Trong luận văn học viên đã vận dụng phương pháp lý thuyết kết hợp ứng dụng chương trình KC05 để phân tích và khảo sát ảnh hưởng của một số tham số trong mô hình tương tác động lực giữa Cầu vòm ống thép nhồi bê tông và tải trọng xe di động Kết quả phân tích các thông số dao động của cầu tìm ra được hệ số động lực của chuyển vị mômen lực cắt lực dọc cho thấy tải trọng di động có ảnh hưởng lớn đến dao động của cầu Trong phạm vi khảo sát tương ứng với tốc độ khai thác v 1 20 m s hay v 3 6÷72 km h thì hệ số động lực lớn nhất 1 max của chuyển vị đứng là 1 55 chuyển vị ngang là 1 59 chuyển vị xoay là 1 79 mômen là 1 59 lực cắt là 1 63 lực dọc là 1 6 Trong phạm vi khảo sát tương ứng với tốc độ khai thác v 1 50 m s hay v 3 6÷180 km h thì hệ số động lực lớn nhất 1 max của chuyển vị đứng là 2 04 chuyển vị ngang là 2 24 chuyển vị xoay là 2 24 mômen là 2 04 lực cắt là 2 23 lực dọc là 2 26 Kết quả nghiên cứu này có thể cung cấp một số thông tin cần thiết hỗ trợ cho công tác tính toán thiết kế công trình cầu an toàn và phù hợp với nhu cầu khai thác thực tế
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - TRẦN KHÔI NGUYÊN PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐỘNG LỰC TRONG CẦU VÕM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG DƢỚI 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 Đà Nẵng - 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - TRẦN KHƠI NGUN PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐỘNG LỰC TRONG CẦU VÕM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG DƢỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG DI ĐỘNG Chun ngành : Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình giao thông Mã số : 60.58.02.05 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN XUÂN TOẢN Đà Nẵng - 2017 i LỜI CẢM ƠN Lần đầu tiên, cho phép em đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Cô giáo trƣờng Đại học Bách Khoa Đà Nẵng nói chung Thầy Cơ Khoa Xây dựng Cầu Đƣờng, mơn Cầu Hầm nói riêng Cảm ơn Thầy Cơ tận tình dạy dỗ bảo chúng em suốt năm học vừa qua “Khơng có thành cơng mà khơng gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp ngƣời khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập giảng đƣờng đại học đến nay, em nhận đƣợc nhiều quan tâm, giúp đỡ q Thầy Cơ” Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin bày tỏ ngƣỡng mộ kính trọng đến Thầy giáo hƣớng dẫn PGS.TS Nguyễn Xuân Toản – ngƣời định hƣớng, giúp đỡ tận tình chúng em suốt thời gian hồn thành khóa luận tốt nghiệp Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo hƣớng dẫn PGS.TS Nguyễn Xuân Toản tận tâm hƣớng dẫn chúng em qua buổi học lớp nhƣ buổi nói chuyện, thảo luận đề tài nghiên cứu khoa học mà em thực Bƣớc đầu vào nghiên cứu thực tế, tìm hiểu chuyên sâu đề tài nghiên cứu Do kiến thức em hạn chế, nhiều bỡ ngỡ nhiều nguyên nhân khác nên không tránh khỏi thiếu sót Em mong đóng góp ý kiến q Thầy Cơ để đề tài đƣợc hồn thiện để chúng em vững vàng tiếp xúc với công việc sau Lời cuối cùng, Em xin kính chúc q Thầy Cơ ln mạnh khỏe, niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau Đà nẵng, ngày tháng năm 2017 Học viên thực Trần Khôi Nguyên ii LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc tác giả công bố công trình nghiên cứu khoa học khác Đà Nẵng, Ngày tháng năm 2017 Học viên Trần Khơi Ngun iii TĨM TẮT LUẬN VĂN PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐỘNG LỰC TRONG CẦU VÕM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG DƢỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG DI ĐỘNG Học viên: Trần Khôi Nguyên Chuyên ngành: Kỹ thuật XDCT giao thông Mã số: 60.58.02.05 Khóa: K31 Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt - Trong luận văn học viên vận dụng phƣơng pháp lý thuyết kết hợp ứng dụng chƣơng trình KC05 để phân tích khảo sát ảnh hƣởng số tham số mơ hình tƣơng tác động lực