Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ kỹ thuật với đề tài "Nghiên cứu dao động kết cấu cầu dây văng dưới tác dụng của hoạt tải di động, xét đến độ gồ ghề ngẫu nhiên của mặt cầu" do nghiên cứu sinh Nguyễn Duy Thảo thực hiện tại Đại học Đà Nẵng (năm 2018), thuộc chuyên ngành Cơ kỹ thuật (Mã số: 62.01), dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Nguyễn Xuân Toản và GS.TS. Kuriyama Yukihisa.

  • Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu: Trong kết cấu cầu dây văng (CDV) hiện đại, việc ứng dụng các vật liệu cường độ cao và giảm trọng lượng bản thân làm cho kết cấu trở nên thanh mảnh hơn, giảm độ cứng chống uốn và xoắn, dẫn đến độ nhạy cảm cao trước các tải trọng động. Hoạt tải xe di động là tải trọng khai thác cốt lõi, có bản chất động lực học và ngẫu nhiên. Trị số tác động của xe phụ thuộc vào trọng lượng, độ gồ ghề ngẫu nhiên (mấp mô) của mặt cầu, vận tốc xe chạy, pha dao động ban đầu, gia tốc và vận tốc chuyển dịch của kết cấu. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn thiết kế cầu hiện hành thường chỉ quy đổi tác động động lực bằng hệ số xung kích $(1+IM)$ đơn giản hóa dựa trên tĩnh học mà chưa xét đầy đủ tính ngẫu nhiên và phi tuyến. Ở Việt Nam, các nghiên cứu tương tác cầu - xe có xét đồng thời tính ngẫu nhiên của mặt cầu và tính phi tuyến của dây văng còn rất hạn chế. Do đó, việc xây dựng mô hình tính toán động lực học ngẫu nhiên phi tuyến kết hợp kiểm chứng thực nghiệm là yêu cầu cấp thiết.

  • Mục tiêu nghiên cứu:

    1. Góp phần phát triển và hoàn thiện phương pháp tính toán thiết kế kết cấu cầu dây văng trong lĩnh vực phân tích dao động ngẫu nhiên do độ gồ ghề mặt cầu gây ra.
    2. Xây dựng công cụ phân tích số trên máy tính kết hợp với đo đạc thực nghiệm để phân tích bài toán tương tác cầu – xe theo quan điểm ngẫu nhiên nhằm nâng cao độ chính xác, phù hợp với trạng thái làm việc thực tế của cầu dây văng; rút ngắn thời gian và chi phí xác định thông số động lực của cầu thiết kế mới hoặc cầu đang khai thác.

  • Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

    • Đối tượng nghiên cứu: Dao động ngẫu nhiên của kết cấu cầu dây văng chịu hoạt tải xe di động; lực kích động ngẫu nhiên do độ gồ ghề mặt cầu gây ra (mô phỏng quá trình ngẫu nhiên dừng Gaussian, có tính Ergodic, đặc trưng bởi hàm mật độ phổ công suất PSD); mô hình hoạt tải xe 2 khối lượng cho từng trục và hệ thống cáp văng phi tuyến.
    • Phạm vi nghiên cứu: Phân tích dao động trong mặt phẳng đứng của hệ thống cầu dây văng (gồm dầm chủ, tháp cầu và dây cáp văng). Thí nghiệm thực địa và phân tích số cụ thể trên công trình cầu dây văng Phò Nam (Thành phố Đà Nẵng).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã hệ thống hóa các hướng tiếp cận chính trên thế giới và ở Việt Nam đối với bài toán tương tác động lực học cầu - xe:

  • Hướng nghiên cứu thực nghiệm và hệ số xung kích: Các công trình của Paultre và cộng sự đã tổng hợp cách xác định hệ số động lực $(1+IM)$ trong quy trình thiết kế của nhiều quốc gia. Kết quả cho thấy có sự khác biệt và chưa đạt được sự đồng thuận giữa các tiêu chuẩn, do phương pháp hệ số tĩnh bỏ qua dạng dao động riêng, hiệu ứng vận tốc, tính chất ngẫu nhiên của bề mặt và hiện tượng cộng hưởng.

  • Hướng nghiên cứu lý thuyết theo mô hình tiền định:

    • Quốc tế: Bắt đầu từ Willis (1849), Meizel (1930), Wen (1960), Sundara và Jagadish (1970), Philipov (1970), Barchenkov (1976), Huang Dongzhou - Wang Ton-Lo - Shahawy Mohsen (1995), Yang Yeong-Bin và Lin Bing Houng (1995), Yang Yeong-Bin và Yau Dong-Dar (1997), Yang Fuheng và cs (2001), Rawlings và cs (2002), Dietz và cs (2002), Zeng Huan - Bert Charles W. - Ping Lou (2004).
    • Việt Nam: Nguyễn Văn Khang và cộng sự (Đại học Bách Khoa Hà Nội) sử dụng phương pháp giải tích cho hệ dầm và hệ thanh; Hoàng Hà (2002) mô hình cầu dây văng thành dầm liên tục trên gối đàn hồi chịu tải trọng hai khối lượng; Đỗ Xuân Thọ (1996) khảo sát dầm trên gối tựa phi tuyến Duffing; Tạ Hữu Vinh (2005) dùng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) cho khung không gian; Nguyễn Đông Anh, Lã Đức Việt, Đỗ Anh Cường, Vũ Mạnh Lãng, Phạm Xuân Khang, Nguyễn Ngọc Long xây dựng chương trình SAVA; Nguyễn Xuân Toản và cộng sự thiết lập mô hình tương tác cầu dây văng - xe theo PTHH xét dầm, tháp và cáp phi tuyến; Trần Thanh Hải và Nguyễn Đình Kiên (2010) giải bài toán mặt cầu lồi lõm dạng sóng điều hòa; Trần Văn Đức (2013) xét lực hãm xe; nhóm nghiên cứu Nguyễn Tiến Khiêm, Nguyễn Việt Khoa khảo sát dầm nứt; Phí Thị Hằng (2016) dùng phương pháp phổ tần số.

  • Hướng nghiên cứu theo mô hình ngẫu nhiên và xét độ gồ ghề mặt cầu:

    • Honda và cs (1982) đề xuất hàm phổ mật độ công suất (PSD) dạng hàm mũ dựa trên khảo sát 56 cầu cao tốc; Pamalas và cs (1985) dùng phương pháp Rayleigh-Ritz chỉ ra hệ số động lực tăng 2 đến 3 lần khi xét độ gồ ghề; Inbanathan và Wieland (1987) khảo sát dầm hộp với 10 phổ nhân tạo ở tốc độ 19–38 km/h; Coussy và cs (1987) phân tích tương tác dầm phân bố đều và tải một khối lượng; Proulx và Paultre đo dao động cầu dầm liên hợp; Hwang và Nowak (1991) ứng dụng mô phỏng Monte-Carlo khảo sát thông số thống kê; Cheung (2001) xét biến dạng dầm bê tông cốt thép dự ứng lực và cáp ngắn trong cầu dây văng; Geert Lombaert và Joel P.Conte (2012) nghiên cứu quá trình ngẫu nhiên không dừng trên dầm đơn giản; Zhi-wu và cs (2016) áp dụng phương pháp tiến hóa mật độ xác suất cho tàu hỏa trên cầu dầm hộp.
    • Ở trong nước, Vũ Văn Toản (2017) bước đầu mô phỏng mặt cầu mấp mô bằng Simulink-Matlab trên cầu dầm.

  • Khoảng trống luận án giải quyết: Các nghiên cứu trước đây thường áp dụng mô hình tải trọng phức tạp (nhiều khối lượng) trên sơ đồ kết cấu đơn giản (dầm đơn giản), hoặc xét kết cấu phức tạp (cầu dây văng) nhưng tải trọng đơn giản (một khối lượng) hoặc gồ ghề tiền định. Luận án giải quyết đồng thời: mô hình cầu dây văng không gian phẳng hoàn chỉnh (gồm phần tử dầm, tháp và cáp phi tuyến), hoạt tải xe mô hình $(2 \times n)$ khối lượng có xét lực kích động động cơ, bề mặt gồ ghề mô phỏng ngẫu nhiên từ hàm phổ PSD thực tế và tiêu chuẩn ISO 8608:1995, giải bằng thuật toán Monte-Carlo kết hợp chế tạo thiết bị đo đạc thực tế tại hiện trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

1. Cơ sở lý thuyết

  • Lý thuyết quá trình ngẫu nhiên: Độ mấp mô của mặt đường/mặt cầu được giả thiết là một trường ngẫu nhiên đồng nhất Gaussian với giá trị trung bình bằng 0 trong miền không gian, có thể chuyển đổi thành quá trình ngẫu nhiên dừng có tính chất Ergodic trong miền thời gian.
  • Hàm mật độ phổ công suất (Power Spectral Density - PSD): Thiết lập quan hệ giữa phổ không gian $S_r(\Omega)$ (với số sóng $\Omega$) và phổ thời gian $S_r(\omega)$ qua vận tốc xe $v$: $$S_r(\omega) = \frac{1}{v} S_r(\Omega) = \frac{1}{v} S_r\left(\frac{\omega}{v}\right)$$ Phổ thực nghiệm được mô hình hóa theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995: $$S_r(\Omega) = S_r(\Omega_0) \left(\frac{\Omega}{\Omega_0}\right)^{-\gamma}$$ với $\Omega_0 = \frac{1}{2\pi} \text{ (vòng/m)}$, hệ số độ gồ ghề $S_r(\Omega_0)$ và số mũ $\gamma \in [1{,}5 \div 3{,}0]$.
Loại mặt đường (ISO 8608:1995) Giới hạn dưới $S_r(\Omega_0)$ ($10^{-6}\text{ m}^3/\text{vòng}$) Trung bình $S_r(\Omega_0)$ ($10^{-6}\text{ m}^3/\text{vòng}$) Giới hạn trên $S_r(\Omega_0)$ ($10^{-6}\text{ m}^3/\text{vòng}$)
Loại A (Rất tốt) - 16 32
Loại B (Tốt) 32 64 128
Loại C (Trung bình) 128 256 512
Loại D (Xấu) 512 1024 2048
Loại E (Rất xấu) 2048 4096 8192
  • Mô phỏng chuỗi lượng giác (Shinozuka): Biểu diễn hàm thể hiện độ gồ ghề $r(t)$: $$r(t) = \sum_{k=1}^{M} A_k \cos(\omega_k t + \Phi_k)$$ Trong đó: $\Phi_k$ là biến ngẫu nhiên phân bố đều $[0, 2\pi]$, biên độ $A_k = \sqrt{2 S_r(\omega_k) \Delta\omega}$.

2. Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp giải tích và số:
    • Phương pháp mô phỏng Monte-Carlo: Tạo lập tập hợp $N$ thể hiện đầu vào của độ gồ ghề mặt cầu, thực hiện giải lặp hệ phương trình tương tác vi phân động lực học trên miền thời gian, sau đó phân tích thống kê các đáp ứng đầu ra (kỳ vọng, phương sai, độ lệch chuẩn, phân bố xác suất).
    • Phương pháp PTHH kết hợp Galerkin và lý thuyết Green: Rời rạc hóa dầm chủ, tháp cầu; mô hình phần tử cáp văng có xét đến tính phi tuyến hình học thông qua lực căng ban đầu $T$ và số hạng biến dạng phụ $h(t)$.
    • Phương pháp Runge-Kutta: Tích phân số hệ phương trình vi phân chuyển động phi tuyến theo thời gian.
    • Xử lý tín hiệu số: Áp dụng thuật toán biến đổi Welch để tính toán hàm mật độ phổ PSD từ chuỗi dữ liệu thực nghiệm.
  • Phương pháp thực nghiệm:
    • Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo xe chuyên dụng đo độ gồ ghề mặt cầu tại Xưởng chế tạo máy - Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng.
    • Đo đạc thực địa độ mấp mô mặt đường và phản ứng dao động cầu dây văng Phò Nam dưới tác dụng của xe tải thí nghiệm 2 trục Foton với các cấp vận tốc khác nhau (10, 20, 30, 40 km/h).
    • Sử dụng hệ thống thiết bị thu nhận số liệu dao động SDA-830C và cảm biến chuyển vị động CDP-50 của Nhật Bản.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu tương tác động lực học công trình cầu, cầu dây văng dưới tác dụng hoạt tải xe di động

Chương này tổng thuật toàn diện bối cảnh phát triển của cầu dây văng trên thế giới (từ cầu Stromsund 1955 đến cầu Russky 2012 với nhịp chính 1104m, cùng các dự án nhịp trên 2000m qua vịnh Messina, Storebelt, Gibraltar) và tại Việt Nam (Mỹ Thuận, Kiền, Bính, Bãi Cháy, Rạch Miễu, Trần Thị Lý, Cần Thơ, Nhật Tân, Vàm Cống, Cao Lãnh).

Chương 1 đi sâu phân tích hai hướng tiếp cận chính:

  1. Hướng thực nghiệm: Xác định hệ số xung kích $(1+IM)$ với công thức $IM = \frac{R_d(x) - R_t(x)}{R_t(x)}$, chỉ ra sự phân tán lớn và thiếu đồng thuận giữa tiêu chuẩn các nước như tổng hợp của Paultre.
  2. Hướng lý thuyết: Tổng quan mô hình tiền định và mô hình ngẫu nhiên của các tác giả trong và ngoài nước.

Chương kết luận bằng việc xác định mục tiêu, đối tượng, mô hình hóa hoạt tải thành hệ $(2 \times n)$ khối lượng chịu lực kích thích điều hòa từ động cơ $G_i \sin(\Omega_i t + \alpha_i)$, xét dầm, tháp và cáp văng phi tuyến trong mặt phẳng đứng.

Chương 2: Mô hình hóa độ gồ ghề mặt cầu theo lý thuyết ngẫu nhiên và phân tích thống kê các đặc trưng của quá trình ngẫu nhiên

Chương 2 trình bày cơ sở toán học của biến ngẫu nhiên và quá trình ngẫu nhiên (phân bố xác suất, hàm mật độ, mô men, kỳ vọng, phương sai, hàm tự tương quan, quá trình dừng Ergodic, phổ công suất PSD, phổ ồn trắng, phổ dải hẹp, mô men phổ).

Từ mối quan hệ Wiener-Khintchine và lý thuyết Shinozuka, tác giả xây dựng quy trình thuật toán mô phỏng các thể hiện độ gồ ghề $r(t)$ từ phổ ISO 8608:1995 và từ phổ đo đạc thực tế qua phương pháp Welch.

Nghiên cứu sinh đã lập trình xây dựng mô đun phần mềm DGGNN bằng ngôn ngữ Delphi, cho phép khởi tạo các thể hiện biên dạng mặt cầu ngẫu nhiên (từ loại A đến loại E) và mô-đun phân tích thống kê các đặc trưng xác suất.

Đồng thời, chương làm rõ cơ sở của phương pháp Monte-Carlo dựa trên luật số lớn, định lý giới hạn trung tâm và đánh giá sai số tỷ lệ với $(C/N)^{0{,}5}$.

Chương 3: Xây dựng chương trình phân tích dao động kết cấu cầu dây văng dưới tác dụng của hoạt tải di động, xét đến độ mấp mô của mặt cầu bằng phương pháp mô phỏng Monte-Carlo

Chương 3 thiết lập hệ phương trình vi phân chuyển động tương tác dầm - xe trên mặt cầu không bằng phẳng:

  • Mô hình xe: Hệ $2 \times n$ bậc tự do gồm khối lượng thân xe $m_{1i}$, khối lượng trục xe $m_{2i}$, độ cứng nhíp $k_{1i}$, giảm chấn nhíp $d_{1i}$, độ cứng lốp $k_{2i}$, giảm chấn lốp $d_{2i}$ và lực kích thích điều hòa động cơ.
  • Hệ dầm cầu: Xét đồng thời phương trình dao động uốn $w(x,t)$ và dao động dọc $u(x,t)$ có kể đến ma sát trong $\theta$, ma sát ngoài $\beta$, diện tích mặt cắt $F_d$, mô đun đàn hồi $EJ$, khối lượng riêng $\rho$, được rời rạc hóa không gian bằng phương pháp Galerkin và tích phân số theo thời gian.
  • Phần tử cáp: Thiết lập phương trình vi phân phi tuyến có xét đến biến thiên lực căng $T + h(t)$.
  • Thuật toán tích hợp: Tác giả xây dựng thuật toán giải lặp tìm chuyển vị và ma trận độ cứng của cáp, tích hợp trong chương trình phân tích tĩnh và động tương tác cầu - xe KC05 viết bằng Delphi kết nối với phương pháp Monte-Carlo.

Chương 4: Thực nghiệm và phân tích số mô hình tương tác dao động kết cấu cầu dây văng dưới tác dụng của hoạt tải di động, xét đến độ gồ ghề ngẫu nhiên của mặt cầu

Chương 4 áp dụng toàn bộ quy trình lý thuyết, thuật toán và thiết bị vào công trình cầu dây văng Phò Nam (Đà Nẵng):

  1. Chế tạo thiết bị và đo mặt đường: Chế tạo xe đo độ gồ ghề mặt cầu tại Trường ĐHBK - ĐHĐN; tiến hành đo 10 chuỗi dữ liệu thực tế tại cầu Phò Nam, xử lý phổ PSD bằng phương pháp Welch, so sánh với ISO 8608:1995 và tái lập các thể hiện đầu vào bằng chương trình DGGNN.
  2. Đo đạc dao động thực tế: Bố trí hệ thống cảm biến CDP-50 và thiết bị thu nhận SDA-830C ghi nhận chuyển vị động tại các nút dầm (Nút 2, Nút 3 - giữa nhịp 1, Nút 4, Nút 8, Nút 9, Nút 10) dưới tác dụng của xe tải 2 trục Foton chạy qua ở các tốc độ 10, 20, 30, 40 km/h.
  3. Phân tích số và kiểm chứng: Tiến hành phân tích động lực học ngẫu nhiên bằng chương trình KC05 theo phương pháp Monte-Carlo; so sánh chuyển vị tĩnh, chuyển vị động và hệ số $(1+IM)$ giữa lý thuyết và thực nghiệm tại Nút 3, cho thấy sự tương thích.
  4. Khảo sát thống kê: Đánh giá ảnh hưởng của số lượng thể hiện đầu vào ($N = 50, 100, 300, 500$) đến sự hội tụ của phân bố xác suất và biểu đồ QQ-Plot; khảo sát biến thiên của hệ số động lực $(1+IM)$ khi tình trạng mặt cầu suy giảm từ loại A đến loại E, từ đó xác định các vùng nguy hiểm cục bộ trên kết cấu nhịp.

Kết quả và những đóng góp mới

  • Đóng góp về mặt lý thuyết và phương pháp luận:

    • Thiết lập thành công mô hình toán học và hệ phương trình vi phân tương tác động lực học ngẫu nhiên hoàn chỉnh cho hệ thống cầu dây văng trong mặt phẳng đứng (xét dầm, tháp và cáp văng phi tuyến) chịu hoạt tải xe nhiều trục ($2\times n$ khối lượng) di động trên mặt cầu mấp mô ngẫu nhiên.
    • Ứng dụng thành công phương pháp mô phỏng Monte-Carlo kết hợp phương pháp tổ hợp chuỗi lượng giác (Shinozuka) để giải bài toán tương tác cầu - xe phi tuyến ngẫu nhiên.

  • Đóng góp về công cụ phần mềm và thiết bị thực nghiệm:

    • Chế tạo thành công thiết bị xe đo cơ học chuyên dụng tại hiện trường để thu thập trực tiếp chuỗi số liệu độ gồ ghề mặt cầu thực tế.
    • Xây dựng bộ chương trình tính toán số viết trên ngôn ngữ Delphi gồm: mô đun DGGNN (mô phỏng quá trình ngẫu nhiên độ gồ ghề từ phổ PSD) và chương trình KC05 (phân tích tĩnh, động và mô phỏng Monte-Carlo tương tác cầu dây văng - xe).

  • Đóng góp thực tiễn và khuyến nghị ứng dụng:

    • Cung cấp số liệu đo đạc thực nghiệm về độ mấp mô và dao động động lực học tại cầu dây văng Phò Nam.
    • Chứng minh định lượng rằng tình trạng bề mặt mặt cầu (từ loại A đến loại E theo ISO 8608:1995) làm thay đổi đáng kể phân bố xác suất và giá trị kỳ vọng của hệ số động lực $(1+IM)$, qua đó khuyến nghị các đơn vị quản lý cần kiểm soát độ bằng phẳng mặt cầu trong quá trình khai thác để phòng ngừa nguy cơ mất an toàn tại các vị trí xung yếu.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của đề tài:

    • Mô hình phân tích dao động của cầu dây văng mới chỉ giới hạn trong bài toán không gian phẳng 2D (mặt phẳng đứng), chưa xét tương tác không gian 3 chiều (xoắn, uốn ngang).
    • Độ gồ ghề mặt cầu được giả thiết là quá trình ngẫu nhiên dừng Gaussian, chưa xét đến các trường hợp quá trình ngẫu nhiên không dừng phức tạp.
    • Tải trọng xe chạy với vận tốc không đổi trên cầu, chưa mô phỏng quá trình tăng tốc hoặc hãm phanh đột ngột trong mô hình Monte-Carlo.

  • Hướng nghiên cứu tiếp theo:

    • Mở rộng mô hình tương tác động lực học ngẫu nhiên cầu dây văng - hoạt tải trong không gian 3 chiều (3D).
    • Nghiên cứu mô hình độ gồ ghề mặt cầu theo lý thuyết quá trình ngẫu nhiên không dừng.
    • Khảo sát tương tác khi xe thay đổi vận tốc (gia tốc, lực hãm phanh) và sự xuất hiện đồng thời của đoàn xe ngẫu nhiên trên nhiều làn xe.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên ngành Cơ kỹ thuật, Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông: Luận án là tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp mô phỏng Monte-Carlo trong động lực học công trình ngẫu nhiên, cách thức chuyển đổi phổ mật độ công suất (PSD) theo ISO 8608:1995 và phương pháp lập trình mô phỏng tương tác kết cấu - tải trọng di động.
  • Đối với kỹ sư thiết kế và cơ quan quản lý khai thác cầu đường: Cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá chính xác hơn hệ số xung kích $(1+IM)$ thay vì áp dụng hệ số tĩnh cố định, đồng thời hỗ trợ lập kế hoạch duy tu, sửa chữa lớp phủ mặt cầu nhằm kéo dài tuổi thọ khai thác của cầu dây văng.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình hoạt tải xe được luận án thiết lập như thế nào?

Hoạt tải xe di động được mô hình hóa theo sơ đồ $(2 \times n)$ khối lượng (với $n$ là số trục xe). Mỗi trục xe $i$ bao gồm: khối lượng thân xe và hàng hóa $m_{1i}$, khối lượng trục xe $m_{2i}$, liên kết với nhau bằng hệ lò xo nhíp ($k_{1i}$) - giảm chấn nhíp ($d_{1i}$), và hệ lốp xe tiếp xúc mặt cầu gồm lò xo lốp ($k_{2i}$) - giảm chấn lốp ($d_{2i}$). Mô hình còn kể đến thành phần lực kích thích điều hòa do độ lệch tâm động cơ $G_i \sin(\Omega_i t + \alpha_i)$.

2. Độ gồ ghề của mặt cầu được mô phỏng theo cơ sở toán học nào?

Độ gồ ghề được mô hình hóa như một trường ngẫu nhiên Gaussian dừng, có tính Ergodic. Hàm thể hiện $r(t)$ được tạo ra thông qua phương pháp tổ hợp chuỗi lượng giác Shinozuka dạng $r(t) = \sum_{k=1}^{M} A_k \cos(\omega_k t + \Phi_k)$ dựa trên hàm mật độ phổ công suất (PSD) theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995 hoặc phổ phân tích từ số liệu đo thực nghiệm bằng phương pháp Welch.

3. Thiết bị thực nghiệm nào đã được chế tạo và sử dụng trong nghiên cứu?

Nghiên cứu sinh đã tự thiết kế và chế tạo xe chuyên dụng đo độ gồ ghề mặt đường/mặt cầu tại Xưởng chế tạo máy - Khoa Cơ khí (Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng). Để đo dao động thực tế tại cầu Phò Nam, hệ thống sử dụng thiết bị thu nhận tín hiệu SDA-830C và các cảm biến đo chuyển vị động CDP-50 (Nhật Bản), kết hợp xe tải thử nghiệm 2 trục Foton.

4. Các phần mềm, mô-đun tính toán nào được phát triển trong luận án?

Tác giả đã lập trình hai bộ công cụ chính bằng ngôn ngữ Delphi:

  1. DGGNN: Mô-đun tạo các thể hiện ngẫu nhiên của độ gồ ghề mặt cầu từ hàm phổ PSD và phân tích thống kê các đặc trưng xác suất.
  2. KC05: Chương trình phân tích tĩnh và động lực học tương tác cầu dây văng - xe theo phương pháp PTHH kết hợp mô phỏng Monte-Carlo.

Kết luận

Luận án của NCS. Nguyễn Duy Thảo đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán tương tác động lực học ngẫu nhiên trong mặt phẳng đứng giữa kết cấu cầu dây văng và hoạt tải xe di động có xét đến độ mấp mô mặt cầu. Bằng việc kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết quá trình ngẫu nhiên, phương pháp phần tử hữu hạn, mô phỏng Monte-Carlo và thực nghiệm hiện trường tại cầu Phò Nam, công trình đã làm sáng tỏ ảnh hưởng của chất lượng bề mặt cầu đến hệ số động lực $(1+IM)$. Kết quả nghiên cứu đóng góp thiết thực cho công tác tính toán thiết kế cũng như đánh giá an toàn khai thác cầu dây văng tại Việt Nam.