Nghiên cứu ổn định khí động galloping đối với tháp cầu chịu tác động của gió và ứng dụng cho tháp cầu trần thị lý TP đà nẵng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG  NGUYỄN THÀNH LIÊM NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH KHÍ ĐỘNG GALLOPING ĐỐI VỚI THÁP CẦU CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA GIÓ VÀ ỨNG DỤNG CHO THÁP CẦU TRẦN THỊ LÝ–TP.ĐÀ NẴNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình giao thơng Đà Nẵng – Năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG  NGUYỄN THÀNH LIÊM NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH KHÍ ĐỘNG GALLOPING ĐỐI VỚI THÁP CẦU CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA GIÓ VÀ ỨNG DỤNG CHO THÁP CẦU TRẦN THỊ LÝ–TP.ĐÀ NẴNG Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình giao thông Mã số: 60.58.02.05 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN MỸ Đà Nẵng – Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Thành Liêm NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH KHÍ ĐỘNG GALLOPING ĐỐI VỚI THÁP CẤU CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA GIÓ VÀ ỨNG DỤNG CHO THÁP CẦU TRẦN THỊ LÝ–TP.ĐÀ NẴNG Học viên:Nguyễn Thành Liêm Chun ngành: Xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 60.58.02.05,Khóa:2015 – 2017,Trường Đại học Bách khoa-ĐHĐN Tóm tắt: Sự tương tác dịng gió rối kết cấu sinh tượng khí động đàn hồi dao động xốy khí (vorter shedding), dao động tròng trành (flutter) dao động tiến triển nhanh (galloping) Các tượng quan tâm thiết kế cấu nhịp lớn có kết cấu cầu Trần Thị Lý – Đà Nẵng, dao động tháp cầu dây văng chịu tác động gió vấn đề quan trọng Khi xuất cón gió cấp – 8, phương tiện giao thông cầu, xe máy, bị lật nhào ngang qua tháp cầu Trần Thị Lý Hiện tượng tác động dịng gió rối sau qua tháp cầu biết đến galloping vùng đuôi (wake galloping) Trong luận văn sâu phân tích đánh giá tượng đề xuất giải pháp hợp lý ngăn chặn nhằm đảm bảo an toàn cho phương tiện lại cầu mùa mưa bão đến Từ khóa - Galloping; Galloping vùng đi; ổn định khí động galloping; mơ galloping phần mền CFD; nâng cao ổn định khí động cho tháp cầu Trần Thị Lý STUDY ON OVERTURNING ACCIDENTS AND COUNTERMEASURE FOR VEHICLES ACROSS TOWER OF TRAN THỊ LY BRIGDE – DA NANG UNDER WIND ACTION Abstract – The interaction between turbulent winds and structures producing elastic aerodynamics such as vortex shedding, flutter, and galloping oscillation is always achieved Particular attention was paid to the design of the large span For the Tran Thi Ly Bridge - Da Nang, galloping fluctuations destabilize the tower and stay cables are one of the most important issues When winds - appeared, the vehicles on the bridge, especially the motorbike, were overturned when crossing the Tran Thi Ly bridge tower This phenomenon is due to the effect of turbulent winds after passing through the tower and is known as the galloping wake (wake galloping) This study will analyze and evaluate this phenomena and propose a reasonable solution to prevent the safety of vehicles on the bridge, especially in the coming rainy season Keyword - Galloping; Galloping tail area; Aerodynamic galloping; Simulate galloping with CFD software; To improve aerodynamic stability for Tran Thi Ly Bridge Tower MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN CÁC HIỆN TƯỢNG KHÍ ĐỘNG ĐÀN HỒI LÊN KẾT CẤU CẦU CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA GIÓ VÀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan tượng khí động đàn hồi lên kết cấu cầu chịu tác động gió 1.1.1 Dao động xốy khí (vortex shedding) .5 1.1.2 Dao động tròng trành (Flutter) 1.1.3 Dao động rung lắc (Buffeting) 1.1.4 Dao