4.1 Giới thiệu
Một nghiờn cứu thực nghiệm tương đối cho hiện tượng mất ổn định của dầm theo phương ngang và phương thẳng đứng được tiến hành trờn một mẫu cầu đang trong giai đoạn xõy dựng. Tỷ lệ chiều dài hỡnh học là 1:80. Thụng sốđược thay đổi là độ nghiờng so với phương ngang của cỏc mặt cỏp, xem hỡnh 4.1.
Hỡnh 4.1 Lắp đặt thớ nghiệm sử dụng cho nghiờn cứu thực nghiệm tương đối cho những cõy cầu cú hệ cỏp khụng gian và mặt phẳng. Dầm mẫu dài 5m.
Mục đớch nghiờn cứu cả hai sự mất ổn định theo phương thẳng đứng và theo phương ngang với cựng một kiểu mẫu cơ bản giống nhau đó ảnh hưởng tới sự thiết kế mẫu cũng như là việc lắp đặt và cỏc thủ tục, quỏ trỡnh thớ nghiệm. Nghiờn cứu thớ nghiệm tập trung vào hệ cỏp khụng gian nhưng cũng tiến hành cho hai dạng hỡnh học của hệ cỏp mặt phẳng như là cỏc thớ nghiệm tham khảo (tự do theo phương ngang hoặc bị cản trở). Do vậy để làm dễ dàng sự thay đổi từ mặt phẳng sang hệ cỏp khụng gian thỡ hệ khụng gian “giả” d) được lựa chọn.
4.2 Thiết kế mụ hỡnh
Chỉ cú một tải trọng thẳng đứng được sử dụng để cú được lực nộn trong dầm. Đểđảm bảo cho hiện tượng mất ổn định ngang và thẳng đứng phỏt triển thỡ khụng cú sự cản trở nào phỏt sinh cả theo phương đứng và ngang khi sắp xếp tải trọng hay cỏc thiết bị đo. Tải trọng được ỏp dụng theo dạng cỏc quả dọi đặt trờn phạm vi cỏc cỏp.
Trong mẫu cầu này, khoảng cỏch giữa cỏc bộ cỏp trờn dầm là 20 m. Đối với mẫu cú tỷ lệ 1:80 này sẽ cú những khú khăn liờn quan tới sự chống giằng và liờn kết mối nối. Kết quả là số lượng bú cỏp trong mẫu được giảm xuống là 5 bú.
Nhưng cỏc tải trọng tới hạn dự tớnh lại vượt quỏ cường độ chảy của cỏc dõy cỏp. Để cú thể nghiờn cứu hiện tượng mất ổn định bằng thớ nghiệm thỡ sức khỏng tải trọng của cỏp cần được tăng mà khụng thay đổi gỡ tới độ cứng dọc trục của chỳng. Người ta đó quyết định sử dụng cỏc thanh kim loại và tạo ra độ cứng của cỏp bằng cỏc lũ xo đàn hồi kộo căng.
Sức khỏng tải trọng cần thiết lớn hơn giới hạn của cỏc lũ xo đàn hồi xoắn tiờu chuẩn. Do vậy phải cải tiến, cỏc lũ xo đàn hồi kộo căng này sẽđược chế tạo từ một chồng đĩa thộp làm việc chịu nộn. Cỏc đĩa thộp này được đặt bờn trong một hỡnh trụ thộp và hoạt động bởi việc kộo một trục, trục này xuyờn qua cỏc lỗởđường tõm hỡnh trụ, xem hỡnh 4.2. Cỏc lực trong cỏp và độ cứng của cỏc lũ xo hỡnh trụ
này được đo bằng cỏc thiết bị cảm biến được đặt trong mỗi lũ xo.
Hỡnh 4.2 Nguyờn lý của lũ xo đàn hồi kộo căng hỡnh trụ.
Mục đớch của thớ nghiệm mẫu này yờu cầu cần phải cú một phương phỏp đo ba chiều chớnh xỏc đối với vị trớ của dầm. Hơn nữa, khụng cú sự ngăn cản, cản trở nào theo phương ngang và phương đứng phỏt sinh từ cỏc thiết bị thớ nghiệm gõy ra.
Dầm cầu được mụ hỡnh bằng một tấm nhụm hỡnh chữ nhật đặc. Cỏc kớch thước được lựa chọn theo tỷ số giữa tải trọng tới hạn gõy ra uốn ngang và thẳng đứng. Cỏc lực trờn cỏc mặt cắt được xỏc định từ việc đo biến dạng.
4.3. Tiến hành thớ nghiệm và kết quả
Hai thớ nghiệm tham khảo ban đầu cho hệ cỏp mặt phẳng được tiến hành đểđưa ra cỏc tải trọng tới hạn. Sự mất ổn định ngang thuần tỳy của dầm khụng cú liờn kết đỡ ngang được quan sỏt, bờn cạnh đú sự mất ổn định thuần tỳy của dầm được giữ bởi cỏc bú dõy thộp để cốđịnh vào cỏc cột để ngăn cản mất ổn định ngang cũng được quan sỏt. Kết quảđối với tất cả cỏc dạng hỡnh học của hệ cỏp khụng gian sẽ nằm trong khoảng tải trọng tới hạn. Sau đú, bề rộng của trụ thỏp và độ nghiờng của cỏc mặt phẳng cỏp được tăng dần cựng với cường độ tăng của tải trọng tới hạn gõy ra mất ổn định ngang, tải trọng tới hạn gõy mất ổn định ngang cuối cũng sẽ vượt qua tải trọng gõy mất ổn định thẳng đứng, xem hỡnh 4.3 bờn trỏi.
Trong hỡnh 4.3 đưa ra kết quả mong đợi và kết quả thực tế của thớ nghiệm được về sự mất ổn định uốn của dầm nhỏ cú cỏp đỡ .
Hỡnh 4.3 bờn trỏi: Tải trọng tới hạn và kiểu mất ổn định là hàm của bề rộng thỏp cầu (vớ dụ: độ nghiờng của cỏc mặt dõy văng khi chiều cao thỏp cầu được giữ nguyờn).
Thớ nghiệm I là cho hệ phẳng tự do theo phương ngang, trong khi thớ nghiệm II và VI là cho hệ phẳng bị giữ, cản trở theo phương ngang. Dầm mẫu phải được thay đổi sau thớ nghiệm V và do đú một trong những thớ nghiệm tham khảo được lặp lại với dầm mới. Kết quả của thớ nghiệm III rất phự hợp với tải trọng tới hạn được dự đoỏn bởi cỏc tớnh toỏn phần tử hữu hạn. Tuy nhiờn, từđiểm này thỡ tải trọng tới hạn khụng tăng lờn khi cỏc mặt phẳng cỏp được nghiờng xa hơn.
Cỏc kết quả đo độ cứng của lũ xo đàn hồi hỡnh trụ dẫn tới một lời giải thớch cú thể chấp nhận được. Trong suốt quỏ trỡnh điều chỉnh cỏc lũ xo, người ta quan sỏt thấy sự phản ứng của chỳng khụng được ổn định nhưđược dựđoỏn.
Qua cỏc thớ nghiệm này, ta thấy độ cứng tương đối của một bộ gồm hai lũ xo này đó tăng cựng với cỏc lũ xo cú độ cứng cao hơn đặt ở cựng vị trớ trờn dầm ở bốn trong năm bú cỏp. Sự khỏc nhau về độ cứng dọc trục này dẫn đến cỏc lực ngang trờn dầm gõy ra mất ổn định ngang dễ hơn so với mất ổn định thẳng đứng. Hơn nữa, cỏc lực ngang phỏt sinh từ sự khỏc nhau vềđộ cứng dọc trục của cỏc bộ phận của cỏp tăng khi cỏc mặt phẳng cỏp được nghiờng xa hơn. Điều này giải thớch tại sao khụng thấy tải trọng giới hạn tăng trong cỏc hệ cỏp khụng gian, thớ nghiệm IV, V và VII. Cỏc tớnh toỏn phần tử hữu hạn khẳng định là cú sựảnh hưởng làm mất ổn định do sự khỏc nhau vềđộ cứng dọc trục.
Dựa trờn cỏc kết quả thớ nghiệm và cỏc tớnh toỏn phần tử hữu hạn, cú vẻ rằng hệ cỏp khụng gian cú thể cung cấp liờn kết đàn hồi cần thiết cho dầm cầu cú tỷ số chiều rộng/chiều dài nhịp nhỏđể ngăn cảm sự uốn ngang nhiều hơn so với uốn dọc khi mà độ nghiờng cỏp theo phương ngang là khoảng 1:4. Do vậy, độ nghiờng cần thiết của cỏc mặt phẳng cỏp để giảm cỏc biến dạng uốn theo phương ngang tới mức cú thể chấp nhận được cũng sẽ làm ổn định cho dầm cầu hẹp do uốn ngang, và mặt khỏc sẽ cú một tải trọng tới hạn thấp hơp cho sự mất ổn định do uốn thẳng đứng.