Thạc Sĩ Tính toán ổn định khí động flutter của dầm chủ trong kết cấu cầu hệ dây bằng phương pháp bước lặp

MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 1
DANH MỤC CÁC BẢNG 4
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ 5
MỞ ĐẦU 7
1 TỔNG QUAN 10
1.1. Cầu hệ dây và gió 10
1.2. Mô hình dao động của cầu dây võng và cầu dây văng dưới tác dụng của
gió 12
1.3. Các phương pháp tính vận tốc flutter tới hạn 13
1.4. Nội dung của luận án 14
2 NHẬN DẠNG TÁC DỤNG CỦA GIÓ VÀ MÔ HÌNH DAO ĐỘNG
FLUTTER CỦA DẦM CHỦ TRONG KẾT CẤU CẦU HỆ DÂY 15
2.1. Số liệu gió dùng trong thiết kế 15
2.1.1. Tốc độ gió cơ bản 15
2.1.2. Tốc độ gió thiết kế 15
2.1.3. Đặc tính giật của tốc độ gió 16
2.2. Các hiện tượng khí động học phát sinh bởi gió 16
2.2.1. Tác dụng tĩnh của gió lên cầu 17
2.2.1.1. Biến dạng tĩnh và ứng suất tĩnh 17
2.2.1.2. Các hiện tượng mất ổn định tĩnh 18
2.2.2. Tác dụng động của gió lên cầu 20
2.2.2.1. Dao động do xoáy khí 20
2.2.2.2. Dao động do gió mưa 22
2.2.2.3. Dao động do rối của dòng khí 25
2.2.2.4. Dao động phía cuối gió 26
2.2.2.5. Dao động tự kích khí động học theo phương uốn 28
2.2.2.6. Hiện tượng dao động tự kích khí động học uốn xoắn 29
2.3. Các mô hình lực gió tự kích tác dụng lên dầm cầu 32
2.3.1. Mô hình lực tự kích theo miền tần số 32
2.3.2. Mô hình lực tự kích theo miền thời gian 34
2.3.3. Mô hình lực gió á bình ổn 39
2.3.3.1. Mô hình lực gió bình ổn 39
2.3.3.2. Mô hình lực gió á bình ổn 40
2.3.3.3. Tuyến tính mô hình lực á bình ổn 41
2.3.3.4. Các phương án chọn điểm tính ảnh hưởng vận tốc xoắn 43
2.4. Một phương án nhận dạng các tham số của mô hình dao động flutter
hai bậc tự do 45
2.4.1. Thiết lập phương trình dao động uốn-xoắn của dầm cầu 45
2.4.2. Biến đổi hệ phương trình dao động uốn-xoắn của dầm về hệ các
phương trình vi phân thường 47
2.5. Kết luận chương 2 51
3 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH FLUTTER CỦA DẦM CHỦ CẦU TREO
THEO MÔ HÌNH MẶT CẮT HAI BẬC TỰ DO BẰNG PHƯƠNG PHÁP
BƯỚC LẶP (Revised Step-By-Step method)
52
3.1. Mô hình dao động của dầm chủ theo lý thuyết flutter cổ điển 52
3.1.1. Các giả thiết cơ bản của lý thuyết flutter cổ điển 523.1.2. Hệ phương trình dao động tự kích khí động học uốn xoắn hai bậc
tự do 52
3.1.3. Lực nâng và momen khí động 53
3.1.3.1. Công thức lực nâng và momen khí động trong trường hợp
tấm mỏng 53
3.1.3.2. Công thức lực khí động của Scanlan với mặt cắt có dạng
bất kỳ 54
3.1.4. Xác định các tham số flutter 55
3.2. Tính toán điều kiện flutter tới hạn cho hệ hai bậc tự do bằng phương
pháp bước lặp 57
3.2.1. Phân tích ổn định hệ phương trình dao động tự kích khí động học
uốn xoắn hai bậc tự do 57
3.2.2. Thuật toán của phương pháp bước lặp 59
3.3. Mô hình thí nghiệm mặt cắt dầm cầu tại trường Đại học Kỹ thuật
Hamburg 68
3.4. Tính toán vận tốc gió tới hạn mô hình mặt cắt của một vài cầu cụ thể 72
3.4.1. Tập hợp các số liệu với mặt cắt GB của tác giả Thiesemann 72
3.4.2. Cầu Great Belt của Đan Mạch 73
3.4.3. Cầu Tacoma Narrows cũ của Mỹ 74
3.4.4. Cầu Jiangyin của Trung Quốc 76
3.4.5. Cầu Vàm Cống của Việt Nam 77
3.5. Kết luận chương 3 80
4 ĐIỀU KHIỂN THỤ ĐỘNG DAO ĐỘNG FLUTTER CỦA DẦM CHỦ
CẦU TREO BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC 82
4.1. Thiết lập phương trình chuyển động 82
4.2. Sử dụng phương pháp bước lặp giải hệ phương trình vi phân chuyển
động 84
4.3. Nâng cao vận tốc gió flutter tới hạn của mô hình thí nghiệm tại trường
Đại học Kỹ thuật Hamburg 92
4.4. Nâng cao vận tốc gió flutter tới hạn của cầu Great Belt 96
4.5. Tính toán tối ưu các tham số của bộ giảm chấn khối lượng-cản (TMD) 97
4.5.1. Trường hợp mô hình thí nghiệm tại trường Đại học Kỹ thuật
Hamburg 97
4.5.2. Trường hợp cầu Great Belt của Đan Mạch 98
4.6. Kết luận chương 4 98
5 ĐIỀU KHIỂN THỤ ĐỘNG DAO ĐỘNG FLUTTER CỦA DẦM CHỦ
CẦU TREO BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHÍ ĐỘNG 99
5.1. Thiết lập phương trình chuyển động 99
5.2. Phương trình lực khí động trong trường hợp các cánh vẫy xem như tấm
phẳng 102
5.3. Sử dụng phương pháp bước lặp giải hệ phương trình vi phân chuyển
động 103
5.4. Thí dụ áp dụng 118
5.5. Kết luận chương 5 120
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 121
TÀI LIỆU THAM KHẢO 122
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN