I) MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
- Xác định tần số dao động riêng của mô hình cầu dây văng dưới tác dụng của các lực xung kích.
- Khảo sát dạng dao động của mô hình cầu dây văng dưới tác dụng của tải trọng cưỡng bức có tần số thay đổi. Quan sát biên độ dao động của mô hình khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng.
- So sánh tần số dao động bản thân của mô hình do tác dụng lực xung kích và tần số dao động lúc xảy ra hiện tượng cộng hưởng do tác dụng lực cưỡng bức.
II) MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM VÀ VẬT LIỆU CHẾ TẠO 1) Mô hình thí nghiệm
- Cầu dây văng: Gồm hộp dầm tiết diện ghép từ 2 thanh thép góc L40 40 4 liên kết với nhau bằng liên kết hàn. Hệ dây văng là các sợi cáp 4 được căng trước bằng các tăng đơ. Chi tiết mô hình cho trong hình dưới:
Hình 23. Mô hình cầu dây văng.
2) Vật liệu chế tạo
- Thép CT34 với các đặc trưng cơ học sau:
Bảng 23. Đặc trưng cơ học của vật liệu chế tạo Cường độ tính toán Rs (MPa) Môđun đàn hồi Es (MPa)
210 2,1 10 4
III) BIỆN PHÁP TẠO TẢI TRỌNG ĐỘNG 1) Tải trọng xung kích
- Là tải trọng tác dụng tức thời lên kết cấu công trình, tạo ra dao động tự do với tần số dao động bản thân.
- Để tạo tải trọng xung kích tác dụng lên dầm cầu, dùng búa cầm tay đập một nhát lên tiết diện giữa nhịp dầm theo phương thẳng đứng.
2) Tải trọng cưỡng bức có tần số thay đổi
- Tải trọng hoặc rung động có tính chu kì tác dụng lên kết cấu công trình, đặc trưng bằng 2 tham số là biên độ dao động và tần số dao động.
Tr. 34 - Để tạo ra tải trọng cưỡng bức có tần số thay đổi, dùng máy rung 2 quả lệch tâm.
3) Thiết bị và dụng cụ đo
- Máy đo dao động tần số thấp IMV-VM 5112/3. Có các thông số kĩ thuật:
+ Biên độ A (mm): 0, 06 100. + Vận tốc (cm s/ ): 0, 02 100. + Gia tốc A cm s( / 2): 0,10 1000. + Dải tần số f (H z): 0 100.
- 3 đầu đo đặt ở giữa nhịp theo 3 phương dao động: phương trục dầm, phương ngang vuông góc với trục dầm, phương thẳng đứng.
IV) QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM
- Trên mô hình thí nghiệm, tác dụng lần lượt 2 tải trọng: tải trọng xung kích và tải trọng cưỡng bức.
1) Tải trọng xung kích
- Khởi động máy đo dao động, đồng thời dùng búa cầm tay, đập một nhát lên tiết diện giữa nhịp dầm theo phương thẳng đứng. Sau nhát đập, dầm sẽ dao động tự do. Biểu đồ dao động ghi được có dạng tắt dần. Trên biểu đồ phổ tần số, đọc được tần số dao động riêng của dầm cầu.
2) Tải trọng cưỡng bức
- Khởi động máy rung, tiến hành thay đổi chu kì lực cưỡng bức bằng hộp thay đổi vòng quay. Tại thời điểm nhất định nào đó, quan sát thấy dao động của mô hình xảy ra với biên độ cực đại. Khởi động máy đo dao động, ghi biểu đồ dao động dầm ở 2 thời điểm đặc trưng: dạng dao động “biên” (tần số của tải trọng tác dụng gần bằng tần số dao động riêng), dao động cộng hưởng (tần số tải trọng cưỡng bức bằng tần số dao động riêng của mô hình).
V) NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM - Dựa theo biểu đồ dao động thu được:
+ Biên độ của dao động riêng của dầm cầu giảm dần theo thời gian, biên độ của dao động cộng hưởng được duy trì theo thời gian.
+ Với cùng 1 tác dụng lực, dao động cộng hưởng có chuyển vị theo phương dọc trục dầm lớn hơn dao động riêng nhưng chuyển vị theo phương vuông góc trục dầm lại nhỏ hơn.
+ Khi thay đổi tần số tải trọng cưỡng bức, biên độ dao động của dầm cũng thay đổi theo dẫn đến chuyển vị của dầm cũng bị thay đổi do đó ta thu được dạng biểu đồ sóng của các chuyển vị và biểu đồ phổ dao động cũng khác đi.
Kết quả thí nghiệm cho trong các hình bên dưới:
Hình 24. Biểu đồ dao động cầu do tác dụng lực xung kích.