Tên luận án:
PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG CỦA KẾT CẤU NHỊP CẦU DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA HOẠT TẢI KHAI THÁC CÓ XÉT ĐẾN ĐỘ MẤP MÔ MẶT CẦU
Ngành:
Kỹ thuật
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án này tập trung vào phân tích dao động của kết cấu nhịp cầu dưới tác động của hoạt tải xe, đặc biệt có xét đến ảnh hưởng của độ mấp mô bề mặt cầu. Nghiên cứu nhằm phát triển một mô hình tương tác động lực học toàn diện giữa hệ cầu và xe, có tính đến sự mấp mô ngẫu nhiên của mặt đường, từ đó đánh giá tác động của tải trọng xe đến hiệu ứng động lực học tương ứng với các dải vận tốc khác nhau.
Các đóng góp chính của luận án bao gồm:
- Phát triển mô hình tương tác động lực học của hệ cầu - xe có xét đến độ mấp mô ngẫu nhiên của mặt đường xe chạy.
- Xây dựng hệ phương trình vi phân động lực học tổng quát dựa trên nguyên lý biến phân chuyển vị, áp dụng cho các mô hình xe đa dạng và đặc trưng cản khác nhau. Điều này cung cấp cơ sở để khảo sát ứng xử động của kết cấu nhịp cầu dưới tác động của dòng xe thực tế.
- Xác định hệ số giảm chấn từ các cầu thực tế đang khai thác tại Việt Nam để đưa vào mô hình mô phỏng số. Kết quả cho thấy hệ số giảm chấn của cầu thép nằm trong khoảng 0.5-3% và cầu bê tông cốt thép từ 0.7-4%, phù hợp với các tiêu chuẩn hiện hành.
- Đưa yếu tố mấp mô mặt cầu vào mô hình mô phỏng như một yếu tố kích động chính. Các đặc trưng của độ mấp mô ngẫu nhiên được xử lý thống kê từ kết quả đo đạc khảo sát thực tế trên các công trình cầu.
- Phát triển chương trình tính toán và mô phỏng số "DYNASIM.01" trên nền Matlab-Simulink, cho phép phân tích tương tác động lực học hệ cầu-xe có xét đến đặc trưng cản và mấp mô ngẫu nhiên. Chương trình này đã được kiểm chứng bằng cách mô phỏng ứng xử động của một số cầu thực tế, cho kết quả phù hợp với dữ liệu đo đạc trực tiếp.
Nghiên cứu cũng đã khảo sát chi tiết ảnh hưởng của vận tốc xe và độ mấp mô ngẫu nhiên mặt cầu đến hệ số xung kích của cầu dầm giản đơn. Kết quả cho thấy mức độ mấp mô mặt cầu là một trong những yếu tố kích động quan trọng, ảnh hưởng đáng kể đến hiệu ứng động lực của hệ cầu-xe, khẳng định sự cần thiết phải xây dựng tiêu chuẩn phân loại mặt cầu. Các kết quả và mô hình được phát triển có thể ứng dụng trong thiết kế và đánh giá ứng xử động của các kết cấu nhịp cầu đang khai thác.
Mục lục chi tiết:
- MỞ ĐẦU
- CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA KẾT CẤU NHỊP CẦU DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA HOẠT TẢI XE
- 1.1. Các tác động của tải trọng di động đối với kết cấu nhịp cầu
- 1.2 Các hướng nghiên cứu ảnh hưởng của hoạt tải (tải trọng di động) đối với công trình cầu
- 1.3 Các mô hình lý thuyết nghiên cứu dao động uốn của dầm dưới tác dụng của tải trọng di động
- 1.3.1. Mô hình 1: không xét khối lượng của tải trọng và dầm
- 1.3.2 Mô hình 2: Tải trọng có khối lượng di chuyển trên hệ kết cấu không có khối lượng
- 1.3.3 Mô hình 3: Mô hình bỏ qua khối lượng của tải trọng di động, chỉ xét đến khối lượng của dầm
- 1.3.4 Mô hình 4: Tải trọng có khối lượng chuyển động trên dầm có khối lượng
- 1.3.5 Các mô hình xét đến tải trọng di động do ảnh hưởng mấp mô bề mặt
- 1.4 Tổng quan về nghiên cứu dao động của xe và tương tác cầu-xe
- 1.4.1 Giới thiệu
- 1.4.2 Đánh giá dao động của ô tô trên đường
- 1.4.3 Các mô hình dao động ô tô
- 1.4.4 Hàm kích động
- 1.5 Phân tích chọn mục tiêu, đối tượng, phương pháp nghiên cứu
- 1.5.1. Mục tiêu nghiên cứu của mô hình tương tác cầu - xe
- 1.5.2. Đối tượng nghiên cứu
- 1.5.3. Phương pháp nghiên cứu
- CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TƯƠNG TÁC ĐỘNG LỰC HỌC GIỮA XE VÀ CẦU CÓ XÉT ĐẾN ĐỘ MẤP MÔ MẶT CẦU
- 2.1 Cơ sở PP phần tử hữu hạn giải bài toán dao động dầm
- 2.1.1 Nguyên lý biến phân chuyển vị
- 2.1.2 Phương trình chuyển động
- 2.1.3 Phương trình dao động của phần tử hữu hạn dầm chịu uốn thuần tuý
- 2.1.4 Phần tử dầm
- 2.2 Dao động của cầu dầm chịu tác dụng của tải trọng do xe chạy trên cầu
- 2.2.1 Dao động của phần tử dầm khi có các khối lượng di chuyển trên dầm - bài toán tương tác của phần tử hữu hạn dầm chịu uốn và tải trọng di động
- 2.2.2 Phương trình dao động của hệ cầu dầm có xe chạy trên
- 2.2.3 PP Time Newmark giải hệ phương trình chuyển động
- 2.3 Mô hình động lực học của xe
- 2.3.1 Mô hình xe 1/4
- 2.3.2 Mô hình xe 2 trục
- 2.3.3 Mô hình xe 3 trục
- 2.4 Mô tả mấp mô biên dạng mặt đường dạng hàm ngẫu nhiên
- 2.5 Phân tích đáp ứng của cầu dưới tác dụng của xe có kể đến mấp mô mặt cầu
- 2.5.1 Giới thiệu
- 2.5.2 Đáp ứng cầu chịu tải trọng di động
- 2.5.3 Thuật toán lặp giải bài toán tương tác động lực học cầu - xe
- CHƯƠNG 3 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ GIẢM CHẤN CỦA MỘT SỐ KẾT CẤU CẦU ĐANG KHAI THÁC Ở VIỆT NAM
- 3.1 Phương trình vi phân dao động có cản của hệ kết cấu 1 bậc tự do
- 3.2 PP thực nghiệm xác định hệ số giảm chấn của kết cấu cầu
- 3.3 Xác định hệ số giảm chấn của kết cấu cầu khai thác tại Việt Nam
- CHƯƠNG 4 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC XE VÀ ĐỘ MẤP MÔ NGẪU NHIÊN MẶT CẦU ĐẾN HIỆU ỨNG ĐỘNG LỰC CỦA KẾT CẤU NHỊP
- 4.1 Phân tích áp dụng số với mô hình
- 4.2 Kiểm chứng kết quả tính và kết quả thực đo cầu Đa Phước
- 4.2.1 Đo độ mấp mô mặt cầu Đa Phước
- 4.2.2 Thử nghiệm động tại hiện trường
- 4.2.3 Kết quả tính toán từ mô hình
- 4.3 Dao động dầm giản đơn dưới tác dụng của xe 2 trục
- 4.4 Dao động dầm giản đơn dưới tác dụng của xe 3 trục
- 4.5 Dao động dầm liên tục dưới tác dụng của xe 2 trục
- 4.6 Dao động dầm liên tục dưới tác dụng của xe 3 trục
- 4.7 Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc xe và độ mấp mô ngẫu nhiên mặt cầu đến hệ số động lực của cầu dầm giản đơn
- 4.7.1 Mô phỏng mặt cầu ngẫu nhiên
- 4.7.2 Khảo sát hệ số động lực
- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
- DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN