Báo cáo nghiên cứu khoa học: "NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ VẼ ĐƯỜNG ẢNH HƯỞNG NỘI LỰC TRONG CẦU CONG TẠI CÁC NÚT GIAO THÔNG KHÁC MỨC TRONG ĐÔ THỊ"

Cầu cong đang được sử dụng ngày càng rộng rãi tại các nút giao thông khác mức trong đô thị hiện nay, tuy nhiên việc nghiên cứu lý thuyết và tính toán nội lực trong cầu cong vẫn còn nhiều hạn chế. Bài báo này giới thiệu lý thuyết tính toán, chương trình tính toán nội lực và vẽ đường ảnh hưởng trong cầu cong, ti trọng được xét trong cả hai trường hợp đặt đúng tâm và lệch tâm trên mặt cắt ngang của cầu. ...

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN VÀ VẼ ĐƯỜNG ẢNH HƯỞNG NỘI LỰC TRONG CẦU CONG TẠI CÁC NÚT GIAO THÔNG KHÁC MỨC TRONG ĐÔ THỊ RESEARCHING AND CACULATING THE INTERNAL FORCE TO DRAW THE INFLUENCE LINE OF CURVE BRIDGE OF INTERCHANGE IN CITY TRẦN THANH BÌNH Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Cầu cong sử dụng ngày rộng rãi nút giao thông khác mức đô thị nay, nhiên việc nghiên cứu lý thuyết tính tốn nội lực cầu cong nhiều hạn chế Bài báo giới thiệu lý thuyết tính tốn, chương trình tính toán nội lực vẽ đường ảnh hưởng cầu cong, ti trọng xét hai trường hợp đặt tâm lệch tâm mặt cắt ngang cầu ABSTRACT The curve bridge is more popular at traffic ảinterchanges in city nowadays, however researching and calculating internal forces of curve bridge have many disadvantages This article introduces the curve bridge theory and program of calculating internal forces to draw the influence lines of internal forces, in both cases of centre loading and eccentric loading ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nút giao thông mức thành phố lớn nước không đáp ứng đủ nhu cầu lưu lượng xe ngày tăng, tình hình phát triển kinh tế - xã hội vùng nước nói chung khu vực miền Trung nói riêng, nút giao thơng khác mức giải pháp hiệu để giải tình trạng q tải nút giao thị Trong nút giao thông khác mức ấy, cầu cong nghiên cứu áp dụng điều kiện Việt Nam Vì việc nghiên cứu tính tốn vẽ đường ảnh hưởng nội lực cầu cong yêu cầu cần thiết NỘI DUNG TÍNH TỐN 2.1 Giả thuyết tính tốn - Tính tốn nội lực cầu cong dựa sở tính tốn nội lực cong; - Tính tốn áp dụng nguyên lý cộng tác dụng; - Đối tượng nghiên cứu cong phẳng 2.2 Tính tốn dầm cong có dạng cong Để đơn giản, đa số trường hợp người ta chia dầm thành phần có độ cong khơng đổi đặc trưng hình học khơng đổi tính tốn với sơ đồ dầm liên tục; Khảo sát đoạn dầm cong liên tục có bán kính cong khơng đổi R, chiều dài đoạn cong l Giả thiết liên kết gối ngăn cản xoắn tiết diện có liên kết Tải trọng đứng P mômen xoắn T đặt toạ dộ S với sơ đồ sau: m-2 m-1 lS Y T2 T1 R P T W l R4 R3 = l3 m Rs -1 Rs l Z S-1 V R1 R2 X R2 R1 S ll SC l l2 Hình Sơ đồ tính góc xoay Hình Sơ đồ tính dầm nhiều nhịp Góc xoay  2 mặt cắt đầu đoạn lực P mơmen xoắn T gây tính theo công thức: [3]  l  l  s    l s cos  sin cos    l  s R   0,5 T R  P.R R  R    0,5 R1 R  T1 R 1   l l   R  R sin l    sin sin     R R R     ls l   sin cos    l 2 R  0,5 T R  R R 1  R (1)   R1 R  P.R 1 l l  G.I t  R  sin sin   R  R  1  E J       l  s   ls sin cos  l  s R  R    0,5 T R  P.R   l  R  sin l sin  R R    2   E.J   l   cos    R   0,5 T R  P.R 0,5 R2 R  T2 R 1   R sin l       R    sin  2  R R  P R  G.I t  sin   s R  0,5 T R  R R 2 l R  s s   sin cos    s R R   0,5 T R  P.R    sin l R sin l    R R   Trong : + E, G: mơđun đàn hồi trượt;     sin   sin   s s  cos   s R R  l R l  sin   R R   l   cos   R 1  l  R sin l     R  (2) + I, It: mômen quán tính uốn xoắn; + R1, R2, T1, T2: phản lực mômen xoắn đầu đoạn; + S: tọa độ tính theo trục cong từ mặt cắt đến điểm đặt lực P = 1; + Sc: khoảng cách tính theo trục cong từ đầu đoạn thứ i đến mặt cắt tính nội lực Nếu đầu đoạn có đặt mơmen uốn Mn (tại mặt cắt 1), ứng lực gối: [3] l      cos  1  Mn 1 R   ; M  Mn.   ; M T1  Mn. RT1   RT2   T2 l  l  sin l  l sin l      R R R  R Góc xoay mặt cắt đó: [3]  l  l l  l   cos  cos    R   R R R    T1  0,5.Mn.R       l   E I  sin l sin l  G.I t  sin l sin l   R R R R R     l  l    cos  cos     l R     l R    T2  0,5.Mn.R   l l l l l R G.I t  R  E.I  sin sin  sin sin    R R R R   R (3) (4) (5) - Nếu cho tiết diện chuyển vị thẳng lên trục  (khơng có xoắn) ứng lực gối .G.I1 xác định theo cơng thức sau: [3] R1   R  (6a) l R .G.I (6b) T1  T  l R  G.I1 - Nếu chuyển vị xoắn góc  thì: R1   R  (7a) l R  G.I1 (7b) T1  T  l R Các công thức từ (1) đến (7b) cho ta kết tính dầm cong liên tục dựa sở phương pháp hỗn hợp kết cấu với ẩn số là: - Mômen uốn tiết diện gối Xi; - Góc xoay tiết diện gối Yi có liên kết chống xoắn; - Chuyển vị thẳng đứng tiết diện gối Zi Từ ta có hệ phương trình: (8), [3]  11 X    1m1 X ( m1)  r11.Y1   r1( m1) Y( m1)  t11.Z1   t1( m1) Z ( m1)  1 p     ( m1)1 X    ( m1) m1 X ( m1)  r( m1) Y1   r( m1)( m1) Y( m1)  t ( m1)1.Z1     t ( m1)( m1) Z ( m1)   mp    t11 X   t1m1 X ( m1)  k11.Y1   k1( m1) Y( m1)  p11 Z1   p1( m1) Z ( m1)  R1 p     t ( m1)1 X   t ( m1) m1 X ( m1)  k ( m1) Y1   k ( m1)( m1) Y( m1)  p ( m1)1 Z1   (8)  p Z  Rmp   ( m1)( m1) ( m1)   r11 X   r1m1 X ( m1)  f11.Y1   f1( m1) Y( m1)  k11.Z   k1( m1) Z ( m1)  T1 p    r( m1)1 X   r( m1) m1 X ( m1)  f ( m1) Y1   f ( m1)( m1) Y( m1)  k ( m1)1.Z     k ( m1)( m1) Z ( m1)  Tmp  Tất hệ số thoả mãn điều kiện ij = ji, hệ số xác định cách đặt Mn = 1,  = 1,  = hệ bản:  ii   T1 ( i1)   T1 ( i ) ;  i ( i 1)   T2 (i ) ;  (i 1)i  T2 (i 1) ; 1 1  ; t i ( i 1)   ; t (i 1)i   ; li  li li li (i 1) (i) (i) (i 1) rii   M Ti  M Ti ; ri ( i 1)  M T2 ; r( i 1) i   M T2 ; t ii  p ii   R 1 k ii   R1 f ii  T1 ( i 1) ( i 1) i 1 (i ) (i )  R1 ; p i (i 1)   R ; p(i 1)i  R (i ) i   R1 ; k ii 1   R ; ki 1i   R i  i   T1 ; f i i 1  T ; f i 1i  T ( i 1) i 1 i 1 (9) ; ; ; Hoàn tồn tương tự xác định số hạng tải trọng hệ phương trình - Nếu ngoại lực P T đặt đoạn thứ i viết: i i i i i i  ip  1 ;  i 1 p   ; Rip   R1 ; Ri1 p   R2 ; Tip  T1 ; Ti 1 p  T2 ; Các số hạng lại hệ (10) - Nếu tiết diện đầu đoạn chia dầm tính tốn khơng trùng với gối ẩn số Zi = 0; - Trường hợp đầu đoạn dầm khơng có liên kết chống xoắn Yi = Như vậy, giả thuyết phương pháp cho phép tính dầm cong liên tục có đặc trưng hình học, bán kính cong liên kết gối Sau xác định ẩn số, tìm lực ngang Q, mơ men uốn Mv, mô men Tkp tiết diện theo công thức sau: [3] Q  R1  P Mv  R1 R sin Sc S S S S S S  T1 sin c  X cos c  P.R sin  c   T sin  c   R R R  R   R R S  Tkp  R1 R.1  cos c R  (11) S S  S  S  S S   T1 cos c  X cos c  P.R.1  cos C    T cos C   R R   R R   R R  Trong đó: SC : khoảng cách tính theo trục cong từ đầu đoạn thứ i đến mặt cắt cần tính nội lực Trong cơng thức (5-30); ứng lực gối xác định sau: X i 1  X i Yi  Yi 1 (Z i  Z i 1 ).G.It    (1   ).P l l.R l R l      cos  1  (Y  Y ).GI ( Z  Z ).G.It R   X   t i 1   i i1 T1  X 1.  i  i 1 l l.R  sin l   l sin       R R R   l  S  l S  sin  sin     R  R    T   P.R 1     l  l  sin sin   R  R R1  (12) Trong đó: -  = S/l; đặc trưng It, l, R lấy cho đoạn dầm tính tốn thứ i; - Nếu SC < S công thức lấy P= 0; T= 0; - Nếu đoạn dầm tính tốn khơng có tải trọng hai công thức P= T= 0; Các công thức cho phép xác định nội lực mặt cắt dầm cong có tác dụng ngoại lực đoạn có tiết diện tính tốn đoạn khác; Các trị số Yi, Yi+1, Zi, Zi+1 góc xoắn, độ võng đầu đoạn li CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN Trong báo tác giả sử dụng ngơn ngữ lập trình Visual Basic 6.0 để xây dựng chương trình tính tốn vẽ đường ảnh hưởng nội lực cầu cong, kết tính tốn tung độ đường ảnh hưởng biểu diễn dạng tập tin văn DXF môi trường Autocad - Sơ đồ tính bảng điều khiển kết tính tốn chương trình BÀÕ T ÂÁƯU NHÁÛP SÄÚ LIÃÛU ÂÄÜ LÃÛCH TÁM, CHIÃƯU DI NHËP, BẠN KÊNH CONG S OAN CHIA, C TRặNG HầNH HOĩC C SặA S LIÃÛU (C/K) K TÊNH CẠC HÃÛ SÄÚ CA MA TRÁÛN [A],[B] GIAI H PHặNG TRầNH TUYN TấNH [A].[X] = [B] TÊNH ÂỈÅÌNG NH HỈÅÍNG PHN LỈÛC GÄÚI R, T TÊNH ÂỈÅÌNG NH HỈÅÍNG NÄÜI LỈÛC Q, Mv, Tk XÚT KÃÚT QU ÂỈÅÌNG NH HỈÅÍNG NÄÜI LỈÛC Q, Mv, Tk KÃÚT THỤC Hình Sơ đồ tính chương trình Hình Xuất kết sang Autocad Notepad KẾT LUẬN Kết nghiên cứu giải vấn đề sau: Tính tốn vẽ đường ảnh hưởng cầu cong nhiều nhịp, tải trọng đặt tâm lệch tâm, tiết diện ngang không thay đổi suốt chiều dài nhịp, nhịp có bán kính cong sơ đồ kết cấu kết hợp nhịp thẳng nhịp cong Chương trình dễ sử dụng, kết kết xuất sang môi trường như: Autocad, Excel, Notepad giúp giảm thời gian tính tốn vẽ đường ảnh hưởng nội lực cầu cong Hướng nghiên cứu chương trình cần xem xét đến ảnh hưởng nhiệt độ, biến dạng, chuyển vị cưỡng gối đến nội lực cầu cong; TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] GS.TS Nguyễn Như Khải, Tuyển tập cơng trình khoa học, Trường đại học xây dựng, 1995 Gibsman M.E Popov V.I, Proektirovanie transportnykh soorujenii, M.Transport, 1998 Gibsman M.E Popov V.I, Tablitxy dla rascheta proletnykh stroenii tranpertnykh soorujenii, M.Transport, 1985 ... chương trình tính tốn vẽ đường ảnh hưởng nội lực cầu cong, kết tính tốn tung độ đường ảnh hưởng biểu diễn dạng tập tin văn DXF môi trường Autocad - Sơ đồ tính bảng điều khiển kết tính tốn chương... xác định nội lực mặt cắt dầm cong có tác dụng ngoại lực đoạn có tiết diện tính tốn đoạn khác; Các trị số Yi, Yi+1, Zi, Zi+1 góc xoắn, độ võng đầu đoạn li CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN Trong báo tác giả... T1, T2: phản lực mômen xoắn đầu đoạn; + S: tọa độ tính theo trục cong từ mặt cắt đến điểm đặt lực P = 1; + Sc: khoảng cách tính theo trục cong từ đầu đoạn thứ i đến mặt cắt tính nội lực Nếu đầu