Luận án Tiến sỹ Kỹ thuật: Nghiên cứu cơ sở khoa học cho tính toán kết cấu thép cổng trục chuyên dùng do Việt nam chế tạo phục vụ lao lắp dầm bê tông trên xà mũ cầu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ----------------------------o0o----------------------------

BÙI THANH DANH

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC CHO TÍNH TOÁN

KẾT CẤU THÉP CỔNG TRỤC CHUYÊN DÙNG DO VIỆT NAM CHẾ TẠO PHỤC VỤ LAO LẮP DẦM BÊTÔNG TRÊN XÀ MŨ CẦU

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 01/2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ----------------------------o0o----------------------------

BÙI THANH DANH

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC CHO TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CỔNG TRỤC CHUYÊN DÙNG DO VIỆT NAM CHẾ TẠO PHỤC VỤ LAO LẮP DẦM

BÊTÔNG TRÊN XÀ MŨ CẦU

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng, nâng chuyển Mã số: 62.52.01.16

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: PGS-TS. Nguyễn Văn Vịnh

HÀ NỘI - 01/2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận án này là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết

quả trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác./.

Bùi Thanh Danh

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin được trân trọng cám ơn PGS.TS- NGUT Nguyễn Văn Vịnh đã tận tình

hướng dẫn tôi hoàn thành luận án này.

Trân trọng cám ơn các Thầy, Cô giáo, các bạn đồng nghiệp tại bộ môn Máy xây

dựng – Xếp dỡ, khoa Cơ khí, các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học của Trường Đại học

giao thông vận tải, Đại học Xây Dựng, Học Viện kỹ thuật quân sự, Học viện nông nghiệp

Việt nam, Viện Khoa học và Công nghệ giao thông vận tải,... đã góp ý, giúp đỡ tôi trong

suốt quá trình làm luận án.

Xin trân trọng cảm ơn lãnh đạo Trường Đại học giao thông vận tải, lãnh đạo và

cán bộ của các đơn vị chức năng trong nhà Trường (Phòng Đào tạo Sau đại học, Phòng

KHCN, Trung tâm KHCN Giao thông vận tải,...) đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong quá

trình nghiên cứu.

Trân trọng cám ơn ông Nguyễn Văn Ánh cùng toàn thể cán bộ công nhân viên

công ty TNHH Hải Ánh; Ông Đặng Nam Hưng – giám đốc Trung tâm phát triển hạ tầng

trực thuộc công ty cổ phần Vinaconex E&C; Lãnh đạo phòng thiết bị- Tổng công ty

XDCTGT 4 (Cienco 4) đã tận tình giúp đỡ tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thu thập

số liệu và làm thực nghiệm tại công trường.

Trân trọng cảm ơn những người thân trong gia đình, bạn bè, đồng chí, đồng nghiệp đã

động viên, hỗ trợ tôi hoàn thành luận án./.

Hà nội, tháng.... năm 2017

Bùi Thanh Danh

iii

MỤC LỤC

Lời cam đoan ……………………………………………………………………………...i

Lời cám ơn ………………………………………………………………………………..ii

Mục lục …………………………………………………………………………………..iii

Danh mục các chữ viết tắt ………………………………………………………………………...x

Danh mục các ký hiệu dùng trong luận án………………………………………………vii

Danh mục các bảng, biểu ………..………………………………………………………..x

Danh mục các hình vẽ ……… …………………………………………………………...xi

MỞ ĐẦU………………………………………………………………………………….1

1- Tính cấp thiết của đề tài: ................................................................................................. 1

2. Mục tiêu của đề tài: ......................................................................................................... 3

3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu: ............................................................... 3

4. Phương pháp nghiên cứu: ................................................................................................ 3

5. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm: ................................................................................. 4

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: ........................................................................................ 4

7. Điểm mới của luận án ...................................................................................................... 5

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU............................................................ 8

8. Bố cục của luận án ........................................................................................................... 5

1.1. Phương pháp lao lắp dầm cầu sử dụng thiết bị cổng trục (Giá long môn) ................... 8

1.1.1. Phương pháp lắp dọc sử dụng giá lao ba chân (hình 1.1, hình 1.2) .......................... 8

1.1.2. Phương pháp lắp dọc sử dụng giá lao hai chân (hình 1.3) ........................................ 8

1.1.3. Phương pháp lắp dọc sử dụng giá long môn di chuyển phía trên ............................. 9

1.1.4. Phương pháp lắp dọc sử dụng giá long môn di chuyển dưới mặt đất ....................... 9

1.1.5. Thi công theo phương pháp lắp ngang sử dụng giá long môn ................................ 10

1.2. Giới thiệu thiết bị cổng trục lao lắp dầm cầu bêtông thi công các cầu dẫn, cầu vượt ở

Việt Nam ............................................................................................................................ 11

1.2.1. Tổng quan về cổng trục phục vụ lao lắp dầm cầu ................................................... 11

1.2.2. Cấu tạo của cổng trục lao dầm đặt trên xà mũ trụ cầu ............................................ 12

1.2.3. Phân tích đặc điểm làm việc và cấu tạo cổng trục ................................................... 14

1.3. Phân tích tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cổng trục lao dầm bêtông lắp đặt

trên xà mũ trụ cầu. ............................................................................................................. 15

1.3.1.Tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cổng trục trên thế giới ................................ 15

1.3.2. Tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị cổng trục ở Việt Nam. .................. 16

KẾT LUẬN CHƯƠNG I VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU ................................................... 24

CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CỔNG TRỤC DẠNG DÀN LẮP ĐẶT

TRÊN XÀ MŨ TRỤ CẦU PHỤC VỤ LAO LẮP DẦM CẦU SUPER-T TRONG CÔNG NGHỆ

THI CÔNG CẦU TẠI VIỆT NAM ............................................................................................... 25

1.3.3. Các nghiên cứu về động lực học, ứng suất động của cổng trục .............................. 18

2.1. Nghiên cứu động lực học cổng trục chuyên dùng tương ứng với quá trình nâng, hạ

dầm Cầu Super – T. ........................................................................................................... 25

2.1.1. Nghiên cứu động lực học cổng trục khi nâng hàng (Dầm cầu) có độ chùng cáp .... 25

2.1.2. Nghiên cứu động lực học cổng trục khi nâng hàng (Dầm cầu Super-T) từ vị trí cáp

căng (độ chùng cáp  = 0) ............................................................................................... 36

2.1.3. Nghiên cứu động lực học cổng trục khi nâng dầm và phanh hãm từ vị trí cáp căng

( = 0) .............................................................................................................................. 41

2.1.4. Nghiên cứu động lực học cổng trục khi hạ hàng (Dầm cầu Super-T) xuống xà mũ

trụ cầu hoặc xuống đất. .................................................................................................... 45

2.1.5. Nghiên cứu động lực học cổng trục khi hạ hàng (Dầm Super-T)– kết hợp phanh

hãm khi cáp căng (=0). .................................................................................................. 49

2.2. Nghiên cứu động lực học cổng trục khi di chuyển mang hàng (Dầm bêtông Super-T)

KẾT LUẬN CHƯƠNG II ............................................................................................................. 59

CHƯƠNG III. NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CỔNG

TRỤC DẠNG DÀN LẮP TRÊN XÀ MŨ TRỤ CẦU .................................................................. 61

có kể đến độ cứng của cáp. ........................................................................................................ 52

3.1. Thông số cần khảo sát ................................................................................................ 61

3.2. Khảo sát các thông số ứng với trường hợp nâng dầm cáp căng ................................. 62

3.2.1. Khi thay đổi bán kính quán tính quy đổi R (thay đổi vận tốc nâng). ...................... 62

3.2.2. Khi thay đổi độ cứng của kết cấu thép dàn chính S3 ............................................... 64

3.2.3. Khi thay đổi độ cứng của cáp trong cụm tời nâng S1 .............................................. 66

3.2.4. Khi thay đổi khối lượng kết cấu thép tầng trên m3 .................................................. 68

3.3. Khi di chuyển mang dầm ............................................................................................ 69

3.3.1. Khi tải trọng gió tác dụng lên kết cấu cổng trục Pg1 và tải trọng gió tác dụng lên

dầm Pg2 thay đổi. .............................................................................................................. 70

