KẾT QUẢ PHÂN TÍCH SỐ
3.2. Một số bài toán khảo sát
3.2.4. Bài toán 6: Khảo sát ứng xử của tấm gia cường gân theo phương x và phương y khi thay đổi vận tốc
Mô hình bài toán khảo sát tương tự bài toán 3, có các thông số được thể hiện cụ thể từ bảng 3.5 đến bảng 3.7. Tấm được khảo sát với bước vận tốc 5km/h từ 20km/h đến 130km/h với nhiều bước gân khác nhau để làm rõ ứng xử của tấm có gia cường và không gia cường khi vận tốc của tải trọng tập trung di động thay đổi.
Hình 3.23. Đồ thị chuyển vị theo thời gian của tấm có bước gân gia cường phương x và phương y là 5m khi vận tốc thay đổi
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Chuyển vị (mm)
t*v/s
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Hình 3.24. Đồ thị chuyển vị theo thời gian của tấm có bước gân gia cường phương x là 5m và phương y là 10m khi vận tốc thay đổi
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Chuyển vị (mm)
t*v/s
20 25 30 35 40 45 50 55
60 65 70 75 80 85 90 95
100 105 110 115 120 125 130
Hình 3.25. Đồ thị chuyển vị theo thời gian của tấm có bước gân gia cường phương x là 5m và phương y là 15m khi vận tốc thay đổi
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Chuyển vị (mm)
t*v/s
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Hình 3.26. Đồ thị chuyển vị theo thời gian của tấm có bước gân gia cường phương x là 5m và phương y là 20m khi vận tốc thay đổi
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Chuyển vị (mm)
t*v/s
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Hình 3.27. Đồ thị chuyển vị theo thời gian của tấm có bước gân gia cường phương x là 5m và phương y là 30m khi vận tốc thay đổi
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Chuyển vị (mm)
t*v/s
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Hình 3.28. Chuyển vị cực đại của các trường hợp bước gân x cố định và y thay đổi khi vận tốc thay đổi
Kết quả chuyển vị của tấm gia cường với bước gân theo phương x cố định là 5m, phương y thay đổi từ 5m-30m tại thời điểm tải trọng tập trung di động ở giữa tấm được thể hiện từ hình 3.23 đến hình 3.27. Chuyển vị cực đại của tấm tăng khi tăng bước gân theo phương y, cụ thể tại bước gân phương x và y là 5m có chuyển vị 3.82mm và chuyển vị tăng lên 4.25mm (tăng 12.3%) tại bước gân phương y 30m.
Đồng thời vận tốc gây ra chuyển vị cực đại có xu hướng thay đổi. Trường hợp tấm được gia cường với bước gân theo cả 2 phương là 5m, thì vận tốc gây ra chuyển vị cực đại là 50km/h và chuyển vị này là 45km/h khi bước gân theo phương y tăng lên 30m (giống với trường hợp tấm không gia cường). Nguyên nhân do khi bố trí bước gân theo phương y lớn làm cho độ cứng của tấm giảm do đó vận tốc gây ra chuyển vị cực đại cũng giảm.
Kết quả chuyển vị lớn nhất của tấm tương ứng với các trường hợp gia cường gân được thể hiện trên hình 3.28. Chuyển vị của tấm giảm rõ rệt khi tấm có gia cường gân và độ giảm lớn nhất 21.15%. Khoảng vận tốc giảm hiệu quả từ 20-80km/h. Vận tốc trên 80km/h tác dụng giảm chuyển vị không đáng kể.
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0
20 40 60 80 100 120
Chuyển vị (mm)
Bước sườn (m)
Không có sườn x5y5 x5y10 x5y15 x5y20 x5y30
Hình 3.29. Đồ thị chuyển vị theo thời gian của tấm có bước gân gia cường phương x là 10m và phương y là 5m khi vận tốc thay đổi
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Chuyển vị (mm)
t*v/s
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Hình 3.30. Đồ thị chuyển vị theo thời gian của tấm có bước gân gia cường phương x là 15m và phương y là 5m khi vận tốc thay đổi
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Chuyển vị (mm)
t*v/s
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Hình 3.31. Đồ thị chuyển vị theo thời gian của tấm có bước gân gia cường phương x là 20m và phương y là 5m khi vận tốc thay đổi
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Chuyển vị (mm)
t*v/s
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Hình 3.32. Đồ thị chuyển vị theo thời gian của tấm có bước gân gia cường phương x là 30m và phương y là 5m khi vận tốc thay đổi
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Chuyển vị (mm)
t*v/s
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Hình 3.33. Chuyển vị max của các trường hợp bước gân y cố định và x thay đổi khi vận tốc thay đổi
Kết quả chuyển vị của tấm có gia cường với bước gân theo phương y cố định là 5m, phương x thay đổi từ 5m-30m tại thời điểm tải trọng tập trung di động ở giữa tấm được thể hiện từ hình 3.28 đến hình 3.31. Tương tự như như bước gân theo phương y, chuyển vị cực đại tăng khi bước gân theo phương x tăng dần. Tuy nhiên vận tốc gây ra chuyển vị cực đại không thay đổi như trường hợp tấm có bước gân phương y thay đổi. Tấm đạt chuyển vị cực đại tại vận tốc tải di động 50km/h. Nguyên nhân do tấm bố trí gân dọc theo phương x có hiệu quả hơn khi bố trí dọc theo phương y nghĩa là khi cố định gân bố trí dọc theo phương x, thay đổi bước gân bố trí dọc theo phương y, độ cứng của tấm không thay đổi nhiều đến mức giống như trường hợp tấm không gia cường.
Kết quả chuyển vị cực đại của tấm tương ứng với các trường hợp gia cường gân được thể hiện trên hình 3.33. Chuyển vị tấm có gia cường (bước gân 5m cho cả hai phương) giảm rõ rệt. Đồng thời hiệu quả giảm chuyển vị của trường hợp cố định bước gân phương y, thay đổi phương x tốt hơn khi cố định bước gân phương x và thay đổi bước gân phương y. Bước gân dưới 10m theo phương x và y sẽ có ưu thế hơn.
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0
20 40 60 80 100 120
Chuyển vị (mm)
Vận tốc V(km/h)
x0y0 x5y5 x10y5 x15y5 x20y5 x30y5
Theo Takizawa [53], bề rộng vùng lõm (hay bề rộng vùng ảnh hưởng) là khoảng cách giữa hai điểm nằm trên mặt trung bình của tấm. Sự thay đổi bề rộng vùng ảnh hưởng phụ thuộc vào vận tốc của tải trọng tập trung di dộng. Độ sâu vùng lõm tăng khi tăng vận tốc tải trọng tập trung di động, dẫn đến bề rộng vùng lõm giảm. Đồng thời, độ sâu vùng lõm đạt cực đại khi vận tốc tăng đến vận tốc giới hạn Vc. Nếu vận tốc tiếp tục tăng thì độ sâu vùng lõm sẽ giảm.
Hình 3.34. Biểu đồ sự thay đổi độ sâu vùng lõm khi vận tốc tải trọng thay đổi theo nghiên cứu của Takizawa [53]
Hình 3.35. Biểu đồ sự thay đổi bề rộng vùng lõm khi vận tốc tải trọng thay đổi theo nghiên cứu của Takizawa [53]
Từ kết quả khảo sát của nhiều bước vận tốc khác nhau được thể hiện từ hình 3.23 đến hình 3.33. Vận tốc giới hạn của tất cả các trường hợp Vc=50km/h. 3 cấp vận tốc sẽ được khảo sát ứng với trường hợp V<Vc, V=Vc và trường hợp V>Vc để so sánh tấm không gia cường với tấm gia cường gân với cách bố trí gân gia cường khác nhau.
Hình 3.36. Đồ thị chuyển vị tại vị trí giữa tấm gia cường (bước gân x là 5m, y là 5m) và không gia cường khi vận tốc thay đổi
Hình 3.37. Đồ thị chuyển vị tại vị trí giữa tấm gia cường (bước gân x là 5m, y là 10m) và không gia cường khi vận tốc thay đổi
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Chuyển vị (mm)
t*v/s
20 50 130 K20 k45 k130
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Chuyển vị (mm)
t*v/s
20 50 130 K20 k45 k130
Hình 3.38. Đồ thị chuyển vị tại vị trí giữa tấm gia cường (bước gân x là 5m, y là 15m) và không gia cường khi vận tốc thay đổi
Hình 3.39. Đồ thị chuyển vị tại vị trí giữa tấm gia cường (bước gân x là 5m, y là 20m) và không gia cường khi vận tốc thay đổi
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Chuyển vị (mm)
t*v/s
20 50 130 K20 k45 k130
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Chuyển vị (mm)
t*v/s
20 50 130 K20 k45 k130
Hình 3.40. Đồ thị chuyển vị tại vị trí giữa tấm gia cường (bước gân x là 5m, y là 30m) và không gia cường khi vận tốc thay đổi
Đồ thị so sánh chuyển vị của tấm gia cường (bước gân theo phương x cố định 5m, phương y thay đổi từ 5m-30m) và tấm không gia cường được thể hiện từ hình 3.36 đến hình 3.40. Dạng của đồ thị chuyển vị của tấm là tương tự nhau, chuyển vị của tấm giảm 21% (bước gân x là 5m, y là 5m) và 12% (bước gân x là 5m, y là 30m) tại vận tốc 50km/h đối với tấm có gia cường gân.
Hình 3.41. Đồ thị chuyển vị tại vị trí giữa tấm gia cường (bước gân x là 10m, y là 5m) và không gia cường khi vận tốc thay đổi
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Chuyển vị (mm)
t*v/s
20 45 130 K20 k45 k130
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Chuyển vị (mm)
t*v/s
20 50 130 K20 k45 k130
Hình 3.42. Đồ thị chuyển vị tại vị trí giữa tấm gia cường (bước gân x là 15m, y là 5m) và không gia cường khi vận tốc thay đổi
Hình 3.43. Đồ thị chuyển vị tại vị trí giữa tấm gia cường (bước gân x là 20m, y là 5m) và không gia cường khi vận tốc thay đổi
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Chuyển vị (mm)
t*v/s
20 50 130 K20 k45 k130
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Chuyển vị (mm)
t*v/s
20 50 130 K20 k45 k130
Hình 3.44. Đồ thị chuyển vị tại vị trí giữa tấm gia cường (bước gân x là 30m, y là 5m) và không gia cường khi vận tốc thay đổi
Đồ thị so sánh chuyển vị của tấm gia cường (bước gân theo phương y là 5m, phương x thay đổi từ 10m đến 30m) và tấm không gia cường được thể hiện từ hình 3.41 đến hình 3.44. Dạng của đồ thị chuyển vị của tấm tương tự nhau, chuyển vị của tấm có gia cường giảm 17% (bước gân x là 30m, y là 5m) tại vận tốc 50km/h. Vận tốc giới hạn ở tất cả các trường hợp tấm được gia cường là 50km/h. Còn đối với tấm không gia cường là 45km/h. Chuyển vị của tấm sẽ tiến dần đến chuyển vị cực đại khi vận tốc của tải trọng di động tăng dần đến vận tốc giới hạn. Đồng thời, chuyển vị của tấm giảm khi vận tốc tải di động lớn hơn vận tốc giới hạn. Ví dụ chuyển vị cực đại của tấm giảm 66.66% (so với chuyển vị cực đại tại vận tốc 50km/h) tại vận tốc 130km/h. Nguyên nhân dẫn điều này do khi xe chuyển động càng nhanh thì tác động của xe lên điểm tiếp xúc càng nhanh, tấm không kịp phản ứng lại dẫn đến chuyển vị của tấm giảm đáng kể (bề rộng vùng lõm tăng, chiều sâu vùng lõm giảm). Điều này phù hợp với nghiên cứu của Takizawa.
Để khảo sát rõ hơn mức độ ảnh hưởng của vận tốc tải trọng tập trung di động, Tấm gia cường (với bước gân theo cả 2 phương là 5m) được khảo sát với vận tốc thay đổi từ 20km/h đến 130km/h. Kết quả khảo sát được thể hiện ở bảng 3.8.
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Chuyển vị (mm)
t*v/s
20 50 130 K20 k45 k130
Bảng 3.8. Bảng so sánh chuyển vị tấm gia cường (bước gân x và y là 5m) khi vận tốc thay đổi.
Vận tốc (km/h) Chuyển vị (mm) Chênh lệch (%)
20 -2,68901 0
25 -2,77764 3,3
30 -2,91954 8,57
35 -3,21238 19,46
40 -3,5548 32,2
45 -3,75256 39,55
50 -3,81682 41,94
55 -3,76478 40,01
60 -3,62286 34,73
65 -3,43201 27,63
70 -3,21431 19,54
75 -2,98712 11,09
80 -2,7609 2,67
85 -2,54361 -5,41
90 -2,33914 -13,01
95 -2,14986 -20,05
100 -1,97643 -26,5
105 -1,81976 -32,33
110 -1,67883 -37,57
115 -1,5546 -42,19
120 -1,43336 -46,7
125 -1,30248 -51,56
130 -1,27306 -52,66
Hình 3.45. Đồ thị chênh lệch chuyển vị của tấm có gia cường (5m cho cả 2 phương) khi vận tốc thay đổi
Hình 3.46. Đồ thị chuyển vị của tấm có gia cường (5m cho cả 2 phương) khi vận tốc thay đổi
-60 -40 -20 0 20 40 60
20 40 60 80 100 120
Chênh lệch chuyển vị (%)
Vận tốc V(km/h)
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
0 50 100 150 200 250 300
Chuyển vị (mm)
Chiều dài L(m)
20 30 40 50 60 70
80 90 100 110 120 130
Đồ thị chênh lệch chuyển vị của tấm khi vận tốc tải trọng tập trung di động thay đổi được thể hiện trên đồ thị hình 3.45. Vận tốc ảnh hưởng rất lớn đến chuyển vị của kết cấu nổi, mặc dù vận tốc càng nhanh thì chuyển vị càng giảm, nhưng dao động của tấm tăng lên đáng kể được thể hiện ở hình 3.46. Khoảng cách giữa 2 đỉnh của chuyển vị 105m ứng với vận tốc 20km/h, 84m ứng với vận tốc 30km/h, 80m ứng với vận tốc 40km/h, 78m ứng với vận tốc 50km/h, 66m ứng với vận tốc 60km/h, 60m ứng với vận tốc 70km/h, 54m ứng với vận tốc 80km/h, 51m ứng với vận tốc 90km/h và 42m ứng với vận tốc 130km/h.
Hình 3.47. Đồ thị chiều rộng vùng lõm của tấm có gia cường (5m cho cả 2 phương) khi vận tốc thay đổi
Sự biến đổi chiều rộng vùng lõm khi vận tốc tải trọng tập trung di động thay đổi được thể hiện trên hình 3.47. Chiều rộng vùng lõm giảm nhanh khi vận tốc tải trọng tập trung di động tăng và chiều rộng vùng lõm nhỏ nhất là 102m khi vận tốc tải 50km/h, ngay tại thời này chiều sâu vùng lõm đạt cực đại. Khi vận tốc tải trọng di động lớn hơn vận tốc giới hạn 50km/h, bề rộng rộng vùng lõm tăng dần.
100 102 104 106 108 110 112 114 116 118
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Chiều rộng vùng lõm (m)
Vận tốc V(Km/h)