động tiến triển nhanh (Galloping) 1.1.5 Dao động tiến triển nhanh vùng đuôi .10 1.2 Vấn đề nghiên cứu 11 Chương 2: NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG GALLOPING VÀ MÔ HÌNH “HẦM GIĨ SỐ” 14 2.1 Dao động galloping 14 2.1.1 Nguyên nhân chế gây nên lực khí động galloping 14 2.1.1 Dao động tiến triển nhanh Galloping vùng đuôi 16 2.2 Tổng quan phương pháp “hầm gió số” 17 2.2.1 Lý thuyết “hầm gió số” 18 2.2.2 Các thông số “hầm gió số” 18 2.2.2.1 Điều kiện biên “hầm gió số” 18 2.2.2.2 Tạo lưới 18 2.2.2.3 Thuật tốn mơ 19 2.2.2.4 Mơ hình tiết diện (section model) 20 2.2.3 Sai số kết “hầm gió số” 20 2.2.4 Trình tự thiết lập tính tốn tốn galloping: 21 2.3 Phân tích ổn định galloping tháp cầu trường hợp xe 22 2.3.1 Kiểm tra điều kiện ổn định tháp theo phương ngang cầu 23 2.3.2 Kiểm tra điều kiện ổn định tháp theo phương dọc cầu .26 2.4 Phân tích ổn định galloping tháp cầu trường hợp có xe 28 2.4.1 Xét trường hợp xe số 1: 28 2.4.2 Tại vị trí xe số 2: 31 2.4.3 Tại vị trí xe số 3: 32 2.4.4 Tại vị trí xe số 4: 33 Chương 3: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH GALLOPING ĐỐI VỚI THÁP CẦU TRẦN THỊ LÝ 36 3.1 Các giải pháp nâng cao ổn định galloping tháp cầu 36 3.2 Nghiên cứu giải pháp chắn đặc 37 3.2.1 Trường hợp 1: Chọn chiều dài chắn với tỷ lệ L/D = 0.25 37 3.2.2 Trường hợp 1: Chọn chiều dài chắn với tỷ lệ L/D = 0.5 42 3.2.3 Tính tốn kết cịn lại cho tỷ lệ chiều dài chắn 46 3.3 Nghiên cứu giải pháp chắn dạng lưới 47 3.3.1 Trường hợp 1: Chọn chiều dài chắn với tỷ lệ L/D = 0.25 47 3.3.1.1 Chọn chắn có tỷ lệ rỗng 10% 47 3.3.1.2 Khảo sát chắn cho trường hợp có tỷ lệ rỗng cịn lại : 52 3.3.2 Tính tốn khảo sát % tỷ lệ rỗng từ 10% - 70% cho tỷ lệ chiều dài chắn lại L/D = 0.5, 0.75, 1,1.5 53 3.4 Khuyến nghị mặt khai thác an toàn cho tháp cầu Trần Thị Lý .54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 Tên bảng Trang Các yêu cầu tỷ lệ mơ hình thí nghiệm dao động tự 20 Phương trình hồi qua vận tốc tháp theo phương ngang cầu 25 Phương trình hồi qua vận tốc tháp theo phương dọc cầu 27 Phương trình hồi qua vận tốc trường hợp tháp + xe 30 Phương trình hồi qua vận tốc trường hợp tháp + xe 32 Phương trình hồi qua vận tốc trường hợp tháp + xe 33 Phương trình hồi qua vận tốc trường hợp tháp + xe 35 Bảng tổng hợp kết vận tốc tới hạn xe 35 Phương trình hồi quy 4xe, trường hợp có chắn đặc L/D=0.25 41 Bảng tổng hợp kết vận tốc tới hạn xe trường hợp L/D = 0.25 41 Phương trình hồi quy 4xe, trường hợp có chắn đặc L/D=0.5 45 Bảng tổng hợp kết vận tốc tới hạn xe trường hợp L/D=0.5 46 Bảng tổng hợp kết vận tốc dao động xe cho tỷ lệ lại 46 Phương trình hồi qua vận tốc xe, trường hợp tháp có chắn L/D=0.25 rỗng 10% 51 Bảng tổng hợp kết vận tốc tới hạn xe cho trường hợp lại 51 Bảng tổng hợp kết vận tốc tới hạn trường hợp sử dụng chắn với tỷ lệ L/D=0.25 xét tỷ lệ rỗng từ 10% - 70% 52 Bảng tổng hợp kết tính tốn trường hợp khảo sát tỉ lệ L/D chắn L/D =0.5, 0.75, 1, 1.25 có độ rỗng từ 10% - 70% 53 Bảng tổng hợp kết tối ưu % độ rỗng khảo sát trường hợp tỷ lệ L/D = 0.25 – 1.5 54 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 Tên hình Trang Quan hệ tần số dao động riêng nhỏ chiều dài nhịp từ 40 cầu treo nhịp lớn giới Sơ họa tượng khí động đàn hồi Mơ dao động trịng trành flutter xoắn Các lực gió buffeting tác dụng lên kết cấu nhịp Dao động galloping dịng gió ổn định gây Galloping vùng 11 Hình ảnh phương tiện giao thông gặp tai nạn mưa bão 11 Hình ảnh phương tiện giao thơng gặp tai nạn mưa bão 12 Đà Nẵng Galloping dịng gió ổn định gây 14 Galloping vùng đuôi 16 Cơ cấu tác động tượng Galloping 17 Sơ họa miền chia lưới "hầm gió số" 19 Sơ đồ thuật tốn mơ phương pháp “hầm gió số” 19 Các miền chia lưới tiết diện hình chữ nhật hộp 21 Trình tự bước xác định vận tốc tới hạn galloping 22 Hướng gió thổi phương ngang cầu 23 Hướng gió thổi phương dọc cầu 23 Miền tính tốn theo phương ngang tháp cầu 23 Lưới tính tốn tháp sau tạo phần mầm Gambit 24 Phổ vận tốc phổ áp suất góc + 10 theo phương ngang 24 tháp cầu Biểu đồ xác đinh vận tốc tới hạn gió theo phương ngang 25 tháp cầu Miền tính tốn tháp cầu theo phương dọc cầu 26 Lưới tính tốn tháp sau tạobằng phần mềm Gambit 14 26 theo phương dọc cầu Phổ vận tốc phổ áp suất góc + 10 theo phương dọc cầu 27 Biểu đồ xác định vận tốc tới hạn gió theo phương dọc cầu 28 Sơ đồ vị trí xe cần khảo sát nghiên cứu 28 Miền lưới tính tốn trường hợp tháp + xe 29 Lưới sau tạo phần mềm Gambit 14 tháp + xe 29 Phổ vận tốc phổ vecto góc – 10 tháp + xe 30 Miền tính tốn trường hợp tháp + xe 31 2.23 2.24 2.25 2.26 2.27 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 Phổ vận tốc phổ vecto góc – 10 tháp + xe Miền tính tốn trường hợp tháp + xe Phổ vận tốc phổ vecto góc – 10của tháp + xe Miền tính tốn trường hợp tháp + xe Phổ vận tốc phổ vecto góc – 10 tháp + xe Phương án thay đổi tiết diện tháp Tấm chắn đặc kính thực tế Một vài chắn đặc dạng lưới thực tế Sơ đồ vị trí tính tốn xe trường hợp tháp có chắn đặc không rỗng với tỷ lệ L/D=0.25 Phổ vận tốc phổ vecto xe góc + 10 trường hợp tháp có chắn đặc khơng rỗng với tỷ lệ L/D=0.25 Phổ vận tốc phổ vecto xe góc + 10 trường hợp tháp có chắn đặc không rỗng với tỷ lệ L/D=0.25 Phổ vận tốc phổ vecto xe góc + 10 trường hợp tháp có chắn đặc khơng rỗng với tỷ lệ L/D=0.25 Phổ vận tốc phổ vecto xe góc + 10 trường hợp tháp có chắn đặc không rỗng với tỷ lệ L/D=0.25 Sơ đồ vị trí tính tốn xe trường hợp tháp có chắn L/D=0.5 Phổ vận tốc phổ vecto xe góc + 10 trường hợp tháp có chắn đặc khơng rỗng với tỷ lệ L/D=0.5 Phổ vận tốc phổ vecto xe góc + 10 trường hợp tháp có chắn đặc khơng rỗng với tỷ lệ L/D=0.5 Phổ vận tốc phổ vecto xe góc + 10 trường hợp tháp có chắn đặc khơng rỗng với tỷ lệ L/D=0.5 Phổ vận tốc phổ vecto xe góc + 10 trường hợp tháp có chắn đặc khơng rỗng với tỷ lệ L/D=0.5 Biểu đồ so sánh đánh giá kết chắn theo tỉ lệ hệ số có chắn khơng có chắn Sơ đồ vị trí tính tốn xe trường hợp tháp có chắn L/D=0.25 rỗng 10% Phổ vận tốc phổ vecto xe góc + 10 trường hợp tháp có chắn L/D=0.25 rỗng 10% Phổ vận tốc phổ vecto xe góc + 10 trường hợp tháp có chắn L/D=0.25 rỗng 10% Phổ vận tốc phổ vecto xe góc + 10 trường hợp tháp có chắn L/D=0.25 rỗng 10% 31 32 33 34 34 36 36 37 38 38 39 40 40 42 43 43 44 45 47 48 48 49 50 3.19 3.20 3.21 3.22 Phổ vận tốc phổ vecto xe góc + 10 trường hợp tháp có chắn L/D=0.25 rỗng 10% Biểu đồ so sánh kết việc sử dụng chắn có độ rỗng tỷ lệ L/D=0.25 so sánh kết với không dùng chắn trường hợp xe Biểu đồ đánh giá hiệu suất nâng cao ổn định galooping việc sử dụng chắn có độ rỗng tỷ lệ L/D=1.5 với kết không dùng chắn Biểu đồ so sánh phương án nâng cao ổn định galloping 50 52 54 55 50 Hình 3.18 Phổ vận tốc phổ vecto xe góc + 10 trường hợp tháp có chắn L/D=0.25 rỗng 10% Hình 3.19 Phổ vận tốc phổ vecto xe góc + 10 trường hợp tháp có chắn L/D=0.25 rỗng 10% 51 Từ kết tính tốn giá trị CD, CL [phụ lục 5] theo α, vẽ biểu đồ qua hệ CD,CL theo α tháp theo phương dọc cầu, xác định kết phương trình hồi quy theo bảng 3.6: Bảng 3.6 Phương trình hồi qua vận tốc xe, trường hợp tháp có chắn L/D=0.25 rỗng 10% Stt 5 Xe Xe Xe Xe Vận tốc U=1 U=3 U=5 U=7 U=9 U=1 U=3 U=5 U=7 U=9 U=1 U=3 U=5 U=7 U=9 Phương trình hồi quy CD f(α) = -0.017α + 0.032α + 0.0778 f(α) = 0.0250α2 + 0.024α + 13.23 f(α) = 0.006α2 + 0.00014α + 22.868 f(α) = 0.0036α2 + 0.0001α + 50.219 f(α) = 0.0004α2 – 0.001α -2.842 f(α) = 0.002α2 + 0.017α + 0.78 f(α) = 0.025α2 + 0.097α + 14.86 f(α) = 0.00054α2 - 0.0376α + 24.793 f(α) = -0.0005α2 - 0.0092α + 54.75 f(α) = 0.00029α2 + 0.0018α -3.022 f(α) = 0.004α2 + 0.0147α + 0.8 f(α) = 0.025α2 + 0.097α + 7.86 f(α) = -0.0032α2 -0.00376α + 15.304 f(α) = -0.0005α2 - 0.0092α + 21.25 f(α) = 0.00079α2 + 0.0058α -8.022 CL f(α) = 0.0515α - 0.048α – 0.066 f(α) = 0.006α2 + 0.018α – 0.356 f(α) = 0.0004α2 - 0.0013α - 3.569 f(α) = 0.003α2 - 0.023α – 4.864 f(α) = -0.0003α2 + 0.0001α – 5.62 f(α) = 0.09α2 - 0.03α – 0.0648 f(α) = 0.0052α2 + 0.08α – 0.775 f(α) = -0.0001α2 - 0.0006α - 2.6597 f(α) = 0.0099α2 - 0.007α - 3.803 f(α) = 0.00044α2 + 0.004α – 5.816 f(α) = 0.09α2 - 0.03α – 0.0648 f(α) = 0.0072α2 + 0.018α – 0.475 f(α) = 0.0003α2 - 0.0005α - 0.478 f(α) = 0.009α2 - 0.0024α - 1.703 f(α) = 0.0004α2 + 0.0054α – 2.416 Kết Kiểm tra 0.0298 > 13.24 > 22.866 > 50.196 > -2.841 < 0.751 > 14.94 > 24.792 > 54.74 > -3.026 < 0.77 >0 7.878 > 15.3035 > 21.24 > -8.027 < Tổng hợp kết tính theo bảng 3.7 sau: Bảng 3.7 Bảng tổng hợp kết vận tốc tới hạn xe cho trường hợp lại Uthực tế Uthực tế Stt Xe Utính tốn Utới hạn ftần số Cấp gió (m/s) (km/h) Xe U=10 U=10.1 1.928 19.47 70.12 Xe U=9 U=8.89 1.928 17.14 61.72 Xe U=9 U=8.92 1.928 17.19 61.91 Xe U=9 U=8.51 1.928 17.07 61.45 Nhận xét: Qua kết tính tốn khảo sát có chắn rỗng 10%, nhiên tỉ lệ rỗng chiếm 10% nên tỷ lệ gió qua lỗ rỗng không nhiều nên chắn rỗng 10% hoạt động gần chắn đặc Mặt khác so sánh kết xe thấy được, trường hợp dùng chắn đặc với tỷ lệ L/D=0.25 kết thu xe ổn định vận tốc 17.13 17.18m/s trường hợp với phương án dùng lưới chắn dạng lưới rỗng 10% xe ổn định vận tốc 17.14m/s 17.19m/s cho thấy không đạt hiệu đề 52 3.3.1.2 Khảo sát chắn cho trường hợp có tỷ lệ rỗng cịn lại : 20% - 70% Tổng hợp kết tính tốn trường hợp xe với tỷ lệ % lỗ rỗng chắn ta thu bảng kết tổng hợp bảng 3.8 hình 3.20: Bảng 3.8 Bảng tổng hợp kết vận tốc tới hạn trường hợp sử dụng chắn với tỷ lệ L/D=0.25 xét tỷ lệ rỗng từ 10% - 70% Vận tốc tới hạn V (m/s) Tỷ lệ rỗng STT (%) Xe Xe Xe Xe 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 19.48 19.51 19.60 19.66 19.88 19.60 19.50 16.73 17.17 17.21 17.31 17.24 17.19 16.99 17.20 17.23 17.29 17.53 17.34 17.29 17.24 17.07 17.16 17.23 17.50 17.23 17.22 17.09 Hình 3.20 Biểu đồ so sánh kết việc sử dụng chắn có độ rỗng tỷ lệ L/D=0.25 so sánh kết với không dùng chắn trường hợp xe Nhận xét: Dựa kết tính tốn cho ta thấy trường hợp xe 2,3 tỷ lệ lỗ rỗng chắn tối ưu là 40% Còn trường hợp xe 50% Do thực tế nhiều loại xe lưu thơng nhiều vị trí khác nên chọn tỷ lệ rỗng tối ưu 40% -50% diện tích chắn phù hợp cho dịng xe 53 3.3.2 Tính toán khảo sát % tỷ lệ rỗng từ 10% - 70% cho tỷ lệ chiều dài chắn lại L/D = 0.5, 0.75, 1,1.5 Tính tốn cho trường hợp lại xe với chắn với tỷ lệ rỗng từ 10% - 70% ứng với trường hợp chắn có tỷ lệ L/D=0.5, 0.75, 1, 1.5 Kết tính thể bảng 3.9 sau: Bảng 3.9 Bảng tổng hợp kết tính toán trường hợp khảo sát tỉ lệ L/D chắn L/D =0.5, 0.75, 1, 1.25 có độ rỗng từ 10% - 70% Tỷ lệ Tỷ lệ Vận tốc tới hạn V (m/s) STT lưới rỗng Xe Xe Xe Xe khảo sát (%) 10% 18.77 18.63 18.55 18.07 20% 19.04 18.76 18.66 18.21 30% 19.71 19.51 19.45 19.04 L/D=0.5 40% 20.13 19.66 19.56 19.23 50% 19.75 19.35 19.17 18.96 60% 19.41 19.02 18.92 18.43 70% 19.03 18.95 18.74 18.52 10% 19.48 18.78 18.65 18.21 20% 20.06 19.10 19.01 18.12 30% 20.14 19.03 19.05 18.22 L/D=0.75 40% 20.29 19.66 19.46 19.35 50% 20.80 20.77 20.60 20.50 60% 19.88 19.78 19.51 19.47 70% 19.45 19.60 19.51 19.44 10% 21.26 21.14 20.97 20.84 20% 21.54 21.56 21.46 21.41 30% 22.07 21.71 21.67 21.53 L/D=1 40% 22.57 22.54 22.44 22.01 50% 23.66 23.61 23.14 22.54 60% 22.37 22.25 21.96 21.61 70% 20.04 19.80 19.79 19.49 10% 21.04 20.85 20.80 20.07 20% 22.07 21.46 21.40 21.15 30% 22.96 22.83 22.84 22.55 L/D=1.5 40% 24.49 24.38 24.34 23.75 50% 25.31 24.25 24.17 23.83 60% 27.01 25.73 25.40 25.28 70% 24.24 23.10 23.20 23.06 54 Tổng hợp kết tính tối ưu biện pháp dùng chắn đặc có rỗng Qua nhận thấy, việc mở rộng chắn kết hợp với tối ưu biện pháp làm rỗng chắn hiệu tăng lên rõ rệt Điều thể kết tính tốn xe giúp nâng cao ổn định galloping tháp cầu so với phương án khơng dùng chắn Do cho ta kết luận việc dùng chắn có lưới rỗng đem lại kết kết tối ưu so với phương án tính tốn Kết tính tóm tắt bảng 3.10 hinhg 3.21 Bảng 3.10 Bảng tổng hợp kết tối ưu % độ rỗng khảo sát trường hợp tỷ lệ L/D = 0.25 – 1.5 Tỷ lệ Vận tốc tới hạn V (m/s) Tỷ lệ STT rỗng khảo sát Xe Xe Xe Xe đạt L/D=0.25 40% L/D=0.5 L/D=0.75 L/D=1 L/D=1.5 40% 50% 50% 60% 19.66 20.13 20.80 23.66 27.01 17.31 19.66 20.77 23.61 25.73 17.53 19.56 20.60 23.14 25.40 17.50 19.23 20.50 22.54 25.28 Hình 3.21 Biểu đồ đánh giá hiệu suất nâng cao ổn định galooping việc sử dụng chắn có độ rỗng tỷ lệ L/D=1.5 với kết không dùng chắn 3.4 Khuyến nghị mặt khai thác an toàn cho tháp cầu Trần Thị Lý Qua nghiên cứu cho thấy, tượng Galloping vùng đuôi xảy mùa mưa bão vận tốc gió cấp trở lên kết hợp với tháp cầu Trần Thị Lý gây Do đưa 55 khuyến nghị mặt khai thác an toàn cho phương tiện tham gia giao thông qua cầu giai đoạn mùa mưa bão đến Việt Nam Đà Nẵng nằm khu vực thường xuyên chị ảnh hưởng bão nhiệt đới Một biện pháp cảnh bảo hiệu gắn thiết bị cảnh báo gió: - Khi vận tốc gió đạt cấp trở lên tức vận tốc 13.9-17.1m/s 50-61km/h Dấu hiệu nhận biết lúc cối rung chuyển mạnh có khả sảy Galloping Do cảnh báo đồng thời hạn chế phương tiện giao thơng xe đạp, xe máy cảnh báo oto - Khi vận tốc gió đạt cấp trở lên tức vận tốc 17.2-20.7m/s 62-74km/ Dấu hiệu nhận biết lúc cối gãy cành, tốc mái khơng thể ngược gió Lúc sảy ổn định Galloping Thì cấm phương tiện giao thông xe máy, xe đạp người Đồng thời hạn chế xe oto - Khi vận tốc gió cấp trở lên tức 20.8-24.4m/s 75-88km/h Lúc gió cực mạnh Do với trường hợp cấm phương tiện giao thơng Nếu vận tốc gió từ 25m/s trở lên đóng cầu Kết luận chương 3: - Đối với giải pháp dùng chắn đặc, kết nghiên cứu cho thấy dùng với tỷ lệ L/D = 1-1.5 (bảng 3.5, hình 3.14 ) giúp nâng cao ổn định galloping cao gấp 1.3 lần so với không dùng chắn Tuy nhiên, xét mặt kinh tế chưa mang lại hiệu cao có phần gây ảnh hưởng tổng thể đến mỹ quan kết cầu cầu thẩm mỹ cầu - Đối với giải pháp dùng chắn dạng lưới Cho thấy dùng chắn với tỷ lệ L/D = 1-1.5 tỷ lệ rỗng từ 40% - 60% đạt hiệu cao nâng cao ổn định galloping gấp 1.7 lần so với không dùng chắn (bảng 3.10, hình 3.21) Bên cạnh đó, việc dùng chắn dạng lưới giúp khắc phục nhược điểm chắn đặc Hình 3.22 Biểu đồ so sánh phương án nâng cao ổn định galloping 56 Vậy, qua việc đề xuất giải pháp, nghiên cứu phân tích (hình 3.22) Thì giải pháp dùng chắn dạng lưới đem lại kết tối ưu cho giải pháp nâng cao ổn định galloping tháp cầu Trần Thị Lý so với giải pháp lại Qua đó, đảm bảo an tồn giao thơng cho xe qua lại bình thường qua cầu tháp cầu Trần Thị Lý, mùa mưa bão 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Bằng phương pháp nghiên cứu mơ “hầm gió số” phần mền CFD 2D để giải thích tượng xe máy qua cầu bị va chạm ngã ngang tháp cầu Trần Thị Lý Nguyên nhân tượng ổn định galloping vùng Một số kết đạt luận văn là: - Trong trường hợp khơng có xe: Thì tháp cầu đảm bảo điều kiện ổn định Galloping với vận tốc tới hạn theo phương dọc cầu 53.23m/s (191.65km/h) theo phương ngang cầu 48.18m/s (174.908km/h) Tổng hợp kết hình 2.13, hình 2.17 - Trường hợp có xe: Tại vị trí nghiên cứu sảy ổn định Galloping vận tốc gió đạt từ 15m/s (55km/h) trở lên Bên cạnh khuyến cáo trường hợp xe khuyến cáo khơng nên vào xe gió đat đến cấp Tổng hợp kết bảng 2.8 - Trường hợp dùng chắn đặc: Với tỷ lệ L/D = 1-1.5 giúp nâng cao ổn định hiệu gấp 1.59 lần so với không dùng chắn Tổng hợp kết bảng 3.5 - Trường hợp dùng chắn dạng lưới: Với chắn có tỷ lệ L/D = – 1.5 có tỷ lệ rỗng từ 40% - 60% đạt hiệu nâng cao ổn định Galloping lên 1.84 lần so với việc không sử dụng chắn gấp 1.12 lần so với việc dùng chắn không rỗng Tổng hợp kết bảng 3.10, hình 3.21 Vậy, phương pháp nghiên cứu mơ “hầm gió số” CFD để nghiên cứu cho tượng ổn định tháp cầu Trần Thị Lý – Tp Đà Nẵng Qua đó, cho thấy kết làm rõ nguyên nhân phương tiện giao thông xe máy bị té ngã, bị lật qua tháp cầu trường hợp gió lớn Nguyên nhân tượng ổn định galloping vùng đuôi sảy Đồng thời đưa giải pháp giúp nâng cao ổn định galloping vùng đuôi cho tháp cầu Trần Thị Lý Kiến nghị định hướng phát triển đề tài Trên sở kết đạt đề tài, định hướng cho phát triển đề tài sau: - Nghiên cứu sâu tương tác dịng gió kết cấu để nâng cao độ xác phương pháp tính tốn Từ áp dụng cơng tác thiết kế thực tế mà khơng cần phải sử dụng đến thí nghiệm hầm gió - Nâng cao độ xác phương pháp CFD cách định hướng đến phát triển nghiên cứu 3D kết hợp với tạo lưới tốt nâng cao thời gian phân tích DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Hướng dẫn thiết kế sức kháng gió cho cầu đường Nhật Bản, Hiệp hội cầu đường Nhật Bản, 1991 [2] PGS.TS Trần Chủng, TS.Vũ Thành Trung Tải trọng gió hệ thống bao che nhà cao tầng, Viện khoa học công nghệ xây dựng, Bộ Xây dựng [3] PGS.TS Nguyễn Võ Thơng, Mất ổn định khí động kích xốy galloping cơng trình xây dựng, Nhà xuất xây dựng Hà Nội 2016 [4] Website Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn trung ương www.nchmf.gov.vn Và Website http://www.vokogawa-bridge.co.ip [5] GS.TS Nguyễn Viết Trung, Ths.Phạm Hữu Sơn, Ths Vũ Văn Toản Cơ sở thiết kế chống gió cầu nhịp lớn, NXBXD Việt Nam, Hà Nội .[6] Thiết kế sức kháng gió cho cơng trình xây dựng, Hiệp hội cầu thép Nhật Bản, 1995 [8] Trương Trương Đình Kết cấu cơng trình – Lí luận tải trọng gió sổ tay tính tốn chống xốy.Nhà xuất Đại Học Đồng Tế 1990, 413tr (bản Trung Văn) [9] Lê Đình Tâm (Chủ biên), Phạm Duy Hịa (2000), Cầu dây văng, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội Tiếng Anh: [10] Claudio Mannini (2008), Cable Vibrations in Cable – Stayed Bridges, VDM Verlag Dr Muller Aktiengesellschaft & Co KG [11] G.V.Parkinson and N.P.H Brooks “On the Aerolastic bistability of Buff Cylinders” Tran ASME, J Appl Mech, 83 (1961) pp 252-258 [12] Caetano Elsa de Sá (2007), Cable Vibrations in Cable-Stayed Bridges, ISBN 978-3-85748-115-4, International Association for Bridge and Structural Engineering [13] G.A.Davenport, D.Surry and T.Stathopoulos “Wind Loads on Rise Buiding: Final Report of Plase III-Part and “ BWLT-SS4-1987 The University of Western Ontario, Canada, July, 1987 [14] G.V.Parkinson and T.V.Santosham “Cyhnders of Rectangular Section as Aeroselastic Nonhnear OsiUators” Vibration Conference, ASME Boston, Mas 1967 [15 ] John D Holmes (2007), Wind Loading of Structures, Second edition, Taylor & Francis, London New York [16] Yozo Fujino, Dionysius Siringringo (2013), Vibration Mechanisms and Controls of Long-Span Bridges: A Review, Structural Engineering International 3/2013 [17] R.E.D Bishop and A.Y.Hansan, “The Lift and Drag Forces on a Circular Cylindes Oscillating in a Flowing Fluid” Proc, Roy, Soc, London, Series A, 277 (1964) 51-57 [18] Claudio Mannini (2008), Flutter Vulnerability Assessment of Flexible Bridges, VDM Verlag Dr Muller Aktiengesellschaft & Co KG [19] Xu You-Lin (2013), Wind Effects on Cable-Supported Bridges, Wiley [20] Xilaobing Liu, Zhenqing Chen, Zhiwen Liu (6/2012), Direct simulation method for flutter stability of bridge deck, The Seventh International Colloquium on Bluff Body Aerodynamics and Application (BBAA7), Shanghai, China PHỤ LỤC Phục lục 1: Bảng tổng hợp CD, CL cho vân tốc tháp theo phương dọc cầu Stt Vận tốc V Giá trị α = +10 α = +5 α = +3 α = α = -3 α = -5 α = -10 CD 0.693 0.711 0.716 0.816 0.737 0.711 0.707 U=1 CL -0.058 -0.0638 -0.0655 -0.069 -0.065 -0.066 -0.068 CD 4.32 3.7 3.72 4.01 3.77 3.75 3.6 U=2 CL -0.5 -0.351 -0.302 -0.267 -0.268 -0.267 -0.265 CD 8.76 9.02 8.98 9.13 9.03 8.07 8.5 U=3 CL -0.405 -0.41 -0.361 -0.52 -0.53 -0.5 -0.505 CD 27.25 28.0 28.2 28.5 28.35 28.17 27.5 U=5 CL -1.78 -1.97 -1.9 -1.99 -2.33 -2.1 -2.01 CD 41.12 41.35 42.01 42.56 42.79 42.69 41.82 U=7 CL -2.2 -2.13 -2.32 -2.97 -2.88 -2.77 -2.59 CD 52.55 52.39 52.87 52.29 53.01 53.19 53.37 U=9 CL -2.17 -2.43 -2.28 -2.61 -2.94 -2.86 2.98 CD 72.15 80.8 82.3 106.2 107.5 106.8 104.7 U=10 CL -0.75 -2.51 -3.12 -4.07 -4.27 -4.01 -3.99 Phục lục 2: Bảng tổng hợp CD, CL cho vận tốc tháp xe theo phương ngang cầu Stt Vận tốc V Giá trị α = +10 α = +5 α = +3 α = α = -3 α = -5 α = -10 CD 0.615 0.63 0.62 0.62 0.62 0.63 0.6175 U=1 CL -0.0475 -0.05 -0.0775 -0.08 -0.0805 -0.0975 -0.05 CD 3.5 4.05 3.9 4.015 4.09 3.85 3.8 U=2 CL -0.15 -0.2 -0.2 -0.325 -0.275 -0.2 -0.275 CD 10.5 9.1 9.15 9.125 25.7 9.1 8.85 U=3 CL -0.15 -0.55 -0.625 -0.6 -2.25 -0.6 -0.7 CD 19.75 25.75 25.8 24.25 9.15 23.5 24.9 U=5 CL -2.35 -2.14 -2.05 -2.1 -0.6 -2.22 -2.65 CD 22.3 45.6 46.6 47.2 46.9 48.7 48.5 U=7 CL -4.1 -4.2 -4.7 -4.9 -4.91 -4.95 -4.99 CD 74 80.5 82 82.5 73.65 73.5 78.1 U=9 CL -5.15 -4.23 -4.5 -4.025 -4.5 -5.55 -4.56 CD -3.51 -3.515 -3.52 -3.5 -3.511 -3.27 -3.521 U=10 CL -7.5 -7.55 -8.501 -9.13 -7.5 -8.5 -7.5 Phục lục 3: Bảng tổng hợp CD, CL cho vận tốc tháp xe theo phương ngang cầu α= Stt Vận tốc V Giá trị α = +5 α = +3 α = α = -3 α = -5 α = -10 +10 CD 0.614 0.629 0.621 0.62 0.621 0.633 0.625 U=1 CL -0.075 -0.05 -0.077 -0.082 -0.085 -0.097 -0.0554 CD 3.9 3.88 3.84 3.75 3.81 3.85 3.91 U=2 CL -0.91 -0.922 -0.927 -0.9 -0.921 -0.92 -0.925 CD 13.5 13.66 13.7 13.81 13.72 13.69 13.36 U=3 CL -1.201 -1.2 -1.22 -1.3 -1.24 -1.19 -1.15 CD 28.57 28.91 28.34 27.45 28.29 28.76 29.8 U=5 CL -2.35 -2 -2.05 -2.1 -0.6 -2 -1.94 CD 48.22 48.19 48.2 47.5 48.6 48.5 48.3 U=7 CL -2.27 -2.22 -225 -2.31 -2.2 -2.22 -2.21 CD -1.52 -1.538 -1.519 -1.5 -1.51 -1.54 -1.55 U=8 CL -2.63 -2.55 -2.71 -2.8 -2.79 -2.73 -2.75 Phục lục 4: Bảng tổng hợp CD, CL cho vận tốc tháp có chắn đặc tỷ lệ L/D=0.25 Stt Xe Xe 5 Xe Vận tốc Giá trị CD U=1 CL CD U=3 CL CD U=5 CL CD U=7 CL CD U=9 CL CD U=1 CL CD U=3 CL CD U=5 CL CD U=7 CL CD U=9 CL α = +10 0.6031 -0.061 13.5 -1.27 21.7 -2.38 47.6 -2.78 69.37 -5.66 0.756 -0.075 13.26 -0.31 34.79 -3.01 51.23 -4.59 -2.24 -5.57 α = +5 0.605 -0.059 13.66 -1.26 21.88 -2.33 47.2 -2.91 68.9 -5.61 0.771 -0.065 13.25 -0.39 34.88 -2.96 51.26 -5.62 -2.26 -5.55 α = +3 0.611 -0.061 13.1 -1.25 21.9 -2.31 47.71 -2.65 69.01 -5.78 0.773 -0.077 13.49 -0.33 34.97 -2.94 51.19 -4.61 -2.23 -5.54 α=0 0.625 -0.07 13.07 -1.2 22.0 -2.44 48.01 -2.9 69.01 -5.55 0.77 -0.078 13.27 -0.37 34.91 -3.02 51.78 -4.57 -2.31 -5.53 α = -3 0.61 -0.068 13.12 -1.26 22.1 -2.34 47.73 -2.92 69.03 -5.71 0.775 -0.0785 13.34 -0.38 34.78 -2.9 51.31 -4.55 -2.29 -5.559 α = -5 0.613 -0.06 13.09 -1.27 22.3 -2.13 48.79 -2.75 687 -5.69 0.781 -0.075 13.62 -0.34 34.9 -2.97 51.55 -4.58 -2.21 -5.58 α = -10 0.623 -0.057 13.11 -1.28 21.5 -2.44 48.76 -2.77 69.11 -5.7 0.784 -0.078 13.64 -0.345 35.1 -3.01 51.26 -4.557 -2.22 -5.57 Stt Xe Xe 5 Xe Vận tốc Giá trị CD U=1 CL CD U=3 CL CD U=5 CL CD U=7 CL CD U=9 CL CD U=1 CL CD U=3 CL CD U=5 CL CD U=7 CL CD U=10 CL α = +10 0.756 -0.065 14.47 -0.71 35.58 -2.016 50.521 -3.331 -2.223 -5.457 0.756 -0.065 12.477 -0.71 38.587 -2.016 48.513 -3.331 -4.123 -7.457 α = +5 0.71 -0.068 14.27 -0.79 35.57 -2.018 50.548 -3.345 -2.212 -5.512 0.71 -0.068 12.277 -0.79 38.576 -2.018 48.579 -3.345 -4.212 -7.522 α = +3 0.73 -0.0671 14.42 -0.713 35.53 -1.99 50.579 -3.361 -2.213 -5.534 0.73 -0.0671 12.427 -0.713 38.534 -1.99 48.59 -3.361 -4.433 -7.574 α = α = -3 0.757 0.75 -0.0678 -0.0782 14.28 14.44 -0.721 -0.707 35.551 35.521 -2.127 -2.102 50.531 50.513 -3.342 -3.319 -2.231 -2.292 -5.548 -5.521 0.757 0.75 -0.0678 -0.0782 12.298 12.448 -0.721 -0.707 38.523 38.589 -2.127 -2.102 48.423 48.235 -3.342 -3.319 -4.731 -4.22 -7.549 -7.557 α = -5 0.78 -0.055 14.627 -0.74 35.56 -2.15 50.661 -3.322 -2.217 -5.509 0.78 -0.055 12.627 -0.74 38.567 -2.15 48.681 -3.322 -4.777 -7.591 α = -10 0.84 -0.0778 14.644 -0.75 35.55 -1.98 50.57 -3.309 -2.225 -5.527 0.84 -0.0778 12.645 -0.75 38.456 -1.98 48.577 -3.309 -4.885 -7.567 Phục lục 5: Bảng tổng hợp CD, CL cho vận tốc tháp có chắn tỷ lệ L/D=0.25 xét tỷ lệ rỗng 10% Stt Xe Vận tốc Giá trị α = +10 α = +5 α = +3 α = α = -3 α = -5 α = -10 CD 0.773 0.7715 0.7726 0.7731 0.7728 0.7719 0.7741 U=1 CL -0.065 -0.0665 -0.067 -0.068 -0.0786 -0.067 -0.067 CD 13.82 13.8225 13.834 13.827 13.834 13.862 13.814 U=3 CL -0.391 -0.393 -0.394 -0.397 -0.398 -0.397 -0.395 CD 22.02 22.81 22.37 2.85 22.78 22.181 22.175 Xe U=5 CL -3.55 -3.56 -3.594 -3.502 -3.58 -3.597 -3.501 CD 50.77 50.766 50.791 50.778 50.731 50.785 50.766 U=7 CL -4.99 -5.02 -4.97 -4.987 -4.957 -4.988 -4.957 CD -2.67 -2.626 -2.623 -2.651 -2.691 -2.671 -2.662 U=9 CL -5.63 -5.615 -5.624 -5.633 -5.69 -5.658 -5.657 CD 0.805 0.871 0.873 0.877 0.8705 0.878 0.884 U=1 CL -0.064 -0.0642 -0.064 -0.065 -0.0682 -0.066 -0.068 CD 14.85 14.88 14.846 14.828 14.854 14.827 14.82 U=3 Xe CL -0.751 -0.759 -0.753 -0.754 -0.757 -0.757 -0.755 Stt Xe 5 Xe 4 Vận tốc Giá trị α = +10 CD 24.88 U=5 CL -2.66 CD 54.71 U=7 CL -3.81 CD -3.03 U=9 CL -5.804 CD 15.014 U=1 CL -0.458 CD 21.59 U=3 CL -1.673 CD 28.65 U=5 CL -2.491 CD 15.014 U=7 CL -0.458 CD 21.59 U=9 CL -1.673 α = +5 α = +3 α = 24.812 24.837 24.891 -2.68 -2.69 -2.67 54.78 54.79 54.731 -3.85 -3.861 -3.842 -3.012 -3.13 -3.11 -5.802 -5.804 -5.848 15.0119 15.054 15.987 -0.459 -0.491 -0.498 21.364 21.549 21.448 -1.6784 -1.6746 -1.687 28.657 28.658 28.65 -2.496 -2.4846 -2.496 15.0119 15.054 15.987 -0.459 -0.491 -0.498 21.364 21.549 21.448 -1.6784 -1.6746 -1.687 α = -3 α = -5 α = -10 24.788 24.986 25.815 -2.62 -2.645 -2.683 54.73 54.76 54.77 -3.819 -3.42 -3.89 -3.092 -3.017 -3.15 -5.811 -5.809 -5.827 15.0598 15.056 15.089 -0.4723 -0.444 -04572 21.668 21.159 21.461 -1.6721 1.6705 6-1.179 28.109 28.156 28.109 -2.4943 -2.4962 -2.2468 15.0598 15.056 15.089 -0.4723 -0.444 -04572 21.668 21.159 21.461 -1.6721 1.6705 6-1.179 ... GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG  NGUYỄN THÀNH LIÊM NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH KHÍ ĐỘNG GALLOPING ĐỐI VỚI THÁP CẦU CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA GIÓ VÀ ỨNG DỤNG CHO THÁP CẦU TRẦN THỊ LÝ? ?TP.? ?À NẴNG Chun... tháp cầu chịu tác động gió ứng dụng cho tháp cầu Trần Thị Lý - TP Đà Nẵng? ?? có tính cấp thiết Mục tiêu nghiên cứu - Tổng quan tượng khí động đàn hồi tác động gió lên cơng trình cầu - Nghiên cứu phân... giả luận văn Nguyễn Thành Liêm NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH KHÍ ĐỘNG GALLOPING ĐỐI VỚI THÁP CẤU CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA GIÓ VÀ ỨNG DỤNG CHO THÁP CẦU TRẦN THỊ LÝ? ?TP.? ?À NẴNG Học viên:Nguyễn Thành Liêm Chun ngành: