Luận Văn Thạc Sĩ: Phân Tích Động Lực Học Đầm Liên Tục Chịu Tải Trọng Xe Và Khối Lượng Xe

Luận văn thạc sĩ phân tích động lực học đầm liên tục chịu tải trọng xe, xét đến khối lượng xe, ứng dụng trong kỹ thuật xây dựng hiệu quả.

• Tác giả: Huỳnh Văn Mãi
• Người hướng dẫn: Nguyễn Trọng Phước
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Xây Dựng Công Trình DD&CN
• Đề tài: Phân tích động lực học dầm liên tục chịu tải trọng xe có xét đến khối lượng xe
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. NÊU VẤN ĐỀ
• 1.2. MỤC ĐÍCH LUẬN VĂN
• 1.3. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
• 1.4. CẤU TRÚC LUẬN VĂN
• 2. CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
• 2.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC
• 2.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC
• 2.3. NHẬN XÉT
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. LÝ THUYẾT DẦM EULER — BERNOULLI
• 3.2. PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG CỦA DẦM DÙNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
• 3.2.1. Phần tử dầm chịu uốn
• 3.2.2. Phương trình Lagrange
• 3.2.3. Phương trình động lực học của dầm chịu uốn
• 3.2.4. Các ma trận tính chất
• 3.3. PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG CỦA XE
• 3.4. PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG CỦA HỆ XE — CẦU
• 3.5. PHƯƠNG PHÁP GIẢI
• 3.5.1. Phương pháp Newmark
• 3.5.2. Sử dụng phương pháp Newmark giải phương trình chuyển động
• 3.5.3. Giải phương trình tần số bằng thuật toán tìm trị riêng
• 3.6. GIỚI THIỆU NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB
• 4. CHƯƠNG 4: THÍ DỤ SỐ
• 4.1. PHÂN KIỂM CHỨNG
• 4.1.1. Bài toán dầm đơn giản chịu tác dụng của lực di động
• 4.1.2. Bài toán dầm đơn giản chịu tác dụng của khối lượng di động
• 4.1.3. Bài toán dầm đơn giản chịu tác dụng của hệ sprung mass
• 4.1.4. Bài toán dầm liên tục chịu tác dụng của lực di động
• 4.2. PHÂN KHẢO SÁT
• 4.2.1. Tần số tự nhiên của dầm nhiều nhịp gối tựa đơn
• 4.2.2. Khảo sát sự hội tụ của bài toán
• 4.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của số nhịp dầm
• 4.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của các mô hình tải trọng
• 4.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc
• 4.2.6. Khảo sát ảnh hưởng của thông số tần số
• 4.2.7. Khảo sát ảnh hưởng của thông số khối lượng
• 4.2.8. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ số cản nhớt của dầm
• 4.2.9. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ số cản nhớt của xe
• 4.2.10. Khảo sát trường hợp hai xe cùng chuyển động
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Động lực học và phương pháp phân tích

Động lực học là trọng tâm của nghiên cứu này, tập trung vào việc phân tích ứng xử của dầm liên tục dưới tác dụng của tải trọng xe. Phương pháp phân tích kết cấu được áp dụng bao gồm việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô tả kết cấu dầm. Các ma trận tính chất của dầm được thiết lập để mô tả sự tương tác giữa xe và dầm, bao gồm cả các thành phần quán tính của xe. Phương trình chuyển động của hệ được giải bằng phương pháp tích phân từng bước Newmark, cho phép đánh giá chính xác ứng xử động của dầm.

1.1. Phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để rời rạc hóa kết cấu dầm, giúp mô tả chính xác sự tương tác giữa xe và dầm. Các ma trận khối lượng, ma trận độ cứng và ma trận cản được thiết lập để mô tả đầy đủ các đặc tính động lực học của hệ thống. Phương trình chuyển động được thiết lập dựa trên nguyên lý Hamilton và phương trình Lagrange, cho phép phân tích chi tiết ứng xử của dầm dưới tác dụng của tải trọng động.

1.2. Phương pháp tích phân từng bước Newmark

Phương pháp tích phân từng bước Newmark được áp dụng để giải phương trình chuyển động của hệ. Phương pháp này cho phép tính toán chính xác các đáp ứng động của dầm theo thời gian, đặc biệt là khi xét đến các yếu tố như vận tốc xe và khối lượng xe. Kết quả phân tích cho thấy ứng xử của dầm phụ thuộc đáng kể vào vận tốc xe và các thông số đặc trưng của xe.

II. Tải trọng xe và khối lượng xe

Nghiên cứu tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của tải trọng xe và khối lượng xe lên ứng xử động của dầm liên tục. Ba mô hình tải trọng được sử dụng bao gồm: lực di động, khối lượng di động và hệ sprung mass (bao gồm khối lượng thân xe và bánh xe). Mô hình sprung mass là mô hình chi tiết nhất, xét đến cả độ cứng và hệ số cản nhớt của hệ thống treo. Kết quả phân tích cho thấy ứng xử của dầm phụ thuộc nhiều vào vận tốc xe và các thông số đặc trưng của xe.

2.1. Mô hình tải trọng xe

Ba mô hình tải trọng được sử dụng trong nghiên cứu bao gồm: lực di động, khối lượng di động và hệ sprung mass. Mô hình sprung mass là mô hình chi tiết nhất, xét đến cả khối lượng thân xe và bánh xe, cũng như độ cứng và hệ số cản nhớt của hệ thống treo. Kết quả phân tích cho thấy mô hình này cho phép đánh giá chính xác hơn ứng xử động của dầm so với các mô hình đơn giản hơn.

2.2. Ảnh hưởng của khối lượng xe

Khối lượng xe là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến ứng xử động của dầm. Nghiên cứu chỉ ra rằng khối lượng xe càng lớn thì độ võng và dao động của dầm càng tăng. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc thiết kế các kết cấu cầu đường, đảm bảo an toàn và tuổi thọ của công trình.

III. Phân tích kết cấu và ứng dụng thực tế

Nghiên cứu này không chỉ mang lại giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tế quan trọng trong việc thiết kế và đánh giá các kết cấu cầu đường. Việc phân tích chi tiết ứng xử động của dầm liên tục dưới tác dụng của tải trọng xe giúp đảm bảo an toàn và tăng tuổi thọ của công trình. Các kết quả nghiên cứu cũng có thể được áp dụng trong việc thiết kế các phương tiện vận tải siêu tốc, đảm bảo sự thoải mái và an toàn cho hành khách.

3.1. Ứng dụng trong thiết kế cầu đường

Nghiên cứu này cung cấp các thông tin quan trọng cho việc thiết kế và đánh giá các kết cấu cầu đường. Việc phân tích chi tiết ứng xử động của dầm dưới tác dụng của tải trọng xe giúp đảm bảo an toàn và tăng tuổi thọ của công trình. Các kết quả nghiên cứu cũng có thể được áp dụng trong việc thiết kế các phương tiện vận tải siêu tốc.

3.2. Đánh giá tuổi thọ công trình

Việc phân tích ứng xử động của dầm dưới tác dụng của tải trọng xe giúp đánh giá chính xác tuổi thọ của công trình. Các yếu tố như vận tốc xe, khối lượng xe và đặc tính kết cấu được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo công trình hoạt động ổn định và bền vững trong thời gian dài.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Phân tích động lực học của dầm liên tục chịu tải trọng xe chuyển động là một vấn đề quan trọng trong lĩnh vực xây dựng công trình giao thông, đặc biệt là cầu đường. Theo ước tính, các kết cấu cầu chịu tác động của tải trọng xe với vận tốc ngày càng cao, khối lượng xe lớn và đặc tính vật liệu mới, dẫn đến sự thay đổi đáng kể trong phản ứng động của kết cấu. Việc nghiên cứu này nhằm mục tiêu phát triển mô hình chính xác hơn để mô tả ứng xử động lực học của dầm liên tục nhiều nhịp chịu tải trọng xe, có xét đến khối lượng xe, từ đó nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ công trình.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào phân tích dầm liên tục nhiều nhịp với mô hình xe gồm khối lượng thân xe và bánh xe, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để thiết lập bài toán động lực học. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 7/2012 đến tháng 1/2013 tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh. Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc đảm bảo an toàn kết cấu cầu, giảm chi phí bảo trì và nâng cao sự thoải mái cho hành khách khi vận tải đường bộ phát triển mạnh mẽ.

Các chỉ số quan trọng được khảo sát bao gồm vận tốc xe, tần số tự nhiên của dầm, độ cứng và hệ số cản nhớt của hệ thống treo xe, cũng như ảnh hưởng của số lượng xe và đặc điểm kết cấu dầm liên tục. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để lựa chọn mô hình tải trọng phù hợp, đồng thời đề xuất các giải pháp thiết kế và vận hành cầu hiệu quả hơn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết dầm Euler-Bernoulli, trong đó giả định mặt cắt ngang dầm luôn phẳng và vuông góc với trục dầm, biến dạng nhỏ và các thé dọc không ép hoặc dãn ra. Phương trình dao động của dầm được thiết lập dựa trên nguyên lý Hamilton và phương trình Lagrange, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) để mô hình hóa kết cấu dầm liên tục nhiều nhịp.

Ba mô hình tải trọng xe được áp dụng gồm:

• Mô hình lực di động: chỉ xét lực tác dụng không đổi, bỏ qua quán tính xe.
• Mô hình khối lượng di động: xét đến quán tính của xe và tương tác giữa xe với dầm.
• Mô hình sprung mass: mô hình chi tiết nhất, gồm khối lượng thân xe và bánh xe liên kết bằng lò xo và cản nhớt, có hai bậc tự do.

Các khái niệm chính bao gồm ma trận khối lượng, ma trận độ cứng, ma trận cản nhớt, tần số tự nhiên, hệ số động học, và phương trình chuyển động của hệ xe - dầm. Phương trình chuyển động được giải bằng phương pháp tích phân từng bước Newmark, đảm bảo tính ổn định và chính xác trong phân tích phi tuyến.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các số liệu mô phỏng và phân tích số dựa trên mô hình phần tử hữu hạn của dầm liên tục nhiều nhịp, kết hợp với mô hình xe sprung mass. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các trường hợp dầm với nhiều nhịp, vận tốc xe từ thấp đến cao, và các thông số vật lý khác nhau của xe và dầm.

Phương pháp phân tích gồm:

• Thiết lập ma trận khối lượng hiệu chỉnh có xét đến khối lượng chuyển động.
• Xây dựng ma trận độ cứng và ma trận cản nhớt bao gồm các thành phần quán tính và lực tương tác.
• Giải phương trình chuyển động bằng thuật toán Newmark với bước thời gian tính lặp phù hợp.
• Xây dựng chương trình tính toán bằng ngôn ngữ MATLAB, kiểm tra độ tin cậy qua các ví dụ số và so sánh với kết quả nghiên cứu trước đây.

Timeline nghiên cứu kéo dài khoảng 6 tháng, từ tháng 7/2012 đến tháng 1/2013, bao gồm các giai đoạn thiết kế mô hình, lập trình, kiểm tra và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng vận tốc xe đến phản ứng dầm: Kết quả phân tích cho thấy ứng xử của dầm liên tục phụ thuộc đáng kể vào vận tốc xe. Khi vận tốc tăng từ khoảng 10 m/s lên 40 m/s, hệ số động học của chuyển vị tại các điểm giữa nhịp tăng lên đến 25-30%, cho thấy sự nhạy cảm cao của kết cấu với vận tốc xe.

2. So sánh các mô hình tải trọng: Mô hình sprung mass cho kết quả phản ứng động chính xác hơn so với mô hình lực di động và khối lượng di động. Ví dụ, chuyển vị cực đại tại điểm giữa nhịp trong mô hình sprung mass cao hơn khoảng 15% so với mô hình lực di động, phản ánh ảnh hưởng của quán tính bánh xe và thân xe.

3. Ảnh hưởng các thông số xe: Độ cứng lò xo hệ thống treo và hệ số cản nhớt ảnh hưởng rõ rệt đến phản ứng động của dầm. Khi độ cứng lò xo tăng 20%, chuyển vị dầm giảm khoảng 10%, trong khi tăng hệ số cản nhớt làm giảm dao động gia tốc của dầm khoảng 12%.

4. Tác động của số lượng xe: Khi có hai xe cùng chuyển động trên dầm, hệ số động học của chuyển vị tại các điểm khảo sát tăng thêm khoảng 8-10% so với trường hợp một xe, cho thấy sự cộng hưởng và tương tác phức tạp giữa các tải trọng động.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự phụ thuộc mạnh mẽ vào vận tốc xe là do các thành phần quán tính và gia tốc hướng tâm, gia tốc Coriolis trong mô hình sprung mass, làm tăng lực tương tác giữa xe và dầm. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế trước đây, trong đó vận tốc tới hạn được xác định là yếu tố quyết định đến sự gia tăng phản ứng động.

So sánh giữa các mô hình tải trọng cho thấy mô hình sprung mass là lựa chọn phù hợp nhất để mô phỏng thực tế, vì nó bao gồm đầy đủ các thành phần quán tính và lực cản nhớt, giúp dự đoán chính xác hơn ứng xử của kết cấu. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong thiết kế và đánh giá an toàn cầu đường bộ.

Việc phân tích ảnh hưởng của các thông số xe và số lượng xe giúp hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ và chi phí bảo trì kết cấu. Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ hệ số động học theo vận tốc, bảng so sánh chuyển vị cực đại giữa các mô hình, và đồ thị phản ứng dầm theo thời gian với các thông số khác nhau.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng mô hình sprung mass trong thiết kế cầu: Khuyến nghị các kỹ sư sử dụng mô hình sprung mass để phân tích tải trọng xe trong thiết kế và đánh giá kết cấu cầu nhằm đảm bảo độ chính xác và an toàn cao hơn.

2. Kiểm soát vận tốc xe trên cầu: Đề xuất giới hạn vận tốc xe phù hợp dựa trên kết quả phân tích để giảm thiểu dao động và ứng suất động, từ đó kéo dài tuổi thọ kết cấu.

3. Tăng cường hệ thống treo xe: Khuyến khích phát triển và sử dụng hệ thống treo có độ cứng và cản nhớt tối ưu nhằm giảm tác động động lực học lên kết cấu cầu.

4. Nâng cao công tác giám sát và bảo trì: Đề xuất xây dựng hệ thống giám sát phản ứng động của cầu theo thời gian thực, đặc biệt khi có nhiều xe cùng lưu thông, để kịp thời phát hiện và xử lý các hiện tượng bất thường.

Các giải pháp trên nên được thực hiện trong vòng 1-3 năm, phối hợp giữa các cơ quan quản lý giao thông, đơn vị thiết kế và vận hành cầu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế cầu đường: Giúp hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của tải trọng xe đến kết cấu dầm liên tục, từ đó lựa chọn mô hình và phương pháp phân tích phù hợp.

2. Nhà quản lý giao thông: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các quy định về vận tốc và tải trọng xe nhằm bảo vệ kết cấu cầu.

3. Nhà nghiên cứu và giảng viên: Là tài liệu tham khảo quý giá trong lĩnh vực động lực học kết cấu và mô hình hóa tải trọng xe, hỗ trợ phát triển các nghiên cứu tiếp theo.

4. Đơn vị bảo trì và giám sát cầu: Giúp đánh giá mức độ ảnh hưởng của tải trọng động đến tuổi thọ cầu, từ đó lập kế hoạch bảo trì hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phải xét đến khối lượng xe trong phân tích dầm cầu?
   Khối lượng xe ảnh hưởng đến lực tương tác và quán tính tác động lên dầm, làm thay đổi phản ứng động của kết cấu. Bỏ qua khối lượng xe có thể dẫn đến đánh giá sai lệch về ứng xử và an toàn cầu.

2. Mô hình sprung mass có ưu điểm gì so với các mô hình khác?
   Mô hình sprung mass bao gồm khối lượng thân xe và bánh xe liên kết bằng lò xo và cản nhớt, mô phỏng chính xác hơn các thành phần quán tính và lực tương tác, giúp dự đoán phản ứng động thực tế của dầm cầu.

3. Phương pháp Newmark được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   Phương pháp Newmark là phương pháp tích phân số ổn định và chính xác để giải phương trình chuyển động phi tuyến, được áp dụng để tính toán phản ứng động của hệ xe - dầm theo từng bước thời gian.

4. Ảnh hưởng của vận tốc xe đến phản ứng dầm như thế nào?
   Vận tốc xe càng cao thì lực quán tính và gia tốc hướng tâm càng lớn, làm tăng chuyển vị và ứng suất động của dầm, có thể gây hư hỏng nhanh hơn nếu không được kiểm soát.

5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế?
   Kết quả có thể dùng để thiết kế cầu với các thông số phù hợp, xây dựng quy định vận tốc xe, cải tiến hệ thống treo xe, và lập kế hoạch bảo trì dựa trên phản ứng động thực tế của kết cấu.

Kết luận

• Phân tích động lực học dầm liên tục chịu tải trọng xe có xét đến khối lượng xe giúp mô tả chính xác hơn phản ứng động của kết cấu cầu.
• Mô hình sprung mass là lựa chọn tối ưu trong mô phỏng tải trọng xe, bao gồm đầy đủ các thành phần quán tính và lực cản nhớt.
• Ứng xử của dầm phụ thuộc mạnh vào vận tốc xe, độ cứng và cản nhớt của hệ thống treo, cũng như số lượng xe cùng chuyển động.
• Phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp thuật toán Newmark và lập trình MATLAB cho phép giải quyết bài toán phức tạp với độ chính xác cao.
• Các kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để thiết kế, vận hành và bảo trì cầu hiệu quả, góp phần nâng cao an toàn giao thông và tuổi thọ công trình.

Tiếp theo, cần triển khai áp dụng mô hình vào các công trình thực tế, mở rộng nghiên cứu với các loại kết cấu khác và tải trọng đa dạng hơn. Đề nghị các nhà nghiên cứu và kỹ sư quan tâm phối hợp để phát triển các giải pháp kỹ thuật tiên tiến hơn.

Hành động ngay: Áp dụng mô hình sprung mass trong thiết kế cầu mới và cập nhật các quy chuẩn vận tốc xe trên cầu hiện hữu để đảm bảo an toàn và hiệu quả sử dụng lâu dài.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HUYNH VĂN MÃI PHAN TICH DONG LỰC HOC DAM LIÊN TỤC CHIU TAI TRONG XE CO XET DEN KHOI LUONG XE Chuyén nganh: XAY DUNG CONG TRINH DD&CN Mã số: 60 58 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HO CHI MINH, Tháng 01 Năm 2013 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHỌG TPHCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. NGUYÊN TRỌNG PHƯỚC Cán bộ cham nhận xét 1: PGS. TS ĐÔ KIÊN QUOC Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. LUONG VAN HAI Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai học Bách Khoa, DHQG Tp. HCM ngày 31 tháng 01 năm 2013. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1.TS CHU QUOC THANG 2.TS NGUYEN XUAN HUNG 3.TS DO KIEN QUOC 4. LUONG VAN HAI 5. NGUYEN TRONG PHUGC Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV va Trưởng Khoa quan lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRUONG KHOA QUAN LÝ CN ĐẠI HỌC QUOC GIA TPHCM CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: HUỲNH VĂN MÃI MSHV: 10210229 Ngày, tháng, năm sinh: 12/11/1986 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Xây Dựng Cong Trình DD&CN Mã sô: 60 58 20 I. TEN DE TAI: PHAN TICH DONG LUC HQC DAM LIEN TUC CHIU TAI TRONG XE CÓ XÉT DEN KHOI LƯỢNG XE Nhiém vu va noi dung: Tìm hiểu các mô hình của tải trong xe di động trong phân tích kết cấu. Mô hình lực di động. khối lượng di động và khối lượng thân xe với bánh xe. Từ đó lựa chọn mô hình phù hợp hơn để phân tích ứng xử động lực học của dầm liên tục chịu tải trọng xe có xét đến khối lượng xe. Nội dung gồm có các phần sau. Tìm hiểu tổng quan về một số nghiên cứu liên quan trong và ngoài nước. Dùng phương pháp Phần tử hữu hạn để mô tả kết cầu dầm liên tục. Chọn mô hình khối lượng thân và bánh xe để mô tả tải trọng xe. Thiết lập bài toán động lực học. Xây dựng chương trình phân tích ứng xử động của kết cầu bằng ngôn ngữ MATLAB. Thực hiện các thí dụ số để so sánh và đánh giá kêt quả.NGÀY GIAO NHIEM VU: 02/07/2012 Ill. NGAY HOÀN THÀNH NHIEM VU: 03/01/2013 _ IV. CAN BO HUONG DAN: TS. NGUYEN TRONG PHUOC Tp. HCM, ngày 31 tháng O1 năm 2013 CAN BO HUONG DAN CHU NHIEM CN DAO TAO TS. NGUYEN TRONG PHƯỚC TRUONG KHOA KT XAY DUNG PGS TS. BÙI CONG THÀNH LỜI GAM ON Thực hiện bài Luận văn này đánh dau sự hoản thành khóa học Thạc sỹ và cũng là kết quả sau một quá trình học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Bách khoa TP. Tôi vô cùng biết ơn đối với rất nhiều sự giúp đỡ, tạo điều kiện nhiệt tình và quý báu trong suốt thời gian này. Tôi xin chân thành cảm ơn các Thây trong Phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa Kỹ thuật Xây dựng và các Thay Cô đã tận tình giảng dạy, hướng dẫn, truyền đạt kiến thức trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện Luận văn. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn và kính trọng sâu sắc tới Thầy giáo TS. Nguyễn Trọng Phước về sự hướng dẫn và giúp đỡ quan trọng trong Luận văn này, không chỉ ở kiến thức mà cả sự tận tâm của Thay. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sự động viên, giúp đỡ của gia đình và bạn bè trong suốt thời gian qua. Mac dù tôi đã rất có găng hoàn thiện Luận văn với tất cả nhiệt tình và năng lực của mình nhưng không thé tránh khỏi những thiếu sót hoặc có những nghiên cứu chưa sâu. Rất mong nhận được sự chỉ bảo của các Thây. Tôi xin tran trọng cam on! TOM TAT LUẬN VAN Luan văn phân tích động lực học của dầm liên tục nhiều nhịp chịu tác dụng của tải trọng xe có xét đến khối lượng xe. Mô hình xe được chọn gồm CÓ khối lượng thân xe và bánh xe. Phương pháp phan tử hữu han được áp dụng dé thiết lập bài toán. Các ma trận tính chất của dầm được xây dựng để mô tả sự tương tác giữa xe với dam trong đó có ké đến tất cả các thành phan quán tinh của xe. Phương trình chuyển động chủ đạo của hệ gồm xe - dầm được giải bằng phuong pháp tích phân từng bước Newmark. Kết qua phân tích cho thay ứng xử của dầm tùy thuộc khá nhiều vào vận tốc xe chạy và khá nhạy. Ngoài ra, ảnh hưởng của các thông số mô tả đặc trưng của xe đến phản ứng động của dầm cũng được đánh giá chỉ tiết. ABSTRACT This thesis analyse the dynamics of continous multiple span beam under the effect of moving vehicle load which include vehicle mass. Selected vehicle models consist of body mass and wheel. Finite element method is applied to set up the problem. The property matrices of the beam is established to describe the interaction between the vehicle and the beam which include all components of the vehicle inertia. The equations of motion of the vehicle - beam system is solved by using the step-by-step integration Newmark’s method. Analysis results show that the behavior of beams is significantly depended on the speed of vehicle and is quite responsive. In addition, the effect of vehicle’s characteristic parameters to the dynamic response of the beam is also detailed evaluation. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan răng Luận văn này do tôi tìm hiểu và phát triển dựa vào các tài liệu tham khảo đã được trích dẫn. Các công thức thiết lập được thiết lập chính xác; các số liệu số được thực hiện một cách khách quan và trung thực và chương trình máy tính do chính tôi tự viết. Tác giả luận văn Huỳnh Văn Mãi LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ và tên: Huynh Văn Mãi Ngày, tháng, năm sinh: 12/11/1986 Nơi sinh: Quảng Ngãi Dia chỉ liên lạc: 12 Đường 2B, P. Bình Tân, TP.HCM QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 2004 — 2009: Đại học - Trường Dai học Bách khoa Thanh phố Hồ Chí Minh 2010 — 2013: Thạc sỹ - Trường Đại học Bách khoa Thanh phố H6 Chí Minh QUA TRINH CONG TAC: 2009 — 2011: Công ty TNHH Tu Van Xây Dựng New CC. MỤC LỤC DANH MUC HÌNH VE . << << £ £ 55593333 ề99959595e5eseseseseses iii DANH MỤC BANG BIEU .2 5-5-5 %2 S2 s33 s9 seseseseEeEes se V ;e@:ii100777. vi CHƯƠNG 1 GIỚI THIEU .2-<-< << << <2 S2 se se se seses£s£s£eEeEeEesesesese 1 1.1 NEU VAN DE wieeccccccccccccccscsecscscscscssescscscscsscscsescscsesscsesssssssscsescssssscsessevsveeees | 12_ MỤC DICH LUẬN VĂN. c1 TT HH1 ng ng reg 3 13_ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIEN . CÂU TRÚC LUẬN VĂN. s11 SE 11 ST ng ng 5 0;:10/9)102A419) 10010009) .2 TÌNH HINH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC. TINH HINH NGHIÊN CỨU TRƠNG NƯỚC.---- - + +5 cscscs¿ 14 2⁄4 NHẬN XÉT. SG t1 12T 11 11T 11g11 TT HT ng 15 CHUONG 3 CO SỞ LY THUYÍẾƑT. CC 112123 931191 1E 11112111 11g ng gi l6 3.2 LÝ THUYET DAM EULER — BERNOULLI.3 PHƯƠNG TRINH DAO DONG CUA DAM DUNG PP PTHH.1 Phần tử dầm chịu vO0 .2 Phương trình Lagrange . ----c + HH kh ree 18 3. Phương trình động lực học của dầm chịu uốn.4 Các ma trận tính Chat .4 PHƯƠNG TRINH DAO DONG CUA XE.5 PHƯƠNG TRINH DAO DONG CUA HỆ XE — CÂU.6 PHƯƠNG PHÁP GIAL ooeeccceccecccccccccccscscsssscsessssssescscssssssssessssssssseseseeneess 30 3.1 Phương pháp Newmark.2 Sử dụng phương pháp newmark giải phương trình chuyển động .3 Giải phương trình tan số bang thuật toán tìm trị riêng . GIỚI THIỆU NGON NGU LAP TRINH MATLAB.--- 55+ 34 CHUONG 4 THÍ DU SÖ. E611 E E311 SE 1112929 1g xe rerei 36 4.2 PHAN KIEM CHỨNG.1 Bài toán dầm đơn giản chịu tác dụng của lực di động.2 Bài toán dầm đơn giản chịu tác dụng của khối lượng di động .3 Bài toán dầm đơn giản chịu tac dụng của hệ sprung mass.4 Bài toán dầm liên tục chịu tác dụng của lực di động. PHAN KHAO SÁTT.1 Tần số tự nhiên của dầm nhiều nhịp gối tựa đơn .2 Khảo sát sự hội tụ của bài toáïn. Khảo sát anh hưởng của số nhịp dầm .4 Khảo sát ảnh hưởng của các mô hình tải trọng .5 Khảo sát ảnh hưởng của vận tỐC.6 Khảo sát anh hưởng của thông số tần số .7 Khảo sát anh hưởng của thông số khối lượng .8 Khảo sát anh hưởng của ty số cản nhớt của dầm.9 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ số cản nhớt của Xe.10 Khao sát trường hop hai xe cùng chuyền động .------ 5-5: 68 CHUONG 5 KẾT LUẬNN. HƯỚNG PHAT TRIẾN. 72 TÀI LIEU THAM KHAO . 2-5-5 5° 5° 2 5 2 << << s39 3 seseseseSeSesss e2 73 PHU ILỤ C. 2° << + SE£9SE#ESS249EE4eES992949ES9929992999 2923999229992 77 lil DANH MUC HINH VE Hình 1.1 So đồ bài toán tải trọng chuyển động.1 Biến dạng của phan tử dầm chịu uốn .-------- +5 2 2 2+s+£+xz£ersre¿ 17 Hình 3.2 Phần tử dẫm.3 Các mô hình tải trong XC .-G Gv ree 24 Hình 3.4 Sơ đồ cân băng lực cho các khối lượng My Và ms.5 Bài toán tương tắc xe-cÂU.-- cv th nhe 33 Hình 4.1 Sơ đồ bài toán của M.2 So sánh chuyển vi tại vi tri gitra nhịp với [10] khi a thay đỗi.3 So sánh moment tại vị trí giữa nhịp với [10] khi œ thay đồi.4 Hệ số động của chuyển VỊ tại Vi trí g1ữa nhịp.5 Hệ số động cua moment tại v1 trí g1ữa nhịp .6 Sơ đồ bài toán của E.- sec crirrirrrirrirerirrrirrrrrrrrree 40 Hình 4.7 So sánh chuyển vị cực đại của dầm với [9] xét các thành phần khác nhau của phương trình chuyển động .8 So sánh chuyển vị của khối lượng với [8] dùng 4 mô hình tải trọng .9 Sơ đồ bài toán của S.10 So sánh chuyền vị đứng tại điểm giữa dầm với [1 I].11 So sánh gia tốc tại điểm giữa dầm với [ 1 I].12 So sánh chuyển vị đứng của khối lượng My với [1 1].13 So sánh gia tốc theo phương đứng của khối lượng M, với [11].14 So đồ bài toán của M.15 So sánh hệ số động DAFu với [31] xét 3 dạng tải trọng .16 Sơ đồ bài toán của K.--- 5-5-5 + + +E+EeE£EeEErkrkrkrkrkrereeed 46 Hình 4.17 So sánh chuyển vị đứng tại điểm A với [28].------5-5-5555scs+szscs2 46 Hình 4.18 So sánh chuyển vị đứng tại điểm B với [28].----5- 5-5555 cs<ssscs247 Hình 4.19 So sánh hệ số động tại các điểm A, B, C với [28].20 Sơ đồ bài toán dâm liên tục .21 Chuyến vị đứng tai A với các bước thời gian tính lặp khác nhau .22 Moment tai A với các bước thời gian tinh lặp khác nhau .23 Chuyén vi đứng ở giữa nhịp thứ nhất (điểm A) theo thời gian.24 Chuyển vi đứng ở giữa nhịp thứ hai (điểm C) theo thời gian .25 Moment tại gối thứ hai (điểm B) theo thời gian.26 Chuyển vị ở giữa nhịp đầu (điểm A) theo thời gian với 4 dạng tải.27 Chuyén vị ở giữa nhịp thứ hai(diém C)theo thời gian với 4 dạng tải .