Đề tài nghiên cứu khoa học Nghiên cứu dao động của dầm chủ cầu treo nhịp lớn bằng phần mềm ANSYS

Nội dung text: Đề tài nghiên cứu khoa học Nghiên cứu dao động của dầm chủ cầu treo nhịp lớn bằng phần mềm ANSYS

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA CÔNG TRÌNH THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA DẦM CHỦ CẦU TREO NHỊP LỚN BẰNG PHẦN MỀM ANSYS Chủ nhiệm đề tài: TRẦN NGỌC AN Hải Phòng, tháng 5/2016 Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 1
2. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 6 1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu 6 2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 6 3. Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 6 4. Phương pháp nghiên cứu, kết cấu của công trình nghiên cứu 7 5. Kết quả đạt được của đề tài 7 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ANSYS 8 1.1. Lịch sử phát triển 8 1.2. Cấu trúc đầy đủ của một bài tính trong ANSYS [4] 8 1.2.1. Làm bài tính mới 9 1.2.2. Định nghĩa tên, tiêu đề bài toán (Jobname) 9 1.2.3. Định hướng bài tính (Preferences) 9 1.2.4. Xây dựng mô hình bài toán (Pre-processing phase) 10 1.2.5. Đặt tải trọng, điều kiện biên và tính toán (Processing phase) 10 1.2.6. Giải bài toán (Solution) 10 1.2.7. Khảo sát và xử lý kết quả (Post-Processing phase) 10 1.2.8. Lưu dữ liệu vào đĩa 10 1.2.9. Đọc lại dữ liệu đã lưu 10 CHƯƠNG 2 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ TÍNH TOÁN DAO ĐỘNG DẦM CHỦ CẦU TREO NHỊP LỚN 11 2.1. Dao động tự do 11 2.2. Dao động cưỡng bức dưới tác dụng của tải trọng di động 11 2.3. Dao động của dầm chủ cầu treo dưới tác dụng của các lực khí động 12 Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 2
3. 2.3.1. Dao động do xoáy khí (vortex shedding) 13 2.3.2. Dao động do luồng gió rối (buffeting) 13 2.3.3. Dao động uốn xoắn do lực tự kích (flutter) 14 CHƯƠNG 3 VÍ DỤ TÍNH TOÁN 15 3.1. Giới thiệu cầu Dakrong 15 3.1.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của cầu [9] 15 3.1.2. Tải trọng thiết kế [9] 15 3.1.3. Vật liệu [9] 16 3.1.4. Số liệu về tháp cầu [9] 16 3.1.5. Số liệu về dây văng [5] 17 3.1.6. Bố trí chung và dạng mặt cắt một số kết cấu chính [9] 17 3.2. Tính toán, mô phỏng dao động cầu Dakrong bằng phần mềm ANSYS 21 3.2.1. Mô hình CAD cẩu Dakrong trong ANSYS 21 3.2.2. Mô hình phần tử hữu hạn cầu Dakrong trong ANSYS 22 3.2.3. Khai báo các đặc trưng vật liệu trong ANSYS 22 3.2.4. Khai báo điều kiện biên trong ANSYS 23 3.2.5. Các mode dao động uốn và dao động xoắn ứng với các tần số thấp nhất 23 3.2.6. Mô phỏng dao động cưỡng bức của cầu Dakrong bằng phần mềm ANSYS 26 KẾT LUẬN 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 3
4. DANH SÁCH BẢNG BIỂU Trang Bảng 2.1. Số Strouhal cho một số dạng mặt cắt 13 Bảng 3.1. Bê tông 16 Bảng 3.2. Các đặc trưng 16 Bảng 3.3. Số liệu về dây văng 17 Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 4
5. DANH SÁCH HÌNH ẢNH Trang Hình 2.1. Mô hình xe chuyển động trên cầu 12 Hình 2.2. Các dạng dao động tương ứng các vùng vận tốc gió 12 Hình 3.1. Bố trí chung cầu Dakrong 18 Hình 3.2. Mặt bằng cầu Dakrong 19 Hình 3.3. Mặt cắt ngang dầm cầu tại vị trí không có dầm dọc phụ 20 Hình 3.4. Mặt cắt ngang dầm cầu tại vị trí có dầm dọc phụ 20 Hình 3.5. Mặt cắt ngang dầm dọc chính và dầm dọc phụ 20 Hình 3.6. Mặt cắt ngang dầm ngang loại 1 và loại 2 20 Hình 3.7. Mặt cắt ngang tháp cầu 21 Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 5
6. MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu Phần mềm ANSYS là một chương trình phần tử hữu hạn lớn với nhiều module khác nhau, cho phép giải quyết các bài toán phi tuyến và tuyến tính trong các lĩnh vực: cơ học vật rắn, thủy khí động lực học, cơ sinh học, điện, nhiệt, từ trường, truyền âm, Nhằm bước đầu tìm hiểu, nghiên cứu về phần mềm ANSYS, trong nội dung đề tài này, tác giả mạnh dạn trình bày việc sử dụng phần mềm ANSYS để tính toán, mô phỏng dao động cầu treo nhịp lớn. Đối với riêng lĩnh vực cầu, nếu nắm vững được phần mềm này (tất nhiên đi kèm với việc phải mua bản quyền phần mềm của hãng ANSYS), việc tính toán, mô phỏng ứng xử của kết cấu cầu (không chỉ trong lĩnh vực dao động) trên phần mềm sẽ tiết kiệm được rất nhiều chi phí so với việc phải làm thí nghiệm trên mô hình thu nhỏ. 2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Với khả năng tính toán mạnh trên nhiều lĩnh vực, tại Việt Nam, phần mềm ANSYS đã nhận được sự quan tâm rất lớn của các trường đại học. Ví dụ, tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, trung tâm phát triển và ứng dụng phần mềm công nghiệp (DASI Center) đã tổ chức các lớp đào tạo phần mềm ANSYS và hướng dẫn nghiên cứu khoa học cho sinh viên, chủ yếu của hai ngành Cơ điện tử và Kỹ thuật hàng không; tại trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, ANSYS được sử dụng trong việc hỗ trợ cho nghiên cứu khoa học, giảng dạy các lớp chuyên ngành sau đại học và bổ túc cho các kỹ sư Cơ kỹ thuật, Cơ khí, Xây dựng, Dầu khí, Kỹ thuật giao thông; Một loạt các sách hướng dẫn về phần mềm ANSYS đã được các tác giả trong nước trình bày nhằm phục vụ cho mục đích nghiên cứu về phần mềm này như các tài liệu [2], [3], [4], [8]. 3. Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là tính toán, mô phỏng dao động của dầm chủ cầu treo bằng phần mềm ANSYS. Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 6
7. 4. Phương pháp nghiên cứu, kết cấu của công trình nghiên cứu Sử dụng phần mềm ANSYS để tính toán, mô phỏng dao động của dầm chủ cầu treo với các bài toán chính: Dao động tự do, dao động cưỡng bức dưới tác dụng của tải trọng di động, dao động dưới tác dụng của các lực khí động. 5. Kết quả đạt được của đề tài - Đối với dao động tự do: + Xác định tần số dao động uốn. + Xác định tần số dao động xoắn. - Đối với dao động cưỡng bức dưới tác dụng của tải trọng di động: Xác định chuyển vị lớn nhất của dầm chủ cầu dưới tác dụng của tải trọng di động tương ứng với một vận tốc di chuyển bất kỳ. - Đối với dao động dưới tác dụng của các lực khí động: Nghiên cứu dao động của dầm chủ trong cầu trong trường hợp dưới tác dụng của lực nâng do xoáy khí. Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 7
8. CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ANSYS 1.1. Lịch sử phát triển ANSYS (viết tắt của cụm từ tiếng Anh là ANalysis SYStem) là tên của một phần mềm thương mại nổi tiếng của một công ty chuyên thiết kế các phần mềm mô phỏng kỹ thuật có trụ sở ở phía nam bang Pennsylvania, Hoa Kỳ. Công ty này bắt đầu được vận hành vào năm 1970, với mục đích là áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) xây dựng nên một phần mềm để giải các bài toán tĩnh học, động học, nhiệt động và truyền nhiệt [13]. Kể từ năm 2000 trở đi, ANSYS liên tục tăng cường sức mạnh bằng việc thâu tóm hàng loạt công ty cạnh tranh như CADOE, CFX (2003), Century Dynamics, Harvard Thermal, Fluent Inc. (2006), Ansoft Corporation (2008), Apache Design Solutions (2011), Esterel Technologies (2012), EVEN (2013), Reaction Design (2013) and Spaceclaim Corporation (2014) [13]. Hiện nay, ANSYS là một trong những phần mềm rất mạnh, cho phép giải quyết nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác nhau như: cơ học vật rắn, thủy khí động lực học, cơ sinh học, điện, nhiệt, từ trường, truyền âm, Chương trình ANSYS được dùng rộng rãi trong kỹ nghệ và được dùng để giảng dạy ở hầu hết các trường đại học kỹ thuật ở Mỹ, châu Âu, châu Á, 1.2. Cấu trúc đầy đủ của một bài tính trong ANSYS [4] Cấu trúc đầy đủ của một bài tính trong ANSYS gồm các phần: - Tính toán mới (Clear & Start New) - Định nghĩa tên bài tính (Jobname) - Định nghĩa tiêu đề (Change Title) - Định hướng bài tính (Preferences) - Tạo mô hình tính (Preprocessor). Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 8
9. - Tính toán (Solution). - Xử lý kết quả (Postprocesor). - Tối ưu trong thiết kế (Design Opt). - Lưu kết quả vào đĩa (Save_DB) - Đọc lại kết quả (Resume from). 1.2.1. Làm bài tính mới Utility Menu>File>Clear & Start New>chọn OK>Yes (bắt đầu soạn thảo mới). 1.2.2. Định nghĩa tên, tiêu đề bài toán (Jobname) Tên (Name): Tên không quá 8 ký tự. Tiêu đề (Title): tiêu đề để giải thích, ghi chú khi xuất dữ liệu đồ họa. 1.2.3. Định hướng bài tính (Preferences) 1.2.3.a. Chọn lựa kiểu bài tính Chọn lựa có thể là: tính toán cấu trúc (Structural), tính toán nhiệt (Thermal), tính toán cơ lưu chất (ANSYS® Fluid, FLOTRAN CFD), tính toán từ trường (Magnetic-Nodal, Magnetic-Edge), tính toán về điện (Electric). 1.2.3.b. Phương pháp chia lưới - dạng xấp xỉ: - Phương pháp “h-Method” là phương pháp chia lưới với bậc đa thức không đổi. Nó thường đòi hỏi sự tạo lưới phần tử phải thật tốt. Dùng giải các bài toán cấu trúc, ANSYS® đã mặc định phương pháp này. - Phương pháp “p-Method” là phương pháp chia lưới với bậc đa thức thay đổi. Dùng cho tính toán cấu trúc tĩnh-tuyến tính (linear structural static analyses). Có được lời giải chính khá chính xác ngay trong trường hợp tạo lưới phần tử thô (coarse mesh). 1.2.3.c. Tính toán động lực học: Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 9
10. Có thể chọn dạng tường minh hoặc dạng ẩn (LS-DYNA Explicit/Implicit). 1.2.4. Xây dựng mô hình bài toán (Pre-processing phase) Để tạo mô hình tính, chúng ta thực hiện các bước sau: 1.2.4.a. Định nghĩa kiểu phần tử (Element Type) 1.2.4.b. Các hằng số (Real Constants) 1.2.4.c. Đặc trưng vật liệu (Material Props). 1.2.4.d. Đơn vị do người sử dụng thống nhất và hiểu ngầm. 1.2.4.e. Tạo mô hình tính (nút và phần tử) 1.2.5. Đặt tải trọng, điều kiện biên và tính toán (Processing phase) Chúng ta có thể đặt tải trọng và điều kiện biên trong phần “Pre- processing”. Đặt điều kiện biên và tải trọng (Boundary conditions-Loads) 1.2.6. Giải bài toán (Solution) Chọn kiểu tính toán, sau đó thực hiện công việc tính toán. 1.2.7. Khảo sát và xử lý kết quả (Post-Processing phase) 1.2.7.a. Đặt (set) các bước và các bước con, cần thiết cho bài tính theo thời gian 1.2.7.b. Xem kết quả (Preview the Results) 1.2.8. Lưu dữ liệu vào đĩa Dữ liệu của mô hình tính được lưu trong tập tin có phần mở rộng “*.db”. Kết quả của bài tính kết cấu thì lưu trong tập tin có phần mở rộng “.rst”. Bài tính nhiệt thì lưu trong tập tin có phần mở rộng “.rth”. 1.2.9. Đọc lại dữ liệu đã lưu Khi có nhu cầu đọc lại dữ liệu đã lưu thì thực hiện các bước: Utility Menu>File>Resume from Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 10
11. CHƯƠNG 2 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ TÍNH TOÁN DAO ĐỘNG DẦM CHỦ CẦU TREO NHỊP LỚN 2.1. Dao động tự do Đối với dầm chủ cầu treo (dây văng, dây võng) các dạng dao động tự do sau đây thường được tính toán mô phỏng số: - Dao động uốn theo phương đứng. - Dao động uốn theo phương ngang. - Dao động dọc trục của dầm chủ cầu (theo phương xe chạy). - Dao động xoắn của dầm chủ cầu. Dao động uốn theo phương ngang cầu thường là nhỏ (độ cứng chống uốn theo phương ngang của dầm chủ cầu thường rất lớn) nên có thể bỏ qua trong tính toán dao động cầu. Trong 4 loại dao động này, thông thường, dao động uốn theo phương đứng và dao động xoắn của dầm chủ cầu được các kỹ sư cầu đường quan tâm nhất. Việc tính toán trước tần số dao động uốn theo phương đứng và tần số dao động xoắn sẽ giúp cho người kỹ sư thiết kế có thể đưa ra các biện pháp thay đổi về mặt kết cấu để tránh trường hợp hai tần số này quá gần nhau, dẫn đến có thể gây ra hiện tượng cộng hưởng uốn-xoắn kết hợp. 2.2. Dao động cưỡng bức dưới tác dụng của tải trọng di động Khi tính toán dao động dầm chủ cầu treo nhịp lớn, thông thường người ta sẽ sử dụng mô hình phẳng và chỉ tính đến dao động uốn theo phương đứng. Xe được có thể được mô hình hóa dưới hai dạng [5]: + Dạng chất điểm mang khối lượng chuyển động êm đềm. + Dạng chất điểm đặt trên các phần tử đàn hồi và cản chuyển động trên dầm, ngoài ra xe còn chịu tác dụng của lực Gsin(Ωt+γ) do phần khối lượng không cân bằng của động cơ gây ra. Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 11