Cầu vòm ống thép nhồi bê tông tải trọng xe di động Kết phân tích thơng số dao động cầu tìm đƣợc hệ số động lực chuyển vị, mômen, lực cắt, lực dọc cho thấy tải trọng di động có ảnh hƣởng lớn đến dao động cầu Trong phạm vi khảo sát tƣơng ứng với tốc độ khai thác v 20(m/s) hay v= 3.6÷72(km/h) hệ số động lực lớn (1+ max của: chuyển vị đứng 1.55, chuyển vị ngang 1.59, chuyển vị xoay 1.79, mômen 1.59, lực cắt 1.63, lực dọc 1.6; Trong phạm vi khảo sát tƣơng ứng với tốc độ khai thác v 50 (m/s hay v 3.6÷180 (km/h hệ số động lực lớn (1+ max chuyển vị đứng 2.04, chuyển vị ngang 2.24, chuyển vị xoay 2.24, mômen 2.04, lực cắt 2.23, lực dọc 2.26 Kết nghiên cứu cung cấp số thông tin cần thiết hỗ trợ cho cơng tác tính tốn thiết kế cơng trình cầu an toàn phù hợp với nhu cầu khai thác thực tế Từ khóa - Hệ số động lực chuyển vị, momen, lực cắt, lực dọc, KC05, tải trọng di động ANALYZE THE DYNAMIC COEFFICIENT OF STEEL PIPE DOME BRIDGE CONNECTED BY CONCRETE UNDER THE EFFECT OF MOBILE LOAD Student: Tran Khoi Nguyen Major: Civil engineering works ID: 60.58.02.05 Course:K31 University of Technology - Da Nang University Abstract - In this thesis student applied the theoretical method that conbined KC05 program in order to analyze and measure the effect of some parameters in the dynamic model between concrete filled tubula steel arch bridge and load mobile car The analysis results of the vibration parameters are shown dynamic coefficient of displacement, moment (torque), shearing force, axial force that has much influence on bridge vibration - In the survey area according to to the exploitation speed v = 20 (m / s) or v = 3.6 ÷ 72 (km / h), the maximum dynamic coefficient (1+ ), max of the vertical displacement is 1.55, horizontal displacement is 1.59, rotational displacement is 1.79, torque is 1.59, shearing force is 1.63, axial force is 1.6; In the survey area in line with the exploitation speed v =1 50 (m/s) or v= 3.6÷180 (km/h), the maximum dynamic coefficient (1+ ), max of vertical displacement is 2.04, horizontal displacement is 2.24, rotational displacement is 2.24, torque is 2.04, shearing force is 2.23, axial force is 2.26 - The study results can provide several necessary features to assist for design calculation of bridge more safety and in accordance with actual exploitation needs Keywords - Dynamic coefficient of displacement, moment (torque), shearing force, axial force, live load, KC05 iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .i LỜI CAM ĐOAN ii TÓM TẮT LUẬN VĂN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ vii MỞ ĐẦU Chƣơng – TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA CẦU DẦM VÀ CẦU VÕM DƢỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG DI ĐỘNG 1.1 Nghiên cứu dao động kết cấu cầu dƣới tác dụng tải trọng di động theo hƣớng lý thuyết 1.2 Nghiên cứu dao động kết cấu cầu dƣới tác dụng tải trọng di động theo hƣớng thực nghiệm 14 1.3 Phƣơng pháp xác định hệ số động lực tiêu chuẩn thiết kế cầu số quốc gia 15 1.4 Kết luận Chƣơng 17 Chƣơng – CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐỘNG LỰC TRONG TÍNH TỐN CẦU VÕM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG DƢỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG DI ĐỘNG 18 2.1 Mở đầu 18 2.2 Dao động phần tử dầm dƣới tác dụng tải trọng di động mơ hình khối lƣợng 18 2.2.1 Mơ hình tính tốn 18 2.2.2 Phƣơng trình dao động tải trọng di động 19 2.2.3 Phƣơng trình dao động uốn dao động dọc phần tử dầm chịu tải trọng di động 21 2.2.4 Áp dụng phƣơng pháp galerkin rời rạc hóa phƣơng trình dao động uốn dao động dọc phần tử dầm theo không gian 21 2.3 Phƣơng trình dao động phần tử 25 2.4 Phƣơng trình vi phân dao động uốn toàn hệ thống 26 2.5 Hệ số động lực nội lực chuyển vị cầu vòm ống thép nhồi bê tong dƣới tác dụng tải trọng di động 27 2.6 Kết luận Chƣơng 27 Chƣơng - ỨNG DỤNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TỐN, PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐỘNG LỰC TRONG CẦU VÕM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG DƢỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG DI ĐỘNG 28 v 3.1 Giới thiệu cầu Đồng điền thuộc huyện Nhà Bè – Tp Hồ Chí Minh 28 3.1.1 Vị trí xây dựng quy mơ cơng trình 28 3.1.2 Bố trí chung mặt cắt ngang nhịp vịm 29 3.2 Đặc trƣng hình học thơng số nhịp vịm ống thép nhồi bêtơng 30 3.2.1 Đặc trƣng hình học 30 3.2.1.1 Vòm ống thép nhồi bê tong 30 3.2.1.2 Thanh treo 31 3.2.1.3 Dầm dọc 31 3.2.1.4 Trọng lƣợng riêng lớp BMC 32 3.2.1.5 Trọng lƣợng riêng dầm dọc chữ T 32 3.2.1.6 Trọng lƣợng riêng lan can, lề hành 32 3.2.1.7 Trọng lƣợng thân dầm ngang 33 3.2.1.8 Lực tập trung nút 33 3.2.1.9 Tọa độ trọng tâm treo 33 3.2.2 Các thông số khác 33 3.3 Ứng dụng chƣơng trình KC05 vào phân tích dao động xác định hệ số động lực nhịp vòm cầu Đồng Điền dƣới tác dụng tải trọng di động 34 3.3.1 Phân tích dao động cầu vòm ống thép dƣới tác dụng tải trọng xe di động 34 3.3.1.1 Khi xe qua cầu với vận tốc 5m/s theo kết phân tích từ chƣơng trình KC05 35 3.3.1.2 Khi xe qua cầu với vận tốc 10m/s theo kết phân tích từ chƣơng trình KC05 36 3.3.1.3 Khi xe qua cầu với vận tốc 20m/s theo kết phân tích từ chƣơng trình KC05 37 3.3.2 Kết phân tích xác định hệ số động lực chuyển vị nhịp vòm cầu Đồng Điền dƣới tác dụng tải trọng xe Howo tƣơng ứng với tốc độ khác đƣợc thể nhƣ sau: 38 3.3.3 Kết phân tích xác định hệ số động lực mômen, lực cắt, lực dọc nhịp vòm cầu Đồng Điền tác dụng tải trọng xe Howo tƣơng ứng với tốc độ khác đƣợc thể hiện: 44 3.4 Kết luận chƣơng 51 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO x vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng 1.1 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Tên bảng Trang Hệ số động lực tiêu chuẩn thiết kế cầu số quốc gia Các hệ số động lực chuyển vị ngang xe chạy với tốc độ thay đổi Các hệ số động lực chuyển vị thẳng xe chạy với tốc độ thay đổi Các hệ số động lực chuyển vị xoay xe chạy với tốc độ thay đổi Các hệ số động lực lực dọc xe chạy với tốc độ thay đổi Các hệ số động lực lực cắt xe chạy với tốc độ thay đổi Các hệ số động lực momen xe chạy với tốc độ thay đổi 16 38 42 42 45 47 49 vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ Số hiệu hình 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 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 3.13 3.14 Tên hình ảnh, sơ đồ Cầu Ơng Lớn (Quận – TPHCM Cầu Đồng Điền (huyện Nhà Bè – TPHCM Cầu Rạch Chiếc (Quận 9) – TPHCM Cầu Đông Trù (QL5 – Hà Nội Cầu vƣợt Nguyễn Bĩnh Khiêm (QL5 – H ải Phòng Cầu Rồng – TP Đà Nẵng Cầu LUPU – Trung Quốc Tải trọng không khối lƣợng di động dầm không khối lƣợng Tải trọng có khối lƣợng di động dầm khơng khối lƣợng Tải trọng không khối lƣợng di động dầm có khối lƣợng Tải trọng có khối lƣợng di động dầm có khối lƣợng Tải trọng hai khối lƣợng di động dầm có khối lƣợng phân bố Tải trọng khối lƣợng di động mặt cầu khơng phẳng Mơ hình phần tử dầm dƣới tác dụng đoàn tải trọng di động Biểu đồ xác định hệ số động lực theo tần số dao động riêng Mơ hình tƣơng tác phần tử dầm tải trọng di động Cấu trúc tải trọng di động thứ i Sơ đồ kết cấu nhịp vòm Bản đồ vị trí cầu Đồng Điền Bố trí chung nhịp vòm Mặt cắt ngang nhịp nhịp vòm Tiết diện vòm thép Tiết diện treo Tiết diện dầm Sơ đồ tính dầm dọc chữ T 1/2 Mặt cắt bố trí chung nhịp vòm Biểu đồ chuyển vị động Ux nút số Biểu đồ chuyển vị động Uz nút số Biểu đồ chuyển vị động Uy nút số 18 Biểu đồ chuyển vị động Uy nút số Biểu đồ chuyển vị động Ux nút số Biểu đồ chuyển vị động Uz nút số 20 Trang 4 5 6 11 12 13 14 17 19 20 27 28 29 29 30 31 31 32 33 35 35 35 35 36 36 viii 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 3.31 3.32 3.33 3.34 3.35 3.36 3.37 3.38 Biểu đồ chuyển vị động Ux nút số Biểu đồ chuyển vị động Uy nút số 19 Biểu đồ chuyển vị động Uz nút số 18 Biểu đồ thể hệ động lực chuyển vị ngang Ux (từ nút đến nút Biểu đồ hệ số động lực chuyển vị ngang Ux (từ nút đến nút 14 Biểu đồ hệ số động lực chuyển vị ngang Ux (từ nút 16 đến nút 21 Biểu đồ hệ số động lực chuyển vị ngang Ux (từ nút 23 đến nút 28 Biểu đồ hệ số động lực chuyển vị thẳng đứng Uy (từ nút đến nút Biểu đồ hệ số động lực chuyển vị thẳng đứng Uy (từ nút đến nút 14 Biểu đồ hệ số động lực chuyển vị thẳng đứng Uy (từ nút 16 đến nút 21 Biểu đồ hệ số động lực chuyển vị thẳng đứng Uy (từ nút 23 đến nút 28 Biểu đồ hệ số động lực chuyển vị xoay Uz (từ nút đến nút Biểu đồ hệ số động lực chuyển vị xoay Uz (từ nút đến nút 14 Biểu đồ hệ số động lực chuyển vị xoay Uz (từ nút 16 đến nút 21 Biểu đồ hệ số động lực chuyển vị xoay Uz (từ nút 23 đến nút 28 Biểu đồ hệ số động lực lƣc dọc Nx1 (từ phần tử đến phần tử Biểu đồ hệ số động lực lƣc dọc Nx1 (từ phần tử 16 đến phần tử 21 Biểu đồ hệ số động lực lƣc dọc Nx1 (từ phần tử 29 đến phần tử 34 Biểu đồ hệ số động lực lƣc cắt Qy1 (từ phần tử đến phần tử Biểu đồ hệ số động lực lƣc cắt Qy1 (từ phần tử 16 đến phần tử 21 Biểu đồ hệ số động lực lƣc cắt Qy1 (từ phần tử 29 đến phần tử 34 Biểu đồ hệ số động lực momen Mz1 (từ phần tử đến phần tử Biểu đồ hệ số động lực momen Mz1 (từ phần tử 16 đến phần tử 21 Biểu đồ hệ số động lực momen Mz1 (từ phần tử 29 đến phần tử 34 37 37 37 39 39 39 39 41 41 41 42 43 43 43 44 46 46 46 48 48 48 50 50 50 43 Hình 3.26 Biểu đồ hệ số động lực chuyển vị xoay Uz (từ nút đến nút 7) Hình 3.27 Biểu đồ hệ số động lực chuyển vị xoay Uz (từ nút đến nút 14) Hình 3.28 Biểu đồ hệ số động lực chuyển vị xoay Uz (từ nút 16 đến nút 21) 44 Hình 3.29 Biểu đồ hệ số động lực chuyển vị xoay Uz (từ nút 23 đến nút 28) * Nhận xét - Trên biểu đồ từ Hình 3.9 đến Hình 3.17 thể biến đổi chuyển vị tĩnh chuyển vị động, ta thấy chuyển vị động có xu hƣớng biến động xung quanh chuyển vị tĩnh tải trọng di động khỏi cầu, dao động có xu hƣớng tắt dần hội tụ chuyển vị tĩnh - Hệ số động lực chuyển vị vị trí khác theo phƣơng khác có kết khác tốc độ tải trọng di động thay đổi Trong phạm vi khảo sát phân tích, tốc độ tải trọng di động tăng, hệ số động lực củng tăng theo; hệ số động lớn phổ biến khoảng vận tốc xe chạy v=45÷50m/s (v=162÷180 km/h) Đối với giá trị chuyển vị ngang đạt cực trị (1+ )max 2,24 vận tốc V 50(m/s , chuyển vị đứng đạt cực trị (1+M max 2,09 vận tốc V 50 (m/s , chuyển vị xoay đạt cực trị (1+ max 2,24 vận tốc V 50 (m/s ; sau có xu hƣớng giảm tốc độ tải trọng di động tiếp tục tăng - Xét đến vận tốc khai thác cho phép vkt 22m/s (80km/h hệ số động lớn 1,79 Hệ số động lớn hệ số động dùng thiết kế 43% - Trên thực tế xe ô tô chạy với vận tốc cao cao, thƣờng từ 90km/h đến 130km/h (ứng với từ 25 đến 35m/s , theo khảo sát hệ số động đạt tới 2.04 3.3.3 Kết phân tích xác định hệ số động lực mơmen, lực cắt, lực dọc nhịp vòm cầu Đồng Điền tác dụng tải trọng xe Howo tương ứng với tốc độ khác thể hiện: - Hệ số động lực lực dọc Nx1 45 Bảng 3.4 Các hệ số động lực lực dọc xe chạy với tốc độ thay đ i PHẦN SỐ TỬ THANH 16 17 18 19 20 21 29 30 31 32 33 34 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 3-17 4-18 5-19 6-20 7-21 8-22 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.03 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 10 Vận tốc xe chạy cầu (m/s 15 20 25 30 35 PHẦN TỬ DẦM 1.44 1.54 1.51 1.42 1.52 1.48 1.40 1.50 1.45 1.37 1.46 1.40 1.34 1.42 1.34 1.30 1.36 1.29 40 45 50 1.04 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.32 1.31 1.29 1.27 1.25 1.22 1.79 1.76 1.73 1.68 1.63 1.56 1.97 1.95 1.92 1.88 1.83 1.78 2.13 2.11 2.08 2.04 2.00 1.94 2.23 2.21 2.18 2.14 2.09 2.03 2.26 2.24 2.21 2.16 2.11 2.04 1.29 1.08 1.01 1.02 1.03 1.02 PHẦN TỬ THANH TREO 1.60 1.54 1.54 1.11 0.99 1.42 1.52 1.44 1.65 1.07 1.33 1.10 1.35 1.34 1.65 1.25 1.34 1.36 1.34 1.23 1.23 1.21 1.04 1.47 0.95 1.24 1.30 1.42 1.14 1.40 1.31 0.60 1.35 1.67 1.16 0.70 1.54 0.83 0.88 1.56 1.63 1.17 1.65 1.16 0.58 1.18 1.64 1.58 1.67 1.68 0.81 0.83 1.36 1.61 1.02 1.02 1.02 1.01 1.02 1.02 PHẦN TỬ VÒM 1.32 1.39 1.37 1.28 1.40 1.38 1.29 1.33 1.35 1.29 1.24 1.29 1.27 1.23 1.26 1.25 1.24 1.28 1.50 1.50 1.45 1.34 1.26 1.33 1.52 1.52 1.50 1.45 1.39 1.41 1.53 1.51 1.50 1.49 1.47 1.48 1.52 1.50 1.48 1.50 1.52 1.53 1.19 1.20 1.21 1.20 1.18 1.17 1.46 1.44 1.30 1.30 1.31 1.30 46 Hình 3.30 Biểu đồ hệ số động lực lưc dọc Nx1 (từ phần tử đến phần tử 7) Hình 3.31 Biểu đồ hệ số động lực lưc dọc Nx1 (từ phần tử 16 đến phần tử 21) Hình 3.32 Biểu đồ hệ số động lực lưc dọc Nx1 (từ phần tử 29 đến phần tử 34) * Nhận xét Trong phạm vi khảo sát phân tích, hệ số động lực lực dọc: đạt cực trị (1+ )max 47 Hệ số (1+ )max V= 1(m/s) - 22(m/s) V= 45(m/s) - 50(m/s) Phần tử 2-7 1.54 2.26 Phần tử 16-21 1.60 1.68 Phần tử 29-34 1.40 1.53 - Hệ số động lực lực cắt Qy1 Bảng 3.5 Các hệ số động lực lực cắt xe chạy với tốc độ thay đ i PHẦN SỐ TỬ THANH 16 17 18 19 20 21 29 30 31 32 33 34 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 3-17 4-18 5-19 6-20 7-21 8-22 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 1.11 1.02 1.00 1.00 1.00 1.00 1.08 1.03 1.01 1.00 1.00 1.00 1.12 1.17 1.36 1.24 1.06 1.04 10 Vận tốc xe chạy cầu (m/s 15 20 25 30 35 PHẦN TỬ DẦM 1.29 0.53 0.87 0.67 1.52 1.26 1.49 0.69 1.19 1.04 1.44 1.20 0.95 0.75 1.15 1.24 1.13 1.42 40 45 50 1.04 1.10 1.08 1.02 0.95 0.98 0.95 0.77 0.86 1.02 1.23 1.29 1.44 0.41 1.13 1.53 0.74 0.81 1.61 0.78 0.62 1.42 1.42 0.68 1.60 1.16 0.51 0.86 1.54 1.33 1.49 1.43 0.66 0.49 1.05 1.49 1.37 1.53 0.96 0.58 0.61 1.13 1.49 1.38 1.27 1.12 1.05 1.02 PHẦN TỬ THANH TREO 1.51 1.63 1.18 1.24 1.48 1.58 1.59 1.53 1.22 1.39 1.43 1.46 1.63 1.49 1.40 1.26 1.35 1.59 1.58 1.40 1.15 1.30 1.54 1.56 1.46 1.14 1.33 1.57 1.58 1.49 1.61 1.60 1.69 1.75 1.93 2.08 1.48 1.48 1.62 1.81 2.02 2.23 1.38 1.45 1.43 1.49 1.71 1.95 1.55 1.41 1.46 1.52 1.74 1.95 1.24 1.24 1.35 1.23 1.40 1.16 PHẦN TỬ VÒM 1.43 1.45 0.95 1.31 1.25 1.49 1.41 1.31 1.44 1.42 1.57 1.21 1.54 1.69 1.70 1.44 1.48 1.75 1.11 1.58 1.67 1.55 1.30 1.80 1.24 1.55 1.91 1.80 1.48 1.55 1.31 1.48 1.90 1.96 1.66 1.45 1.12 1.17 1.36 1.24 1.06 1.04 1.26 1.33 1.32 1.35 1.46 1.28 0.91 1.53 1.46 1.36 1.40 1.90 48 Hình 3.33 Biểu đồ hệ số động lực lưc cắt Qy1 (từ phần tử đến phần tử 7) Hình 3.34 Biểu đồ hệ số động lực lưc cắt Qy1 (từ phần tử 16 đến phần tử 21) Hình 3.35 Biểu đồ hệ số động lực lưc cắt Qy1 (từ phần tử 29 đến phần tử 34) * Nhận xét Trong phạm vi khảo sát phân tích, hệ số động lực lực cắt: đạt cực trị (1+ )max 49 Hệ số (1+ )max V= 1(m/s) - 22(m/s) V= 45(m/s) - 50(m/s) Phần tử 2-7 1.52 1.61 Phần tử 16-21 1.63 2.23 Phần tử 29-34 1.54 1.96 - Hệ số động lực moment Mz1 Bảng 3.6 Các hệ số động lực momen xe chạy với tốc độ thay đ i PHẦN SỐ TỬ THANH 16 17 18 19 20 21 29 30 31 32 33 34 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 3-17 4-18 5-19 6-20 7-21 8-22 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 1.12 1.02 1.00 1.00 1.00 1.00 1.08 1.03 1.01 1.00 1.00 1.00 1.09 1.02 1.01 1.00 1.00 1.00 10 Vận tốc xe chạy cầu (m/s 15 20 25 30 35 PHẦN TỬ DẦM 1.10 0.91 1.35 1.45 1.19 1.01 1.30 1.44 1.38 1.00 1.16 1.42 1.17 1.10 1.21 1.10 0.85 1.31 40 45 50 1.49 1.33 1.05 1.02 1.03 1.03 1.42 1.38 1.30 1.19 1.11 1.22 1.46 0.99 0.84 1.47 1.26 1.00 1.46 1.26 1.07 1.20 1.61 1.20 1.37 1.40 1.08 1.12 1.55 1.65 1.22 1.40 1.28 1.03 1.35 1.69 1.09 1.37 1.38 1.18 1.20 1.55 1.49 1.38 1.26 1.13 1.05 1.02 PHẦN TỬ THANH TREO 1.48 1.51 1.17 1.24 1.46 1.58 1.59 1.52 1.19 1.38 1.42 1.45 1.55 1.48 1.38 1.26 1.35 1.59 1.58 1.40 1.15 1.30 1.54 1.57 1.48 1.14 1.34 1.57 1.58 1.50 1.59 1.58 1.67 1.79 1.93 2.08 1.47 1.46 1.61 1.80 2.02 2.24 1.37 1.45 1.43 1.48 1.71 1.95 1.53 1.41 1.47 1.51 1.74 1.45 1.52 1.35 1.13 1.00 1.03 1.03 PHẦN TỬ VÒM 1.56 1.15 1.24 1.56 1.52 1.29 1.32 1.57 1.54 1.18 1.32 1.49 1.06 1.21 1.34 1.24 1.01 1.27 1.45 1.29 1.33 1.34 1.56 1.38 1.40 1.38 1.35 1.47 1.57 1.65 1.30 1.40 1.35 1.29 1.51 1.73 1.17 1.36 1.41 1.35 1.47 1.68 1.48 1.56 1.30 1.14 1.05 1.24 1.41 1.12 1.07 1.45 1.42 1.16 50 Hình 3.36 Biểu đồ hệ số động lực momen Mz1 (từ phần tử đến phần tử 7) Hình 3.37 Biểu đồ hệ số động lực momen Mz1 (từ phần tử 16 đến phần tử 21) Hình 3.38 Biểu đồ hệ số động lực momen Mz1 (từ phần tử 29 đến phần tử 34) 51 * Nhận xét Trong phạm vi khảo sát phân tích, hệ số động lực moment: đạt cực trị (1+ )max Phần tử 2-7 Phần tử 16-21 Phần tử 29-34 Hệ số (1+ )max V= 1(m/s) - 22(m/s) V= 45(m/s) - 50(m/s) 1.49 1.69 1.59 2.04 1.57 1.73 3.4 Kết luận chƣơng Qua biểu đồ khảo sát biến thiên hệ số động lực theo tốc độ tải trọng di động, ta thấy: Hệ số động lực chuyển vị, mô men, lực cắt, lực dọc vị trí khác theo phƣơng khác có kết khác tốc độ tải trọng di động thay đổi Trong phạm vi khảo sát tƣơng ứng với tốc độ khai thác v 20 (m/s) hay v= 3.6÷72(km/h): - Hệ số động lực lớn chuyển vị đứng (1+ )max = 1.55 - Hệ số động lực lớn chuyển vị ngang (1+ )max = 1.59 - Hệ số động lực lớn chuyển vị xoay (1+ )max = 1.79 - Hệ số động lực lớn mômen (1+ )max = 1.59 - Hệ số động lực lớn lực cắt (1+ )max = 1.63 - Hệ số động lực lớn lực dọc (1+ )max = 1.60 Trong phạm vi khảo sát rộng tƣơng ứng với tốc độ v 50 (m/s) hay v= 3.6÷180(km/h): - Hệ số động lực lớn chuyển vị đứng (1+ )max = 2.04 - Hệ số động lực lớn chuyển vị ngang (1+ )max =2.24 - Hệ số động lực lớn chuyển vị xoay (1+ )max = 2.24 - Hệ số động lực lớn mô men (1+ )max = 2.04 - Hệ số động lực lớn lực cắt (1+ )max = 2.23 - Hệ số động lực lớn lực dọc (1+ )max = 2.26 Khi tốc độ tải trọng di động giảm dần đến 0, hệ số động lực giảm dần hội tụ đến 1, kết phân tích động tiệm cận với kết phân tích tĩnh Điều cho thấy kết phân tích phù hợp với lý thuyết tính tốn 52 KẾT LUẬN Qua kết nghiên cứu luận văn, tác giả xin tóm tắt kết đạt đƣợc luận văn nhƣ sau: - Tổng hợp sở lý thuyết để phân tích xác định hệ số động lực tính tốn cầu vịm ống thép nhồi bê tơng dƣới tác dụng tải trọng di động - Sử dụng phƣơng pháp PTHH để phân tích xác định hệ số động lực cầu vịm ống thép nhồi bê tơng dƣới tác dụng tải trọng di động - Luận văn giới thiệu số kết phân tích hệ số động lực chuyển vị, góc xoay, lực cắt mô men uốn cầu Đồng Điền dƣới tác dụng xe Howo có trục di chuyển cầu với tốc độ khác - Kết nghiên cứu cầu Đồng Điền cho thấy hệ số động lực chuyển vị, lực cắt mô men uốn có khác biệt đáng kể, phạm vi khảo sát vận tốc xe chạy cho phép từ 1÷20 m/s, hệ số động lực lớn đƣợc tìm thấy lớn đáng kể so với giá trị sử dụng qui trình hành - Kết phân tích cho thấy tốc độ xe chạy có ảnh hƣởng lớn đến dao động cầu vịm ơng thép nhồi bêtông - Khi tốc độ tải trọng di động giảm dần đến 0, hệ số động lực giảm dần hội tụ đến 1, kết phân tích động tiệm cận với kết phân tích tĩnh Điều cho thấy kết phân tích phù hợp với lý thuyết tính tốn - Việc nghiên cứu xác định hệ số động lực CVOT dƣới tác dụng tải trọng xe di động lý thuyết thực nghiệm nói chung phức tạp Đặc biệt nghiên cứu thực nghiệm tốn nghiên cứu đầy đủ tham số nhƣ mong đợi Nếu ứng dụng KC05 để phân tích máy tính cho kết nhanh hơn, nhiều phƣơng án tham số đƣợc xem xét với chi phí thấp - Kết nghiên cứu góp phần làm rõ cung cấp thêm thông tin cho kỹ sƣ thiết kế loại cầu để đảm bảo an toàn phù hợp với yêu cầu khai thác thực tế x TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] Chu Thanh Bình, Lê Ngọc Thạch (2006 "Nguyên cứu số vấn đề dao động uốn dầm theo quan điểm ngẫu nhiên" TTCT Hội nghị Khoa học Toàn Quốc Cơ học vật rắn biến dạng lần thứ 8, NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Hà Nội, tr 14-22 Đỗ Anh Cƣờng, Tạ Hữu Vinh (2004 "Tƣơng tác kết cấu hệ tải trọng xe di động" TTCT Hội nghị Khoa học Toàn Quốc Cơ học vật rắn biến dạng lần thứ 7, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, tr 92-101 Nguyễn Xuân Toản (2006 "Dao động uốn phần tử dầm dƣới tác dụng tải trọng di động - mơ hình khối lƣợng" Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại Học Đà Nẵng, số 2(14 , tr 14-19 Tạ Hữu Vinh (2005 Nghiên cứu dao động kết cấu hệ chịu tải trọng di động phƣơng pháp số Luận án TS Kỹ thuật, Hà Nội Dietz Stefan, Hippmann Gerhard, Schupp Gunter (2002) "Interaction of Vehicles and Flexible Tracks by Co-Simulation of Multibody Vehicle Systems and Finite Element Track Models" Vehicle System Dynamics, Supplement, Vol 37, p372, 13p Fryba, L (1973) Vibration of solids and structure under moving loads, Noordhoff International Publ., Prague He Xia, Yanmei Cao, Nan Zhang, Jingjian Qu (2002) "Vibration Effects of LightRail Train-Viaduct System on Surrounding Environment" International Journal of Structural Stability & Dynamics, Vol Issue 2, p227,14p Jeefcot, H H (1929 “On the vibration of beam under the action of moving loads.” Philosophical Magazine, 7(48 , pp.66-97 Ray W Clough and Joseph Penzien (1993) Dynamics of structures.McGrawHill,Inc Singapore Yang Yeong-Bin, Yau Jong-Dar (1997) "Vehicle-bridge interaction element for dynamic analysis" Journal of Structural Engineering, Vol 123 Issue 11, p1512, 7p Zeng Huan, Bert Charles W (2003) "Dynamic Amplification of Bridge/ Vehicle Interaction: A Parametric Study for a Skewed Bridge" International Journal of Structural Stability & Dynamics, Vol Issue 1, p71, 20p Willis, R (1849 “The effect produced by causing weights to travel over elastic bars.” Report of the commissioners appointed to inquire into the application of iron to railway structures, Appendix B, Stationery office, London, England Stokes, G (1896 “Discussion of a differential equation relating to a breaking of railway bridges.” Transactions of the Cambridge Philosophical Society, 8, pp.707 xi [14] Timoshenko, S P (1922 “On the forced vibration of bridges.” Philosophical Magazine, 6(43), pp.1018-1019 [15] Nguyễn Văn Khang (1998 Dao động kỹ thuật NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] Hoàng Hà (1999 Nghiên cứu dao động uốn kết cấu nhịp cầu dây văng đƣờng ô tô chịu tác dụng hoạt tải khai thác Luận án TS Kỹ thuật, Hà Nội Đỗ Xuân Thọ (1996 Tính tốn dao động uốn dầm liên tục chịu tác dụng vật thể di động Luận án TS Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Xuân Toản, Phan Kỳ Phùng (2006 "Dao động uốn phần tử dầm phân tích dao động cầu dây văng dƣới tác dụng tải trọng di động- mơ hình hai khối lƣợng" Tạp chí Giao thơng Vận tải, số 1+2, tr 105-107 Nguyễn Xuân Toản (2006 "Dao động uốn phần tử dầm dƣới tác dụng tải trọng di động - mơ hình khối lƣợng" Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại Học Đà Nẵng, số 2(14 , tr 14-19 Japan Road Association’s Specifications (1996 , Part 1: Common specifications for highway bridges, Japan Road Association, Japan Jalili N, Esmailzadeh E (2002) "Dynamic interaction of vehicles moving on uniform bridges" Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part K Journal of Multi-body Dynamics, Vol 216 Issue 4, p343-350 Yang Yeong-Bin, Lin Bing-Houng (1995) "Vehicle-Bridge Interaction Analysis by Dynamic Condensation Method" Journal of Structural Engineering, Vol 121 Issue 11, p1636, 8p Zeng Huan, Bert Charles W (2003) "Dynamic Amplification of Bridge/ Vehicle Interaction: A Parametric Study for a Skewed Bridge" International Journal of Structural Stability & Dynamics, Vol Issue 1, p71, 20p Paultre, P., Chaallal, O., Proulx, J (1992 , “Bridge dynamics and Dynamic Amplification Factors - a Review of Analytical and Experimental Findings”, Canadian J of Civil Eng., 19(2), p 260-278 Proulx, J., Paultre, P (1991 , “Dynamic testing of a composite arch bridge”, Proceedings of Annual Conference of the Canadian Society for Civil Engineering, Vancouver, 2, p 62-71 Green, M F., Cebon, D (1994 , “Dynamic responses of highway bridges to heavy vehicle loads: Theory and experimental validation”, Journal of Sound and Vibration, 170(1), p.51-78 Green, M F., Cebon, D (1992 , “Dynamic tests on two highway bridges”, Heavy Vehicles and Roads: Technology, Safety and Policy, Thomas Telford, London, p.138-145 xii [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] Nowak, A., Kim, S (1997 , “Load Distribution and Impact Factors for I-Girder Bridges”, Journal of Bridge Engineering, 2(3 , p 97-104 Nguyễn Xuân Toản, Trần Văn Đức (2013 , “Tƣơng tác động lực xe ba trục cầu dầm liên tục có xét đến lực hãm xe, Tuyển tập cơng trình khoa học Hội nghị học toàn quốc lần thứ 9, Hà Nội, tr 628-638 Nguyễn Xuân Toản, Trần Đức Long, Trần Văn Đức (2011 , “Ảnh hƣởng tốc độ khối lƣợng xe di động đến dao động cầu dầm liên tục nhiều nhịp”, Tạp chí giao thông vận tải, số 8, tr 23-25 Nguyễn Xuân Toản, Trần Đức Long, Trần Văn Đức (2011 , “Ảnh hƣởng độ cứng chiều dài kết cấu nhịp đến dao động cầu dầm liên tục nhiều nhịp dƣới tác dụng tải trọng di động”, Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Đại Học Đà Nẵng, số 4, tr 243-249 Zhisong Zhao, Nasim Uddin (2013 , “Field calibrated simulation model to perform bridge safety analyses against emergency braking of trucks”, Engineering Structures, 56, p 2253-2262 Jung, H., Kim, G , Park, Ch (2013 , “Impact Factors of Bridges based on Natural Frequency for Various Superstructure Types”, KSCE Journal of Civil Engineering, 17(2), p 458-464 AASHTO (1996), Standard Specifications for Highway Bridges, 16th Ed., American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington BS5400 (1978), Concrete and composite bridge part 2: Specification for loads British Standards Institution, London, United Kingdom Kishan H., Trail-Nash, R.W (1977), A modal method for calculation of highway bridge response with vehicle braking, Civil engineering Transactions, Institution of Engineers, Australia, 19(1), p.44-50 Tiêu chuẩn kỹ thuật cơng trình Giao Thơng (2005 , Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05, NXB Giao Thông Vận Tải, Hà Nội Nguyễn Quốc Bảo, Trần Nhất Dũng (2003 Phƣơng pháp phần tử hữu hạn lý thuyết lập trình NXB Khoa học kỹ thuật, Tập & 2, Hà Nội Nguyễn Mạnh Yên (1996 Phƣơng pháp số học kết cấu NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Reddy J.N (1991) An Introduction to the Finite Element Method McGrawHill,Inc Singapore Smith I M., Griffith D V (1988) Programming the finite element method Jonh Wiley & Sons, Singapore Zhai W.M., Cai C.B., Wang K.Y (2004) "Numerical simulation and field experiment of high-speed train-track-bridqe system dynamics" Vehicle System xiii Dynamics, Supplement, Vol 41, p677-686 [43] [44] [45] Zhai W.M., Cai C.B., Wang Q.C., Lu Z.W., Wu X.S (2001) "Dynamic effects of vehicles on tracks in the case of raising train speeds" Journal of Rail & Rapid Transit, Vol 215 Issue 2, p125-135 Zienkiewicz O.C., Taylor R.L (1989) The Finite Element Method McGrawHill,Inc, Vol 1&2, New York Green Mark F., Cebon David, Cole David J (1995) "Effects of Vehicle Suspension Design on Dynamics of Highway Bridges" Journal of Structural Engineering, Vol 121 Issue 2, p272, 11p ... hình tƣơng tác động lực học CVOT tải trọng di động 2.5 Hệ số động lực nội lực chuyển vị cầu vòm ống thép nhồi bê tong dƣới tác dụng tải trọng di động Hệ số động lực 1+IM đƣợc xác định theo công... dầm cầu vòm dƣới tác dụng tải trọng di động Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết phân tích xác định hệ số động lực tính tốn cầu vịm ống thép nhồi bê tơng dƣới tác dụng tải trọng di động Chƣơng 3: Ứng dụng. .. ứng dụng vào phân tích dao động xác định hệ số động lực nhịp vòm cầu Đồng Điền dƣới tác dụng tải trọng di động mơ hình hai khối lƣợng 3.3.1 Phân tích dao động cầu vịm ống thép tác dụng tải trọng