Luận văn: Thí nghiệm tải thực địa & mô hình cầu giàn thép, T. D. Khanh

Luận án tiến sĩ tập trung thí nghiệm tải trọng hiện trường và mô hình máy tính cầu dàn thép. Đánh giá cấu trúc, nâng cao độ tin cậy cầu.

Trường ĐH

Nagaoka University of Technology

Tác giả

Luan An

Thể loại

Luận văn thạc sĩ

Năm xuất bản

Số trang

167

Thời gian đọc

26 phút

Lượt xem

0

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

50 Point

Tóm tắt nội dung

I.Đánh giá an toàn cầu giàn thép cũ Cần thiết và thách thức

Các cầu giàn thép cũ, đặc biệt là những cầu đã vượt quá 50 năm tuổi, đặt ra thách thức lớn về an toàn và khả năng khai thác. Nghiên cứu này tập trung vào một cầu giàn thép đường bộ đa nhịp đang hoạt động tại Nhật Bản. Mục tiêu chính là đánh giá tình trạng hiện tại của cầu và đặc trưng hóa phản ứng của nó dưới các điều kiện tải trọng thực tế. Quá trình này bao gồm thí nghiệm kiểm định cầu tại hiện trường và xây dựng mô hình phần tử hữu hạn (FEM). Phân tích kết cấu cầu toàn diện sẽ xác định các yếu tố biến dạng và ứng suất. Từ đó, đưa ra đánh giá an toàn cầu và khả năng chịu lực cầu theo tiêu chuẩn hiện hành. Đây là một nỗ lực quan trọng để duy trì an toàn giao thông và kéo dài tuổi thọ của các kết cấu giàn thép lão hóa.

1.1. Bối cảnh cầu thép già hóa tại Nhật Bản

Nhật Bản đang đối mặt với một vấn đề hạ tầng cấp bách. Dự báo cho thấy, vào những năm 2030, hơn 50% số lượng cầu hiện có sẽ vượt quá 50 năm tuổi. Phần lớn các công trình này được xây dựng trong giai đoạn phát triển kinh tế nhanh chóng sau Chiến tranh thế giới thứ hai (1955-1975). Tình trạng già hóa của các cầu thép đặt ra yêu cầu cao về công tác quản lý và bảo trì. Việc đánh giá an toàn cầu thép trở nên cực kỳ cấp thiết để đảm bảo tính liên tục của hệ thống giao thông. Các cầu này cần được kiểm tra định kỳ, bảo dưỡng kịp thời để đảm bảo khả năng khai thác bình thường và đáp ứng nhu cầu vận chuyển ngày càng tăng. Thách thức lớn đặt ra là làm thế nào để duy trì chức năng của các kết cấu đã cũ trong khi vẫn đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người sử dụng.

1.2. Mục tiêu đánh giá an toàn cầu Shinano

Nghiên cứu tập trung vào một cầu giàn thép đang hoạt động, đã được xây dựng và đưa vào sử dụng từ năm 1937. Cây cầu này, được biết đến là biểu tượng của thành phố Nagaoka, bắc qua sông Shinano trên Quốc lộ 351, Nhật Bản. Mục tiêu chính của nghiên cứu là xác định tình trạng sức khỏe hiện tại của cầu. Nghiên cứu cũng nhằm đặc trưng hóa phản ứng của cầu đối với các điều kiện tải trọng thực tế trong quá trình khai thác. Để đạt được điều này, một bộ thí nghiệm kiểm định cầu toàn diện đã được thực hiện trực tiếp tại hiện trường. Dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm này sẽ là cơ sở cho việc phân tích kết cấu cầu sâu rộng, cung cấp thông tin cần thiết để đưa ra quyết định về công tác bảo trì và nâng cấp. Việc đánh giá an toàn cầu là tối quan trọng để kéo dài tuổi thọ khai thác của công trình.

1.3. Tổng quan về cầu giàn thép được nghiên cứu

Cầu Shinano là một công trình phức tạp, thuộc loại cầu giàn thép đường bộ nhiều nhịp. Tổng chiều dài cầu là 850 mét, bao gồm 13 nhịp. Cấu trúc cầu được thiết kế với hai nhịp neo hẫng và mười một nhịp treo, xen kẽ với các nhịp neo hẫng trung tâm, được nối với nhau qua các khớp ở mức trên và chốt ở mức dưới. Vật liệu xây dựng chính bao gồm thép cho hệ khung giàn và bê tông cho mặt cầu. Thiết kế đặc biệt của cầu, kết hợp nhiều loại nhịp và khớp nối, tạo nên một kết cấu giàn thép độc đáo. Việc hiểu rõ cấu trúc và nguyên lý hoạt động của từng bộ phận là nền tảng cơ bản cho quá trình đánh giá an toàn cầu. Mỗi thành phần của kết cấu giàn thép đều có vai trò quan trọng trong việc chịu tải và truyền lực.

II.Thí nghiệm kiểm định cầu thép Phương pháp và dữ liệu

Thí nghiệm kiểm định cầu thép là một phần không thể thiếu trong việc đánh giá an toàn cầu. Nghiên cứu này đã tiến hành một loạt các thí nghiệm tải trọng thực tế, bao gồm tải trọng tĩnh, động và giám sát ngắn hạn. Các thiết bị cảm biến chuyên dụng được lắp đặt để thu thập dữ liệu về biến dạng và ứng suất. Việc giám sát phản ứng động học của cầu dưới tải trọng thử nghiệm cung cấp thông tin quý giá. Dữ liệu này là cơ sở để phân tích kết cấu cầu, hiệu chỉnh mô hình phần tử hữu hạn (FEM) và xác định khả năng chịu lực cầu thực tế. Các loại tải trọng thử nghiệm được thiết kế để mô phỏng điều kiện khai thác, đảm bảo tính đại diện của dữ liệu.

2.1. Các loại tải trọng thử nghiệm thực hiện

Để đánh giá toàn diện tình trạng cầu, một bộ thí nghiệm tải trọng thực tế quy mô lớn đã được tiến hành. Các thí nghiệm này bao gồm thử nghiệm tải trọng tĩnh, thử nghiệm tải trọng động và các thí nghiệm giám sát ngắn hạn. Đối với các thử nghiệm có kiểm soát, xe tải ben ba trục trọng lượng 20 tấn đã được sử dụng. Loại xe này mô phỏng tải trọng thiết kế và các tải trọng khai thác điển hình. Trong khi đó, giao thông hàng ngày trên cầu được sử dụng cho các phép đo giám sát ngắn hạn, giúp thu thập dữ liệu trong điều kiện khai thác tự nhiên. Các loại tải trọng thử nghiệm này được thiết kế để kích thích cầu theo nhiều cách khác nhau, từ đó thu thập phản ứng đa dạng của kết cấu. Mục tiêu là hiểu rõ hơn về cách cầu phản ứng với các tải trọng thực tế, từ đó hỗ trợ cho việc phân tích kết cấu cầu chi tiết.

2.2. Lắp đặt cảm biến và thu thập dữ liệu biến dạng ứng suất

Một hệ thống thiết bị đo lường tinh vi đã được lắp đặt trên cầu. Tổng cộng 100 cảm biến biến dạng được gắn trên 25 cấu kiện giàn thép giống hệt nhau và các cấu kiện chủ chốt khác. Ngoài ra, 26 cảm biến chuyển vị và gia tốc cũng được bố trí tại điểm giữa của mỗi nhịp. Việc lắp đặt cảm biến được thực hiện cẩn thận để đảm bảo thu thập dữ liệu chính xác. Dữ liệu từ tất cả các cảm biến được ghi lại liên tục và đồng thời với tần số lấy mẫu 200 Hz. Các dữ liệu về biến dạng và ứng suất này cung cấp thông tin trực tiếp và chi tiết về phản ứng của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng. Đây là những thông số quan trọng để đánh giá an toàn cầu và xác định khả năng chịu lực cầu hiện tại.