12. Gtsin   v m k c Hình 2.1. Mô hình xe chuyển động trên cầu [5] Một số các bộ thông số của mô hình tải trọng di động được sử dụng trong tính toán dao động cầu [5]: + Bộ thông số 1: m = 6515 kg, k = 716781.38 N/m, c = 2871.74 Ns/m, G = 1000 N, Ω = 100 rad/s, γ = 0 rad. + Bộ thông số 2: m = 14400 kg, k = 2430000 N/m, c = 28000 Ns/m, G = 0 N, Ω = 0 rad/s, γ = 0 rad. + Bộ thông số 3: m = 17600 kg, k = 3500000 N/m, c = 42000 Ns/m, G = 1000 N, Ω = 100 rad/s, γ = 0 rad. 2.3. Dao động của dầm chủ cầu treo dưới tác dụng của các lực khí động Tùy thuộc vào vùng vận tốc gió, mà đối với mỗi một cầu cụ thể sẽ có các dạng dao động trội như trên hình 2.2. Hình 2.2. Các dạng dao động tương ứng các vùng vận tốc gió. Với vận tốc gió nhỏ, dao động trội sẽ là dao động do xoáy khí (vortex shedding). Với vận tốc gió trung bình, dao động trội sẽ là dao động do luồng gió Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 12
13. rối (buffeting). Với vận tốc gió lớn, dao động trội sẽ là dao động uốn xoắn tự kích khí động học (flutter). 2.3.1. Dao động do xoáy khí (vortex shedding) Trong một số trường hợp, vật cản cố định sẽ chịu tác dụng của các xoáy khí luân phiên có tần số cơ bản fs , tương ứng với số Strouhal [13] fD s St U với St phụ thuộc vào dạng hình học của vật cản và số Reynold, được xác định bằng thực nghiệm (xem bảng 2.1), D là kích thước của vật cản theo phương vuông góc với hướng gió và U là vận tốc trung bình của luồng gió thổi đều qua vật cản. Hệ áp suất tác dụng lên bề mặt vật cản gây ra thành phần lực đẩy và lực nâng với các hàm điều hoà cơ bản có các tần số lần lượt là và 2 fs và một cách tổng quát là một momen xoắn có tần số chính fS . Bảng 2.1 Số Strouhal cho một số dạng mặt cắt [11] Hướng gió Dạng mặt cắt Giá trị St 0,15 3.102 Re 3.105 0,2 3.1056 Re 3,5.10 0,2 0,3 Re 3,5.106 0,3 2.3.2. Dao động do luồng gió rối (buffeting) Thông thường, luồng gió thổi qua cầu sẽ có sự rối loạn (thay đổi về giá trị vận tốc gió theo các phương). Sử dụng mô hình lực gió á tĩnh, ta có thể xác định gần đúng các thành phần lực do sự rối của luồng gió như sau [1]: Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 13
14. 1 2 uw LUBCCCb 2' L L D 2 UU 1 uw DUBCCC 2 2' b D D L 2 UU 1 22 uw MUBCCb 2' M M 2 UU 2.3.3. Dao động uốn xoắn do lực tự kích (flutter) Khi dầm chủ cầu treo dao động uốn xoắn, sự tương tác giữa chuyển động của dầm chủ cầu và luồng gió thổi sẽ phát sinh ra các thành phần lực khí động học bổ sung (gọi là các lực tự kích). Các thành phần lực này được xem như tỷ lệ bậc nhất với các thành phần chuyển vị và các thành phần vận tốc của dầm chủ cầu treo và có dạng như sau [1]: 1 2 *h * B 2 * 2 * h * p 2 * p Lse UBKH 1 KH 2 KH 3 KH 4 KH 5 KH 6 2 UUBUB 1 22* h * B 2* 2* h * p 2* p Mse UBKA 1 KA 2 KA 3 KA 4 KA 5 KA 6 2 UUBUB 1 2 *p * B 2 * 2 * p * h 2 * h Dse UBKP 1 KP 2 KP 3 KP 4 KP 5 KP 6 2 UUBUB Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 14
15. CHƯƠNG 3 VÍ DỤ TÍNH TOÁN 3.1. Giới thiệu cầu Dakrong Cầu Dakrong trên quốc lộ 14 thuộc tỉnh Quảng Trị được Bộ giao thông vận tải chính thức phê duyệt đầu tư bằng quyết định số 895 /QĐ-GTVT. 3.1.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của cầu [9] Cầu dây văng dài 173.9m gồm 4 nhịp: 22.5 m + 42.0 m + 86.9 m + 22.5 m. Mặt cầu rộng 9 m bao gồm: - 2 làn xe rộng 2×3m. - 2 làn người đi bộ rộng 2×1m. - 2×0.5 m gờ lan can. Dầm chủ là dầm hàn, kết cấu dầm thép liên hợp với bản BTCT mặt cắt ngang là hai dầm I, chiều cao dầm 1024 m; bản bê tông mặt cầu dày 20 cm; lớp phủ mặt cầu dày bình quân 7 cm; cách 3 m dùng một dầm ngang I600, riêng tại vị trí neo cáp dây văng dùng I910. 3.1.2. Tải trọng thiết kế [9] 3.1.2.a. Tĩnh tải: - Trọng lượng riêng bê tông lấy bằng 25 kN/m3 - Trọng lượng riêng thép lấy bằng 78.5 kN/m3 - Trọng lượng riêng lớp phủ lấy bằng 23 kN/m3 3.1.2.b. Hoạt tải - Đoàn xe H18 (mỗi xe nặng 18 tấn đặt cách nhau 10 m) trong đó có một xe nặng 30 tấn. - Kiểm toán một xe X60. - Tải trọng người đi bộ lấy 300kg/m2. Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 15
16. 3.1.3. Vật liệu [9] Kết cấu cầu Dakrong dùng dầm thép liên hợp cho nên các dạng vật liệu sau đây được sử dụng: 3.1.3.a. Bê tông Bảng 3.1. Bê tông Cấu kiện Cường độ chịu nén Modul đàn hồi (Mpa) (Mpa) Dầm và tháp chính 35 31799 Trụ chính cọc khoan nhồi 30 29440 Các kết cấu phần dưới khác 24 26332 3.1.3.b. Các thanh cốt thép thường - Cốt thép chịu lực của cột tháp: + Giới hạn chảy: fsy = 400 Mpa 3 + Modul đàn hồi: Es = 3,1×10 Mpa - Các loại thép khác: + Giới hạn chảy: fsy = 300 Mpa 5 + Modul đàn hồi: Es = 2,04×10 Mpa 3.1.3.c. Cáp dây văng và thép dự ứng lực Bảng 3.2. Các đặc trưng Loại Giới hạn bền Giới hạn chảy Modul đàn hồi (Mpa) (Mpa) (Mpa) Cáp dây văng Tao cáp ø 15.2 1900 1600 2,0×105 Ứng suất làm việc trong cáp khống chế ở trị số 0.4. 3.1.3.d. Dầm thép Dùng loại thép hàn có giới hạn chảy fsy = 360MPa. 3.1.4. Số liệu về tháp cầu [9] - Khối lượng riêng: μ = 14250 kg/m. Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 16
17. - Độ cứng chống uốn: EJ = 1720.01*108 Nm2 3.1.5. Số liệu về dây văng [5] Bảng 3.3. Số liệu về dây văng Số hiệu Modul đàn hồi Diện tích 11 2 1 2*10 N/m 0.00378 m2 11 2 2 2*10 N/m 0.00266 m2 11 2 3 2*10 N/m 0.00266 m2 11 2 4 2*10 N/m 0.00168 m2 11 2 5 2*10 N/m 0.00168 m2 11 2 6 2*10 N/m 0.00168 m2 11 2 7 2*10 N/m 0.00168 m2 11 2 8 2*10 N/m 0.00168 m2 11 2 9 2*10 N/m 0.00168 m2 11 2 10 2*10 N/m 0.00168 m2 11 2 11 2*10 N/m 0.00266 m2 11 2 12 2*10 N/m 0.00266 m2 11 2 13 2*10 N/m 0.00266 m2 11 2 14 2*10 N/m 0.00266 m2 11 2 15 2*10 N/m 0.00266 m2 3.1.6. Bố trí chung và dạng mặt cắt một số kết cấu chính [9] Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 17
18. Hình 3.1. Bố trí chung cầu Dakrong Ghi chú: Kích thước trên bản vẽ đơn vị là mm. Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 18
19. Hình 3.2. Mặt bằng cầu Dakrong Ghi chú: + Kích thước bản vẽ đơn vị là mm. + Dầm ngang không ghi chú là dầm ngang loại 2. Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 19
20. Hình 3.3. Mặt cắt ngang dầm cầu tại vị trí không có dầm dọc phụ Hình 3.4. Mặt cắt ngang dầm cầu tại vị trí có dầm dọc phụ Hình 3.5. Mặt cắt ngang dầm dọc chính và dầm dọc phụ Hình 3.6. Mặt cắt ngang dầm ngang loại 1 và dầm ngang loại 2 Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 20
21. Hình 3.7. Mặt cắt ngang tháp cầu 3.2. Tính toán, mô phỏng dao động cầu Dakrong bằng phần mềm ANSYS 3.2.1. Mô hình CAD cẩu Dakrong trong ANSYS Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 21
22. 3.2.2. Mô hình phần tử hữu hạn cầu Dakrong trong ANSYS 3.2.3. Khai báo các đặc trưng vật liệu trong ANSYS Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 22
23. 3.2.4. Khai báo điều kiện biên trong ANSYS 3.2.5. Các mode dao động uốn và dao động xoắn ứng với các tần số thấp nhất Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 23
24. Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 24
25. Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 25
26. 3.2.6. Mô phỏng dao động cưỡng bức của cầu Dakrong bằng phần mềm ANSYS Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 26
27. Chuyển vị uốn theo phương ngang lớn nhất tại vị trí đỉnh tháp là 2.373 mm. Chuyển vị uốn theo phương đứng lớn nhất của dầm chủ là 0.32667 mm. Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 27
28. KẾT LUẬN Trong nội dung đề tài đã trình bày về việc sử dụng phần mềm ANSYS đề tính toán dao động của một mô hình cầu treo cụ thể, đó là cầu Dakrong ở Quảng Trị. Các vấn đề dao động cần nghiên cứu gồm: + Dao động tự do của dầm chủ cầu (dao động uốn và dao động xoắn). + Dao động uốn cưỡng bức của dầm chủ cầu dưới tác dụng của tải trọng di động. + Dao động của dầm chủ cầu dưới tác dụng của các lực nâng do xoáy khí. Các vấn đề cần nghiên cứu tiếp theo bao gồm: + Tính toán, mô phỏng dao động uốn xoắn cưỡng bức của dầm chủ cầu dưới tác dụng của đoàn tải trọng di động. + Tính toán, mô phỏng dao động uốn xoắn của dầm chủ cầu dưới tác dụng của các lực khí động (các lực tự kích, lực do rối của dòng khí). Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 28
29. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Ngọc An (2014) Tính toán ổn định khí động flutter của dầm chủ trong kết cấu cầu hệ dây bằng phương pháp bước lặp. Luận án Tiến sĩ, Đại học Bách Khoa Hà Nội. [2] Vũ Quốc Anh (2012) Tính kết cấu bằng phần mềm ANSYS, version 10.0. NXB Xây dựng. [3] Vũ Hoàng Hưng, Nguyễn Quang Hùng (2012) ANSYS - Phân tích kết cấu công trình thủy lợi thủy điện. NXB Xây dựng. [4] Nguyễn Văn Phái, Trương Tích Thiện, Nguyễn Tường Long, Nguyễn Định Giang (2006) Giải bài toán cơ kỹ thuật bằng chương trình ANSYS. NXB Khoa học và kỹ thuật. [5] Nguyễn Minh Phương (2009) Tính toán dao động uốn của dầm liên tục và tấm trực hướng hình chữ nhật chịu tác dụng của nhiều vật thể di động. Luận án Tiến sĩ, Đại học Bách Khoa Hà Nội. [6] Lê Đình Tâm, Phạm Duy Hòa (2001) Cầu dây văng. NXB Khoa học và kỹ thuật. [7] Nguyễn Viết Trung, Hoàng Hà ( 2004) Thiết kế cầu treo dây võng. NXB Xây dựng. [8] Đinh Bá Trụ (2000) Hướng dẫn sử dụng ANSYS – Chương trình phần mềm thiết kế mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn. NXB Khoa học và kỹ thuật. [9] Tổng công ty TVTK GTVT, Công ty TVTK Cầu lớn – Hầm (1999) Thuyết minh và bản vẽ thiết kế kỹ thuật cầu Dakrong. [10] Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995. Tiêu chuẩn xây dựng TCXD 229 – 1999 [11] R.W. Clough, Joseph Penzien (1993) Dynamics of structures. McGraw-Hill, New York. Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 29
30. [12] Emil Simiu, Robert H. Scanlan (1996) Wind effects on structures (3rd editon). John Wiley & Sons [13] [14] ANSYS, Inc (2007) Training Manual – ANSYS v11.0 New features. [15] Trần Ngọc An – Bộ môn Kỹ thuật xây dựng cầu đường Trang 30