Nghiên cứu xác định hệ số động lực cầu dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ i dưới tác dụng của tải trọng di động

Luận văn nghiên cứu giới thiệu một số kết quả phân tích hệ số động lực của chuyển vị thẳng đứng chuyển vi xoay mô men uốn và lực cắt trong kết cấu cầu Bồng Sơn Tỉnh Bình Định do tải trọng di động gây ra bằng phương pháp số Kết cấu nhịp cầu Bồng Sơn gồm 9 nhịp dầm Chữ I có nhịp liên tục Hoạt tải xe loại KAMAZ 55111 có 3 trục di chuyển trên cầu với các tốc độ khác nhau Kết quả nghiên cứu cho thấy tốc độ xe chạy có ảnh hưởng rất lớn đến dao động của cầu dầm liên tục tiết diện chữ I và gây ra các hệ số động lực lớn nhất khác nhau trong phạm vi khảo sát tương ứng với tốc độ khai thác v 3 6÷72 km h hệ số động lực của chuyển vị đứng 1 µ max 1 591 hệ số động lực của chuyển vị xoay 1 µ max 1 571 hệ số động lực của mô men 1 µ max 1 619 hệ số động lực của lực cắt 1 µ max 1 554 Trong phạm vi khảo sát rộng hơn tương ứng với tốc độ v 90÷180 km h hệ số động lực lớn nhất của chuyển vị đứng 1 µ max 1 908 hệ số động lực của chuyển vị xoay 1 µ max 1 974 hệ số động lực lớn nhất của mô men 1 µ max 1 809 hệ số động lực lớn nhất của lực cắt 1 µ max 1 700 Do vậy việc sử dụng chung một hệ số động lực trong các qui trình thiết kế cầu hiện nay cũng cần lưu ý thêm Kết quả nghiên cứu này là tài liệu tham khảo giúp cho các kỹ sư có thêm thông tin để phân tích thiết kế cầu an toàn và phù hợp với yêu cầu khai thác trong thực tế

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - TRẦN VĂN KHÁNH NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐỘNG LỰC CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾT DIỆN CHỮ I DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG DI ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Đà Nẵng – Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - TRẦN VĂN KHÁNH NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐỘNG LỰC CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾT DIỆN CHỮ I DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG DI ĐỘNG Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình giao thơng Mã số: 60.58.02.05 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THƠNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN XUÂN TOẢN Đà Nẵng – Năm 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực chưa tác giả công bố cơng trình nghiên cứu khoa học khác Đà Nẵng, Ngày tháng năm 2017 Tác giả Luận văn HV Trần Văn Khánh ii MỤC LỤC MỤC LỤC ii TÓM TẮT LUẬN VĂN iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC HÌNH ẢNH vi MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài .1 Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu: Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài: Bố cục luận văn .2 Chương - TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU HỆ SỐ ĐỘNG LỰC CỦA CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG DI ĐỘNG 1.1 Sơ lược cầu dầm bê tông cốt thép 1.2 Nghiên cứu dao động kết cấu cầu tác dụng tải trọng di động theo hướng lý thuyết 1.3 Nghiên cứu dao động kết cấu cầu tác dụng tải trọng di động theo hướng thực nghiệm 15 1.4 Phương pháp xác định hệ số động lực tiêu chuẩn thiết kế cầu số quốc gia 16 Chương - CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐỘNG LỰC TRONG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG DI ĐỘNG 20 2.1 Mở đầu: 20 2.2 Dao động uốn phần tử dầm tác dụng đồn tải trọng di động mơ hình hai khối lượng 21 2.2.1 Mơ hình tốn 21 2.2.2 Phương trình dao động tải trọng di động .21 2.2.3 Phương trình dao động uốn phần tử dầm chịu tải trọng di động 23 2.2.4 Áp dụng phương pháp Galerkin rời rạc hố phương trình dao động uốn phần tử dầm theo không gian 23 2.3 Phương trình vi phân dao động uốn tồn hệ thống 27 2.4 Hệ số động lực nội lực chuyển vị cầu dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ I tác dụng tải trọng xe di động 28 Chương - NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐỘNG LỰC CỦA CẦU DẦM BTCT TIẾT DIỆN CHỮ I DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG DI ĐỘNG 29 3.1 Giới thiệu cầu Bồng Sơn (tỉnh Bình Định) 29 iii 3.2 Đặc trưng hình học thơng số dầm liên tục cầu Bồng SơnTỉnh Bình Định 31 3.3 Các thông số tải trọng xe 33 3.4 Ứng dụng chương trình KC05 vào phân tích dao động xác định hệ số động lực cầu Bồng Sơn tác dụng tải trọng di động: 34 3.4.1 Hệ số động lực chuyển vị thẳng đứng tốc độ xe thay đổi kết cấu dầm cầu Bồng Sơn 34 3.4.2 Hệ số động lực chuyển vị xoay tốc độ xe thay đổi kết cấu dầm cầu Bồng Sơn 38 3.4.3 Hệ số động lực nội lực Qy tốc độ xe thay đổi kết cấu dầm cầu Bồng Sơn .42 3.4.4 Hệ số động lực nội lực Mz tốc độ xe thay đổi kết cấu dầm cầu Bồng Sơn .46 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .51 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) iv NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐỘNG LỰC CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾT DIỆN CHỮ I DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG DI ĐỘNG Học viên: Trần Văn Khánh Chun ngành: kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 60.58.02.05 Khóa:2015-2017 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Luận văn nghiên cứu giới thiệu số kết phân tích hệ số động lực chuyển vị thẳng đứng, chuyển vi xoay, mô men uốn lực cắt kết cấu cầu Bồng Sơn Tỉnh Bình Định tải trọng di động gây phương pháp số Kết cấu nhịp cầu Bồng Sơn gồm nhịp dầm Chữ I có nhịp liên tục Hoạt tải xe loại KAMAZ-55111 có trục di chuyển cầu với tốc độ khác Kết nghiên cứu cho thấy tốc độ xe chạy có ảnh hưởng lớn đến dao động cầu dầm liên tục tiết diện chữ I gây hệ số động lực lớn khác phạm vi khảo sát tương ứng với tốc độ khai thác v = 3.6÷72(km/h), hệ số động lực chuyển vị đứng (1+µ)max = 1,591, hệ số động lực chuyển vị xoay (1+µ)max = 1,571, hệ số động lực mơ men (1+µ)max = 1,619, hệ số động lực lực cắt (1+µ)max = 1,554 Trong phạm vi khảo sát rộng tương ứng với tốc độ v = 90÷180(km/h), hệ số động lực lớn chuyển vị đứng (1+µ)max = 1,908, hệ số động lực chuyển vị xoay (1+µ)max =1,974, hệ số động lực lớn mơ men (1+µ)max = 1,809, hệ số động lực lớn lực cắt (1+µ)max = 1,700 Do việc sử dụng chung hệ số động lực qui trình thiết kế cầu cần lưu ý thêm Kết nghiên cứu tài liệu tham khảo giúp cho kỹ sư có thêm thơng tin để phân tích thiết kế cầu an tồn phù hợp với yêu cầu khai thác thực tế Từ khóa - (Hệ số động lực chuyển vị; mô men uốn; lực cắt; cầu Bồng Sơn; cầu dầm chữ I; tải trọng di động, phương pháp số.) THE STUDY OF IDENTIFYING THE DYMAMIC COEFFICIENT OF REINFORCED CONCRETE BEAM BRIDGE I – GIRDER UNDER THE EFFECT OF MOBILE LOAD Abstract - The dissertation introduces some analyzing results of vertical displacement dynamic coefficient, rotational displacement, bending moment and shear force in structural part of design for Bong Son bridge in Binh Dinh province due to mobile load by numerical methods The structure of Bong Son Bridge consisting of nine spans of section I girder with continuous beams The vehicle live load of KAMAZ-55111 has three-axle moving on the bridge with different speeds The study results show that the vehicle speeds are extremely influenced to the moving of continuous beam bridge Isection and cause the highest dynamic coefficient differently within the survey area corresponding to the speed of exploitation v = 3.6ữ72(km/h), vertical displacement dynamic coefficient (1+à) max = 1,591, rotational displacement dynamic coefficient (1+µ)max = 1,571, bending moment dynamic coefficient (1+µ)max = 1,619, shear force dynamic coefficient (1+µ)max = 1,554 In the larger scope of the survey of corresponding to the speed v = 90÷180(km/h), the highest vertical displacement dynamic coefficient (1+µ)max = 1,908, rotational displacement dynamic coefficient (1+µ)max =1,974, bending moment dynamic coefficient (1+µ)max = 1,809, the highest shear force dynamic coefficient (1+µ)max = 1,700 Therefore, nowadays the use of common a dynamic coefficient in the bridge design process also needs to be noted more The study results are the references to help engineers gaining more information in analyzing the safety bridge design and to be suitable for the actual searching requirements Key words - (Displacement dynamic coefficient; bending moment; shear force; Bong Son bridge: section I girder bridge; mobile load; the numerical methods.) v DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng 1.1 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Tên bảng Trang Hệ số động lực tiêu chuẩn thiết kế cầu số quốc gia Các tốc độ xe qua cầu khai báo để phân tích Các HSĐL CVTĐ xe chạy với tốc độ thay đổi cầu Bồng Sơn Các HSĐL chuyển vị xoay xe chạy với tốc độ thay đổi cầu Bồng Sơn Các HSĐL nội lực Qy xe chạy với tốc độ thay đổi cầu Bồng Sơn Các HSĐL nội lực Mz xe chạy với tốc độ thay đổi cầu Bồng Sơn 17 34 35 39 43 47 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Số hiệu hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 Tên hình Trang Cầu Thăng Long BTCT tiết diện chữ I Các nhịp giản đơn chữ I cầu Quý Cao liên tục Kết cấu dầm chữ I - cầu An Lập Kết cấu dầm chữ I - cầu Bình Thuận Kết cấu dầm chữ I - cầu Nguyễn Tri Phương - TP Hồ Chí Minh Kết cấu dầm chữ I - cầu Sa Đét – Đồng Tháp Kết cấu chữ I - cầu Bến Tre Kết cấu dầm I - cầu Long Bình - Trà Vinh Kết cấu dầm I liên tục nhịp - cầu Hòa Xuân – Đà Nẵng Tải trọng không khối lượng di động dầm không khối lượng Tải trọng có khối lượng di động dầm không khối lượng Tải trọng không khối lượng di động dầm có khối lượng Tải trọng có khối lượng di động dầm có khối lượng Tải trọng hai khối lượng di động dầm có khối lượng phân bố Tải trọng khối lượng di động mặt cầu khơng phẳng Mơ hình phần tử dầm tác dụng đoàn tải trọng di động Biểu đồ xác định hệ số động lực theo tần số dao động riêng Mơ hình tương tác phần tử dầm tải trọng di động Cấu