2.3. Giám sát tải trọng và phản ứng động học cầu

Phản ứng động học của cầu được ghi nhận thông qua các cảm biến gia tốc. Các phép đo này cho phép phân tích hành vi của cầu dưới tác dụng của tải trọng động. Dữ liệu gia tốc được xử lý bằng phương pháp Fast Fourier Transform (FFT) và phương pháp peak picking để trích xuất các tần số dao động tự nhiên. Các phản ứng động học của cầu dưới tải trọng thử nghiệm, bao gồm cả các dao động và chuyển vị, được theo dõi kỹ lưỡng. Việc giám sát liên tục và phân tích phản ứng động là rất quan trọng. Nó cung cấp cái nhìn sâu sắc về đặc tính hoạt động của kết cấu giàn thép và các ảnh hưởng của tải trọng động. Thông tin này hỗ trợ việc hiệu chỉnh mô hình phần tử hữu hạn (FEM) và nâng cao độ chính xác của quá trình đánh giá an toàn cầu.

III.Mô hình phần tử hữu hạn FEM Xây dựng và xác thực

Mô hình phần tử hữu hạn (FEM) đóng vai trò trung tâm trong việc phân tích kết cấu cầu. Một mô hình FEM ba chiều chi tiết của kết cấu giàn thép đã được xây dựng, sử dụng các thông tin hình học từ bản vẽ gốc. Việc xác thực mô hình là bước then chốt, đảm bảo độ tin cậy của kết quả mô phỏng. Dữ liệu từ thí nghiệm kiểm định cầu được sử dụng để đối chiếu, so sánh lực dọc trục, chuyển vị và tần số dao động tự nhiên. Quá trình hiệu chỉnh điều kiện biên cũng được thực hiện. Một mô hình FEM được xác thực chính xác sẽ là công cụ mạnh mẽ để đánh giá an toàn cầu và dự đoán khả năng chịu lực cầu dưới nhiều kịch bản tải trọng khác nhau.

3.1. Thiết lập mô phỏng kết cấu cầu thép bằng FEM

Một mô hình phần tử hữu hạn (FEM) ba chiều chi tiết của kết cấu thượng bộ cầu đã được xây dựng. Các thông tin về hình học và bố trí kết cấu được trích xuất từ các bản vẽ gốc được phục hồi. Mô hình FEM này là một công cụ mạnh mẽ, cho phép mô phỏng kết cấu và phân tích ứng xử của cầu dưới các điều kiện tải trọng khác nhau. Việc xây dựng một mô hình số chính xác là bước then chốt trong quá trình đánh giá an toàn cầu. Mô hình này giúp bổ sung cho các dữ liệu thí nghiệm hiện trường, cho phép phân tích kết cấu cầu một cách toàn diện hơn, đặc biệt là ở những vị trí không thể lắp đặt cảm biến trực tiếp. Mô hình hóa chính xác cũng giúp dự đoán phản ứng của cầu trong các kịch bản tải trọng khác nhau.

3.2. So sánh dữ liệu thí nghiệm và kết quả mô hình FEM

Mô hình FEM đã được xác thực cẩn thận bằng cách so sánh kết quả phân tích với dữ liệu đo lường thực tế từ các thí nghiệm tại hiện trường. Các lực dọc trục từ các thanh giàn trên và thanh chéo được lắp đặt cảm biến trong thử nghiệm tải tĩnh đã được đối chiếu với lực dọc trục tính toán từ phân tích tải tĩnh của mô hình. Tương tự, chuyển vị đứng tối đa tại điểm giữa của mỗi nhịp cũng được so sánh giữa kết quả thí nghiệm và phân tích. Sự tương đồng và phù hợp giữa các giá trị này khẳng định độ chính xác và tin cậy của mô hình FEM. Quá trình này rất quan trọng để đảm bảo rằng mô hình có thể đại diện chân thực cho ứng xử của kết cấu giàn thép thực tế. Đây là một bước thiết yếu trong phân tích kết cấu cầu.

