ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA soOœs BAO CAO TONG KET KET QUÁ DE TAI KHCN CAP TRUONG Tén dé tai: PHAN TICH DONG LUC HOC DAM LIEN TUC CHIU TAI DI DONG CO XET KHOI LUONG VAT THE Ma s6 dé tai: T-KTXD-2014-60 Thời gian thực hiện: 03/2014 - 02/2015 Chủ nhiệm đề tài: TS. Nguyễn Trọng Phước Cán bộ tham gia đề tải: TS. Lương Văn Hải ThS.
Huynh Văn Mai ThS. Nguyễn Hoàng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2014 Danh sách các cán bộ tham gia thực hiện đề tài (Ghi rõ học hàm, hoc vi, đơn vi công tác gôm bộ môn, Khoa/Trung tâm) 1. Nguyễn Trọng Phước, BM Sức Bên Kết Cau, Khoa Xây Dựng 2. Lương Văn Hái, BM Sức Bên Kết Câu, Khoa Xây Dựng 3.
Huynh Van Mãi, làm việc ở Công ty Xây dựng 4. Nguyễn Hoàng Lâm, BM Sức Bên Kết Cấu, Khoa Xây Dựng MỤC LỤC CHƯƠNGH1 GIỚI THIỆU.-- 5-2 222 SE+EESE£E£EEEEEEEEEE E21 re rree | 1.c tt th H21 rrerie | 1.2 Nội dung của để tài.- 5c t n T3 E1 1121212110121 211111120210 ke 2 143 Tổng quan.-- 2 2221 1 5212111 12121111 0121111101011 11 01010001112 r0 3 CHƯƠNG2_ CƠ SỞ LÝ THUYET .2) M6 hinh bal toa 0. 9 23 Phương trình chuyển động của dam .5 Phương trình chuyển động .---- ¿2 2S 2 SE2E+ESEE SE 1E 2E E2 crk re 15 2.6 Sơ đồ KOI oes eeeceecceecseessessnesseesseesneesnesnecsnecsnesneesnecseceuecsuseuneaneeeneeseeeneeateee 20 2.7 Kết luận chương .---- +: S213 2121535 11212111 2111111110101 xe 20 CHƯƠNG 3 KẾT QUA SỐ.2-5<ceseseresereserkeserrsrrteserrsee 22 Sâm tu. Ảnh hưởng số nhịp dam .4 Ảnh hưởng các mô hình tải trọng khác nhau .5) Ảnh hưởng của vận tỐC.6 Ảnh hưởng của vận tốc thay đổi .---- ¿2 c5 ce2eccserzxcce 39 sàn cm.
Al CHUONG 4 KET LUẬN VA HUONG PHAT TRIEN. tt HH He 42 4.2_ Hướng phat triỂn.---- :- S221 1 2121111 11212111 0121111101011 re 43 Tài liệu tham khảo.ccesenneecceessnneeeecsesneeeeccsssaceceesesaeeeeseesneeeeseeseaaeeeees AA Phu luc M@ Chung trimh 20.13 Bài báo công bô Các hồ sơ liên quan dé tài TOM TAT DE TÀI Trong bai toán phân tích ứng xu của kết cầu dạng dầm liên tục chịu tải trọng di dong, phương pháp phân tích tĩnh thường được sử dung để tìm lời giải của bài toán. Có một số nghiên cứu gan đây trình bày sự phân tích động lực học dé tìm ứng xử của dầm liên tục và tải trọng của phương xe được mô hình như là một lực di động qua cầu nhưng chưa phô biên lăm. Đề tài này phân tích động lực học của dầm liên tục chịu tải trọng di động có xét đến khối lượng của tải trọng.
Bài toán động lực học kết cấu được giải quyết thông qua phương pháp phần tử hữu hạn và tích phân số Newmark trên toàn miễn thời gian. Một chương trình máy tính được viết bằng ngôn ngữ lập trình MATLAB để phân tích ứng xử động đã được thực hiện. Các kết quả số bước đầu cho thay rang su anh huong cua luc quán tính theo phương đứng do xét khối lượng tải trọng là đáng kế đến ứng xử của cau. Có vị trí trong kết cấu là nguy hiểm hơn so với trường hợp không xét khối lượng xe.
Ngoài ra, vận tốc chuyển động của tải trọng cũng ảnh hưởng khá nhạy đến ứng xử động của dầm. Sự ảnh hưởng của số lượng nhịp dầm cũng được khảo sát. Tính mới của dé tài là xem xét tác dung của phương tiện có cả lực và khối lượng di động (có xét đến ảnh hưởng của lực quán tính theo phương đứng) và vận tốc tải trọng có ảnh hưởng đến ứng xử cũng đã được phân tích. Kết quả thu được có ý nghĩa vật lý rõ ràng.
Có thé thay rang mô hình của xe được đi sâu hơn và xét đến khối lượng tải trọng. GIOI THIEU 11 ĐẶT VAN DE Phân tích ứng xu của kết cầu dạng dầm liên tục chịu tải trọng di động là mô hình của cầu chịu sự tác động của tải trọng xe. Như đã biết, độ võng lớn và dao động gây ra bởi lực động của phương tiện nặng có thể gây hư hong, tăng chi phi bảo trì và làm giảm tuổi thọ kết câu. Những phát triển về kỹ thuật thiết kế, đặc tính vật liệu, kỹ thuật xây dựng trong thời gian gần đây cho phép xây dựng những kết câu nhẹ hơn, dải hơn và mảnh hơn đặc biệt là trong lĩnh vực cầu đường.
Cùng với sự phát triển của các phương tiện vận tải siêu tốc thì van dé này, sự phân tích động lực học, càng được quan tâm rat nhiêu trong lĩnh vực kết cau. Có hai nhóm phương pháp phân tích phản ứng của dầm liên tục chịu tải trọng xe là phân tích tĩnh và phân tích động lực học. Nhóm phân tích tĩnh đã được quan tâm từ rất lâu và có những kết quả rất đáng ké trong lý thuyết cũng như thực tiễn. Bắt đầu từ lý thuyết đường ảnh hưởng, suy ra được các giá tri cần thiết néu dòng phương tiện đậu trên cầu và kết qua này được nhân với hệ số động để xét đến ảnh hưởng của xe chạy qua cầu.
Hệ số này tùy vào các tiêu chuẩn và là hàm số phụ thuộc vào khá nhiều thông số gần đúng như. tần số đao động tự nhiên cơ bản, chiều dài nhịp và tinh trạng tai trọng tĩnh tác động nhiều lần vào kết cấu cho nên hệ số này phải đủ lớn để xét thêm tải trọng động. Thêm vào những tiêu chuẩn thiết kế của mỗi quốc gia lại khác nhau nên sẽ tạo nên một dải trong việc chọn hệ sô động lực đê thiệt kê. Các kết quả này góp phần vào việc cung cấp các giá trị cần thiết để thiết kế kết cầu nhìn trên một số phương diện cường độ, biến dạng.
Tuy nhiên kết quả là gân đúng và tùy thuộc từng quan điểm hay từng đặc thù của tiêu chuẩn. Nhóm nghiên cứu thứ hai là phân tích động lực học. Nhóm này đi tìm nghiệm ứng xử thực hơn của kết cấu chịu tải trọng xe tại các thời điểm khác nhau vì vậy cung cấp cách nhìn chính xác hơn ứng với từng trường hợp thực tế. Tuy nhiên, thực tế có quá nhiều trường hợp tải trọng xe, một xe hay nhiều Xe, chuyển động như thé nào, đặc tính của các xe ra sao,.
và kết cau là một mô hình khá phức tạp khi phân tích động lực học; hơn nữa khối lượng công việc dé giải bài toán động lực học thường khá lớn nên hiện nay chưa được pho biến đến việc dùng nó trong bai toán thiết kế. Thực sự hướng này vẫn còn đang nghiên cứu nhiều và cũng đã có kết quả nhất định cung cấp cách nhìn trên nhiều phương diện khác nhau như sự dao động, miền cộng hưởng, tuôi tho,. Bài toán phân tích ứng xử động lực học dầm liên tục chịu ngoại lực theo phương đứng thu hút được rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học. Hơn nữa, tải trọng xe chạy là tải trọng tác dụng chủ yếu và lâu dài lên cầu trong quá trình khai thác.
Có thé thấy rang tải trọng xe qua cau là tải trong thường xuyên, có tính lặp đi lặp lại. Đi sâu hơn nữa, việc phân tích động do tải trọng xe gây ra có ý nghĩa tương đối lớn đến độ bền mỏi hay tuổi thọ của kết cau vì khả năng hư hỏng câu gây ra do dao động của tải trong di động, thêm vào tải trọng do xe nặng, chuyển động với vận tốc lớn có thể gây nguy hiểm và dẫn đến việc tăng giá thành bảo trì và giảm tuổi thọ làm việc của kết cấu. Vì vậy, hiện nay van dé phân tích động của kết cấu chịu phương tiện giao thông đang thu hút được sự quan tâm của nhiều kỹ sư cũng như các nhà nghiên cứu.2 NỘI DUNG CUA DE TÀI Hòa vào khuynh hướng nghiên cứu trên, dé tài này cũng tiến hành theo nghiên cứu ứng xử động lực học của một dầm liên tục nhiều nhịp chịu tải trọng xe chạy có xét đến khối lượng tải. Tải trọng xe được mô hình dưới dang: i) lực di động, ii) lực và khối lượng di động và iii) mô hình một hệ gồm có bánh xe, nhíp xe va thân xe cùng di động (sprung mass).
Tất cả hệ dầm và xe được xem như một hệ tổng quát và phân tích phản ứng động của cả hệ. Từ đó đánh giá sự ảnh hưởng của khối lượng xe, vận tốc chuyển động lên phản ứng động của dâm. Phương pháp dé phân tích bài toán này là dùng phan tử hữu han với các phan tử thanh chịu uốn dé mô tả dầm liên tục; kết hợp với nguyên lý cân băng động dé thiết lập phương trình chuyển động của cả hệ và dùng phương pháp tích phân trực tiếp để giải phương trình chuyển động. Việc tính toán này được thực hiện bằng chương trình máy tính tự viết theo ngôn ngữ MATLAB, một số phần có kiểm chứng kết quả với phần mềm SAP2000 và các nghiên cứu khác.
Giới hạn của dé tai là: lực truyền từ xe xuống dam chỉ xét theo phương đứng, không xét cả doan xe mà chỉ xét 1 chiếc xe, xe chuyển động với vận tốc thay đôi đều (gia tốc hằng số). Đề tài có ý nghĩa khoa học rõ ràng đó là xét chỉ tiết hơn về mô hình xe để đánh giá sự ảnh hưởng của nó đến phản ứng động của dầm, tiệm cận hon đến nghiệm chính xác so với mô hình tải trọng là lực di động trước đây. TONG QUAN TINH HÌNH NGHIÊN CUU Bai toán phương tiện di động qua dầm được nghiên cứu dưới dang một sô mô hình như sau: Mô hình T: Tài trọng di động đủ cham không gây ra dao động, không xét đến khối lượng của tải trọng và khối lượng của dầm, bỏ qua các hiệu ứng quán tính theo phương đứng như trên Hình 7.1 xem xét đến như bài toán tĩnh.Timoshenko (1922) đã nghiên cứu mở rộng cho bai toán dầm chịu tải trong di động thay đổi điều hoà.1 Tai trong không khối lượng di động Mô hình 2: Tải trọng có khối lượng di chuyến trên hệ dầm không có khối lượng như trên Hình 1. M 4 Pp + ụ Z2 x ị /Ñ : if S74? ` w Hình 1.2 Tai trọng có khối lượng di động trên dam Mô hình 3: Tải trọng có khối lượng, chuyển động trên dầm cũng có khối lượng trên Hình 1.3 Tải trọng có khối lượng di động trên dâm có khối lượng Hình 1.6 Mô hình của tải trọng xe chạy trên dâm đơn Ảnh hưởng động lực học của tải di động được nhận ra vào giữa thế kỷ 19 va Stoke được cho là người đầu tiên chính thức phân tích van đề tai trọng chuyên động ở mức độ lực di động.
Từ đó đên nay, có rât nhiêu nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm được thực hiện nhằm đánh giá về các khía cạnh khác nhau tac động đến phan ứng của những kết cau dạng này.