trúc tải trọng di động thứ i Sơ đồ rời rạc hóa kết cấu dầm liên tục theo phương pháp PTHH Bản đồ vị trí xây dựng cầu Bồng Sơn Sơ đồ liên cầu Bồng Sơn Mặt cắt ngang nhịp cầu Mặt cắt ngang trước sau trụ cầu Mặt cắt ngang dầm chủ cầu Bồng Sơn Mặt cắt ngang nhịp dầm có mặt cầu cầu Bồng Sơn Mặt cắt ngang đầu dầm có mặt cầu cầu Bồng Sơn Thơng số kích thước xe tải ben 03 trục hiệu KAMAZ-55111 Sơ đồ hệ tọa độ tính tốn cầu Bồng Sơn Biểu đồ CVTĐ nút 11 xe qua cầu với vận tốc 10m/s theo kết phân tích KC05B Biểu đồ HSĐL CVTĐ xe chạy với tốc độ thay đổi ứng với nút 2, nút nút Biểu đồ HSĐL CVTĐ xe chạy với tốc độ thay đổi ứng từ 4 5 6 8 12 13 14 15 18 21 22 27 29 29 30 30 31 31 32 33 34 35 36 36 vii Số hiệu hình 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 3.24 3.25 3.26 3.27 3.28 3.29 3.30 Tên hình với nút đến nút Biểu đồ HSĐL CVTĐ xe chạy với tốc độ thay đổi từ nút 10 đến nút 12 Biểu đồ HSĐL CVTĐ xe chạy với tốc độ thay đổi ứng với nút 14 đến nút 16 Biểu đồ HSĐL CVTĐ xe chạy với tốc độ thay đổi từ nút 18 nút 20 Biểu đồ chuyển vị xoay nút 11 xe qua cầu với vận tốc 10m/s theo kết phân tích KC05B Biểu đồ HSĐL chuyển vị xoay xe chạy với tốc độ thay đổi ứng với nút đến nút Biểu đồ HSĐL chuyển vị xoay xe chạy với tốc độ thay đổi ứng với nút đến nút Biểu đồ HSĐL chuyển vị xoay xe chạy với tốc độ thay đổi ứng với nút 10 đến nút 13 Biểu đồ HSĐL chuyển vị xoay xe chạy với tốc độ thay đổi ứng với nút 14 đến nút 17 Biểu đồ HSĐL chuyển vị xoay xe chạy với tốc độ thay đổi ứng với nút 18 đến nút 21 Biểu đồ lực cắt Qy nút xe qua cầu với vận tốc 10m/s theo kết phân tích KC05B Biểu đồ HSĐL lực cắt Qy xe chạy với tốc độ thay đổi ứng với nút đến nút Biểu đồ HSĐL lực cắt Qy xe chạy với tốc độ thay đổi ứng với nút đến nút Biểu đồ HSĐL lực cắt Qy xe chạy với tốc độ thay đổi ứng với nút 10 đến nút 13 Biểu đồ HSĐL lực cắt Qy xe chạy với tốc độ thay đổi ứng với nút 14 đến nút 17 Biểu đồ HSĐL lực cắt Qy xe chạy với tốc độ thay đổi ứng với nút 18 đến nút 21 Biểu đồ lực cắt Mz nút xe qua cầu với vận tốc 10m/s theo kết phân tích KC05B Biểu đồ HSĐL môn men Mz xe chạy với tốc độ thay đổi ứng với nút đến nút Biểu đồ HSĐL môn men Mz xe chạy với tốc độ thay đổi Trang 37 37 38 39 40 40 41 41 42 43 44 44 45 45 46 47 48 48 viii Số hiệu hình 3.31 3.32 3.33 Tên hình ứng với nút đến nút Biểu đồ HSĐL môn men Mz xe chạy với tốc độ thay đổi ứng với nút 10 đến nút 13 Biểu đồ HSĐL môn men Mz xe chạy với tốc độ thay đổi ứng với nút 14 đến nút 17 Biểu đồ HSĐL môn men Mz xe chạy với tốc độ thay đổi ứng với nút 18 đến nút 21 Trang 49 49 50 ... cầu dầm bê tông cốt thép tiết di? ??n chữ I tác dụng t? ?i trọng xe di động 28 Chương - NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐỘNG LỰC CỦA CẦU DẦM BTCT TIẾT DI? ??N CHỮ I DƯ? ?I TÁC DỤNG CỦA T? ?I TRỌNG DI ĐỘNG... thuyết xác định hệ số dộng lực tính tốn cầu dàn thép tác dụng t? ?i trọng di động t? ?i trọng di động - Chương 3: Ứng dụng phân tích xác định hệ số động lực cầu dầm bê tông cốt thép tiết di? ??n chữ I tác. .. tác dụng t? ?i trọng di động 3 Chương - TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU HỆ SỐ ĐỘNG LỰC CỦA CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP DƯ? ?I TÁC DỤNG CỦA T? ?I TRỌNG DI ĐỘNG Việc nghiên cứu dao động cuả kết cấu cầu tác dụng tải