3.3. Xác định điều kiện biên và tần số dao động tự nhiên

Việc xác định điều kiện biên chính xác cho mô hình FEM là một yếu tố quan trọng. Các thay đổi về loại gối tựa và mức độ cứng khác nhau của khớp Gerber đã được xem xét kỹ lưỡng. Điều kiện biên được mô phỏng trong ba phương: đứng, ngang và xoay. Các tần số dao động tự nhiên được trích xuất từ dữ liệu gia tốc đo lường thông qua Fast Fourier Transform (FFT) và phương pháp peak picking. Sau đó, các tần số này được so sánh với tần số dao động tính toán từ phân tích của mô hình FEM. Việc đối chiếu này giúp hiệu chỉnh mô hình, đặc biệt là các thông số liên quan đến độ cứng và khối lượng, để mô hình có thể phản ánh chính xác hơn đặc tính động lực học của kết cấu giàn thép.

IV.Phân tích kết cấu cầu Đánh giá biến dạng ứng suất thực tế

Việc phân tích kết cấu cầu cần đánh giá kỹ lưỡng cả ảnh hưởng của tải trọng tĩnh và động. Dữ liệu biến dạng và ứng suất từ thí nghiệm kiểm định cầu được xử lý để xác định phản ứng thực tế. Hệ số động lực học (Dynamic Loading Allowance - DLA) được tính toán, cho thấy mức độ gia tăng phản ứng do các yếu tố động. Phân bố tải trọng ngang cũng được nghiên cứu để hiểu cách tải trọng truyền qua kết cấu giàn thép. Các kết quả phân tích này là cơ sở quan trọng để đánh giá an toàn cầu và xác định khả năng chịu lực cầu một cách chính xác, hỗ trợ việc quản lý và bảo trì cầu hiệu quả.

4.1. Phân tích ảnh hưởng của tải trọng tĩnh và động

Phản ứng tĩnh tối đa của cầu được lọc từ tổng phản ứng bằng một công cụ lọc tín hiệu số. Bộ lọc Butterworth low-pass với tần số cắt và bậc lọc cụ thể được sử dụng. Sau đó, phản ứng tĩnh tối đa này được so sánh với phản ứng động tương ứng, thu được từ các thí nghiệm tải trọng động có kiểm soát và giám sát ngắn hạn với giao thông hàng ngày. Việc phân tích riêng biệt và so sánh hai loại phản ứng này cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách tải trọng tĩnh và động ảnh hưởng đến biến dạng và ứng suất trong kết cấu. Điều này rất quan trọng để đánh giá an toàn cầu một cách toàn diện. Hiểu rõ mối quan hệ giữa các thành phần tải trọng giúp cải thiện độ chính xác của mô hình phần tử hữu hạn (FEM).

4.2. Đánh giá hệ số động lực học Dynamic Loading Allowance

Hệ số động lực học (Dynamic Loading Allowance - DLA) được quan sát thông qua các thí nghiệm tải trọng động có kiểm soát và giám sát giao thông hàng ngày. DLA cho thấy mức độ gia tăng của phản ứng kết cấu do các yếu tố động, như va chạm hoặc dao động. Mức độ của hệ số động lực học có mối tương quan mạnh mẽ với biến dạng tĩnh tối đa của các cấu kiện giàn thép được lắp đặt cảm biến. Thông thường, khi biến dạng tĩnh tăng, DLA có xu hướng giảm. Ngược lại, DLA cho thấy một xu hướng khá ổn định khi chuyển vị tối đa tăng. Việc đánh giá chính xác DLA là cần thiết cho việc phân tích kết cấu cầu và xác định khả năng chịu lực cầu một cách thực tế. DLA ảnh hưởng trực tiếp đến hệ số an toàn thiết kế.

4.3. Phân bố tải trọng ngang và đặc tính động lực học

Hành vi của kết cấu theo phương ngang được làm rõ thông qua việc đánh giá phân bố tải trọng lên các giàn. Các thí nghiệm tải trọng động sử dụng một xe tải có trọng lượng đã biết được điều khiển di chuyển trên các làn đường giao thông khác nhau. Điều này cho phép xác định cách tải trọng được phân bố qua mặt cầu và các thanh giàn thép theo phương ngang. Việc hiểu rõ cơ chế phân bố tải trọng này rất quan trọng đối với đánh giá an toàn cầu, đặc biệt là đối với các cầu nhiều làn xe. Ngoài ra, các đặc tính động lực học của cầu, bao gồm các chế độ dao động và phản ứng dưới tải trọng di động, cũng được khám phá sâu. Thông tin này là cơ sở để cải thiện mô hình phần tử hữu hạn (FEM) và đánh giá toàn diện khả năng chịu lực cầu.

V.Đánh giá an toàn và khả năng chịu lực cầu Tiêu chuẩn AASHTO

Đánh giá an toàn cầu là mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu này. Sau khi mô hình phần tử hữu hạn (FEM) được hiệu chuẩn và xác thực, nó được sử dụng để thực hiện phân tích xếp hạng tải trọng. Việc này tuân thủ các hướng dẫn trong 'Manual for Bridge Evaluation' và tiêu chuẩn AASHTO. Các hệ số khả năng chịu tải của các cấu kiện kết cấu giàn thép được xác định. Các giá trị này cung cấp bằng chứng định lượng về độ an toàn của cầu dưới tải trọng hiện hành. Kết quả nghiên cứu khẳng định khả năng chịu lực cầu và hỗ trợ các quyết định quản lý, bảo trì cầu thép, đảm bảo khai thác an toàn và bền vững.

5.1. Phân tích khả năng chịu lực cầu dựa trên FEM hiệu chuẩn

Mô hình cầu đã được hiệu chuẩn và xác thực thông qua dữ liệu thí nghiệm hiện trường được sử dụng để thực hiện phân tích xếp hạng tải trọng. Quá trình này tuân thủ các hướng dẫn trong "Manual for Bridge Evaluation" xuất bản năm 2013, được mô tả bởi tiêu chuẩn AASHTO. Phân tích này là một bước quan trọng trong việc đánh giá an toàn cầu, giúp xác định giới hạn tải trọng an toàn mà cầu có thể chịu được trong điều kiện hiện tại. Việc sử dụng mô hình FEM đã được kiểm chứng giúp đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của các kết quả phân tích, cung cấp cơ sở khoa học vững chắc cho các quyết định quản lý hạ tầng.

5.2. Xác định các hệ số khả năng chịu tải của kết cấu giàn thép

Các hệ số xếp hạng tải trọng đã được xác định cho các cấu kiện giàn thép được lắp đặt cảm biến. Một hệ số xếp hạng tải trọng lớn hơn một cho thấy rằng cầu có khả năng an toàn để chịu tải trọng được áp dụng. Điều này có nghĩa là các cấu kiện cụ thể của kết cấu giàn thép vẫn còn đủ khả năng chịu lực cầu vượt quá mức tải trọng thiết kế hoặc tải trọng khai thác hiện hành. Việc xác định các hệ số này cung cấp một thước đo định lượng về mức độ an toàn và khả năng dự phòng của cầu. Kết quả này hỗ trợ rất nhiều trong việc lập kế hoạch bảo trì và có thể kéo dài tuổi thọ khai thác của cầu một cách an toàn.

5.3. Kết luận về độ an toàn khai thác cầu thép

Tổng hợp các kết quả từ thí nghiệm kiểm định cầu và phân tích mô hình phần tử hữu hạn (FEM) đã được hiệu chuẩn, nghiên cứu khẳng định cầu Shinano an toàn cho việc tiếp tục phục vụ giao thông. Quá trình đánh giá an toàn cầu được thực hiện kỹ lưỡng, từ thu thập dữ liệu thực tế về biến dạng và ứng suất đến mô phỏng kết cấu chi tiết. Sự phù hợp giữa dữ liệu thực nghiệm và kết quả mô hình đã tăng cường độ tin cậy của đánh giá này. Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin quan trọng cho các cơ quan quản lý giao thông, cho phép họ đưa ra các quyết định sáng suốt về việc duy trì và quản lý cầu dựa trên dữ liệu thực tế và phân tích khoa học. Việc này giúp đảm bảo sự an toàn và hiệu quả của hệ thống cầu thép trên toàn quốc.

Xem trước tài liệu
Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Luận án tiến sĩ field load experiments and computer modeling of a steel truss bridge for assessment

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (167 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

長岡技術科学大学 The Nagaoka University of Technology The Graduate School of Engineering Faculty of Civil and Environmental Engineering Field Load Experiments and Computer Modeling of a Steel Truss Bridge for Assessment A Thesis in Civil Engineering by TRAN DUY KHANH Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science Nagaoka, Niigata July 2015 i The thesis of TRAN DUY KHANH was reviewed and approved by the following: Takeshi MIYASHITA Associate Professor of Civil Engineering Eiji IWASAKI Professor of Civil Engineering Takumi SHIMOMURA Professor of Civil Engineering ii An abstract of Field load experiments and computer modeling of a steel truss bridge for assessment In Japan, it can be surely predicted that in 2030s, more than 50 percent of existing bridges, which were primarily constructed during the post World War II, a rapid economic growth between 1955 and 1975, is assumed more than 50 years of age. The research investigated an in-service, multi-span old steel through truss highway bridge constructed and opened to the traffic in 1937. The bridge, also known as a city symbol, which is on the National Highway No.351, spans the Shinano River, in Nagaoka City, Japan. The bridge was constructed with materials of steel for frames and concrete for the deck, consists of 13 spans composing of 2 cantilever anchored spans, and 11 suspension spans and cantilever central anchored spans alternatively connected via hinges at upper level and pins at lower level with a total length of 850 meters.

To ensure the normal service of the aging bridge and meet the transportation demand of citizens, a set of full-scale field load tests including static, dynamic load and short-term monitoring experiments was performed on the bridge to identify the current health status, and characterize the response to practical load conditions. The responses of the excited bridge was recorded continuously and simultaneously at 200 Hz- sampling frequency through an array of 100 strain gages installed on 25 identical and key members, and each of 26 displacement sensors and accelerometers instrumented at each span center point. The exciters used in these tests were three-axle 20-ton dump trucks for controlled tests and normal daily traffic for the short-term monitoring measurement. A three-dimensional finite element model of the bridge superstructure was constructed with geometry and structural arrangement extracted from recovered drawings.

The model, simulated the in-situ tests, was validated manually through a comprehensive comparison of analytical results and measurement data in terms of internal forces, vertical displacements. The axial force extracted from the upper chords and diagonal chords instrumented in the static loading tests was compared the computational axial iii forces from the static load analysis. Similarly, the maximum vertical deflections at each span middle point were also an objective for model validation when making a comparison between test and analytical results. The comprehension of the transverse direction behavior of the structure through the load distribution to the truss characterized by the dynamic load test utilizing a single known-weight truck controlled to travel on the different traffic lanes.

Bending natural frequencies based on power spectral density extracted from the measured acceleration data via Fast Fourier Transform and the peak picking method was compared to computational analysis generated frequencies for the model validation process. The boundary condition of the current bridge was qualified with changes in bearing support types and various stiffness level of Gerber hinges in three directions of vertical, horizontal and rotational. Based on the controlled dynamic loading tests and short-term monitoring with daily traffics, dynamic loading allowance were observed by using a digital signal filter tool called low-pass Butterworth with a cut-off frequency and filtering order. The maximum static response were filtered and compared to the corresponding practical dynamic response to obtain a dynamic loading allowance.

The correlation between the impact factor and measuring types of strain and vertical displacement were examined. The dynamic loading factor magnitude is strongly correlated with instrumented member maximum static strain with a general decrease trend in the static strain increase. In contrast, the dynamic loading allowance shows a quite stable trend in the maximum deflection increase. The calibrated model of the bridge is used to perform a load rating analysis based on Manual for Bridge Evaluation published 2013 and described by AASHTO.

The load rating factors of those instrumented truss members with the values greater than one implies the bridge is safe for the applied loading. iv Table of Contents List of Figures .ix List of Tables. xiv Chapter 1 Introduction. Objectives of the research.

Scopes of research. 5 Chapter 2 Bridge description, field loading tests and monitoring. Field loading tests and monitoring. Background and purpose.

Static loading test. Dynamic loading test. Short-term monitoring. Measurement processing for developing a finite element model.

Thermal axial stress. 33 Chapter 3 Finite element model validation. Finite element (FE) model construction. Parameter study: Boundary condition study.

Thermal induced axial stress. Lateral distribution stiffness. 62 Chapter 4 Dynamic loading allowance. Definition of dynamic loading allowance.

Specification prescribed dynamic load allowance. Constant dynamic load allowance. Span length varying dynamic load allowance. Frequency varying dynamic load allowance.

Dynamic field testing of bridges. Other dynamic load allowance studies. Determine the low-pass cut-off frequency. Determine the filtering order.

Filtering by Matlab. Controlled dynamic load test data. Short-term monitoring data. Impact factor versus strain measurement.

Impact factor versus displacement measurement. 81 Chapter 5 Bridge Assessment by AASHTO Code. Load rating procedure. FE model analysis.

Load rating results. 90 Chapter 6 Conclusions and recommendations. 139 viii List of Figures Figure 1-1 Composition of bridge’s age to the total number of bridge in Japan 2 Figure 1-2 Total number of highway bridges and construction year in Japan. 3 Figure 2-1 Location of the target study bridge.

7 Figure 2-2 A view of Chyosei Bridge-Niigata, Japan. 8 Figure 2-3 Cross-section of the bridge at mid-span and support. 9 Figure 2-4 Elevation of the Chyosei Bridge with condition of hinges and bearings as designed. 9 Figure 2-5 Typical cross-sections.

11 Figure 2-6 Upper (a) and lower (b) bracing systems. 12 Figure 2-7 Location of sensors in the field test. 17 Figure 2-8 Instrumentation in the field tests: a) Strain gages in Upper chord; b) Strain gages in Diagonal member; c) Displacement transducer in Lower chord; d) Accelerometer in Vertical member; e) Accelerometer over wheel guard of the pedestrian bridge. 19 Figure 2-9 Strain gage location in instrumented members: a) Foil strain gages in Upper chord Layout; b) Foil strain gages in Diagonal member Layout; c) Detail of Upper chord Layout; d) Detail of Diagonal member Layout.

20 Figure 2-10 Test truck configuration. 21 Figure 2-11 Cross-section of 2 trucks utilized for loading tests. 21 Figure 2-12 Load configurations used for the first load test. 22 Figure 2-13 Load configuration used for the second load test.

22 Figure 2-14 Dimensions of the trucks used for the load tests. 23 ix Figure 2-15 Patterns for static load tests. 24 Figure 2-16 Location of test trucks in dynamic loading test. 26 Figure 2-17 Typical strain gauges’ location and internal force notation.

28 Figure 2-18 Deflections by spans in the static load tests. 29 Figure 2-19 Temperature time history. 30 Figure 2-20 Temperature and normal stress relation of an upper chord in the 6th span. 31 Figure 2-21 Normal stress time history of an upper chord in 6th.

32 Figure 2-22 Dynamic component stress history. 32 Figure 2-23 Axial stress and thermal changes correlation. 33 Figure 2-24 Typical frequency spectra for the truck passing (a) and the truck left (b). 35 Figure 3-1 Arbitrary cross-sections.

42 Figure 3-2 Element types used in 3D-FE model. 42 Figure 3-3 The studied bridge structure and its restraints. 44 Figure 3-4 Gerber hinge modeled by 2-node links, SP2TR, SP2RO. 45 Figure 3-5 Deck system (Left) and computer simulation (Right).

46 Figure 3-6 Bearing support computer simulation. 46 Figure 3-7 Typical loading simulation of static load test in the first span. 47 Figure 3-8 Division size and output values correlations. 49 Figure 3-9 Meshed finite element model.

50 Figure 3-10 Model validation procedure. 53 x Figure 3-11 Relative deviation (%) between test and analytical results of each static load case acting on corresponding members. 57 Figure 3-12 Maximum vertical displacement for 13 static load cases. 58 Figure 3-13 Positions of test truck in dynamic tests.

60 Figure 3-14 Influence lines of axial force of upper chords. 62 Figure 4-1 Canadian, Australian, and American DLF versus First flexural frequency. 67 Figure 4-2 Flowchart of dynamic load allowance identification. 70 Figure 4-3 Typical PSD in case of without vehicle presence.

72 Figure 4-4 Typical PSD in case of vehicle presence. 73 Figure 4-5 Typically filtered dynamic and static member strain response. 74 Figure 4-6 Instrumentation configuration. 75 Figure 4-7 Impact factor based on strain.

76 Figure 4-8 Impact factor based on displacement. 77 Figure 4-9 Impact factor by measurement type. 78 Figure 4-10 Typical dynamic load factor versus maximum strain in U1. 79 Figure 4-11 Dynamic load factor versus maximum strain for total samples.

79 Figure 4-12 A typical histogram of dynamic load allowance versus strain response in U4. 80 Figure 4-13 A typical histogram of dynamic load allowance versus strain response in U9. 81 Figure 4-14 Typical dynamic load factor versus maximum deflection in span 1. 82 xi Figure 4-15 A typical histogram of dynamic load allowance versus maximum deflection in span 1.

83 Figure 4-16 Dynamic load factor versus deflections for total samples. 83 Figure 5-1 AASHTO MBE load rating procedure. 87 Figure 5-2 HL-93 truck. 90 Figure 5-3 Rated members in the truss.

91 xii List of Tables Table 2-1 Experimental installation details. 18 Table 2-2 Test Vehicle Weights. 19 Table 2-3 Details of test runs for field tests. 34 Table 3-1 Input parameters utilized in FE model of the bridge.

41 Table 3-2 Material density of dead load effects. 48 Table 3-3 Bearing supports as originally designed. 54 Table 3-4 Gerber hinges as originally designed. 55 Table 3-5 Proposed hinge stiffness in the calibrated model.

56 Table 3-6 Proposed bearing types in the calibrated model. 57 Table 3-7 Input parameters used in analyzing thermal load. 59 Table 3-8 Temperature change induced axial stress (MPa). 59 Table 3-9 Values of k.

61 Table 3-10 Natural frequency (Hz). 63 Table 4-1 AASHTO LRFD Table 3. 65 Table 4-2 Length varying DLF (Eq. 66 Table 5-1 Values utilized in AASHTO MBE load ratings.

88 Table 5-2 Load effect stress and Load rating factors. 92 xiii Acknowledgments I would like to take this space to thank everyone that has made this research a success. First of all, I would like to express my appreciation to Associate Professor. Takeshi MIYASHITA for his very kind guidance, assistance, and support throughout the academic research process.

I could go to ask the essential questions and make me accountable for my work. My thesis and key skills have been improved as a result. I would like to thank and acknowledge Professor Eiji IWASAKI for valuable advice, additional assistance, and useful comments. We would like to express the thankfulness for the invaluable contributions to the research from the Nagaoka Regional Promotion Bureau, Regional Management Department, and Maintenance Division Authority.

The Kozogiken Niigata Corporation and Tokyo Sokki Kenkyujyo Co., who supported to conduct the field load tests, are gratefully appreciated. Last but not least, I would like to thank my families and my friends, my girlfriend for their love and constant support throughout the 2-year research in Japan. Nagaoka July 2015 TRAN DUY KHANH xiv Chapter 1 Introduction 1.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Câu hỏi thường gặp

Luận án "Đánh giá cầu giàn thép qua thí nghiệm tải và mô hình FEM" nghiên cứu về vấn đề gì?

Luận án tiến sĩ tập trung thí nghiệm tải trọng hiện trường và mô hình máy tính cầu dàn thép. Đánh giá cấu trúc, nâng cao độ tin cậy cầu.

Luận án "Đánh giá cầu giàn thép qua thí nghiệm tải và mô hình FEM" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại Nagaoka University of Technology. Năm bảo vệ: 2015.

Luận án "Đánh giá cầu giàn thép qua thí nghiệm tải và mô hình FEM" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Đánh giá cầu giàn thép qua thí nghiệm tải và mô hình FEM" thuộc chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng. Danh mục: Kinh Tế Phát Triển.

Luận án "Đánh giá cầu giàn thép qua thí nghiệm tải và mô hình FEM" có bao nhiêu trang?

Luận án "Đánh giá cầu giàn thép qua thí nghiệm tải và mô hình FEM" có 167 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Đánh giá cầu giàn thép qua thí nghiệm tải và mô hình FEM" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter