Báo Cáo Nghiên cứu phản ứng động lực cầu dây văng dưới tác dụng của tải trọng di động

NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG ĐỘNG LỰC CẦU DÂY VĂNG
DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG DI ĐỘNG
A STUDY RESPONSE OF CABLE-STAYED BRIDGES TO MOVING
VEHICLES

SVTH : PHAN HOÀNG NAM
Lớp 03X3C – Trường Đại học Bách khoa, ĐHĐN
GVHD: GVC. Th.S LÊ VĂN LẠC
Khoa XDCĐ – Trường Đại học Bách khoa, ĐHĐN
TÓM TẮT
Trong phần nghiên cứu này, thể hiện cái nhìn tổng quan về động lực học và đưa ra một
phương pháp phân tích đơn giản để đánh giá phản ứng động của CDV dưới tác dụng của tải
trọng di động. Cây cầu được lý tưởng hóa theo mô hình Bernoulli-Euler trên gối đàn hồi với độ
cứng gối thay đổi. Để giải phương trình dao động của cầu, tác giả sử dụng phương pháp sai
phân hữu hạn và kỹ thuật xếp chồng các mode dao động.
ABSTRACT
This part of the thesis presents a state-of-the-art review and a simplified analysis method for
evaluating the dynamic response of cable-stayed bridges to moving vehicles. The bridge is
idealized as a Bernoulli-Euler beam on elastic supports with varying support stiffness. To solve
the equation of motion of the bridge, the finite difference method and the mode superposition
technique are used.
1. Mở đầu
Do tính thẩm mỹ, ứng dụng hiệu quả các vật liệu xây dựng và những ưu điểm đáng kể
khác mà cầu dây văng (CDV) đã được xây dựng phổ biến trong những thập niên gần đây. Loại
cầu này đang có xu hướng tăng khả năng vượt nhịp, sử dụng các loại vật liệu có cường độ cao
để giảm trọng lượng đến mức thấp nhất. Khi đó kết cấu trở nên thanh mảnh, gọn nhẹ hơn và
rất nhạy cảm với các tác động của tải trọng.
Kể từ vụ sụp cầu thảm khốc của cây cầu Tacoma Narrows đầu tiên năm 1940, người ta đã
chú ý nhiều hơn đến đặc tính động lực học của cầu treo. Trong suốt 68 năm qua, nhiều nghiên cứu
thực nghiệm và lý thuyết đã được tiến hành nhằm hiểu rõ hơn về các yếu tố khác nhau ảnh hưởng
đến phản ứng của loại công trình này đối với gió, động đất và xe cộ lưu thông.
Để nghiên cứu những ảnh hưởng về động lực học do xe cộ lưu thông trên cầu, các kĩ sư
trên thế giới dựa vào hệ số khuếch đại động (DAF) được xác định trong các tiêu chuẩn thiết kế.
Những hệ số này thường là hàm của tần số dao động riêng của kết cấu nhịp hoặc chiều dài phạm
vi ảnh hưởng của tải trọng. Đây là phương pháp thường được dùng cho mục đích thiết kế có thể
cho ra các thiết kế vững chắc và đắt tiền đối với một số cây cầu nhưng lại đánh giá thấp các ảnh
hưởng động lực học đối với các cây cầu khác. Hơn nữa, khi so
sánh các tiêu chuẩn thiết kế ở mỗi quốc gia, các hệ số DAF dao
động trong một phạm vi lớn.
Vì vậy, để kiểm tra khả năng chịu đựng của các cây cầu
đang tồn tại đối với sự lưu thông nặng nề hơn và để thiết kế các
cây cầu mới hợp lý hơn thì cần phải sử dụng các kỹ thuật phân
tích cải tiến có xét đến tất cả các thông số quan trọng ảnh hưởng
đến phản ứng động lực học của cầu như: sự tương tác cầu - xe
cộ, độ gồ ghề của bề mặt đường, hệ số cản của cầu,
2. Nội dung
2.1. Mô hình hóa xe
Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008
Xe nặng với một số bộ phận cơ bản như: máy kéo, rơmooc, hệ thống kéo, có thể được
mô hình hóa như một chất điểm có khối lượng đặt trên hệ lò xo và hệ giảm chấn (hình 2-1).
Gọi F(t) là lực liên hệ giữa xe và cầu, được xác định là dương khi hướng xuống dưới
cầu, phương trình vi phân chuyển động được thiết lập như sau: