Phân tích ảnh hưởng giảm chấn của thiết bị TMĐ đối với cầu dây văng chịu tải trọng gió

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - CAO VĂN VUI ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG GIẢM CHẤN CỦA THIẾT BỊ TMD ĐỐI VỚI CẦU DÂY VĂNG CHỊU TẢI TRỌNG GIÓ CHUYÊN NGÀNH : CẦU, TUYNEL VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG KHÁC TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT MÃ SỐ NGÀNH : 2.15.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2005 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH Nhận xét cán hướng dẫn: PGS TS ĐỖ KIẾN QUOÁC Nhận xét cán phản biện 1: Nhaän xét cán phản biện 2: Luận văn cao học bảo vệ HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN CAO HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2005 Có thể tìm hiểu luận văn thư viện Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: CAO VĂN VUI Phái: Nam Ngày tháng năm sinh: 01/6/1977 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Cầu, tuynen công trình xây dựng khác đường ôtô đường sắt Mã số ngành: 2.15.10 Khóa: 14 (2003-2005) Mã số HV: 00103038 I Tên đề tài: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG GIẢM CHẤN CỦA THIẾT BỊ TMD ĐỐI VỚI CẦU DÂY VĂNG CHỊU TẢI TRỌNG GIÓ II Nhiệm vụ nội dung luận án: Nhiệm vụ: Xét ảnh hưởng giảm chấn thiết bị TMD (Tuned-Mass Damper) cầu dây văng chịu tải trọng gió Nội dung luận án: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Giới thiệu TMD, mô hình hóa cầu Chương 3: Thiết lập phương trình dao động, phương pháp giải Chương 4: Phân tích số Chương 5: Kết luận III Ngày giao nhiệm vụï: 20-01-2005 IV Ngày hoàn thành: V Họ tên cán hướng dẫn: PGS TS ĐỖ KIẾN QUỐC VI Họ tên cán phản biện 1: VII Họ tên cán phản biện 2: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ PHẢN BIỆN CÁN BỘ PHẢN BIỆN PGS TS ĐỖ KIẾN QUỐC Nội dung đề cương Luận án Cao học thông qua Hội đồng Chuyên ngành TP.HCM, ngày tháng năm 2005 PHÒNG ĐÀO TẠO SAU HỌC CHỦ NHIỆM NGÀNH TÓM TẮT LUẬN ÁN Trong số trường hợp, dao động cầu dây văng tác dụng tải trọng gió đặc biệt quan trọng Dao động mức gây phá hủy công trình gây cảm giác khó chịu, bất an cho người sử dụng Sau kiện sụp đổ cầu Tacoma Narrows, vấn đề ổn định khí động học cho cầu dây văng (cũng cầu dây võng) trọng mức thiết kế, thi công thách thức cho nhà xây dựng Nhiều giải pháp khác áp dụng để hạn chế dao động cầu dây văng giải pháp cấu tạo mặt cắt ngang khí động học, tăng độ cứng, thay đổi khối lượng, v.v Tuy nhiên, hiệu khiêm tốn lúc thực Dưới tác dụng tải trọng gió, dao động cầu dây văng giảm hiệu cách tăng độ giảm chấn cho Trong luận án này, nghiên cứu giải pháp - giải pháp giảm chấn bị động khối lượng điều chỉnh (Tuned Mass Damper - TMD) cầu dây văng chịu tải trọng gió Nội dung bao gồm: Sơ đồ nguyên lý hoạt động TMD; giảm chấn TMD hệ bậc tự do; mô hình hóa cầu phương pháp phần tử hữu hạn; giảm chấn TMD cho cầu tác dụng số trường hợp gió đặc trưng Từ rút số kết luận ảnh hưởng giảm chấn TMD cầu dây văng chịu tải trọng gió ABSTRACT In some cases, wind-induced vibration of cable-stayed bridge is specially important Excessive vibration can cause damage or inconvenience users After the disaster of Tacoma Narrows bridge, the problem of aerodynamic stability in cablestayed bridge (as well as suspension bridge) design and construction did receive considerable study and it is a challenge for bridge engineers Many solutions are apllied to reduce bridge vibration such as choosing aerodynamic shape, increasing stiffness, changing mass and so on However, its effectiveness is still low and it is not easy to apply for all cases Under the wind load, cable-stayed vibration is reduced effectively by increasing bridge damping capacity In this thesis, I study one solution of above method – Tuned Mass Damper (TMD) solution to suppress wind-induced vibration of cable-stayed bridge with the following content: composition and working principles of TMD; suppression for single dgree of freedom by TMD; cable-stayed bridge model by finite element method; suppression for cable-stayed bridge under some wind load cases by TMD From the above analysis result, the conclusion about the effectiveness of TMD to suppress wind-induced vibration of this kind of bridge is presented in this thesis LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy Đỗ Kiến Quốc tận tình hướng dẫn, động viên giúp em hoàn thành luận văn Xin cảm ơn tất thầy cô tận tình giảng dạy giúp em nâng cao kiến thức, sở kiến thức quý báu làm tảng cho việc nghiên cứu ứng dụng khoa học kỹ thuật thực tế Xin bày tỏ lòng biết ơn công lao to lớn Cha Mẹ, người thân Cuối cùng, xin gởi lời cảm ơn đến lãnh đạo đồng nghiệp quan tạo điều kiện để hoàn thành khóa học Học viên Cao Văn Vui Luận văn thạc só Học viên: Cao Văn Vui MỤC LỤC Lời cảm ơn Tóm tắt luận án Mục lục Chương 1: Tổng quan Trang Chương 2: Giới thiệu TMD, mô hình hóa cầu Trang 2.1 Điều khiển bị động giảm chaán Trang 2.2 Lịch sử phát triển TMD Trang 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động TMD .Trang 2.4 Phân tích ảnh hưởng giảm chấn hệ bậc tự có gắn TMD .Trang 2.5 Mô hình hóa cầu dây văng Trang 28 2.6 Vaøi nét điều chỉnh nội lực cho cầu dây văng Trang 34 Chương 3: Thiết lập phương trình dao động, phương pháp giải Trang 37 3.1 Tải trọng gió Trang 37 3.2 Thiết lập phương trình dao động Trang 39 3.3 Giải phương trình dao động Trang 42 Chương 4: Phân tích số Trang 47 4.1 Bài toán Trang 47 4.2 Trường hợp tải trọng gió V=15 m/s .Trang 50 4.3 Trường hợp tải trọng gió V=40 m/s .Trang 77 4.4 Trường hợp tải trọng gioù V=80 m/s .Trang 98 Chương 5: Kết luận Trang119 Phuï luïc .Trang 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang 129 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Luận văn thạc só Học viên: Cao Văn Vui CHƯƠNG TỔNG QUAN Cầu dây văng (CDV) cấu tạo trực hướng dầm liên tục gối tựa cáp xiên liên kết với tháp Từ lâu, ý tưởng dùng hệ dây văng để làm cầu hình thành xây dựng giai đoạn đầu, thành công hạn chế chưa hiểu hết phản ứng tónh học động học hệ vật liệu chưa thích hợp Đặc biệt chưa có phương pháp phân tích, tính toán kết cấu thích hợp ứng dụng máy tính điện tử Từ CDV nguyên thủy làm tre dây rừng đến thập kỷ gần đây, cầu loại xây dựng rộng rãi toàn giới đạt thành tựu rực rỡ Bảng 1.1 10 CDV có nhịp lớn giới [1] Xếp thứ tự 10 Nhật Pháp Chiều dài nhịp (m) 890 856 Năm hoàn thành 1999 1995 Trung Quốc 628 2001 Trung Quoác 618 2000 Trung Quoác 605 2003 Trung Quốc Trung Quốc Nhật Bản Nauy Nhật Bản 602 590 590 530 510 1993 1997 1998 1991 1994 Teân cầu Quốc gia Tatara Normandie Cầu thứ sông Dương Tử Nam Kinh Cầu thứ sông Dương Tử Vũ Hán Cầu sông Minjiang Qingzhou Dương Phố, Thượng Hải Xupu, Thượng Hải Meiko Cental Skarnsundet Tsurumi Tsubasa Ở Việt Nam, CDV xây dựng cầu Đak’rông (Quảng Trị) Khoảng mười năm gần đây, với phát triển khoa học công nghệ xây dựng cầu, số công trình CDV nhịp lớn xây dựng như: cầu Mỹ Thuận (Vónh Long) có chiều dài nhịp 350m, cầu Bính (Hải Phòng) với chiều dài nhịp 250m, cầu bắc qua sông Hàn (Đà Nẵng) chiều dài nhịp 54.5m với hệ thống quay, cầu Cần thơ với chiều dài nhịp 270m Trong tương lai, có nhiều cầu khác loại xây dựng để đáp ứng nhu cầu phát triển xã hội Trang Luận văn thạc só Học viên: Cao Văn Vui Hình 1.1 Cầu Tatara Nhật Bản Hình 1.2 Cầu Normandie Pháp Hình 1.3 Cầu Mỹ Thuận Việt Nam Bên cạnh ưu điểm bật khả vượt nhịp lớn, đa dạng cấu tạo, cho hình dáng kiến trúc đẹp, v.v tồn nhiều vấn đề cần nghiên cứu để hoàn thiện thiết kế thi công cầu loại Trong nhiều trường hợp, dao động CDV tác dụng tải trọng gió vấn đề quan trọng yếu tố định công tác thiết kế cầu loại [2, 3, 4] Thực tế cho thấy, loại cầu nhạy cảm với tải trọng gió, nhiều cầu treo cổ điển bị sụp đổ độ ổn định chịu gió không đủ [3, 4] Đặc biệt, năm 1940, cầu Tacoma Narrows xuất dao động uốn với biên độ đến 8,5m với dao động xoắn bị sụp đổ tác dụng tải trọng gió 19 m/s vào thời điểm tháng sau hoàn Trang Luận văn thạc só Học viên: Cao Văn Vui thành [5] Sau kiện này, vấn đề dao động CDV (cũng cầu dây võng) tác dụng tải trọng gió trở thành toán quan trọng thiết [2, 3, 4] Gió làm cho cầu dao động xoắn dao động uốn Khi chúng cộng hưởng gây tượng flutter nguy hiểm cho cầu [4] Hình 1.4 Hiện tượng flutter Hình 1.5a Cầu Tacoma chịu tải trọng gió (nhìn từ mặt bên) Hình 1.5b Cầu Tacoma chịu tải trọng gió (nhìn từ cầu) Trang Luận văn thạc só Học viên: Cao Văn Vui Nhận xét: Qua kết biên độ chuyển vị, ta thấy vấn đề khẳng định điểm nhận xét trường hợp tải trọng gió 15m/s: giảm chấn cho cầu dây văng có nhịp lớn biên độ chuyển vị nhịp cần phải trọng hàng đầu giữ nguyên giá trị trường hợp tải trọng gió 80m/s Từ bảng độ giảm chuyển vị kết cấu, độ giảm chuyển vị kết cấu tổng hợp bảng 4.60 Qua bảng này, ta thấy tăng tỷ số khối lượng TMD hiệu giảm giảm chuyển vị kết cấu không tăng mà bị giảm Khi tăng số lượng TMD hiệu tăng tăng không đáng kể Bảng 4.60 Độ giảm biên độ chuyển vị trường hợp TMD khaùc μ (%) 0.25 0.50 0.75 1TMD 3TMD nhịp TMD nhịp 5TMD nhịp 5TMD nhịp 48.0 47.9 49.9 49.8 50.8 48.1 47.9 49.4 49.3 50.1 47.6 47.3 48.8 48.6 49.6 47.0 46.7 48.3 48.1 49.2 45.5 45.1 47.1 46.7 48.1 44.0 43.5 45.9 45.4 47.3 43.0 42.4 45.1 44.6 46.8 42.0 41.4 44.4 43.8 46.3 Khi có 1÷5 TMD 0.25% gắn nhịp biên độ chuyển vị nhịp giảm gần (khoảng 50%) Khi tỷ số khối lượng μ tăng lên đến 5% độ giảm biên độ chuyển vị nhịp giảm khoảng 44% Như vậy, trường hợp tăng tỷ số khối lượng μ lợi, TMD làm việc hiệu so với trường hợp tải trọng gió 15 m/s Tuy nhiên, hiệu tốt (hơn 41,4%) Biên độ chuyển vị nhịp biên vấn đề nói điểm trường hợp ta thấy hiệu giảm biên độ chuyển vị tốt (lớn 47%) Khi tăng khối lượng TMD biên độ chuyển vị TMD tỷ số (biên độ chuyển vị TMD / biên độ chuyển vị kết cấu) giảm (hình 4.71, bảng 4.45, 4.49, 4.52, 4.55, 4.58) Khối lượng TMD nhỏ biên độ chuyển vị TMD lớn: dùng TMD 0.25% biên độ chuyển vị TMD 384mm, dùng TMD 5% biên độ chuyển vị TMD 74mm Vậy, với kết cấu cụ thể việc chọn TMD phụ thuộc vào việc chọn biên độ dao động cực đại TMD Về mặt gia tốc: Qua bảng gia tốc đỉnh, ta thấy kết cấu gắn TMD gia tốc đỉnh nhịp lớn nhiều so với gia tốc đỉnh nhịp biên gia tốc đỉnh lớn gia tốc điểm nhịp – điều khẳng định vấn đề nêu điểm giảm chấn cho điểm nhịp quan trọng hàng đầu Kết gia tốc đỉnh điểm nhịp tổng hợp bảng 4.25 Qua bảng Trang 117 Luận văn thạc só Học viên: Cao Văn Vui này, ta thấy TMD, gia tốc đỉnh điểm nhịp lớn: 4.46m/s2 Khi có gắn TMD 0.25% gia tốc đỉnh giảm nhiều (khoảng 43%), gia tốc đỉnh 2.5m/s2 Khi tăng số TMD tăng đến tỷ số khối lượng đến 5% gia tốc đỉnh lại tăng lên đến 3.13m/s2 Tuy nhiên, trường hợp vận tốc gió lớn nên gia tốc yếu tố định Bảng 4.61 Hiệu giảm gia tốc đỉnh trường hợp TMD khaùc TMD TMD TMD TMD nhịp nhịp nhịp nhịp Hiệu Hiệu Hiệu Hiệu Hiệu a a a a a μ (%) quaû quaû quaû quaû quaû (m/s2) (m/s2) (m/s2) (m/s2) (m/s2) (%) (%) (%) (%) (%) 4.46 4.46 4.46 4.46 4.46 1TMD 0.25 2.54 43.0 2.55 42.9 2.50 43.9 2.51 43.8 2.48 44.3 0.50 2.61 41.5 2.62 41.3 2.57 42.4 2.58 42.2 2.56 42.7 0.75 2.66 40.4 2.67 40.1 2.62 41.2 2.64 40.9 2.62 41.3 2.71 39.3 2.72 39.0 2.67 40.1 2.69 39.8 2.67 40.2 2.84 36.3 2.86 35.8 2.82 36.9 2.84 36.4 2.82 36.8 2.96 33.7 2.99 33.0 2.94 34.2 2.96 33.6 2.95 34.0 3.05 31.7 3.08 30.9 3.03 32.1 3.06 31.3 3.04 31.8 3.13 29.9 3.17 29.0 3.12 30.2 3.15 29.3 3.13 29.9 Xét mặt tắt dần dao động: Qua đồ thị chuyển vị kết cấu theo thời gian ta thấy tăng tỷ số khối lượng TMD dao động dập tắt nhanh sau lực tác dụng Trang 118 Luận văn thạc só Học viên: Cao Văn Vui CHƯƠNG KẾT LUẬN Từ phân tích nhận xét trình bày chương trước, số kết luận rút sau: 1) Trong cầu dây văng, chiều dài nhịp thường lớn Khi kết cấu chịu tác động tải trọng gió, biên độ chuyển vị theo phương đứng nhịp lớn nhiều so với biên độ chuyển vị nhịp biên Biên độ chuyển vị lớn toàn kết cấu biên độ chuyển vị điểm nhịp Mặt khác, xét mặt gia tốc: gia tốc đỉnh nhịp lớn nhiều so với gia tốc đỉnh nhịp biên gia tốc đỉnh lớn gia tốc điểm nhịp Vậy, giảm chấn cho cầu dây văng có nhịp lớn biên độ chuyển vị gia tốc đỉnh điểm nhịp cần phải trọng hàng đầu Vấn đề lần khẳng định điểm nhịp giảm chấn điểm khác toàn kết cấu giảm chấn “ăn theo” tốt 2) Về số lượng TMD cách bố trí TMD: Nhìn chung, tăng số lượng TMD hiệu giảm chấn tăng không đáng kể Mặt khác, lại gây tốn gây ảnh hưởng bất lợi cho kết cấu Do vậy, trường hợp bố trí TMD nhịp tỏ hữu hiệu nhiều mặt Trong trường hợp kết cấu không cho phép gắn TMD (vì lý thể tích vật liệu chế tạo khối lượng TMD lớn, yêu cầu mỹ quan công trình, v.v.) gắn nhiều TMD nhỏ nên bố trí TMD nhịp gần điểm nhịp giảm chấn tốt 3) Về tỷ số khối lượng TMD: Việc lựa chọn tỷ số khối lượng TMD tùy vào trường hợp cụ thể phải dựa sở: Biên độ chuyển vị TMD phải phù hợp với vị trí kết gắn TMD; hiệu giảm biên độ chuyển vị, gia tốc đỉnh đến mức độ cần thiết để công trình sử dụng bình thường, không gây cho người sử dụng cảm giác khó chịu, bất an Xét mặt tắt dần dao động TMD có tỷ số khối lượng lớn làm dao động tắt nhanh sau lực tác dụng, vấn đề thứ yếu 4) Tốc độ gió bất lợi cho kết cấu không tốc độ gió cao mà thường tốc độ gió thấp – gây lực kích động có tần số tần số dao động kết cấu Khi tượng cộng hưởng xảy ra, gây nguy hiểm cho kết cấu Điều hoàn toàn phù hợp với kiện cầu Tacoma Narrows sụp đổ tác dụng gió với vận tốc 19m/s TMD làm việc hiệu điều kiện cộng hưởng (giảm từ 70-90% biên độ chuyển vị gia tốc đỉnh) Vì vậy, giải pháp TMD cho cầu dây văng chịu tải trọng gió lại có ý nghóa to lớn Hướng phát triển đề tài: - Phân tích ảnh hưởng giảm chấn có xét dao động xoắn dao động ngang - nh hưởng giảm chấn TMD cho cầu dây văng chịu tải trọng động đất - Thiết bị giảm chấn điện tử; giảm chấn gắn vào hệ thống cáp Trang 119 Luận văn thạc só Học viên: Cao Văn Vui PHỤ LỤC Trong phân tích số chương 4, tác giả sử dụng phần mềm phần tích kết cấu SAP2000 Version 7.42 – phần mềm phân tích, tính toán kết cấu có độ tin cậy cao Vấn đề kiểm tra qua ví dụ sau: Xét hệ bậc tự hình vẽ: m c p(t) k Hình 6.1 Hệ bậc tự Các đặc trưng sau: - Khối lượng: m (kgf s2/m) - Độ cứng: k (kgf/m) - Tỷ số cản ξ - Lực kích động: p( t )= po sin( ω t ) (kgf) tác dụng thời gian to (s) Ta coù: ω= k rad / s m (6.2a) ω (Hz); 2π ω β= ω f= (6.1) (6.2b) (s) (6.2c) (6.2d) f c = 2ξωm (kgfs/m) (6.2e) Theo lời giải trình bày mục 2.4.1, phương trình chuyển động hệ là: v(t)=vp(t)+vh(t) (6.3) Với: v p ( t )= ρ.sin( ω.t − θ ) (6.4) T= vh ( t )= e −ξωt [ A.sin( ω D t )+ B cos( ω D t )] po 2 k ( 1−β ) +( 2ξβ )2 2ξβ tgθ = →θ 1−β Trong đó: ρ = ω D = ω 1− ξ A, B xác định từ điều kiện ban đầu Chọn điều kiện ban đầu laø: v(0)=0 vaø v&( ) = Thay (6.4) (6.5) vào (6.3) ta được: v( t ) = e − ξωt [ A.sin( ω D t )+ B cos( ω D t )]+ρ.sin(ω t −θ) v&( t ) = −ξωe − ξωt [ A.sin( ω D t )+ B cos( ω D t )]+ +e − ξωt [ Aω D cos( ω D t )− Bω D sin( ω D t )]+ρ.ω.cos(ω t −θ) (6.5) (6.6) (6.7) (6.8) (6.9) (6.10) p dụng điều kiện ban đầu, giải được: Phụ lục Trang 120 Luận văn thạc só Học viên: Cao Văn Vui (6.11) B = −ρ.sin( −θ )= ρ.sinθ ξωB − ρ ωcosθ A= ωD (6.12) Vaäy, với 0s ≤ t ≤ tos, phản ứng hệ xác định sau: + Phương trình chuyển động: phương trình (6.9) + Vận tốc chuyển động: phương trình (6.10) + Gia tốc chuyển động: lấy đạo hàm phương trình (6.10): v&&( t )=( ξω )2 e − ξωt [ A.sin( ω D t )+ B cos( ω D t )]− 2ξω.e − ξωt [ Aω D cos( ω D t )− Bω D sin( ω D t )] [ ] + e − ξωt − Aω2D sin( ω D t )− Bω2D cos( ω D t ) − ρ.ω sin(ω t − θ) (6.13) Với A B xác định theo (6.11) (6.12) Sau thời điểm to, lực tác dụng Khi đó, hệ dao động tự Phương trình chuyển động là: v'( t )= e − ξω( t −to ) [ A'.sin( ω D ( t − t o ))+ B'.cos( ω D ( t − t o ))] (6.14) Và vận tốc chuyển động: v&'( t )= −ξωe − ξω( t −to ) [ A'.sin( ω D ( t − t o ))+ B'.cos( ω D ( t − t o ))]+ + e − ξω( t −to ) [ A' ω D cos( ω D ( t − t o ))− B' ω D sin( ω D ( t − t o ))] với t > to (6.15) Với A’, B’ xác định từ điều kiện chuyển vị vận tốc thời điểm t=to: v'( t o )= B' = v( t o ) v&'( t o )= −ξωB' + A' ω D = v&( t o ) Giaûi được: B' = v( t o ) v&( t )+ ξω.v( t o ) A' = o ωD (6.16) (6.17) Vậy, với t ≥ to, phản ứng hệ xác định sau: + Phương trình chuyển động: phương trình (6.14) + Vận tốc chuyển động: phương trình (6.15) + Gia tốc chuyển động: lấy đạo hàm phương trình (6.15): v&&( t )=( ξω )2 e − ξω( t −to ) [A'.sin( ω D ( t − t o ))+ B'.cos( ω D ( t − t o ))] − 2ξω.e −ξω( t −to ) [A' ω D cos( ω D ( t − t o ))− B' ω D sin( ω D ( t − t o ))]+ [ ] + e − ξω( t −to ) − A' ω2D sin( ω D ( t − t o ))− B' ω2D cos( ω D ( t − t o )) (6.18) Với A’ B’ xác định theo (6.16) (6.17) Phân tích với đặc trưng hệ sau: - Khối lượng: m=1000 (kgf s2/m) - Độ cứng: k=39478,42 (kgf/m) - Tỷ số cản ξ=0,02 Lực kích động: p( t )= po sin( ω t )=1000.sin( ω t ) (kgf) tác dụng thời gian to=15(s) Xét trường hợp lực kích động ứng với tỷ số tần số: β=0,5; 1,5 Các kết nghiệm từ phân tích phần mềm SAP2000 (với bước thời gian Δt=0,01÷0,1s) nghiệm giải tích (thực Microsoft Excel) trường hợp trình bày riêng lẽ sau thể hệ trục để đối chiếu Phụ lục Trang 121 Luận văn thạc só Học viên: Cao Văn Vui sau: Trường hợp β=0,5: Min: -0,0408; Max: 0,0423 0.06 Chuyển vị (m) 0.04 0.02 0.00 -0.02 12 15 18 21 24 27 30 thời gian (s) -0.04 -0.06 Hình 6.2 Chuyển vị hệ Min: -0,1994; Max: 0,1149 0.15 Vận tốc (m/s) 0.10 0.05 0.00 -0.05 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 -0.10 Thời gian (s) -0.15 -0.20 -0.25 Hình 6.3 Vận tốc hệ Min: -0,8525; Max: 0,8052 1.00 0.80 Gia tốc (m/s2) 0.60 0.40 0.20 0.00 -0.20 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 -0.40 Thời gian (s) -0.60 -0.80 -1.00 Hình 6.4 Gia tốc hệ Phụ lục Trang 122 Luận văn thạc só Học viên: Cao Văn Vui 0.05 0.04 0.03 Chuyển vị (m) 0.02 0.01 0.00 -0.01 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Thời gian (s) -0.02 -0.03 giai tich SAP -0.04 -0.05 Hình 6.5 Chuyển vị theo SAP2000 giải tích hệ trục 0.15 0.10 Vận tốc (m/s) 0.05 0.00 -0.05 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Thời gian (s) -0.10 -0.15 giải tích SAP -0.20 -0.25 Hình 6.6 Vận tốc theo SAP2000 giải tích hệ trục 1.00 0.80 Gia tốc (m/s2) 0.60 0.40 0.20 0.00 -0.20 -0.40 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Thời gian (s) -0.60 -0.80 -1.00 giải tích SAP Hình 6.7 Gia tốc theo SAP2000 giải tích hệ trục Phụ lục Trang 123 Luận văn thạc só Học viên: Cao Văn Vui Trường hợp β=1: Min: -0,5372; Max: 0,5309 0.6 0.4 Chuyển vị (m) 0.2 0 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 -0.2 Thời gian (s) -0.4 -0.6 Hình 6.8 Chuyển vị hệ Min: -3,3432; Max: 3,3020 4.0 3.0 Vận tốc (m/s) 2.0 1.0 0.0 -1.0 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Thời gian (s) -2.0 -3.0 Hình 6.9 Vận tốc hệ Min: -20,9570; Max: 21,2032 25.0 20.0 Gia toác (m/s2) 15.0 10.0 5.0 0.0 -5.0 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 -10.0 Thời gian (s) -15.0 -20.0 -25.0 Hình 6.10 Gia tốc hệ Phụ lục Trang 124 Luận văn thạc só Học viên: Cao Văn Vui 0.60 Chuyển vị (m) 0.40 0.20 0.00 -0.20 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Thời gian (s) giải tích SAP -0.40 -0.60 Hình 6.11 Chuyển vị theo SAP2000 giải tích hệ trục 4.00 3.00 Vận tốc (m/s) 2.00 1.00 0.00 -1.00 Thời gian (s) 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 -2.00 -3.00 giải tích SAP -4.00 Hình 6.12 Vận tốc theo SAP2000 giải tích hệ trục 30.00 Gia tốc (m/s2) 20.00 10.00 0.00 -10.00 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Thời gian(s) 30 -20.00 -30.00 giải tích SAP Hình 6.13 Gia tốc theo SAP2000 giải tích hệ trục Phụ lục Trang 125 Luận văn thạc só Học viên: Cao Văn Vui Trường hợp β=1,5: Min: -0,0441; Max: 0,0453 0.06 Chuyển vị (m) 0.04 0.02 0.00 -0.02 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 thời gian (s) -0.04 -0.06 Hình 6.14 Chuyển vị hệ Min: -0,3585l; Max: 0,2985 0.40 0.30 Vận tốc (m/s) 0.20 0.10 0.00 -0.10 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 -0.20 Thời gian (s) -0.30 -0.40 Hình 6.15 Vận tốc hệ Min: -2.745; Max: 2.7325 4.00 3.00 Gia toác (m/s) 2.00 1.00 0.00 -1.00 -2.00 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Thời gian (s) -3.00 -4.00 Hình 6.16 Gia tốc hệ Phụ lục Trang 126 Luận văn thạc só Học viên: Cao Văn Vui 0.05 0.04 0.03 Chuyển vị (m) 0.02 0.01 0.00 -0.01 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Thời gian (s) -0.02 -0.03 -0.04 giải tích -0.05 SAP Hình 6.17 Chuyển vị theo SAP2000 giải tích hệ trục 0.40 0.30 Vận tốc (m/s) 0.20 0.10 0.00 -0.10 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Thời gian (s) -0.20 giải tích SAP -0.30 -0.40 Hình 6.18 Vận tốc theo SAP2000 giải tích hệ trục 4.00 3.00 Gia tốc (m/s2) 2.00 1.00 0.00 -1.00 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Thời gian (s) -2.00 -3.00 -4.00 giải tích SAP Hình 6.19 Gia tốc theo SAP2000 giải tích hệ trục Phụ lục Trang 127 Luận văn thạc só Học viên: Cao Văn Vui Bảng so sánh phản ứng cực đại kết cấu Trường hợp Phản ứng Nghiệm giải tích SAP2000 Sai số (%) chuyển vị (m) 0.0423 0.0419 0.9 β=0,5 vận tốc (m/s) 0.1994 0.1980 0.7 β=1 β=1,5 gia tốc (m/s2) 0.8525 0.8393 1.5 chuyển vị (m) vận tốc (m/s) 0.5372 3.3432 0.5328 3.2881 0.8 1.6 gia tốc (m/s2) 21.2032 21.0311 0.8 chuyển vị (m) vận tốc (m/s) 0.0453 0.3585 0.0454 0.3585 0.2 0.0 gia toác (m/s2) 2.7450 2.7392 0.2 Kết luận: Từ phân tích cho thấy kết phân tích SAP2000 có độ xác cao Phụ lục Trang 128 Luận văn thạc só Học viên: Cao Văn Vui TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Chu Ngọc Sủng Về phát triển cầu dây văng Việt Nam Tạp chí cầu đường Việt Nam Soá – 2004 Trang 9-19 [2] M S Troitsky, DSc Cable-stayed bridges BSP Professional Books, 1988 [3] Reneù Walther, Bernare Houriet, Walmar Isler, Pierre Moia Cable-stayed bridges Thomas Telford Ltd 1988 [4] Lê Đình Tâm, Phạm Văn Hòa Cầu dây văng NXB Khoa học kỹ thuật 2000 [5] Nguyễn Viết Trung, Hoàng Hà Thiết kế cầu treo dây võng NXB xây dựng 2004 [6] Wai-Fah Chen Lian Duan Bridge engineering handbook [7] Nguyễn Hữu Anh Tuấn Khảo sát giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ cản điều chỉnh khối lượng TMD Luận án cao học Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh 2002 [8] Ngô Ngọc Cường Nghiên cứu giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ cản điều chỉnh cột chất lỏng TLCD Luận án cao học Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh 2003 [9] Bùi Công Hoàn Khảo sát tác dụng kháng chấn hệ cản chất lỏng nhớt Luận án cao học Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh 2003 [10] Y Fujino, T.T Soong, B.F Spencer Jr Basic concepts and Applications 1996 [11] And K Chopra Application of non-linear multiple tuned mass dampers to suppress man-induced vibrations of pedestrian bridge Earthquake engineering & structural dynamics John Wiley and Sons 2003, Ltd 2003 7:1117-1131 [12] Đinh Quốc Kim Dao động cáp dây văng Tạp chí cầu đường Việt Nam Số – 2003 Trang 37-43 [13] S S Rao Mechanical vibrations Addison-Wesley Publishing Company 1990 [14] Thomson W T Theory of vibration with applications Prentice-Hall 1988 [15] Phạm Đình Ba Bài tập động lực học công trình NXB Xây dựng 2003 [16] Ray W Clough, Joseph Penzien Dynamics of Structures McGraw-Hill 1993 [17] Đỗ Kiến Quốc Bài giảng môn học động lực học kết cấu Đại học Bách Khoa [18] Den Hartog JP Mechanical Vibrations McGraw Hill New York, 1956; 93-106 [19] Nguyễn Văn Khang Dao động kỹ thuật NXB Khoa học kỹ thuật 2004 [20] S S Rao The finite element method in engineering Pergamon press [21] Chu Quốc Thắng Phương pháp phần tử hữu hạn NXB Khoa học kỹ thuật 1997 [22] Nguyễn Như Khải, Lê Đình Tâm Thiết kế cầu kim loại (tập I, II) NXB Đại học trung học chuyên nghiệp 1986 [23] Lều Thọ Trình Cách tính hệ treo theo sơ đồ biến dạng NXB Khoa học kỹ thuật 1985 Trang 129 Luận văn thạc só Học viên: Cao Văn Vui [24] Nguyễn Viết Trung, Hoàng Hà, Nguyễn Ngọc Long Cầu bê tông cốt thép NXB Giao thông vận tải 2000 [25] Bộ Giao Thông Vận Tải Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN-272-01 NXB Giao thông vận tải 2001 [26] Đinh Mạnh Đức Thí nghiệm hầm gió cầu dây văng Rạch Miễu Tạp chí cầu đường Việt Nam Số – 2004 Trang 27-35 [27] Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Hữu Hưng Phân tích kết cấu cầu cong cầu dây văng SAP2000 NXB Giao thông vận tải 2003 [28] SAP2000 Non Linear Version 7.42 Berkeley, California, USA Trang 130 TÓM TẮT LÝ LỊCH HỌC VIÊN Họ tên : CAO VĂN VUI Sinh ngày : 01-6-1977 Nơi sinh : Quảng Ngãi Địa liên lạc : 43/44, khu phố 6, đường Kha Vạn Cân, phường Hiệp Bình Chánh, quận Thủ Đức, Tp HCM Điện thoại liên lạc : 0918.187628 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1995 - 2000: Sinh viên Trường Đại Học Bách Khoa – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 2003 - 2005: Học viên cao học Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC 2000 - 2003: Công tác Công ty Tư vấn Thiết kế GTVT phía Nam (TEDI SOUTH) Đ/c: 92 Nam Kỳ Khởi Nghóa, Q1, TPHCM 2003 - 2005: Công tác trường Cao đẳng GTVT III Đ/c: 569, Kinh Dương Vương, F12, Q6, TPHCM ... BỊ TMD ĐỐI VỚI CẦU DÂY VĂNG CHỊU TẢI TRỌNG GIÓ II Nhiệm vụ nội dung luận án: Nhiệm vụ: Xét ảnh hưởng giảm chấn thiết bị TMD (Tuned-Mass Damper) cầu dây văng chịu tải trọng gió Nội dung luận án:... số kết luận ảnh hưởng giảm chấn TMD cầu dây văng chịu tải trọng gió Trang Luận văn thạc só Học viên: Cao Văn Vui CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ TMD, MÔ HÌNH HÓA CẦU 2.1 Điều khiển bị động giảm chấn Phản... Độ giảm chấn hệ tăng lên cách sử dụng thiết bị giảm chấn hoạt động lượng dao động kết cấu mà không dùng thêm nguồn lượng khác - thiết bị giảm chấn hoạt động theo chế giảm chấn bị động TMD thiết