- Tải trọng bản thân kết cấu nhịp: Trọng lượng bản thân dầm thép có diện tích
2
F=0, 00624 m ; trọng lượng các bộ phận của kết cấu nhịp là qd=100 kN/m.
- Tải trọng ngoài là các lực tập trung P1 =35 kN, P2 =145 kN, P3 =145 kNđặt cách nhau 5m và tải trọng phân bốđều 30 kN/m.
Sử dụng ảnh hưởng của vị trí tải trọng đã xây dựng trong 4.2.1 để xếp tải trọng bất lợi trong tính toán mô men và độ võng tại tiết diện L/4 bao gồm, ta có các vị trí của tải trọng ngoài P1, P2, P3 và tải trọng phân bố tác dụng lên nhịp một như sơ đồ
trong Hình 4.10. Kết quả chuyển vị và nội lực trong các bộ phận cầu dây văng được thể hiện ở Hình 4.11.
a. Biểu đồ chuyển vị (m)
b. Biểu đồ mô men trong dầm (kN.m)
c. Lực căng dây (kN) Hình 4.11 Chuyển vị và nội lực của cầu dây văng chịu tải trọng 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -10 -5 0 5 10 15 20 25 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -3 -2 -1 0 1 2 3x 10 4
Như vậy, chương trình tính có thể xác định vị trí bất lợi của tải trọng để xếp tải và xác định chuyển vị, nội lực trong cầu dây văng. Qua đây, cũng thấy rằng, với giá trị lực căng và chuyển vị tìm được, có thểđiều chỉnh lực căng dây đểđiều chỉnh độ
võng của dầm cũng như nội lực trong dầm.
4.2.3 Ảnh hưởng sơđồ dây đến nội lực và chuyển vị trong cầu dây văng
Xét bài toán cầu dây văng với cùng sơ đồ cầu và các đặc trưng hình học, vật liệu như trên mục 4.2.1 nhưng có các sơ đồ dây khác nhau: sơ đồ dây đồng quy, sơ đồ dây rẽ quạt và sơ đồ dây song song. Tải trọng tác dụng lên cầu chỉ xét do trọng lượng bản thân kết cấu nhịp, chưa kể trọng lượng bản thân dây (Hình 4.12).
Hình 4.12 Tính cầu dây văng có các sơđồ dây khác nhau a. Sơđồ dây đồng quy; b. Sơđồ dây rẽ quạt; c. Sơ đồ dây song song a. Sơđồ dây đồng quy; b. Sơđồ dây rẽ quạt; c. Sơ đồ dây song song
Kết quả về biểu đồ chuyển vị kết cấu nhịp, lực cắt và mô men trong dầm cầu dây văng có các sơđồ dây khác nhau được thể hiện như Hình 4.13 và Bảng 4.4.
Kết quả khảo sát cho thấy rằng, với cùng một sơ đồ cầu và tải trọng, chỉ khác nhau về sơ đồ dây, khi tính với trọng lượng bản thân kết cấu nhịp thì chuyển vị, mô men, lực cắt và lực căng trong dây theo sơđồ đồng quy là nhỏ nhất, theo sơ đồ song song là lớn nhất, theo sơđồ rẽ quạt là trung gian giữa hai sơđồ trên.
a. Sơđồ dây đồng quy b. Sơđồ dây rẽ quạt c. Sơđồ dây song song
Hình 4.13 Biểu đồ chuyển vị, lực cắt và mômen trong cầu dây văng theo các sơđồ dây
Bảng 4.4 Kết quả khảo sát bài toán có sơ đồ dây khác nhau
Sơđồ dây Nội lực Chuyển vị
Sơđồ dây đồng quy Sơ đồ dây rẽ quạt Sơđồ dây song song
ML/4 (kNm) 1,35E+04 1,36E+04 1,44E+04
ML/2 (kNm) -2,41E+04 -2,41E+04 -2,57E+04
w1 (m) 0,016 0,0161 0,0168 w2 (m) 0,023 0,0232 0,0244 w3 (m) 0,0198 0,0199 0,0212 w4 (m) 0,0098 0,0097 0,0105 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -10 -5 0 5 10 15 20 25 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -10 -5 0 5 10 15 20 25 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -10 -5 0 5 10 15 20 25 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -2 -1 0 1 2 3x 10 4 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -2 -1 0 1 2 3x 10 4 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -2 -1 0 1 2 3x 10 4
Sơđồ dây Nội lực Chuyển vị
Sơđồ dây đồng quy Sơ đồ dây rẽ quạt Sơđồ dây song song
w5 (m) 0,0098 0,0097 0,0105
w6 (m) 0,0198 0,0199 0,0212
w7 (m) 0,023 0,0232 0,0244 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
w8 (m) 0,016 0,0161 0,0168
ut (m) -2,19E-15 -1,44E-15 3,54E-16
yL/2 (m) 0,0226 0,0228 0,0241
Qg1 (kN) 1,6275E+003 1,6361E+003 1,6702E+003
T1 (kN) 158,0851 159,2529 166,1876 T2 (kN) 332,3256 335,039 352,5832 T3 (kN) 425,6635 428,4673 456,0772 T4 (kN) 296,5163 295,8599 318,5087 T5 (kN) 296,5163 295,8599 318,5087 T6 (kN) 425,6635 428,4673 456,0772 T7 (kN) 332,3256 335,039 352,5832 T8 (kN) 158,0851 159,2529 166,1876 4.3 Kết luận chương
- Sử dụng chương trình CS Bridge đã lập ở chương 3, tác giả đã khảo sát các bài toán từđơn giản đến phức tạp. Dạng biểu đồ nội lực, chuyển vị đều phù hợp về
mặt cơ học, kết quả kiểm tra cân bằng và liên tục đều thoả mãn; kết quả tính theo chương trình CS Bridge được so sánh với kết quả của lời giải theo phương pháp giải tích gần như trùng khớp cho thấy tính chính xác của lý thuyết tính và độ tin cậy của chương trình CS Bridge đã lập.
- Kết quả cũng được so sánh với kết quả tính của phần mềm Midas Civil với sai khác nhỏ. Sử dụng chương trình CS Bridge khảo sát một số bài toán phân tích tĩnh học hệ kết cấu cầu dây văng theo sơ đồ phẳng: ảnh hưởng của vị trí tải trọng, xác định nội lực chuyển vị theo một sơ đồ tải trọng thiết kế, ảnh hưởng của sơ đồ
dây văng đến nội lực và chuyển vị trong kết cấu. Các kết quả nhận được đều phù hợp với kết quả của các tác giả khác đã công bố chứng tỏ khả năng sử dụng chương
trình CS Bridge tính toán cầu dây văng nói riêng và kết cấu hệ dây liên hợp nói chung.
- Tính toán cầu dây văng chịu lực căng dây cho thấy chương trình có thể cho phép điều chỉnh lực căng dây để điều chỉnh nội lực và chuyển vị trong cầu dây văng.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Từ các kết quả nghiên cứu đã được trình bày trong các chương của luận án, tác giả rút ra những kết luận và kiến nghị sau:
A. Kết luận
- Áp dụng phương pháp nguyên lý cực trị Gauss, với phiếm hàm lượng cưỡng bức viết dưới dạng n 1 n i i i i i i 1 i 1 Z T l P v min + = =
=∑ ε −∑ → , tác giảđã xây dựng được lý thuyết
tính dây đơn. Lý thuyết này là tổng quát và chính xác, cho phép xác định được đồng thời nội lực và chuyển vị trong dây dưới các tác động khác nhau mà không cần cho trước mũi tên võng hoặc chiều dài, hoặc thành phần ngang của lực căng trong dây. (Kết quả này được công bố trong các công trình [1], [2]).
- Trên cơ sở lý thuyết đề xuất, tác giảđã xây dựng được thuật toán và chương trình tính dây đơn CABLE viết bằng ngôn ngữ Matlab; chương trình cho phép khảo sát bài toán dây đơn chịu các tác động của tải trọng, nhiệt độ, lực căng trước… với các sơđồ dây khác nhau. (Kết quả này nằm trong các công trình [1], [2]).
- Áp dụng phương pháp nguyên lý cực trị Gauss, tác giả đã xây dựng và giải
được bài toán phẳng phân tích tĩnh học cầu dây văng chịu các tác động khác nhau dựa trên lý thuyết tính dây đơn mà tác giảđề xuất và lý thuyết tính dầm chịu uốn có xét biến dạng trượt ngang do lực cắt. Phương pháp tính cho phép xác định đồng thời trạng thái nội lực-chuyển vị cũng nhưứng suất-biến dạng của kết cấu mà không cần phải đưa vào các giả thiết về mô đun đàn hồi tương đương, diện tích dây tương
đương, dạng đường độ võng của dây hay các giả thiết về góc liên kết của dây với dầm và tháp như trong các phương pháp truyền thống. (Kết quả này được công bố
trong các công trình [3], [4]).
- Trên cơ sở các phương trình và thuật toán của lời giải số đã nghiên cứu, tác giả xây dựng được chương trình tính cầu dây văng CS Bridge trên ngôn ngữ lập trình Matlab. Chương trình không những cho phép phân tích nội lực-chuyển vị
trong kết cấu cầu dây văng mà còn cho phép tính toán điều chỉnh lực căng trong dây
để điều chỉnh nội lực và chuyển vị trong cầu dây văng. Các kết quả số của chương trình được so sánh với lời giải giải tích và phần mềm Midas Civil đã khẳng định
được tính chính xác của lý thuyết thuật toán và độ tin cậy của chương trình đã lập. (Kết quả này nằm trong các công trình [3], [4]).
- Các kết quả khảo sát bằng số với một số bài toán của cầu dây văng bằng chương trình CS Bridge cho thấy có thể sử dụng chương trình đã lập vào phân tích tĩnh học bài toán phẳng cầu dây văng trong thực tiễn tính toán thiết kế.
Trong các kết luận trên, bốn kết luận đầu tiên là những đóng góp mới của luận án.
B. Kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp theo
- Sử dụng phương pháp và chương trình của tác giảđề xuất để phân tích tĩnh học bài toán phẳng của cầu dây văng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Tiếp tục phát triển phương pháp nguyên lý cực trị Gauss để xây dựng và giải bài toán tĩnh của cầu dây văng theo sơđồ không gian.
- Áp dụng phương pháp nguyên lý cực trị Gauss vào nghiên cứu các bài toán
CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
[1] Phùng Bá Thắng, Hà Huy Cương (2012), “Tính dây đơn theo phương pháp nguyên lý cực trị Gauss”, Tạp chí cầu đường, (Số 6).
[2] Phùng Bá Thắng, Nguyễn Tương Lai (2012), “Phương pháp nguyên lý cực trị
Gauss tính dây đơn có chiều dài dây khác chiều dài nhịp và ảnh hưởng của nhiệt độ”, Tạp chí Giao thông vận tải, (Số7).
[3] Phùng Bá Thắng, Nguyễn Tương Lai (2012), “Phương pháp mới tính cầu dây văng một mặt phẳng dây”, Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ IX, Hà Nội, 8÷9/12/2012.
[4] Phùng Bá Thắng, Nguyễn Tương Lai (2012), “Phương pháp nguyên lý cực trị
Gauss tính hệ dây liên hợp dây-dầm chịu tải trọng tập trung”, Tạp chí Xây dựng, (Số 12).
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
[1] N.I. Bêdukhốp (1978), người dịch Phan Ngọc Châu, Cơ sở lý thuyết đàn hồi, lý thuyết dẻo, lý thuyết từ biến, Nxb Đại học và trung học chuyên nghiệp, Hà Nội.
[2] Đào Huy Bích (2000), Lý thuyết đàn hồi, Nxb Đại học quốc gia Hà Nội.
[3] Bộ Giao thông vận tải (2007), Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05, Nxb
Giao thông vận tải, Hà Nội.
[4] Hà Huy Cương (2005), “Phương pháp nguyên lý cực trị Gauss”, Tạp chí Khoa học và kỹ thuật, (Số 4).
[5] Nguyễn Văn Đạo (2001), Cơ học giải tích, Nxb Đại học quốc gia Hà Nội. [6] Đoàn Văn Duẩn (2010), Nghiên cứu ổn định công trình có xét biến dạng trượt,
Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, Hà Nội.
[7] L.E.Engôn (1974), người dịch Hoàng Tấn Hưng, Phép tính biến phân, Nxb
Khoa học và kỹ thuật.
[8] Hội Khoa học kỹ thuật cầu đường Việt Nam (2004), Hội thảo khoa học phát triển cầu dây văng và hầm tại Việt Nam.
[9] Trần Thị Kim Huế (2005), Phương pháp nguyên lý cực trị Gauss đối với bài toán cơ học kết cấu, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, Hà Nội.
[10] Bùi Khương (2003), Lý thuyết tính toán các hệ treo và cầu treo, Nxb Giao
thông vận tải, Hà Nội.
[11] Đinh Quốc Kim (2008), Thiết kế và xây dựng cầu dây văng đường bộ, Nxb
Giao thông vận tải, Hà Nội.
[12] Nguyễn Thị Thùy Liên, Nguyễn Phương Thành (2009), “Phương pháp nguyên lý cực trị Gauss đối với bài toán dao động công trình”, Tạp chí xây dựng, (số
3).
[13] Lê Đình Tâm, Phạm Duy Hòa (2001), Cầu dây văng, Nxb Khoa học và kỹ
thuật, Hà Nội. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[14] Nguyễn Xuân Tấn, Nguyễn Bá Minh (2007), Lý thuyết tối ưu không trơn, Nxb
Đại học quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
[15] Phùng Bá Thắng (2008), “Phương pháp tính kết cấu dàn có xét đến biến dạng dọc trục của thanh”, Tạp chí Cầu đường, (Số 4).
[16] Vũ Thanh Thủy (2009), “Xây dựng bài toán dầm khi xét đầy đủ hai thành phần nội lực mômen uốn M và lực cắt Q”, Tạp chí Xây dựng, (Số 4).
[17] Vũ Thanh Thủy (2010), Nghiên cứu nội lực và chuyển vị của hệ thanh chịu uốn khi xét tới ảnh hưởng của biến dạng trượt, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, Hà Nội.
[18] Bùi Minh Trí (2001), Quy hoạch toán học, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[19] Lều Thọ Trình (2003), Cách tính hệ treo theo sơđồ biến dạng, Nxb Xây dựng, Hà Nội.
[20] Phạm Văn Trung (2006), Phương pháp mới tính hệ kế cấu dây và mái treo,
Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, Hà Nội.
[21] Nguyễn Viết Trung (2004), Thiết kế cầu treo dây võng, Nxb Xây dựng, Hà Nội.
[22] Quy phạm tạm thời thiết kế cầu dây văng JTJ 027096, nước Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa (bản dịch tiếng Việt).
[23] Liên doanh tư vấn JBSI (Viện cầu và kết cấu Nhật Bản), PCI (Công ty tư vấn quốc tế Thái Bình Dương, TEDI, công ty tư vấn thiết kế Hyder(2003), Hồ sơ
thiết kế kỹ thuật cầu Bãi Cháy.
TIẾNG ANH
[24] Sir. Alfred Pugsley (1957), The theory of suspension bridges, Edward Arnold
Ltd, London.
[25] Bruno D. & Leonardi A. (1997), “Natural periods of long-span cable-stayed bridges”, Journal of Bridge Engineering, 2 (3).
[26] Brian R. Hunt, Ronald L. Lipsman, Jonathan M. Rosenberg (2006), A Guide to
MATLAB®, Cambridge University Press, New York.
[27] Billington D. P. and Nazmy A. (1990), History and Aesthetics of Cable-Stayed Bridges, Journal of Structural Engineering, vol. 117, no. 10, American Society
of Civil Engineers.
[28] Cheung M.S., Lau D.T. and Li W.C. (2000), “Recent developments on
computer bridge analysis and design”, Progress in Structural Engineering Mater, John Wiley & Sons, Ltd.
[29] Casas J.R. (1998), Dynamic modeling of bridges: observations from field testing, Transporation Research Record 1476 (Vol 27).
[30] Cluley N.C. & Shepherd R (1996), “Analysis of concrete cable-stayed bridges for creep, shrinkage and relaxation effects”, Computers and Structures, 58 (2).
[31] Computers & Structures Inc (1995), Sap2000/Bridge, Berkeley, California, USA.
[32] Farrar C.R. & Duffey T.A. (1998), “Bridge modal properties using simplified finite element analysis”, Journal of Bridge Engineering, 3 (1).
[33] Freyssinet (1998), Stayed Cables.
[34] Gentile C., Martinez Y. & Cabrera F. (1997), “Dynamic investigation of a
repaired cable-stayed bridge”, Earthquake Engineering and Structural (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dynamics, 26.
[35] Harik I.E., Allen D.L., Street R.L., Guo M., Graves R.C., Harison J. & Garwry M.J. (1997), “Free and ambient vibration of Brent-Spence bridge”, Journal of Structural Engineering, 123 (9).
[36] Jones N.P., Jain A. & Pan K. (1997), Effect of stay-cable vibration on buffeting response, Building to Last, Proceedings of the 15th Structures
Congress, Portland, OR, 1997, Part 1 (of 2). New York, NY: ASCE.
[37] Josef Melan (1913), Theory of arches and suspension bridge, Kessinger
Publishing's Legacy Reprint Series.
[38] Klaus-Jurgen Bathe (1996), Finite Element Procedures, Part One, Prentice-
Hall International, Inc.
[39] Lanczos C. (1952), The variational principles of mechanics, University of
Toronto Press Toronto.
[40] Lew Zetlin, I. Paul Lew (1990), “Suspension Roofs, Section 25”, Structural Engineering Handbook, third Edition.
[41] Manabu Ito, Yasuharu Nakamura (1982), Cable-Stayed Bridge Aerodynamics,
IABSE Periodica.
[42] Manabu Ito, Yozo Fujino, Toshio Miyata, Nobuyuki Narita (1991), Cable- stayed Bridge Recent Developments and their Future, Elesevier Science
Publishing company Inc.
[43] Nazmy A.S. (1997), “Stability and load-carrying capacity of three-
dimensional longspan steel arch bridges”, Computers and Structures, 65 (6).
[44] Negrao J.H.O. & Simoes L.M.C. (1997), “Optimization of cable-stayed bridges with three-dimensional modelling”, Computers and Structures.
[45] René Walther, Bernard Houriet, Walmar Isler, Pierre Moїa (1988), Cable stayed bridges, Thomas Telfford Ltd., London.
[46] Schemmann A.G. & Smith H.A. (1998), “Vibration control of cable-stayed bridges part 1: modelling issues”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 27.
[47] Stephen P.Timoshenko, Jame M.Gere (1961), Theory of elastic stability,
McGraw-Hill Book Company, Inc, New York-Toronto-London.
[48] Stephen P. Timoshenko and J.N. Goodier (1951), Theory of elasticity,
McGraw-Hill Book Company Inc.
[49] Takagi R., Nakamura T. & Nakagawa K. (1996), “A new design techniques for pre-stressed loads of a cable-stayed bridge”, Computers and Structures,
58(3).
[50] Troisky M.S. (1977), Cable-stayed Bridges Theory and Design, Rainbom-
Bridge Book Co.
[51] Utrilla M.A. & Samartin A. (1997), “Optimization design of the prestress in continuous bridge decks”, Computers and Structures, 64 (1-4).
[52] Walter Podolny Jr. and John B. Scalzi (1986), Construction and Design of Cable-Stayed Bridges,United States of America. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[53] Walter Podolny Jr. and David Goodyear, P.E (2004), “Chapter 15: Cable- Suspended Bridges”, Structural Steel Designer’r Hankbook, Fourth-Edition,
McGraw-HillCompanies.Ltd.
[54] Wang P.H. & Yang C.G. (1996), “Parametric studies on cable-stayed bridges”, Computers and Structures, 60 (2).
[55] Wang T.L., Huang D. & Shahawy M. (1996), “Dynamic behavior of
continuous and cantilever thin-walled box girder bridges”, Journal of Bridge Engineering, 1 (2).
[56] Analytical Methods. Retrieved february 16, 2009, from Bridge Engineering Handbook.
[57] Xu Y.L., Ko J.M. & Zhang W.S. (1997), “Vibration studies of Tsing Ma long suspension bridge”, Journal of Bridge Engineering, 2 (4).
[58] Xu Y.L., Ko J.M. & Yu Z. (1997), “Modal analysis of towerdcable system of Tsing Ma long suspension bridge”, Engineering Structures, 19 (10).
[59] Zienkiewicz O.C., Taylor R.L. (2000), The Finite Element Method. Fifth Edition, Volume 1, 2, 3, International Edition.
TIẾNG NGA [60] А.А. Чирас (1989), Строительнаяеханика, Москва, Стройиэдт. [61] А.А. Петропавловский (1985), Вантовые Мосты, Москва. [62] B.A. Cмирнов (1975), ВисячиМостыБольшихПролетов, Москва. [63] В.К. Качурин (1969), Статический Расчет Вантовых Систем, ИэдательствоЛитературыПоСтроительству, Ленингра. [64] П.С. Полака (1959), ВариационныеПринципыМеханики, Москва.
PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH DÂY ĐƠN CABLE Chương trình con: Cable1
Chương trình con: Cable2 Chương trình con: Cable3
PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH HỆ DÀN DÂY: TRUSS-CABLE Chương trình con: T-C1
Chương trình con T-C2 Chương trình con T-C3
PHỤ LỤC 3: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH CẦU DÂY VĂNG: CS BRIDGE Chương trình con: CS1
Chương trình con: CS2 Chương trình con: CS3
PHỤ LỤC 1
CHƯƠNG TRÌNH TÍNH DÂY ĐƠN: CABLE Chương trình con Cable1
% TINH DAY DON NGHIENG CHIU TRONG LUONG BAN THAN clear all