PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG CẦU TREO DÂN SINH VÀ CÁC GIẢI PHÁP KIỀM CHẾ DAO ĐỘNG
Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
Cầu treo dây võng dân sinh (CTDVDS) là giải pháp hiệu quả để vượt qua các khó khăn về địa hình, đặc biệt ở vùng sâu, vùng xa. Tuy nhiên, hiện tượng dao động dưới tác động của tải trọng là một vấn đề nghiêm trọng cần được giải quyết để đảm bảo an toàn khi sử dụng. Các nghiên cứu hiện tại trên thế giới và ở Việt Nam thường tập trung vào cầu treo nhịp lớn hoặc cầu bộ hành đô thị, ít quan tâm đến CTDVDS phục vụ cho các vùng sâu vùng xa, với các nghiên cứu dừng lại ở mức độ lý thuyết, thiếu sự áp dụng thực tế và phương pháp kiểm soát dao động đầy đủ. Đặc biệt, CTDVDS thường có kết cấu nhẹ (tấm mỏng, cáp treo thanh mảnh) và hệ thống giảm chấn đơn giản hoặc không có, khiến chúng rất nhạy cảm với các tải trọng, nhất là tải trọng lệch tâm, gây ra hiện tượng rung lắc, chòng chành, và dao động xoắn mạnh và kéo dài do độ cứng chống xoắn cực thấp và tỷ lệ khoảng cách giữa các cáp chủ với chiều dài nhịp nhỏ. Việc thiết kế không đồng bộ cũng gây khó khăn trong kiểm soát an toàn.
Luận án này được thực hiện nhằm giải quyết các vấn đề trên, với mục tiêu nghiên cứu các đặc trưng dao động của CTDVDS dựa trên mô hình thực nghiệm và kết quả đo đạc. Từ đó, đề xuất phương pháp cập nhật mô hình (finite element model updating method) để xác định các tham số bất định của cầu treo dây võng dân sinh với độ chính xác cao, và đề xuất các giải pháp tăng cường để nâng cao chất lượng công trình và an toàn khai thác. Luận án đã phân tích các đặc trưng động học của CTDVDS dưới tác động của người đi bộ và gió, xây dựng mô hình số, nghiên cứu và áp dụng các phương pháp giảm dao động trên công trình thực tế (cầu treo Na Xá) để kiểm chứng. Các phương pháp nghiên cứu bao gồm phân tích lý thuyết tổng hợp, phương pháp số và phân tích số kết hợp thực nghiệm.
Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng cầu treo dân sinh Na Xá hoạt động thiếu ổn định do tần số dao động thấp, dễ bị rung lắc. Luận án đã đề xuất thuật toán mới kết hợp Cuckoo Search (CS) và đường chéo trực giao (OD) – gọi là ODCS – để cập nhật mô hình, giúp cải thiện độ chính xác và giảm thời gian tính toán so với CS truyền thống (sai số ODCS là 0.43787 so với CS là 0.69226, thời gian tính toán ODCS là 4869.555 giây so với CS là 7328.407 giây). Các biện pháp tăng cường độ cứng đã được đề xuất, trong đó phương án tăng cường độ cứng theo phương ngang được chứng minh là hiệu quả nhất, giúp tăng 17.85% độ cứng tổng thể của kết cấu và loại bỏ các hình thái dao động bất lợi ban đầu (dao động lắc ngang), với tần số dao động tự nhiên của mode đầu tiên tăng từ 0.49 Hz lên 0.66 Hz sau khi tăng cường. Luận án đã xây dựng mô hình số mô phỏng cầu Na Xá trước và sau tăng cường, cập nhật các tham số bất định và đánh giá phương án tăng cường, góp phần đảm bảo độ êm thuận và an toàn cho người và phương tiện qua lại.