PDA

View Full Version : Dao động CDV - Ổn định khí động



phnam
08/07/08, 08:14 PM
Phần 1:
Trong những năm gần đây, sự phát triển kỹ thuật kết cấu công trình nói chung và kết cấu công trình cầu luôn gắn liền với các nghiên cứu phát triển các loại hình kết cấu mới, vật liệu mới có trọng lượng nhẹ và cường độ vật liệu cao, kỹ thuật xây dựng hướng tới mục tiêu xây dựng các công trình cầu quy mô lớn, khẩu độ lớn, kết cấu nhẹ và thanh mảnh, tiết kiệm vật liệu. Kết cấu cầu treo và cầu dây văng đã khẳng định ưu việt so với các dạng kết cấu cầu khác do khả năng vượt khẩu độ lớn và kiến trúc độc đáo. Loại kết cấu cầu treo và cầu dây văng được áp dụng rộng rãi tại nhiều nước trên thế giới, các công trình quy mô lớn và kỹ thuật xây dựng tiêu biểu trên thế giới cũng đa phần áp dụng các loại hình kết cấu cầu này. Hiện nay, cầu treo Akashi-Kaikyo (Nhật Bản) có khẩu độ lớn nhất thế giới lên tới 1990m , còn cầu dây văng Tatara (Nhật Bản) giữ kỷ lục về khẩu độ nhịp lên tới 890m. Trong hội nghị chuyên ngành cầu dây văng thế giới tổ chức tại Malmo, Thụy Điển năm 2000 và tại Graz, Áo năm 2003, các loại kết cấu này đặc biệt là kết cấu cầu dây văng vân tiếp tiếp tục được khẳng định sẽ là một trong những xu thế nghiên cứu và áp dụng trên thế giới. Cụ thể là nhiều dự án xây dựng cầu lớn trên thế giới trong thời gian gần đây tại Nhật Bản, Trung Quốc, Đức, Ý …cũng áp dụng loại hình kết cấu này.

Trong thời gian gần đây, công nghệ vật liệu đã cho ra đời những loại vật liệu có trọng lượng ngày càng giảm trong khi cường độ ngày càng tăng cao đã tạo điều kiện phát triển mới cho cầu treo và cầu dây văng hiện đại. Các kết cấu ngày càng trở nên thanh mảnh hơn, có trọng lượng thấp hơn và có thể vượt những khẩu độ lớn hơn. Tuy nhiên, việc áp dụng các loại vật liệu trọng lượng thấp, cường độ cao, tức là giảm độ cứng chống uốn và chống xoắn, làm cho kết cấu có biến dạng lớn hơn và nhạy cảm với dao động do tác động bên ngoài. Do vậy, đánh giá các tác động gây ra dao động như hoạt tải, gió và động đất có vai trò quan trọng thiết kế với các loại hình kết cấu này.

Sau khi cầu Tacoma Narrow ở Hoa Kỳ bị đổ hoàn toàn vào 10/1940 do tác động của gió thì vấn đề này thu hút được sự quan tâm lớn của nhiều tác giả mặt dù trước đó cũng đã có một số công trình cầu trên thế giới bị đánh giá là nhậy với dao động hay đã bị phá huỷ cục bộ do tác dụng động lực của gió. Cũng kể từ sự cố này và các nghiên cứu sau đó về các hiện tượng khí động đặc biệt của gió đã làm thay đổi các quan niệm về thiết kế cầu khẩu độ lớn, lúc này các phân tích về động lực, khí động lực và địa chấn ảnh hưởng quyết định tới kết quả thiết kế cầu chứ không phải là các phân tích tĩnh do tĩnh tải và hoạt tải như các công trình cầu thông thường.

Trong các tác động của gió lên công trình cầu thì nghiên cứu về mất ổn định khí động luôn được ưu tiên chú trọng vì mất ổn định khí động thường diễn ra nhanh, đột ngột, khó lường gây hư hại nghiêm trọng. Phân tích ổn định khí động cho công trình cầu được phát triển mạnh từ những năm 60 do nhu cầu xây dựng các công trình cầu treo và cầu dây văng khẩu độ lớn. Tuy nhiên việc nghiên cứu vấn đề này gặp nhiều khó khăn do tác động của gió gây ra các phản ứng phức tạp, khó lường của công trình. Đến nay vẫn chưa có một phương pháp số hay giải tích nào có thể mô tả được đầy đủ các hiện tượng khí động do đó hơn nữa nghiên cứu gió cần phải có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Bài toán ổn định khí động hiện vẫn tiếp tục được nghiên cứu và phát triển, gần đây nhờ việc áp dụng kỹ thuật tổ hợp các dao động và bài toán trị riêng trong việc giải phương trình khí động lực đã làm tăng độ chính xác của phân tích lý thuyết. Đồng thời các nghiên cứu lý thuyết cũng luôn gắn liền với nghiên cứu thực nghiệm bằng mô hình trong phòng thí nghiệm và tại thực địa các công trình cầu treo và cầu dây văng quy mô lớn.

phnam
08/07/08, 08:15 PM
Phần 2:
Hiện nay, ở Việt Nam một số công trình cầu dây văng quy mô lớn đã hoàn thành, một số khác đang trong giai đoạn chuẩn bị và sẽ được xây dựng. Cầu dây văng khẩu độ lớn đầu tiên được xây dựng ở trong nước là cầu Mỹ Thuận (Long An), tiếp đó là hàng loạt các dự án xây dựng cầu dây văng lớn khác được tiếp tục thực hiện như cầu Kiền (Hải Phòng), cầu Bính (Hải Phòng), cầu Bãi Cháy (Quảng Ninh), Rạch Miễu (Bến Tre), cầu Cần Thơ (Cần Thơ). Ngoài ra, một số dự án cầu đang nghiên cứu khả thi và thiết kế kỹ thuật như cầu Nhật Tân (Hà Nội), Vàm Cống (An Giang), Cao Lãnh (Đồng Tháp).

Phân tích ổn định khí động ở các công trình trên là một bộ phận quan trọng trong phân tích, tính toán thiết kế kết cấu. Tuy nhiên, công việc này đều do các tổ chức tư vấn nước ngoài thực hiện, kể cả với các công trình do tư vấn Việt Nam thiết kế. Việc nghiên cứu phân tích ổn định khí động ở trong nước còn mới chỉ bước đầu và rất hạn chế, đặc biệt là khi gắn nghiên cứu với đối tượng là công trình cầu. Nhu cầu xây dựng các công trình lớn và đặc biệt lớn trong thời gian sắp tới đặt ra yêu cầu nghiên cứu sâu và toàn diện, trên các mặt lý thuyết cũng như thực nghiệm về vấn đề ổn định khí động công trình.

phnam
08/07/08, 08:17 PM
Bài viết giới thiệu một phương pháp mô hình hoá và phân tích kết cấu của cầu dây văng dưới tác động của gió bằng việc sử dụng phần mềm Midas-Civil và các lý thuyết khác. Các dạng phần tử chính xác và hiệu quả được sử dụng để mô hình hoá kết cấu cầu. Một phần tử thanh được dùng để mô hình hoá dầm chủ, trụ và các tháp cầu. Phần tử cáp với liên kết ở 2 đầu được mô tả như một liên kết đàn hồi và được chấp nhận để mô hình hoá các cáp dây văng. Việc phân tích bằng phần mềm MIDASCivil được thực hiện trên công trình cầu dây văng thực tế là cầu Bãi Cháy (Quảng Ninh).

PGS. TS. HOÀNG HÀ

Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố
Trường Đại học Giao thông Vận tải
ThS. NGUYỄN VĂN LÂM
Công ty Tư vấn Thiết kế TEDI
ThS. BẠCH QUỐC SỸ
Đại học Đà Nẵng


Tóm tắt: Bài viết giới thiệu một phương pháp mô hình hoá và phân tích kết cấu của cầu dây văng dưới tác động của gió bằng việc sử dụng phần mềm Midas-Civil và các lý thuyết khác. Các dạng phần tử chính xác và hiệu quả được sử dụng để mô hình hoá kết cấu cầu. Một phần tử thanh được dùng để mô hình hoá dầm chủ, trụ và các tháp cầu. Phần tử cáp với liên kết ở 2 đầu được mô tả như một liên kết đàn hồi và được chấp nhận để mô hình hoá các cáp dây văng. Việc phân tích bằng phần mềm MIDASCivil được thực hiện trên công trình cầu dây văng thực tế là cầu Bãi Cháy (Quảng Ninh).

Summary: This paper presents a method of modelling and analyzing the structure of cable- stayed bridges under the impact of the wind by using Midas - Civil software and other theories. Accurate and efficient finite elements are used for modelling the bridge structure. A beam element is adopted to model the girder, piers and the pylons. Whereas, a two-node catenary cable element described using exact analytical expressions for the elastic catenary, is adopted to model the cables. Structural analysis by MIDAS - Civil is executed on Baichay Bridge (Quangninh).

(Chi tiết bạn đọc có thể tham khảo tại mục File đính kèm): File đính kèm (http://www.uct.edu.vn/utc/data/document/news/05_2008/05_2008_686.pdf?PHPSESSID=5d585a19db6a7f89c2c42fd7 e4afeef6)

phnam
08/07/08, 08:20 PM
Để phục vụ việc xây dựng những cây cầu dây văng do VN thiết kế trong tương lai, các chuyên gia thuộc Viện Cơ học (Viện KH&CN VN) đã chế tạo và thử nghiệm thành công thiết bị giảm dao động có hại cho loại cầu này.

http://vietnamnet.vn/dataimages/200604/original/images948509_anha5.jpg (http://vietnamnet.vn/dataimages/200604/original/images948509_anha5.jpg)
Các thiết bị giảm dao động (tiêu tán năng lượng dao động) cho cáp treo của cầu dây văng



Trước đây, người ta phải lắp đặt thiết bị giảm dao động cho từng sợi cáp treo của các cây cầu dây văng chẳng hạn như cầu Mỹ Thuận, cầu Bãi Cháy. Hiện những cây cầu dây văng ở VN đã và đang được xây dựng đều sử dụng thiết bị giảm dao động nhập ngoại.
Mới đây, các chuyên gia tại Phòng Cơ học công trình, Viện Cơ học với sự hợp tác của Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công nghiệp đã chế tạo được thiết bị giảm dao động cho cầu treo. Thiết bị đã được đánh giá chất lượng trên hệ thống động lực của viện KHCN Xây dựng.
Sau một thời gian nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, với sự hợp tác của các chuyên gia khoa học giao thông, thiết bị đã đươc ứng dụng thử nghiệm tại cầu dây văng Bến Cốc (Hà Tây) và cầu Ngòi Lăn (Yên Bái).
Ở cầu Bến Cốc, 16 thiết bị đã được gắn cho 16 dây cáp, rồi cho một đoàn ôtô nặng 12 tấn/chiếc chạy qua cầu. Kết quả cho thấy nếu có thiết bị, khi ôtô chạy qua dao động của dây cáp giảm rõ rệt có thể quan sát bằng mắt thường. Còn đối với những dây không có thiết bị, cáp dao động với biên độ khá lớn, về lâu dài sẽ dẫn tới mỏi và nứt cáp theo thời gian.
Theo GS.TSKH. Nguyễn Đông Anh, trưởng nhóm nghiên cứu đồng thời là Chủ tịch Hội đồng KH&CN, thiết bị giảm dao động có hại cho cáp treo giống như một giảm xóc xe máy, gồm một ống xi lanh chứa piston và dầu nhớt silicon có độ nhớt cao. Khi cáp hoặc thần cầu dao động, piston chuyển động trong môi trường nhớt, sinh lực cản để tiêu tán năng lượng dao động.
Chế tạo thiết bị giảm dao động không khó song điều quan trọng là thiết kế đựoc thiết bị có lực cản phù hợp với từng cây cầu, từng sợi cáp trên cầu. Để làm điều đó, nhóm nghiên cứu đã xây dựng phần mềm SAVA (Structural Anti Vibration Analysis) để phân tích dao động của kết cấu có lắp thiết bị tiêu tán năng lượng dao động.
Sau khi nhập thông số của cầu, của thiết bị giảm dao động, SAVA sẽ đánh giá hiệu quả của thiết bị, từ đó thay đổi thông số của thiết bị để giảm dao động hiệu quả nhất. Phần mềm này còn để mở cho các ứng dụng khác như phân tích dao động cho các toà nhà cao tầng, công trình biển, v.v...
Theo đánh giá của TS. Trần Việt Hùng, Chủ nhiệm Chương trình Nghiên cứu khoa học và phát triển Công nghệ Chế tạo máy - KC.05, công nghệ giảm dao động có hại cho các công trình xây dựng là công nghệ VN có thể làm được, giảm chi phí mua thiết bị của nước ngoài. Nếu được đầu tư, phát triển, VN sẽ cập nhật nhanh một loại công nghệ mới của thế giới, rút ra bài học kinh nghiệm để áp dụng công nghệ này cho các lĩnh vực khác như nhà cao tầng, tàu cao tốc, công trình biển.


http://vietnamnet.vn/dataimages/200604/original/images943571_anha1.jpg (http://vietnamnet.vn/dataimages/200604/original/images943571_anha1.jpg)
Lắp thiết bị giảm dao động cho một dây cáp ở cầu dây văng Bến Cốc



http://vietnamnet.vn/dataimages/200604/original/images943573_anha2.jpg (http://vietnamnet.vn/dataimages/200604/original/images943573_anha2.jpg)
Đã lắp xong hai thiết bị giảm dao động cho hai sợi cáp



http://vietnamnet.vn/dataimages/200604/original/images943575_anha3.jpg (http://vietnamnet.vn/dataimages/200604/original/images943575_anha3.jpg)
Triển khai thiết bị đo trên cầu



http://vietnamnet.vn/dataimages/200604/original/images943577_anha4.jpg (http://vietnamnet.vn/dataimages/200604/original/images943577_anha4.jpg)
Cho ôtô chạy qua để kiểm tra hiệu quả giảm dao động của thiết bị



http://vietnamnet.vn/dataimages/200604/original/images943583_anha7.jpg (http://vietnamnet.vn/dataimages/200604/original/images943583_anha7.jpg)
Thiết bị điều chỉnh độ căng của cáp trong phòng thí nghiệm



http://vietnamnet.vn/dataimages/200604/original/images943585_anha6.jpg (http://vietnamnet.vn/dataimages/200604/original/images943585_anha6.jpg)
Chương trình phân tích chống dao động kết cấu SAVA

phnam
08/07/08, 08:23 PM
Bài báo giới thiệu một số kết quả nghiên cứu mô hình bài toán dao động uốn của cầu dây văng chịu tác dụng của đoàn tải trọng ôtô di động có xét tới ảnh hưởng của các tham số phi tuyến. Kết quả nghiên cứu được đối chiếu với kết quả tính toán theo mô hình bài toán dao động đàn hồi tuyến tính tương ứng và kết quả thực nghiệm tại một số công trình cầu dây văng trên thực tế.

TS. HOÀNG HÀ
Bộ môn Công trình Giao thông TP - ĐH GTVT
ThS. NGUYỄN ĐỨC TÙNG
Bộ môn Cầu - Hầm - ĐH GTVT


Tóm tắt: Bài báo giới thiệu một số kết quả nghiên cứu mô hình bài toán dao động uốn của cầu dây văng chịu tác dụng của đoàn tải trọng ôtô di động có xét tới ảnh hưởng của các tham số phi tuyến. Kết quả nghiên cứu được đối chiếu với kết quả tính toán theo mô hình bài toán dao động đàn hồi tuyến tính tương ứng và kết quả thực nghiệm tại một số công trình cầu dây văng trên thực tế.
Các phần mềm tính toán VICABLE-1 và VINONLINE-2 có thể trợ giúp công tác thiết kế và tính toán kiểm tra năng lực chịu tải của các công trình cầu dây văng đang khai thác.

Summary: The article presents some results achieved from a study on dynamic behaviours of cable - stayed bridges under moving vehicles with regard to influences of parameters of the dynamic behaviours. The results are compared with those calculated on the corresponding model and on-spot results at some actual cable - stayed bridges.
Software packages VICABLE 1 and VICABLE 2 can facilitate designing and calculating.

(Chi tiết bạn đọc có thể tham khảo tại mục File đính kèm): File đính kèm (http://www.uct.edu.vn/utc/data/document/news/04_2008/04_2008_336.pdf?PHPSESSID=72722a144b3cb15920df0f44 e1216e7f)

251085
27/12/08, 10:39 PM
Rất cảm ơn Phnam đã gửi bài viết này, nó giúp cho anh em nhiều lắm!