá trị kix klt = lxlO’6(N/m) [*] Điểm A Giá trị MM đỉnh âm -2.160E+06 % Sai số so với [*] Giá trị MM đỉnh dương -1.4ỐE+06 -32.55% 2.38E+06 % Sai số so với [*] 2.381E+06 0.08% Điểm B Giá trị MM đỉnh âm -2.45E+06 % Sai số so với [*] -2.67E+06 9.14% Giá trị MM đỉnh dương % Sai số so với [*] 2.49E+06 1.31E+06 -47.39% Điểm c Giá trị MM đỉnh âm % Sai số so với [*] Giá trị MM đỉnh dương -1.95E+06 -1.32E+06 -32.56% 1.97E+06 % Sai số so với [*] 4.07E+06 106.75% Điểm D Giá trị MM đỉnh âm -2.78E+06 % Sai số so với [*] Giá trị MM đỉnh dương % Sai số so với [*] -1.29E+06 -53.56% 2.71E+06 2.96E+06 9.26% Màu xanh thể giá trị momen với kh = 8.3xlO6(Nỉm) vị trí xét có giá trị nguy hiểm so với gối tựa cứng kh = 1X l(ý6(N / m) Màu vàng thể giá trị momen với kh = 8.3xỉO6(N /m) vị trí xét cố giá trị an toàn so với gối tựa cứng kfr = lxlứ6(N /m) • Xét điểm c Cùng cách lập luận ta có giá trị fax để giá trị momen c lớn nhỏ lảfax=3.1xlO6(N/m) fax=lxlồ5(N/m) Với giá trị kb=3.1 xlồ6 (N/m) khảo sát giá trị momen VỊ trí A, B, c, D so sánh vối giá trị monen trường hợp gếỉ tựa cứng sau Gitf rrj jlfomw c (JV.IW) 72 - ArfS&JxJtf fjV/fflj fcjs/xZO'TWfy) Hình 4.56 So sánh Momen c với kh = 3.ỉx l(f;ku = ỉx l(ý6(N ỉ m) ÍT,’ Tiỉữigian 1/iírvt’n dợng tìíã ír/ ARNỂM ỉạí A I7V.JW) XĨO* fc„'=ựjxìự íMh) AJ=/X/Ọ'7,%Zr?tJ Hình 4.57 So sánh Momen A vởi klx = 3Jxỉ(f ỉk^ = Ixỉd6 (N/mì 73 tn=J / *ỉ(f fVfflị fcJ=I X /ƠJ V JV/M J Hình 4.58 So sánh Momen B với kh = 3.ỉx ĩ(f;kk = ỉx l(ý6(N ỉ m) _ fr.,=lx7ử, ùV/riv.í Hình 4.59 So sánh Momen D với kk = 3.1xl&;kh = IxlÓ^ịN /m) 74 Bảng 4.11 So sánh kết Momen vị trí dầm gối tựa đàn hồi kb = 3.1xlO6(N/m) so với gối tựa cứng kb = lxlOI6(N/m) Giá trị kix kh = 3.1xlO6(N /m) Điểm A Giá trị MM đỉnh âm kb = 1X1O16(N/ m) [*] -2.805E+06 -1.46E+06 2.54% 108.58% Giá trị MM đỉnh dương % Sai số so với [*] 1.09E+06 1.31E+06 20% 27.05% Giá trị MM đỉnh dương % Sai số so với [*] 1.74E+06 134.48% 4.07E+06 Điểm D Giá trị MM đỉnh âm % Sai số so với [*] Giá trị MM đỉnh dương -1.47E+06 -12.24% 2.22E+06 -1.29E+06 2.96E+06 Màu xanh thể giá trị momen với kk = 3.1xlO6(N/m) vị trí xét có giá trị nguy hiểm so với gối tựa cứng kh = ỈXỈO16(N/ m) Màu vàng thể giá trị momen với kb = 3.1xlO6(N/m) vị trí xét có giá trị an tồn so với gối tựa cứng kb = IxlO^fN/ m) Với giá trị kbó=l xios (N/m) khảo sát giá trị momen vị trí A, B, c, D so sánh với giá trị monen trường hợp gối tựa cứng sau: Giff fri Worn Jựr -I Í.V 75 An-jf x/ớ' I' iNGOtr > -f ,.=J X f/'tWrirJ wr.l Gỉtỉ tri Afawr* ỉại ỉf íA’ ffrf Hình 4.60 So sánh Momen A với kh = lx 105;kh = IxlO^fN/m) -k^ỉ*ỈC (Wifi) fcrf=Jx ĩơ’ĩjV/wf Hình 4.61 So sánh Momen B với kh = lx 105;kh = lxlứ6(N/m) 76 f r; Tỉtỉri gíírn tỉượỉn