Phân tích dao động của kết cấu nhịp cầu dưới tác động của hoạt tải khai thác có

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI VŨ VĂN TOẢN PHAN TICH DAO DONG CUA KET CAU NHIP CAU DUOI TAC DONG CUA HOAT TAI KHAI THAC CO XET DEN DO MAP MO MAT CAU LUAN AN TIEN Si KY THUAT HA NOI - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI VŨ VĂN TOÁN Tên luận án: PHÂN TÍCH DAO DONG CUA KET CAU NHỊP CÂU DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA HOẠT TẢI KHAI THAC CO XET DEN DO MAP MO MAT CAU Chuyên ngành: Ky thuat X4y dung Cau - Ham Mã số: 62.05 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Nguyễn Viết Trung 2. Trần Đức Nhiệm HÀ NỘI - 2017 1 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy GS.TS Nguyễn Viết Trung và PGS.TS Trân Đức Nhiệm đã tận tâm hướng dân khoa học và giúp đỡ tác giả hoàn thanh luận án này. Tác giả xin gửi lời cám ơn tới các Thầy, Cô trong Bộ môn Cầu Hầm, Khoa công trình, Khoa Cơ khí Trường Dai học Giao thông Vận tải, các nhà khoa học trong và ngoài trường đã có nhiêu ý kiên đóng góp cho luận án.

Tác giả cũng xin gửi lời cám ơn tới các Thầy, Cô trong Bộ môn Cầu Ham, Khoa công trình Phân hiệu Trường Đại học Giao thông Vận tải tại thành phô Hồ Chí Minh đã động viên và giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện luận án. Tác giả cũng xin bảy tỏ sự biết ơn tới sự quan tâm của Trường Đại học Giao thông Vận tải, Phân hiệu Trường Đại học Giao thông Vận tải tại thành phô Hồ Chí Minh và sự ủng hộ của bạn bẻ, đông nghiệp đã giúp đỡ, tạo điêu kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình làm luận án. Cuối cùng tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình đã động viên, ủng hộ tác giả trong suôt thời gian làm luận án/. Tác giả luận án Vũ Văn Toản ii LOT CAM DOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Vũ Văn Toản 1H MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ v DANH MUC CAC BANG BIEU ix DANH MUC CAC KY HIEU VA CHU VIET TAT x MO DAU 1 CHUONG 1 TONG QUAN VE NGHIEN CUU DAO DONG CUA KET CAU NHIP CAU DUOI TAC DONG CUA HOAT TAI XE 1. Các tác động của tải trọng di động đối với kết cầu nhịp cầu 1.2 Các hướng nghiên cứu ảnh hưởng của hoạt tải (tải trọng đi động) đối với công trình cầu 8 1.3 Các mô hình lý thuyết nghiên cứu dao động uốn của dầm dưới tác dụng của tải trọng dĩ động - - - 10 1. Mô hình 1: không xét đên khôi lượng của tải trọng và của dâm.2 Mô hình 2: Tải trọng có khôi lượng di chuyên trên hệ kêt câu không có khôi lượng.- «ch HH 000011 rre 11 1.3 Mô hình 3: Mô hình bỏ qua khôi lượng của tải trọng di động, chỉ xét den khôi lượng của dâm Sc Tene Seve foes eet (PS 1iTVTEVHIGPEEREPLIEOEERSMI/PĐEEEEA agen fast 12 1.4 Mô hình 4: Tải trọng có khôi lượng chuyên động trên dâm có khôi lượng ¬—.5 Các mô hình xét đến tải trọng di động do ảnh hưởng mấp mô bề mặt.4 Tổng quan về nghiên cứu dao động cúa xe và trương tác cầu - xe 20 IR HC.2 Đánh giá dao động của ô tô trên đường.3 Các mô hình dao động ô tÔ.

---¿- +6 5< Sẻ xxx re 23 1/4:4 Hàm kích:đÕnE sec ssoeibonattbiiaxt6i4EIEA144133S413380391/19058/48005038806 24 1.5 Phân tích chọn mục tiêu, đỗi tượng, phương pháp nghiên cứu 25 1. Mục tiêu nghiên cứu của mô hình tương tác câu - xe. Đôi tượng nghiên cứu. Phương pháp nghiên tu.

sesesesecseeessesesseeeaeeeseseseeeeeesseeeeeenes 26 CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TƯƠNG TÁC ĐỘNG LỰC HỌC GIỮA XE VÀ CÂU CÓ XÉT ĐÉN ĐỘ MÁP MÔ MẶT CÂU 27 2.1 Cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn giải bài toán dao động dầm 28 2.1 Nguyên lý biên phân chuyên vị sử 2.2 Phương trình chuyên động.3 Phương trình dao động của phân tử hữu hạn dâm chịu uôn thuân tuy.4 Phân tử dâm .2 Dao động của cầu dâm chịu tác dụng của tải trọng do xe chạy trên cầu 40 iv 2.1 Dao động của phần tử dầm khi có các khối lượng di chuyên trên dầm - bài toán tương tác của phân tử hữu hạn dâm chịu uốn và tải trọng di động.2 Phương trình dao động của hệ cầu dầm có xe chạy trên — .3 Phương pháp Time Newmark giải hệ phương trình chuyên động .3 Mô hình động lực học của xe 49 2.1 MG hinh co Nx.2 Mô hình xe 2 trục. 54 2:3:3 Mô Hình xe 3 TỤC sisiorsenseesesiioioiL61191561218039316135515034141303592194401390826spsS4 59 2.4 Mô tả mắp mô biên dạng mặt đường dạng hàm ngẫu nhiên 60 2.5 Phân tích đáp ứng của cầu dưới tác dụng của xe có ké dén map mo mat cau6s 2ZS.2 Đáp ứng cầu chịu tải trọng di động .3 Thuật toán lặp giải bài toán tương tác động lực học câu - xe. 72 CHƯƠNG 3 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ GIẢM CHÁN CỦA MỘT SÓ KÉT CÁU CAU ĐANG KHAI THÁC Ở VIỆT NAM 77 3.1 Phương trình vi phân dao động có cân của hệ kết cấu một bậc tự do 77 3.2 Phương pháp thực nghiệm xác định hệ số giảm chắn của kết cấu cầu 84 3.3 Xác định hệ số giảm chấn của một số kết cấu cầu khai thác tại Việt Nam — 88 CHUONG 4 KHAO SAT ANH HUONG CUA VAN TOC XE VA DQ MAP MO NGAU NHIEN MAT CAU DEN HIEU UNG DONG LUC CUA KET CAU NHIP 99 4.1 Phân tích áp dụng số với mô hình 99 4.2 Kiễm chứng kết quả từ mô hình tính và kết quả thực đo cầu Đa Phước 101 4.1 Do dO map m6 mat câu Đa PhưỚC.2 Thử nghiệm động tại hiện trường.3 Kết quả tính toán từ mô hình .3 Dao động dầm giản đơn dưới tác dụng của xe 2 trục 106 4.4 Dao động dầm giản đơn dưới tác dụng của xe 3 trục 11 4.5 Dao déng dam lién tuc dưới tác dụng của xe 2 trục 115 4.6 Dao động dầm liên tục dưới tác dụng của xe 3 trục 119 4.7 Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc xe và độ mắp mô ngẫu nhiên mặt cầu đến hệ số động lực của cầu dâm giản đơn 123 4.1 Mô phỏng mặt câu ngầu nhiên.722 Khảo sát hệ số độHg TỨG vsssccsvsveveccevsnsecsarvenecsonsrsevexeensverencarereveqooreeneovenneres 125 KÉT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO 130 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BÓ CỦA LUẬN ÁN 136 PHỤ LỤC 137 Vv DANH MUC CAC HINH VE Hình 1. Mô hình tải trọng tập trung di động trên dầm giản đơn.2 - Dao động do ảnh hưởng của độ bằng phẳng mặt đường.3 - Lực ly tâm khi hoạt tải chuyển động trên cầu cong.4 - Mô hình không xét đến khối lượng của tải trọng và của dầm.5 - Mô hình tải trọng có khối lượng di chuyển trên hệ kết cấu không CO KHOI WOT 01.6 - Mô hình bỏ qua khối lượng của tải trọng di động, chỉ xét đến khối lượng của dằm.------ 2 ©2+¿22++22EE22Et22EE222121122112711211 221.7 - Tải trọng có khối lượng chuyển động trên dầm có khối lượng.8 - Mô hình dầm có bề mặt mắp mô chịu tái di động với 4 bac tu do.9 - Các mấp mô mặt đường: a) Ảnh hưởng vệt bánh xe do non hơi, b) Vết lõm mặt đường, c) Mặt đường gợn sóng.10 - Độ võng cầu có kể đến độ mắp mô do tải di động không đổi và 09 001-8015: 0)i 0101.1 - Tương tác giữa xe và cầẦu.---cc-- sex E271 21117111112 crei 27 Hình 2.2 - Cơ hệ liên tục .-- «+ Sàn TH TH HT khe 29 Hình 2.3 - Dầm chịu uốn mô hình bởi N phần tử hữu hạn .4 - Các bậc tự do của phần tử dầm chịu uốn.5 - Các hàm dạng: các đa thức Hermite bậc 3 .7 - Qui định hệ toạ đỘ.--- - - tk HH gy Hình 2.8 - Mô hình cầu - xe 1/4.---¿-cc©2cSE2EE+EtEEESEEEEEEEESEEEEEEEESEEEEEEEEersrrrcree Hình 2.9 - Mô hình cầu - xe 2 trục.10 - Mô hình cầu - xe 3 trục Hình 2.11 - Phân loại mặt đường theo mật độ phô (đề suất của ISO).12 - Mật độ phổ và mô tả mắp mô mặt đường.13 - Lực tập trung di động ƒr) di chuyên với vận tỐC U.14 - Tương tác cầu-xe với mô hình xe 2 trục tạo tải trọng di động.15 - Chuỗi các xung lực .16 -Thuật toán lặp giải bài toán tương tác động lực học cầu - xe.17 - Sơ đồ giải thuật bài toán tương tác động lực học cầu - xe cải Hình 3.3 - Xác định các giá trị biên độ dao động của dao động tắt dần.4 - Đường bao biên độ dao động tiếp tuyến với đồ thị dao động tắt ¡0 .5 - Biểu đồ dao động và hệ số giảm chấn của một dầm thí nghiệm tại Phòng thí nghiệm kết cầu Trường Đại học Florida.6 - Biểu đồ dao động theo phương đứng của nhịp 1 của cầu vượt ngã tư Thủ Đức Hình 3.7 - Biểu đồ đao động theo phương đứng của nhịp 2 của cầu vượt ngã tư TH ĐỨGaoietessixesbiixx990515164185131539153535391E18103645833336i351098ã381438005303103880 8g 90 Hình 3.

Biểu đồ dao động theo phương đứng của nhịp 3 của cầu vượt ngã tư 062.9 - Biểu đồ dao động theo phương đứng của nhịp 4 của cầu vượt ngã tư THÍ ĐỨC sácbesesiágssieieestesiioriedsSDOE005586018581111163310304051001898184 9858103014280) 90 Hình 3.10 - Biểu đồ dao động theo phương đứng của nhịp 5 của cầu vượt ngã tư Thủ Đức Hình 3.11 - Biểu đồ dao động theo phương đứng của nhịp 6 của cầu vượt ngã tư Thủ ĐỨC oissessisbisssetevs440615150495151590539163005951581401638111816185050305040481:58104 91 Hình 3.12 - Biểu đồ đao động theo phương đứng của nhịp l của cầu vượt ngã ba Vũng Tàu. «HH HT HH TT HH HT HH 92 Hình 3.13 - Biểu đồ đao động theo phương đứng của nhịp 2 của cầu vượt ngã ba Vũng Tầu. «Là HH HH HT HT HT HH 92 Hình 3.14 - Biểu đồ dao động theo phương đứng của nhịp 3 của cầu vượt ngã ba Vũng 'Tầàu .15 - Biểu đồ đao động theo phương đứng của nhịp 4 của cầu vượt NSA DA. VUE Taw scscccssseceosssessseesnsssoerssonssacsscatecsssoveesssssvesssesapsecvesereectesvereevsssveest 93 Hình 3.16 - Biểu đồ đao động theo phương đứng của nhịp 5 của cầu vượt ned Da, Vine LAU, «css.

cies natin aoein aieie oieie moe aE eee 93 Hình 3.17 - Biểu đồ đao động theo phương đứng của nhịp 6 của cầu vượt Rổãi Đã. VIHHg, LÀÌ»¡ssxsssesssrsvoussirbknLSA115021008561610166686108968600305.1 - Mắp mô ngẫu nhiên mặt cầu loại 2 theo ISO - 6068.2 - Chuyên vị giữa nhịp khi mặt cầu phẳng tuyệt đối, và khi có xung mấp mô cao 2 + 8 em và map mô ngẫu nhiên.3 - Sơ đồ kết cầu nhịp cầu Đa Phước.----s:©s©+++xz+cxevrzxerrserres 101 Hình 4.4 - Thiết bị đo độ mắp mô mặt cầu .5 - Hàm phân bố xác xuất cao độ mặt cầu Đa Phước .