Phân tích động lực học và phân tích ổn định

1.3 Tổng quan về tính tốn, thiết kế cầu dây văng

1.3.3 Phân tích động lực học và phân tích ổn định

1.3.3.1 Phân tích động lực học

Phân tích động lực học của kết cấu cầu dây văng là bài toán phức tạp. Ứng xử

động của kết cấu nhịp cầu dây văng phụ thuộc vào nhiều yếu tố và có tính phi tuyến

cao do: đặc điểm liên kết của dây cáp văng với dầm cứng của nhịp cầu và với trụ

tháp, sơ đồ bố trí dây cáp văng và số mặt phẳng dây cáp văng, dao động uốn của các dây cáp, hiệu ứng xoắn của dầm nhịp cầu vốn có các dạng tiết diện rất đa dạng như

đã chỉ ra trong mục 1.2.

Do đó, thực tế thường áp dụng phương pháp số bằng PTHH, kết cấu phần trên của cầu được đơn giản hóa bằng mơ hình hệ thanh khơng gian ba chiều tương đương để giảm kích thước của mơ hình tính theo phần tử hữu hạn và áp dụng

phương pháp tính phân tích theo dạng dao động riêng hay phương pháp tích phân trực tiếp trong miền thời gian tùy theo bài tốn khảo sát là tuyến tính hay phi tuyến [32], [55].

Nhiều tác giả đã sử dụng các phương pháp mơ hình hóa khác nhau để mơ tả các thuộc tính mặt cắt ngang của dầm nhịp và trụ tháp nhằm tiệm cận đến ứng xử thực

tế của kết cấu, chẳng hạn như sử dụng lý thuyết thanh thành mỏng để xét đến các

ứng xử uốn, xoắn và vênh trong dầm cầu dạng hộp [55]. Ngoài ra, đã có nhiều

nghiên cứu của các tác giả khác tập trung vào phân tích động lực học của cầu [25], [34], [35], [36], [42] , [46], [55].

Do bản chất phức tạp của bài toán động lực học kết cấu cầu dây văng và sự đơn giản hóa khi phân tích trên mơ hình tốn bằng phương pháp số nên thực tế thiết kế

cầu dây văng hiện nay thường phải kết hợp với thí nghiệm trên mơ hình vật lý trong

ống khí động thơng qua đo đạc và phân tích các đặc trưng dao động của kết cấu để

hiệu chuẩn mơ hình tốn và các tham số thiết kế.

Đối với các cơng trình cầu dây văng đã thiết kế và thi công ở Việt Nam trong

thời gian qua, việc nghiên cứu thí nghiệm và tính tốn động lực học của kết cấu cầu phục vụ thiết kế đều được thực hiện ở nước ngoài với sự giúp đỡ của các chuyên gia

ngoài nước; chưa có đơn vị tư vấn hay cơ quan khoa học nào ở trong nước có đủ

khả năng giải quyết bài toán động lực học của cầu dây văng đặc biệt là bài toán ổn định khí động học.

1.3.3.2 Phân tích ổn định và ổn định khí động

Do đặc điểm của kết cấu cầu dây văng thường có độ mảnh lớn, độ mềm của

cơng trình lớn, lực căng trong dây gây ra lực dọc trong dầm và trụ tháp rất lớn nên cần phải xét đến ổn định của kết cấu trong quá trình khai thác. Nhiều tác giả đã

nghiên cứu về các hiệu ứng thứ cấp do uốn dọc (P-∆) đến chuyển vị và nội lực trong dầm và trụ tháp [55], một số tác giả sử dụng phần tử dầm Timoshenko để kể đến ảnh hưởng của biến dạng trượt do lực cắt đến trạng thái ứng suất-biến dạng trong

trụ tháp [55], [57].

Ngoài ra dưới tác động của gió cũng gây ra dao động đáng kể trong kết cấu cầu

dây văng làm ảnh hưởng đến điều kiện ổn định và khả năng khai thác của cầu dây

văng. Nhiều nghiên cứu về vấn đề dao động của cầu dưới tác động của gió và ổn định khí động của cầu dây văng đã được công bố trong tài liệu [36], [42] . Việc áp

dụng các lý thuyết flutter, mơ hình phần tử hữu hạn ba chiều, phương pháp dải hữu

hạn cong 3 chiều, lý thuyết thủy khí động lực học (computational fluid

dynamics),… đã được ứng dụng để nghiên cứu sự phân bố của áp lực khí động lên

kết cấu cầu dây văng và ổn định khí động của cầu dây văng dưới tác dụng của tải trọng gió.