3.3.2. Khi thay đổi độ cứng S1 tác dụng lên kết cấu cổng trục.......................................... 72

3.3.3. Khi thay đổi bán kính quán tính qui đổi Rdc (vận tốc di chuyển) của cổng trục. .... 74

3.3.4. Khi thay đổi khối lượng kết cấu thép (khối lượng m2) và vận tốc di chuyển ......... 76

KẾT LUẬN CHƯƠNG III ............................................................................................................ 78

CHƯƠNG IV. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT ĐỘNG CỦA CÁC

THANH TRONG KẾT CẤU DÀN CHÍNH CỔNG TRỤC DẠNG DÀN LẮP ĐẶT TRÊN XÀ

MŨ TRỤ CẦU .............................................................................................................................. 81

(thay đổi bán kính qui đổi Rdc) của cổng trục. ................................................................... 76

4.1. Nghiên cứu xác định ứng suất các thanh của dàn chính trong mặt phẳng thẳng đứng

(ZOX) khi hạ dầm cáp căng kết hợp phanh hãm ............................................................... 82

4.1.1 Giả thiết tính toán ..................................................................................................... 82

4.1.2. Tải trọng tác dụng .................................................................................................... 82

4.1.3. Sơ đồ tính ................................................................................................................. 82

4.1.4. Vật liệu chế tạo ........................................................................................................ 84

4.1.5. Ứng suất ................................................................................................................... 85

4.1.6. Chuyển vị ................................................................................................................. 88

4.2. Nghiên cứu xác định ứng suất các thanh của dàn chính trong mặt phẳng ngang

(YOX) dưới tác dụng của lực quán tính do trọng lượng của bản thân dàn chính và của

dầm khi cổng trục di chuyển ............................................................................................. 89

4.2.1. Giả thiết tính toán. ................................................................................................... 89

4.2.2. Tải trọng tác dụng .................................................................................................... 89

4.2.3. Sơ đồ tính ................................................................................................................. 90

4.3. Nghiên cứu xác định ứng suất các thanh của dàn chính trong mặt phẳng thẳng đứng

KẾT LUẬN CHƯƠNG IV ............................................................................................................ 96

CHƯƠNG V. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC

HỌC CỦA CỔNG TRỤC VÀ ỨNG SUẤT ĐỘNG XUẤT HIỆN TRONG CÁC THANH CỦA

KẾT CẤU DÀN CHÍNH ............................................................................................................... 98

(ZOX) dưới tác dụng của lực căng cáp khi cổng trục di chuyển cùng với hàng. .............. 94

5.1. Mục tiêu thực nghiệm ................................................................................................. 98

5.2. Đối tượng nghiên cứu. ................................................................................................ 98

5.3. Thiết bị phục vụ đo đạc thực nghiệm. ........................................................................ 98

5.4. Sơ đồ khối khi tiến hành thí nghiệm ......................................................................... 100

5.5. Các trường hợp đo .................................................................................................... 102

5.6. Xử lý kết quả đo ....................................................................................................... 102

5.6.1. Phương pháp xử lý kết quả .................................................................................... 102

5.6.2. Phương pháp thực nghiệm và số lần làm thực nghiệm ......................................... 103

5.7. Phân tích và so sánh các kết quả lý thuyết với thực nghiệm .................................... 105

5.7.1. Nâng dầm có độ chùng cáp ................................................................................... 105

5.7.2. Nâng dầm từ vị trí cáp căng................................................................................... 105

5.7.3. Nâng dầm kết hợp phanh hãm ............................................................................... 106

5.7.4. Hạ dầm. .................................................................................................................. 106

5.7.5. Hạ dầm kết hợp với phanh hãm. ............................................................................ 107

5.7.6. Di chuyển cùng với dầm ........................................................................................ 107

KẾT LUẬN CHƯƠNG V ........................................................................................................... 112

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. .................................................................................................... 113

5.7.7. Ứng suất động trong các thanh của dàn chính ....................................................... 108

I. KẾT LUẬN .................................................................................................................. 113

II. KIẾN NGHỊ ................................................................................................................ 114

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ KẾT QUẢ ................................................. 116

NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN. ............................................................................................... 116

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................... 117

PHỤ LỤC .................................................................................................................................... 121

III. HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ..................................................................... 114

vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN ÁN

Đơn vị TT Ký hiệu Diễn giải tính

1 Lk Khẩu độ của cổng trục m

2 Q Tải trọng nâng của cổng trục Tấn

3 Vn Vận tốc nâng m/ph

4 Vdc Vận tốc di chuyển m/ph

5 Hn Chiều cao nâng m

6 i2 Số nhánh cáp treo cụm puly di động nhánh

7 i1 Tỷ số truyền hộp giảm tốc của bộ máy nâng.

8 dc Đường kính cáp mm

9 Dtg Đường kính tang cuốn cáp mm

10 Ddc Đường kính bánh xe cụm di chuyển mm

11 Nn Công suất động cơ nâng Kw

12 nn Tốc độ vòng quay của động cơ nâng v/ph

13 Ndc Công suất động cơ di chuyển Kw

14 ndc Tốc độ vòng quay của động cơ di chuyển v/ph

15 Gd Trọng lượng kết cấu thép dàn chính N

16 Gq Trọng lượng của hàng nâng N

17 Gtoi Trọng lượng bản thân của cụm tời nâng N

Tải trọng do trọng lượng bản thân dàn chính tác N 18 qt dụng lên mỗi nút của dàn (mặt phẳng ZOX)

Tải trọng do lực quán tính tác dụng lên mỗi nút 19 q N của dàn tại mặt phẳng YOX

20 G Trọng lượng toàn bộ cổng trục Tấn

21 Ld Chiều dài dầm bêtông m

22 GdBT Trọng lượng dầm bêtông Tấn

Khối lượng qui dẫn dầm bêtông (Super-T) + Cụm 23 m2 kg móc câu

24 m3 Khối lượng qui dẫn kết cấu thép dàn chính kg

25 m Tổng khối lượng (m2 + m3) kg

viii

Mô men quán tính quy dẫn của roto động cơ điện 26 Kg.m2 1, 4, 5, 6 và khớp nối

qd Chuyển vị góc của tang cuốn cáp rad 27

q1, q4,q5, q6 Chuyển vị góc của động cơ rad 28

q2, q3 Chuyển vị thẳng của khối lượng (m2 và m3) m 29

Chuyển vị thẳng của khối lượng (m3) q7 m 30

Góc lắc của hàng khi di chuyển q8 rad 31

Độ dãn của cáp hàng khi treo vật trong trường hợp q9 m 32 di chuyển

Bán kính qui dẫn của cơ cấu nâng R m 33

Bán kính qui dẫn của cơ cấu di chuyển Rdc m 34

Độ chùng của cáp 35 

Độ cứng của một nhánh cáp hàng S1 N/m 36

Độ cứng qui dẫn của hệ chân cổng trục S2 N/m 37

Độ cứng qui dẫn của kết cấu thép dàn chính S3 N/m 38

Độ cứng qui dẫn của các nhánh cáp hàng S4 N/m 39

Độ cứng qui dẫn của bộ máy di chuyển về trục S5, S6 40 Nm/rad động cơ

Hệ số dập tắt dao động của cáp hàng cụm tời nâng K1, K2 41 Ns/m số 1 (bên trái) và số 2 (bên phải).

Lực căng cáp tĩnh Fct N 42

Lực căng cáp động Fc 43

•

q q q q q ,

•

Các đạo hàm tương ứng với các khối lượng chuyển 44 động

)M q Đường đặc tính ngoài của động cơ

)M q , 1(

Hàm động năng T 46

Hàm thế năng U 47

Hàm hao tán 48 

Đạo hàm của hàm thế năng theo các chuyển vị Ni 49 tương ứng của khối lượng chuyển động

Đạo hàm của hàm động năng theo các chuyển vị Di 50 tương ứng của khối lượng chuyển động

51 Độ giãn dài của cáp nâng hàng m l

Biến dạng của lò xo S2 do trọng lượng KCT cổng m 52 1 trục

Biến dạng của lò xo S2 do trọng lượng hàng m 53 2

54 Độ dịch chuyển của khối lượng KCT (m3) m 3

Biến dạng tổng m 55 

Gia tốc trọng trường m/s2 g 56

Mômen phanh N.m Mf 57

Q1,Q2,Q3 Các lực suy rộng 58

Gia tốc chuyển động m/s2 a 59

Số lượng các nút dàn trong mặt phẳng thẳng đứng z 60 (ZOX)

Lực kéo (nén) trong các thanh N Nz 61

Tiết diện mặt cắt của mỗi thanh mm2 Fi 62

Hệ số giảm trừ ứng suất 63 

Độ mảnh của thanh 64 

Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu dàn chính N Pg1 65

Tải trọng gió tác dụng lên hàng nâng N Pg2 66

Hệ số lực động kđ 67

Chuyển vị tính toán và chuyển vị cho phép tại fcv; fcp 68 mm điểm chính giữa dàn

Chiều dài của cáp nâng hàng m l 69

Lực cản di chuyển của cổng trục N W 70

Vận tốc góc của động cơ rad 71 

Tải trọng bản thân kết cấu phân bố đều trên KCT qbt 72 N/m dàn chính

Mômen uốn tại điểm chính giữa của dàn chính N.mm Mu 73

Mômen quán tính quy đổi của dàn chính mm4 J 74

Ftr, Fd Diện tích tiết diện thanh biên trên, dưới mm2 75

H Chiều cao dàn chính mm 76

77 a1

78 b1

79 a2

80 b2 Hệ số trong công thức tính mômen của động cơ nâng Hệ số trong công thức tính mômen của động cơ nâng Hệ số trong công thức tính mômen của động cơ di chuyển Hệ số trong công thức tính mômen của động cơ di chuyển

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Diễn giải Ghi chú

PTCĐ Phương trình chuyển động

KCT Kết cấu thép

ĐLH Động lực học

BTCT Bê tông cốt thép

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU

TT Tên bảng, biểu Trang

1 Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật cổng trục 13

2 Bảng 2.1. Bảng giá trị các thông số đầu vào để giải các PTCĐ 33

3q

59 3 Bảng 2.2. Bảng hệ số lực động và biên độ dao động của gia tốc

4 Bảng 3.1. Bảng các thông số cần khảo sát. 61

5 Bảng 3.2. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi bán kính qui đổi R 63

3q , chuyển vị q3 khi thay đổi bán kính qui

63 6 Bảng 3.3. Giá trị biên độ gia tốc

đổi R

7 Bảng 3.4. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi độ cứng S3 65

65 8 Bảng 3.5. Giá trị biên độ gia tốc 3q , chuyển vị q3 khi thay đổi độ cứng S3

9 Bảng 3.6. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi độ cứng S1 67

67 10 Bảng 3.7. Giá trị biên độ gia tốc 3q , chuyển vị q3 khi thay đổi độ cứng S1

11 Bảng 3.8. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi khối lượng m3 69

69 12 Bảng 3.9. Giá trị biên độ gia tốc 3q ; chuyển vị q3 khi thay đổi khối lượng m3

13 Bảng 3.10. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi Pg1 – Pg2

7q , chuyển vị q8 khi thay đổi Pg1- Pg2

72 14 Bảng 3.11. Giá trị biên độ gia tốc

15 Bảng 3.12. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi độ cứng qui đổi S1 73

74 16 Bảng 3.13. Giá trị biên độ gia tốc 7q , chuyển vị q8 khi thay đổi độ cứng S1

17 Bảng 3.14. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi bán kính qui đổi Rdc 75

76 18 Bảng 3.15. Giá trị biên độ gia tốc 7q , chuyển vị q8 khi thay đổi bán kính

qui đổi Rdc

19 Bảng 3.16. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi khối lượng m3 và vận 77

tốc di chuyển

78 20 Bảng 3.17. Giá trị biên độ gia tốc 7q , chuyển vị q8 khi thay đổi khối lượng

m3 và vận tốc di chuyển

3q trong trường

79 21 Bảng 3.18. Giá trị hệ số lực động và biên độ dao động

hợp bất lợi

22 Bảng 4.1. Giá trị nội lực trong các thanh dàn chính trong mặt phẳng ZOX 83

23 Bảng 4.2. Giá trị nội lực trong các thanh dàn chính trong mặt phẳng YOX 91

3q giữa

110 24 Bảng 5.1. So sánh hệ số lực động và biên độ dao động của gia tốc

lý thuyết và thực nghiệm.

25 Bảng 5.2. So sánh giá trị ứng suất giữa lý thuyết và thực nghiệm khi hạ 111

hàng kết hợp phanh hãm.

26 Bảng 5.3. So sánh giá trị ứng suất giữa lý thuyết và thực nghiệm khi di 111

chuyển mang hàng.

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

TT Tên hình vẽ Trang

1 Hình 1.1.Phương pháp lắp dọc dùng giá 3 chân. 8

2 Hình 1.2. Phương pháp lắp dọc dùng giá 3chân kiểu dầm hộp 9

3 Hình 1.3. Phương pháp lắp dọc dùng giá 2 chân. 9

4 Hình 1.4. Phương pháp lắp dọc dùng giá long môn di chuyển phía trên 9

5 Hình 1.5. Phương pháp lắp dọc dùng giá long môn di chuyển dưới mặt đất. 10

6 Hình 1.6 Phương pháp lắp ngang dùng cổng trục đặt trên xà mũ trụ cầu. 10

7 Hình 1.7. Cấu tạo tổng thể cổng trục đặt trên xà mũ trụ cầu. 11

xii

8 Hình 1.8. Cổng trục đặt trên xà mũ trụ cầu. 12

9 Hình 1.9. Cấu tạo tổng thể cổng trục có công dụng chung. 15

10 Hình 1.10. Cấu tạo tổng thể cổng trục chuyên dùng cho lao lắp dầm cầu. 15

11 Hình 1.11. Mô hình tính dao động kết cấu thép cổng trục 19

12 Hình 1.12. Mô hình tính dao động cổng trục khi di chuyển 19

13 Hình 1.13. Mô hình tính toán động lực học cơ cấu nâng 19

có kể đến đàn hồi của kết cấu thép

14 Hình 1.14. Mô hình tính toán động lực học cơ cấu nâng và 20

cơ cấu di chuyển cổng trục.

15 Hình 1.15. Mô hình tính toán động lực học cơ cấu nâng và 21

cơ cấu di chuyển cổng trục bánh lốp

16 Hình 2.1. Mô hình động lực học cổng trục lắp đặt trên xà mũ trụ cầu khi 26

nâng hàng có độ chùng cáp

17 Hình 2.2. Chương trình mô phỏng Matlab-Simulink giải hệ phương trình 27

chuyển động pha 1.

18 Hình 2.3. Chương trình mô phỏng bằng Matlab-Simulink giải hệ phương 30

trình chuyển động pha 2.

19 Hình 2.4.Chương trình mô phỏng bằng Matlab-Simulink giải hệ 33

phương trình chuyển động pha 3.

3q pha 3; Hình 2. 6. Lực căng cáp Fc pha 3

35 20 Hình 2.5. Gia tốc

21 Hình 2.7 Lực căng cáp Fc xuất hiện trong 3 pha 35

22 Hình 2.8. Mô hình động lực học cổng trục lắp đặt trên xà mũ trụ cầu khi 36

nâng hàng không có độ chùng cáp

40 23 Hình 2.9. Chương trình mô phỏng bằng Matlab-Simulink giải hệ

phương trình chuyển động;

24 Hình 2.10. Chuyển vị q2 ; Hình 2.11. Chuyển vị q3 . 41

3q ; Hình 2.13. Lực căng cáp Fc

41 25 Hình 2.12. Gia tốc

26 Hình 2.14. Chương trình mô phỏng bằng Matlab-Simulink giải hệ 43

phương trình chuyển động khi nâng hàng- phanh hãm.

3q ; Hình 2. 17. Lực căng

44 27 Hình 2.15. Chuyển vị q3; Hình 2.16. Gia tốc

cáp Fc ;

xiii

28 Hình 2.18. Mô hình động lực học cổng trục lắp đặt trên xà mũ trụ cầu khi 45

hạ hàng.

29 Hình 2.19. Chương trình mô phỏng bằng Matlab-Simulink giải hệ 47

phương trình chuyển động pha 1.

48 30 Hình 2.20. Chương trình mô phỏng bằng Matlab-Simulink giải hệ

phương trình chuyển động pha 2.

Hình 2.21. Chương trình mô phỏng bằng Matlab-Simulink giải hệ

phương trình chuyển động pha 3.

31 Hình 2.22. Chuyển vị q2 pha 1; Hình 2.23. Chuyển vị q3 pha 1 49

3q pha 1; Hình 2.25. Lực căng cáp pha 1

49 32 Hình 2.24. Gia tốc

33 Hình 2.26. Chương trình mô phỏng bằng Matlab-Simulink giải hệ phương 51

trình chuyển động khi hạ hàng kết hợp phanh hãm.

3q

52 34 Hình 2.27. Chuyển vị q3; Hình 2.28. Gia tốc

Hình 2.29. Lực căng cáp Fc

Hình 2.30. Mô hình ĐLH của cổng trục khi di chuyển có kể đến 53

độ cứng của cáp hàng.

35 Hình 2.31. Chương trình mô phỏng bằng Matlab-Simulink giải hệ 57

phương trình chuyển động khi di chuyển có kể đến độ cứng của cáp hàng

7q

58 36 Hình 2.32. Chuyển vị q7; Hình 2.33. Gia tốc

8q

58 37 Hình 2.34. Chuyển vị góc q8; Hình 2.35. Gia tốc

Hình 2.36. Chuyển vị q9; Hình 2.37. Lực căng cáp Fc

62 38 Hình 3.1 Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát các

thông số khi thay đổi bán kính quá tính qui đổi R.

Hình 3.2. Lực căng cáp Fc

3q

63 39 Hình 3.3. Chuyển vị q3; Hình 3.4. Gia tốc

41 Hình 3.5. Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát 64

các thông số khi thay đổi độ cứng qui đổi S1; Hình 3.6. Lực căng cáp Fc

3q ; Hình 3.8. Chuyển vị q3

65 42 Hình 3.7. Gia tốc

43 Hình 3.9. Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát các 66

thông số khi thay đổi độ cứng qui đổi S1.

xiv

3q

66 44 Hình 3.10. Lực căng cáp Fc ; Hình 3.11. Gia tốc

Hình 3.12. Chuyển vị q3

45 Hình 3.13. Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát 68

các thông số khi thay đổi khối lượng qui đổi m3.

3q ;

68 46 Hình 3.14. Lực căng cáp Fc ; Hình 3.15. Gia tốc

Hình 3.16. Chuyển vị q3

47 Hình 3.17. Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát 70

các thông số khi tải trọng gió Pg1 và Pg2 thay đổi .

7q

70 48 Hình 3.18. Lực căng cáp Fc ; Hình 3.19. Gia tốc

49 Hình 3.20. Chuyển vị q8 ; Hình 3.21. Chuyển vị q9 71

50 Hình 3.22. Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát 72

các thông số khi thay đổi độ cứng của cáp S1

7q

73 51 Hình 3.23.Lực căng cáp Fc ; Hình 3.24. Gia tốc

52 Hình 3.25. Chuyển vị q8 ; Hình 3.26. Chuyển vị q9 73

53 Hình 3.27. Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát 74

các thông số khi thay đổi bán kính qui đổi Rdc

7q

75 54 Hình 3.28. Lực căng cáp Fc ; Hình 3.29.Gia tốc

55 Hình 3.30. Chuyển vị q8 ; Hình 3.31. Chuyển vị q9 75

56 Hình 3.32. Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát 76

các thông số khi thay đổi khối lượng m3 và bán kính qui đổi Rdc

7q

77 57 Hình 3.33. Lực căng cáp Fc ; Hình 3.34. Gia tốc

58 Hình 3.35. Chuyển vị q8 ; Hình 3.36. Chuyển vị q9 77

59 Hình 4.1. Sơ đồ tính trong mặt phẳng ZOX 82

60 Hình 4.2. Sơ đồ tính trong 1/2 mặt phẳng ZOX 83

61 Hình 4.3. Ứng suất thanh N3-4 ; Hình 4.4. Ứng suất thanh N14-15 86

62 Hình 4.5. Ứng suất thanh N55-54 ; Hình 4.6. Ứng suất thanh N56-55 86

63 Hình 4.7. Ứng suất thanh N54-53 ; Hình 4.8. Ứng suất thanh N50-49 87

64 Hình 4.9. Ứng suất thanh N57-3 ; Hình 4.10. Ứng suất thanh N55-3 87

65 Hình 4.11. Ứng suất thanh N57-2 ; Hình 4.12 Ứng suất thanh N54-4 87

66 Hình 4.13. Sơ đồ tính trong mặt phẳng YOX 90

67 Hình 4.14 Sơ đồ tính trong 1/2 mặt phẳng YOX 90

68 Hình 4.15.Ứng suất trong thanh N10-11; 93

Hình 4.16. Ứng suất trong thanh N13-14

69 Hình 4.17. Ứng suất trong thanh N14- 15 93

Hình 4.18. Ứng suất trong thanh N3- 4

93 70 Hình 4.19. Ứng suất trong thanh N10’- 11’

Hình 4.20 Ứng suất trong thanh N13’- 14’

93 71 Hình 4.21 Ứng suất trong thanh N14’- 15’

Hình 4.22. Ứng suất trong thanh N4’- 5’

93 72 Hình 4.23. Ứng suất trong thanh N5- 5’

Hình 4.24. Ứng suất trong thanh N6- 6’

94 73 Hình 4.25. Ứng suất trong thanh N2- 2’

Hình 4.26. Ứng suất trong thanh N3- 3’

74 Hình 4.27. Ứng suất trong thanh N4- 4’ 94

Hình 4.28. Ứng suất trong thanh N14- 14’

94 75 Hình 4.29. Ứng suất trong thanh N3- 2’ ;

Hình 4.30. Ứng suất trong thanh N4- 5’

76 Hình 4.31. Ứng suất trong thanh N55- 54 95

Hình 4.32. Ứng suất trong thanh N56- 55

95 77 Hình 4.33. Ứng suất trong thanh N50- 49

Hình 4.34. Ứng suất trong thanh N44- 43

96 78 Hình 4.35. Ứng suất trong thanh N3- 4

Hình 4.36. Ứng suất trong thanh N14- 15

96 79 Hình 4.37.Ứng suất trong thanh N57- 2

Hình 4.38 Ứng suất trong thanh N56- 3

96 80 Hình 4.39. Ứng suất trong thanh N57- 3

Hình 4.40. Ứng suất trong thanh N55- 3

81 Hình 5.1. Đầu đo lực BONGSHIN và bộ xử lý số liệu SDA-810C 98

82 Hình 5.2. Tensor biến dạng dùng để đo ứng suất 98

83 Hình 5.3. Bố trí 2 đầu đo lực tại hiện trường 99

84 Hình 5.4. Bố trí 3 đầu đo gia tốc tại hiện trường 99

xvi

85 Hình 5.5. Nhân sự tham gia vào quá trình đo đạc tại hiện trường 99

86 Hình 5.6 Bố trí các điểm đo ứng suất 100

2q ,

3q ; Hình 5.8. Sơ đồ khối đo ứng suất

101 87 Hình 5.7. Sơ đồ khối đo gia tốc

trong các thanh của dàn chính

88 Hình 5.9. Sơ đồ khối đo lực căng cáp động trong một nhánh cáp 101

của một cụm tời nâng

89 Hình 5.10. Sơ đồ thể hiện các trường hợp đã tiến hành thực nghiệm 102

3q theo lý thuyết và thực nghiệm

105 90 Hình 5.11. Gia tốc

Hình 5.12. Lực căng cáp theo lý thuyết và thực nghiệm

3q theo lý thuyết và thực nghiệm

105 91 Hình 5.13. Gia tốc

Hình 5.14 Lực căng cáp theo lý thuyết và thực nghiệm

3q theo lý thuyết và thực nghiệm

106 92 Hình 5.15. Gia tốc

Hình 5.16. Lực căng cáp theo lý thuyết và thực nghiệm

3q theo lý thuyết và thực nghiệm

106 93 Hình 5.17. Gia tốc

Hình 5.18. Lực căng cáp Fc theo lý thuyết và thực nghiệm

94 Hình 5.19. Gia tốc 107 3q theo lý thuyết và thực nghiệm

Hình 5.20. Lực căng cáp Fc theo lý thuyết và thực nghiệm

95 Hình 5.21. Lực căng cáp Fc theo lý thuyết và thực nghiệm 107

7q theo lý thuyết và thực nghiệm

Hình 5.22. Gia tốc

108 96 Hình 5.23. Ứng suất khi hạ dầm phanh N56-5; Hình 5.24. Ứng suất khi hạ

dầm phanh N3-4 ; Hình 5.25. Ứng suất khi hạ dầm phanh N57-3

Hình 5.26. Ứng suất khi hạ dầm phanh N55-3 ; Hình 5.27. Ứng suất khi hạ

dầm phanh N4-5 ; Hình 5.28. Ứng suất khi hạ dầm phanh N57-2

109 97 Hình 5.29. Ứng suất khi hạ dầm phanh thanh N44-43

Hình 5.30. Ứng suất khi hạ dầm phanh thanh N14-15

109 98 Hình 5.31. Ứng suất khi di chuyển thanh N56-55; Hình 5.32. Ứng suất khi

di chuyển thanh N3-4; Hình 5.33. Ứng suất khi di chuyển thanh N55-3;

Hình 5.34. Ứng suất khi di chuyển thanh N57-2

99 Hình 5.35. Ứng suất khi di chuyển thanh N44-43; Hình 5.36. Ứng suất khi 110

di chuyển thanh N14-15; Hình 5.37. Ứng suất khi di chuyển thanh N4-4’

Hình 5.38. Ứng suất khi di chuyển thanh N14-14’

MỞ ĐẦU

1- Tính cấp thiết của đề tài:

Giao thông vận tải đường bộ là một bộ phận quan trọng trong kết cấu hạ tầng kinh

tế - xã hội. Vì vậy, cần được ưu tiên đầu tư phát triển để tạo tiền đề, làm động lực phát

triển kinh tế - xã hội, phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa, đáp ứng tiến

trình hội nhập kinh tế khu vực và quốc tế, góp phần bảo đảm quốc phòng, an ninh. Ngày

24/8/2009 Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số 1327/QĐ-TTg phê duyệt "Quy

hoạch phát triển giao thông vận tải đường bộ Việt Nam đến năm 2020 và định hướng đến

năm 2030.

Theo qui hoạch trên trong tương lai nước ta sẽ xây dựng các tuyến đường Quốc lộ

với tổng chiều dài khoảng 18.710 km, đường cao tốc khoảng 20 tuyến với tổng chiều dài

8.871 km, đồng thời với việc phát triển mạng lưới đường bộ thì các hệ thống cầu cũng

được qui hoạch xây dựng.Ở phía Bắc một loại các dự án cầu lớn đã và đang được đầu tư

xây dựng như: Cầu Nhật Tân, cầu Hồng Hà, Mễ Sở, Vĩnh Thịnh, Tứ Liên, Đông Trù,

Thạch Cầu, Phù Đổng II, Cầu Đuống mới,... Ở phía Nam có công trình: Cầu Bình Khánh

trên sông Nhà Bè, Cầu Phước Khánh trên sông Lòng Tòng, Cầu Phước Anh trên Sông

Thị Vải, Cầu Long Thành, Cầu Nhơn Trạch, Cầu Sài Gòn 2, Cầu Phú Thuận,... ngoài các

cây cầu bắc qua sông còn một loạt các cầu vượt được xây dựng trong đô thị

Trong việc xây dựng các công trình giao thông thì công nghệ thi công Cầu được

đánh giá là khó và đòi hỏi kỹ thuật cao. Ở Việt Nam khi thi công cầu thì không thể thiếu

được các thiết bị nâng, đặc biệt là các cổng trục. Những cổng trục này được sử dụng ở

nhiều công đoạn khác nhau: Đúc dầm, lao lắp dầm cầu, lắp ván khuôn, cẩu lắp cấu

kiện,,…trong đó cổng trục lao dầm là thiết bị chiếm số lượng lớn và làm việc trong điều

kiện đòi hỏi có độ an toàn cao. Đặc điểm của cổng trục phục vụ lao lắp dầm cầu thường

có tải trọng lớn, khẩu độ lớn, các cơ cấu làm việc theo chế độ làm việc ngắn hạn- lắp lại

với số lần trong 1 giờ cao, diễn ra liên tục. vì vậy với loại cổng trục này thì trọng lượng

phần kết cấu thép thường chiếm tỷ lệ lớn so với tổng trọng lượng của máy (có thể đạt tới

80%) và giá trị phần kết cấu thép thường chiếm tới 70% tổng giá trị của máy.

Hiện nay hầu hết các cổng trục phục vụ lao dầm cầu đều được chế tạo trong nước.

Việc thiết kế chủ yếu tính toán theo lý thuyết bền ở trạng thái tĩnh có nhân thêm hệ số tải

trọng động. Hệ số tải trọng động này thường tra theo tiêu chuẩn TCVN 4244-2005 (theo

tiêu chuẩn này hệ số động lực cũng chỉ được xác định bằng thực nghiệm phụ thuộc vào

vận tốc nâng mà vẫn chưa có phương pháp xác định chính xác). Do vậy khi thiết kế kết

cấu thép cổng trục lao dầm thường chưa mang lại kết quả tốt nhất.

Kết cấu thép của cổng trục lao dầm thường có kích thước lớn (khẩu độ lớn). Mặt

khác cổng trục được dùng để phục vụ công tác lao dầm cầu bêtông nên tải trọng nâng

lớn, quá trình phanh hãm khi nâng-hạ, di chuyển diễn ra liên tục. Do vậy nếu không

nghiên cứu đánh giá đúng tình trạng chịu lực của kết cấu thép phù hợp với điều kiện làm

việc của từng trường hợp cụ thể thì trong quá trình khai thác, sử dụng cổng trục có thể sẽ

dẫn đến mất an toàn trong một số trường hợp bất lợi và trong khoảng thời gian tức thời

bất kỳ. Vì vậy, việc nghiên cứu xác định ứng suất động (ứng suất biến thiên theo thời

gian) sẽ giúp chúng ta xác định được tình trạng nguy hiểm của kết cấu thép ứng với từng

trường hợp làm việc cụ thể của cổng trục. Việc xác định được ứng suất động này sẽ giúp

chúng ta đề ra được các giải pháp kỹ thuật hợp lý nhằm khai thác hiệu quả hơn thiết bị

cổng trục phục vụ công tác lao lắp dầm cầu.

Cổng trục lao dầm là loại cổng trục chuyên dùng trong ngành xây dựng Cầu, phục

vụ công tác lao lắp dầm cầu bêtông. Vì vậy, đòi hỏi trong quá trình hoạt động của cổng

trục kết cấu thép và các cơ cấu truyền động phải làm việc ổn định. Các cổng trục lao dầm

được chế tạo ở Việt nam hiện nay chưa đáp ứng được hoàn toàn các yêu cầu kỹ thuật của

cổng trục chuyên dùng lao lắp dầm cầu do kết cấu còn nặng nề, cồng kềnh, các bộ phận

truyền động (cho cơ cấu nâng, di chuyển) còn chưa nhỏ gọn, nhiều khâu khớp dẫn đến

dao động của kết cấu thép, tải trọng động phát sinh tác động lên kết cấu thép trong quá

trình làm việc của cổng trục thường rất lớn. Do đó, việc nghiên cứu, khảo sát xác định

các thông số ảnh hưởng tới quá trình làm việc của cổng trục để từ đó đề ra được các

thông số kỹ thuật hợp lý làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế, khai thác sử dụng có hiệu

thiết bị là yêu cầu cần thiết.

Hiện nay với nhu cầu xây dựng các cây cầu vượt sông và cầu vượt trong đô thị

ngày càng lớn thì việc đầu tư thiết bị cổng trục lao dầm cũng rất lớn.Vì vậy, khi chúng ta

nghiên cứu, tính toán, thiết kế được những cổng trục lao dầm có các chỉ tiêu kinh tế- kỹ

thuật cao sẽ tiết kiệm được rất nhiều kinh phí cho việc đầu tư thiết bị, giảm được chi phí

khi thi công do đó giảm được giá thành thi công cầu. Điều này sẽ tiết kiệm được rất nhiều

kinh phí đầu tư của nhà nước và doanh nghiệp. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu cơ sở khoa

học cho tính toán kết cấu thép cổng trục chuyên dùng do Việt nam chế tạo phục vụ lao

lắp dầm bê tông trên xà mũ cầu” được đặt ra là một yêu cầu cấp thiết.

2. Mục tiêu của đề tài:

Nghiên cứu xây dựng được cơ sở khoa học cho tính toán ứng suất động trong kết

cấu thép cổng trục chuyên dùng do Việt nam chế tạo phục vụ lao lắp dầm bê tông trên xà

mũ cầu. Các kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao chất lượng thiết kế, hạ giá thành

sản phẩm, chủ động về thiết kế, chế tạo ở trong nước loại cổng trục chuyên dùng trên đạt

các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật cao.

3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu:

a. Đối tượng nghiên cứu

- Cổng trục dạng dàn lắp đặt trên xà mũ trụ cầu do Việt nam chế tạo phục vụ lao

lắp dầm Super-T trong công nghệ thi công cầu.

b. Phạm vi nghiên cứu

- Luận án chỉ tập trung nghiên cứu cổng trục dạng dàn lắp đặt trên xà mũ trụ cầu

do Việt nam chế tạo phục vụ lao lắp dầm Super-T trong công nghệ thi công cầu có các

thông số kỹ thuật thể hiện trong bảng 1.1

- Các dầm cầu bêtông cốt thép được lắp đặt là loại dầm Super – T dài 38 mét

- Xà mũ trụ cầu và dầm Super-T được coi là cứng tuyệt đối

- Chỉ xem xét và giải quyết các bài toán về động lực học, ứng suất động trong mặt

phẳng (không xét trong mô hình không gian).

4. Phương pháp nghiên cứu:

Để đạt được các mục đích đặt ra, luận án sử dụng các phương pháp nghiên cứu:

Khảo sát thống kê, Nghiên cứu động lực học Máy xây dựng, kết hợp nghiên cứu lý thuyết

và thực nghiệm.

a. Mục đích nghiên cứu lý thuyết.

Nghiên cứu lý thuyết nhằm:

- Xây dựng các mô hình động lực học, thiết lập các hệ phương trình vi phân dao

động cưỡng bức, giải các phương trình vi phân để tìm ra các qui luật dao động của cổng

trục, xác định các hệ số động phát sinh khi cổng trục làm việc ở các trạng thái khác nhau

dưới tác dụng của tải trọng động.

- Xây dựng phương pháp xác định ứng suất động trong các thanh của kết cấu thép

cổng trục.

- Khảo sát, đánh giá ảnh hưởng của một số thông số động lực học. Từ đó, đưa ra

được các thông số và giải pháp kỹ thuật nhằm khai thác hiệu quả thiết bị.

- Tìm hiểu về các dụng cụ, thiết bị đo, phương pháp đo từ đó xây dựng được mô

hình bài toán thực nghiệm.

b. Các lý thuyết cần phải nghiên cứu:

- Lý thuyết về động lực học: Động lực học máy, động lực học máy xây dựng,....;

Lý thuyết về các phương pháp tính toán kết cấu thép, xác định nội lực trong kết cấu; Lý

thuyết về sức bền vật liệu, cơ học kết cấu, tính toán kết cấu bằng phương pháp phần tử

hữu hạn,....

5. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm:

Nghiên cứu thực nghiệm nhằm:

Kiểm chứng các kết quả nghiên cứu bằng lý thuyết. Từ đó, so sánh, đánh giá rút

ra kết luận về sự đúng đắn, độ tin cậy của các kết quả khi tính toán theo lý thuyết.

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

a.Ý nghĩa khoa học:

- Tác giả đã nghiên cứu xây dựng bài toán động lực học cho đối tượng nghiên cứu

là cổng trục lao dầm dạng dàn đặt trên xà mũ trụ cầu trong công nghệ thi công cầu.

Nghiên cứu này sẽ là cơ sở khoa học cho việc tiến hành xác định các thông số động lực

học của mô hình (chuyển vị, vận tốc, gia tốc, lực căng cáp động) tương ứng với các

trường hợp làm việc khác nhau của cổng trục. Từ đó, đã đưa ra các giá trị của hệ số động

tương ứng với từng trường hợp của loại cổng trục này. Các giá trị hệ số động này sẽ là cơ

sở cho các nhà khoa học, kỹ sư, người sử dụng tham khảo trong quá trình thiết kế, sử

dụng thiết bị cổng trục lao dầm.

- Từ các kết quả nghiên cứu bài toán động lực học của cổng trục lao dầm dạng

dàn, tác giả đã tiến hành xây dựng bài toán xác định ứng suất động trong các thanh của

kết cấu dàn chính cổng trục. Kết quả của bài toán sẽ tạo cơ sở khoa học cho việc nghiên

cứu, khảo sát qui luật thay đổi của ứng suất trong các thanh trong dàn chính, tạo tiền đề

khoa học cho các nghiên cứu về độ bền mỏi của kết cấu dàn.

- Tác giả đã xây dựng bài toán và tiến hành khảo sát một số thông số ảnh hưởng

đến các đặc trưng động lực học của cổng trục. Kết quả nghiên cứu này sẽ là cơ sở khoa

học giúp cho các nhà thiết kế, nhà quản lý khai thác sử dụng thiết bị lựa chọn được các

thông số kỹ thuật hợp lý nhằm khai thác có hiệu quả hơn thiết bị cổng trục lao dầm đặt

trên xà mũ trụ cầu.

- Quá trình thực nghiệm với các thiết bị đo hiện đại và qui trình thực nghiệm hợp

lý là cơ sở để xây dựng phương pháp thực nghiệm trên các loại cổng trục dạng dàn.

b.Ý nghĩa thực tiễn:

- Kết quả nghiên cứu về động lực học của luận án sẽ là tài liệu tham khảo có ích

cho Bộ LĐTBXH khi hiệu chỉnh bổ sung hệ số động theo TCVN 4244-2005 cho thiết bị

nâng là cổng trục lao dầm dạng dàn đặt trên xà mũ trụ cầu khi lao lắp dầm cầu Super-T.

- Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ là tài liệu tham khảo có ích cho các đơn vị

thiết kế, chế tạo và khai thác sử dụng có hiệu quả thiết bị cổng trục lao dầm dạng dàn đặt

trên xà mũ trụ cầu.

- Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở tham khảo để bộ GTVT đề ra tiêu chuẩn ngành

cho việc kiểm định, sử dụng các thiết bị cổng trục (thiết bị có yêu cầu nghiêm ngặt về an

toàn) phục vụ lao lắp dầm cầu bêtông theo qui định trong nghị định 44/2016/NĐ-CP ngày

15/05/2016 của Chính phủ Việt Nam.

7. Điểm mới của luận án

- Luận án đã xây dựng được mô hình động lực học cho loại cổng trục dạng dàn lắp

đặt trên xà mũ trụ cầu phục vụ lao lắp dầm Super-T và đã ứng dụng thành công phần

mềm Matlab- Simulink để giải các phương trình chuyển động phi tuyến nhiều bậc tự do.

- Luận án đã xác định được các đặc trưng dao động, lực căng cáp động, hệ số động

ứng với các trường hợp làm việc bất lợi của loại cổng trục nghiên cứu.

- Trên cơ sở những kết quả thu được từ việc giải bài toán ĐLH, luận án đã xây

dựng được phương pháp xác định ứng suất động ( Ứng suất biến thiên theo thời gian)

trong các thanh của kết cấu dàn chính đối với loại cổng trục nghiên cứu.

- Từ những kết quả thu được từ việc giải bài toán ĐLH, luận án đã tiến hành khảo

sát các thông số động lực học của loại cổng trục nghiên cứu từ đó đã xác định được yếu

tố gây bất lợi, đồng thời đã đưa ra được bộ dữ liệu các thông số có ảnh hưởng đến quá

trình làm việc bất lợi của cổng trục.

8. Bố cục của luận án: Luận án được bố cục theo các nội dung sau

Mở đầu

Chương I. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Nghiên cứu tổng quan về các loại cổng trục phục vụ việc lao lắp dầm cầu bêtông,

giới thiệu chung về công nghệ thi công lao lắp dầm cầu sử dụng cổng trục đặt trên xà mũ,

đặc điểm khai thác sử dụng của thiết bị này, tình hình thiết kế chế tạo loại cổng trục này ở

Việt nam. Tổng kết, đánh giá các công trình nghiên cứu đã đạt được trong lĩnh vực

nghiên cứu về động lực học cổng trục, nghiên cứu về ứng suất động. Từ những nghiên

cứu này đã nêu lên tính cấp thiết của đề tài, hình thành các nhiệm vụ nghiên cứu của luận

án, hướng giải quyết các nội dung đã đề ra.

Chương II: Nghiên cứu động lực học của cổng trục dạng dàn lắp đặt trên xà mũ trụ

cầu phục vụ lao lắp dầm Super-T trong công nghệ thi công cầu ở Việt nam

Nghiên cứu phương pháp xây dựng bài toán động lực học cho đối tượng nghiên

cứu là cổng trục lao dầm dạng dàn đặt trên xà mũ trụ cầu trong công nghệ thi công cầu,

nghiên cứu này sẽ là cơ sở khoa học cho việc tiến hành xác định các thông số động lực

học của mô hình (chuyển vị, vận tốc, gia tốc, lực căng cáp động) tương ứng với các

trường hợp làm việc khác nhau của cổng trục từ đó đã đưa ra các giá trị của hệ số động

tương ứng với từng trường hợp làm việc của loại cổng trục này. Các nội dung trình bày ở

chương II làm cơ sở cho việc nghiên cứu xây dựng bài toán khảo sát các thông số động

lực học trình bày trong chương III và bài toán xác định ứng suất động trong các thanh của

kết thép dàn chính trong chương IV.

Chương III: Nghiên cứu khảo sát các thông số động lực học của cổng trục dạng dàn

lắp đặt trên xà mũ trụ cầu phục vụ lao lắp dầm Super-T trong công nghệ thi công

cầu ở Việt nam.

Trong nội dung của chương này tác giả đi sâu khảo sát, phân tích một số thông số

ảnh hưởng đến các đặc trưng động lực học của cổng trục. Từ đó, tìm ra các trạng thái làm

việc, các thông số kỹ thuật của thiết bị gây bất lợi tới quá trình làm việc của cổng trục,

đồng thời đưa ra các thông số làm việc hợp lý và đề xuất các giải pháp để giảm thiểu các

yếu tố gây bất lợi cho cổng trục trong quá trình làm việc.

Chương IV: Nghiên cứu phương pháp xác định ứng suất động trong các thanh của

kết cấu dàn chính cổng trục dạng dàn lắp đặt trên xà mũ trụ cầu phục vụ lao lắp

dầm Super-T trong công nghệ thi công cầu ở Việt nam.

Nội dung chương này trình bày phương pháp xác định ứng suất động trong các

thanh của kết cấu thép dàn chính của loại cổng trục mà tác giả nghiên cứu ứng với các

trường hợp làm việc bất lợi đã xét tới trong chương II. Mục đích nghiên cứu của chương

này là xác định được giá trị và qui luật biến thiên của ứng suất theo thời gian trong các

thanh, xác định được các thanh có giá trị ứng suất lớn từ đó tìm ra các vị trí gây bất lợi

trên kết cấu thép dàn chính.

Chương V. Nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số động lực học của cổng

trục và ứng suất động xuất hiện trong các thanh của kết cấu dàn chính cổng trục.

Nội dung chương của chương này trình bày phương pháp xây dựng qui trình thực

nghiệm cho đối tượng là cổng trục lao dầm dạng dàn đặt trên xà mũ trụ cầu do Việt nam

chế tạo, đang thi công lắp đặt dầm cầu Super-T tại công trường. Mục đích nghiên cứu

thực nghiệm để kiểm chứng, khẳng định độ tin cậy của phương pháp tính toán, thuật toán

và công cụ tính toán.

Kết luận và kiến nghị: Trình bày các kết luận chính, các đóng góp mới của luận án và

hướng nghiên cứu tiếp theo.

Tài liệu tham khảo và các phụ lục: Liệt kê các tài liệu tham khảo, nêu các công trình khoa

học đã công bố liên quan, kết quả tính toán, kết quả đo đạc, các thuật toán, các bảng biểu.

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Hiện nay, trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng đã và đang sử dụng

một số nhiều công nghệ thi công cầu khác nhau, các công nghệ này đã được giới thiệu

trong các tài liệu của các tác giả [24], [27],[28],[29],... Một trong các thiết bị được sử

dụng nhiều trong công nghệ thi công cầu được đề cập trong các tài liệu trên đó là thiết bị

cổng trục (giá long môn). Một số thiết bị cổng trục sử dụng trong công nghệ thi công cầu

được giới thiệu ở mục 1.1 sau đây:

1.1. Phương pháp lao lắp dầm cầu sử dụng thiết bị cổng trục (Giá long môn)

1.1.1. Phương pháp lắp dọc sử dụng giá lao ba chân (hình 1.1, hình 1.2)

- Nguyên lý làm việc: Dầm cầu được xe goòng vận chuyển dọc tuyến tới vị trí giữa chân

của cổng trục, sau đó hai xe tời nâng sẽ tiến hành cẩu dầm lên và di di chuyển dọc theo

kết cấu dàn chính của cổng trục tới vị trí của hai gối cầu, sau đó sẽ hạ dầm xuống vị trí

của gối cầu, dùng kích thủy lực để đẩy lần lượt các phiến dầm vào các vị trí của gối cầu.

Khi các phiến dầm đã được lao lắp xong thì toàn bộ cổng trục sẽ di chuyển sang trụ cầu

tiếp theo nhờ các chân phụ của cổng trục để tiếp tục lắp các phiến dầm ở nhịp kế tiếp.

Hình 1.1. Phương pháp lắp dọc dùng giá 3 chân.

1.1.2. Phương pháp lắp dọc sử dụng giá lao hai chân (hình 1.3)

- Nguyên lý làm việc: Dầm cầu được xe goòng hoặc ôtô vận chuyển dọc tuyến tới vị trí

giữa nhịp cầu, sau đó hai xe tời nâng sẽ tiến hành cẩu dầm lên tới vị trí gối cầu, cổng trục

di chuyển trên hệ đường ray đặt trên trụ cầu để vận chuyển phiến dầm tới các vị trí của

gối cầu, sau đó xe tời nâng của cổng trục sẽ hạ dầm xuống vị trí của các gối cầu. Khi các

phiến dầm đã được lao lắp xong thì toàn bộ cổng trục sẽ được cần cẩu có tải trọng lớn

nhấc xuống dưới đất để di chuyển sang nhịp tiếp theo.

Hình 1. 2. Phương pháp lắp dọc Hình1. 3. Phương pháp lắp dọc

dùng giá 3chân tự dầm hộp. dùng giá 2 chân.

1.1.3. Phương pháp lắp dọc sử dụng giá long môn di chuyển phía trên

- Nguyên lý làm việc: Dầm cầu được xe goòng vận chuyển dọc tuyến tới vị trí giữa chân

của cổng trục, sau đó hai xe tời nâng sẽ tiến hành cẩu dầm lên và di di chuyển dọc theo

kết cấu dàn chính của cổng trục tới vị trí của hai gối cầu, sau đó sẽ hạ dầm xuống vị trí

của gối cầu. Khi dầm đã được lao lắp xong thì toàn bộ cổng trục sẽ tự di chuyển sang trụ

cầu tiếp theo nhờ các cụm di chuyển của chân cổng trục để tiếp tục lắp các phiến dầm ở

nhịp kế tiếp.

Hình 1. 4. Phương pháp lắp dọc dùng giá long môn di chuyển phía trên.

1.1.4. Phương pháp lắp dọc sử dụng giá long môn di chuyển dưới mặt đất

- Nguyên lý làm việc: Dầm cầu được xe goòng hoặc ôtô vận chuyển tới vị trí trong khẩu

độ của cổng trục, sau đó sử dụng hai cụm tời nâng trên hai cổng trục để nâng phiến dầm

lên tới vị trí của gối cầu, sử dụng cụm di chuyển của hai xe tời để vận chuyển dầm tới vị

trí các gối cầu và hạ dầm xuống các gối cầu. Khi dầm đã được lao lắp xong thì toàn bộ

cổng trục sẽ tự di chuyển dọc theo tuyến sang nhịp tiếp theo nhờ các cụm di chuyển của

chân cổng trục để tiếp tục lắp các phiến dầm ở nhịp kế tiếp.

Hình 1. 5. Phương pháp lắp dọc dùng giá long môn di chuyển dưới mặt đất.

1.1.5. Thi công theo phương pháp lắp ngang sử dụng giá long môn

- Nguyên lý làm việc: Dầm cầu được xe goòng hoặc ôtô vận chuyển dọc tuyến tới vị trí

giữa nhịp cầu, sau đó hai xe tời nâng sẽ tiến hành cẩu dầm lên tới vị trí gối cầu, cổng trục

di chuyển trên hệ đường ray đặt trên trụ cầu để vận chuyển các phiến dầm tới các vị trí

của gối cầu, sau đó xe tời nâng của cổng trục sẽ hạ dầm xuống vị trí của các gối cầu. Khi

các phiến dầm đã được lao lắp xong thì toàn bộ cổng trục sẽ được cần cẩu có tải trọng lớn

nhấc xuống dưới đất để di chuyển sang nhịp tiếp theo. Đối với loại cổng trục này chúng

ta có thể tiến hành lao lắp được nhiều phiến dầm trong cùng một nhịp.

Hình 1. 6. Phương pháp lắp ngang dùng cổng trục đặt trên xà mũ trụ cầu.

- Kết luận: Qua sự phân tích trên, tác giả nhận thấy các cổng trục lao dầm bêtông cốt

thép lắp đặt trên xà mũ trụ cầu sử dụng trong công nghệ thi công cầu vượt, cầu cạn được

sử dụng rộng rãi. Kết cấu thép của loại cổng trục này thường có dạng dàn.

1.2. Giới thiệu thiết bị cổng trục lao lắp dầm cầu bêtông thi công các cầu dẫn, cầu

vượt ở Việt nam

1.2.1. Tổng quan về cổng trục phục vụ lao lắp dầm cầu

Trên thế giới, đối với các nước phát triển có tiềm lực kinh tế lớn khi thi công cầu

họ thường sử dụng các thiết bị thi công hiện đại, các thiết bị đó được thể hiện trên các

hình 1.2; hình 1.3; hình 1.4;.... Những thiết bị này rất đắt tiền và công nghệ thiết kế, chế

tạo đòi hỏi trình độ cao, khó áp dụng vào điều kiện Việt nam. Ở Việt nam chúng ta cũng

đã áp dụng nhiều phương pháp lao lắp dầm cầu khác nhau. Tuy nhiên, việc sử dụng thiết

bị thi công nào thì còn phải căn cứ vào yêu cầu kỹ thuật của cây cầu được thiết kế, điều

kiện mặt bằng thực tế khi thi công, điều kiện về máy móc thiết bị, hiệu quả kinh tế khi

lựa chọn thiết bị phục vụ thi công.

Ở Việt nam hiện nay, Hà nội và thành phố Hồ Chí Minh là hai thành phố có mật

độ dân cư đông nhất cả nước. Cùng với sự gia tăng dân số thì số lượng các phương tiện

tham gia giao thông cũng ngày một tăng nhanh khiến cho cơ sở hạ tầng giao thông ngày

càng quá tải một cách nghiêm trọng.Trước tình hình đó, Nhà nước và các thành phố đã và

đang đầu tư xây dựng nhiều tuyến đường mới, trong đó có các tuyến đường trên cao

nhằm giảm thiểu ùn tắc và tai nạn giao thông. Đặc biệt là xây dựng mạng lưới các cây

cầu mới bắc qua các con sông lớn của thành phố và các tuyến đường trên cao để tránh

giao cắt đồng mức. Ví dụ như ở Hà nội là các tuyến đường vành đai 2, vành đai 3…

Tuyến tàu điện trên cao,các cầu bắc qua sông Hồng.

Việc xây dựng các cây cầu và đường cao tốc trên cao tại các thành phố cũng đòi

hỏi công nghệ thi công cầu thay đổi. Do đó các thiết bị thi công cầu cũng phải thích ứng,

thay đổi theo. Một trong số các thiết bị thi công cầu được sử dụng nhiều nhất trong công

nghệ thi công cầu dẫn và thi công đường trên cao đó chính là cổng trục chuyên dùng để

lao lắp dầm cầu bêtông cốt thép lắp đặt trên xà mũ trụ cầu. Thiết bị này khi dùng để lao

lắp dầm cầu có ưu điểm nổi bật trong các trường hợp sau:

- Sử dụng có hiệu quả cao khi thi công các đường dẫn trên cao trong các thành phố

có mặt bằng thi công chật hẹp hoặc những nơi có nền địa chất yếu, không cho phép bố trí

các thiết bị lao lắp dầm cầu di chuyển trên mặt đất.

- Khi mặt cắt ngang và chiều cao của cầu lớn thì sử dụng thiết bị nói trên sẽ mang

lại năng suất,hiệu quả kinh tế cao và rất an toàn khi thi công. Vì trong trường hợp này,

nếu dùng các loại thiết bị lao lắp khác sẽ đòi hỏi các loại thiết bị nâng đặc chủng có tính

năng kỹ thuật cao, khẩu độ và tải trọng nâng lớn,giá thành thuê ca máy cao.

- Khi thi công các cầu dẫn hoặc đường trên cao thì số lượng dầm bê tông cốt thép

cần để lao lắp là rất lớn do vậy khi sử dụng thiết bị này sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao

hơn rất nhiều lần so với việc sử dụng các thiết bị thi công khác.

Thống kê số liệu thiết bị thi công cầu từ tổng công ty xây dựng công trình giao

thông 4 [11]; Tổng công ty xây dựng công trình giao thông 1 [10], tổng công ty xây công

trình giao thông 8 [12]; Tổng công ty xây dựng Thăng long [13], chúng ta thấy, số lượng

cổng trục phục vụ lao lắp dầm cầu đã được sử dụng ở Việt nam tương đối nhiều (khoảng

30 bộ). Trước đây, thiết bị lao lắp dầm cầu này hầu hết được nhập khẩu đồng bộ từ các

nước Nga, Trung Quốc. Hiện nay một số cổng trục phục vụ lao lắp dầm cầu đã được chế

tạo trong nước.Tuy nhiên, việc chế tạo này chủ yếu vẫn dừng lại ở phần chép mẫu máy

đã có sẵn chứ chưa thực sự quan tâm đến các nghiên cứu cơ bản. Do đó, thiết bị đựơc chế

tạo ra có kết cấu rất cồng kềnh, trọng lượng nặng. Trên cơ sở phân tích các yếu tố về mặt

kỹ thuật, công nghệ và chi phí đầu tư thiết bị, giá thành sản phẩm tác giả nhận thấy, thiết

bị cổng trục lao dầm lắp trên xà mũ được khai thác sử dụng rất hiệu quả ở Việt nam và

đây cũng là đối tượng nghiên cứu của tác giả. Cấu tạo của thiết bị được trình bày trên

hình 1.7; hình 1,8

( D1)

( D2)

( D3)

( D4)

1.2.2. Cấu tạo của cổng trục lao dầm đặt trên xà mũ trụ cầu

Hình 1. 7. Cấu tạo tổng thể cổng trục đặt trên xà mũ trụ cầu.

1. Dàn chính; 2. Cụm puly móc câu; 3. Cụm tời nâng-hạ hàng; 4.Dầm Super-T; 5.

Lan Can; 6. Cụm chân; 7. Cụm di chuyển; 8.Dầm đỡ ray trên xà mũ; 9.Cầu

thang; 10. Trụ cầu

Nguyên lý làm việc như sau:

Cổng trục di chuyển ra ngoài công xon của dầm đỡ ray (08) lắp trên xà mũ trụ cầu

sau đó hạ hai cụm móc câu của tời nâng hàng (03) để nâng phiến dầm cầu (04) từ xe ôtô

chở dầm dưới mặt đất đưa lên cao sau đó di chuyển vào phía trong và lần lượt đặt các

phiến dầm vào các vị trí gối cầu trên mỗi trụ cầu. Sau khi lao hết toàn bộ các phiến dầm

của một nhịp, dùng cần cẩu để nhấc toàn bộ hệ cổng trục xuống dưới đất và sau đó di

Thanh giằng đứng

Thanh giằng xiên

Thanh biên trên

Thanh giằng ngang

Thanh biên dưới

chuyển toàn bộ thiết bị sang một nhịp khác để tiếp tục lao lắp các phiến dầm của nhịp đó.

Hình 1. 8. Cổng trục đặt trên xà mũ trụ cầu.

 Thông số kỹ thuật

Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật cổng trục

TT Thông số kỹ thuật Kí hiệu Đơn vị Giá trị Ghi chú

1 Khẩu độ 40 Lk mét

2 Tải trọng nâng 80 Q Tấn

3 Vận tốc nâng 1,08 Vn m/ph

4 Vận tốc di chuyển cổng trục 7,5 Vdc m/ph

Chiều cao nâng 5 20 H mét

Số cụm tời nâng 6 2 Cụm

7 Số nhánh cáp mỗi cụm tời 12 i2 nhánh

8 Đường kính cáp 20 dc mm

mm 400 x 1100 9 Kích thước tang cuốn cáp ( x L)

10 Loại tang Đơn

11 Công suất động cơ nâng Nn kW 13

12 Tốc độ vòng quay n1 Lồng sóc v/ph 960

13 Công suất động di chuyển Ndc kW 5,5 x 2

14 Tốc độ vòng quay n2 v/ph 1450

15 Trọng lượng dàn chính G1 N 252420

16 Hộp giảm tốc cơ cấu nâng PM 650

17 Tỷ số truyền hộp giảm tốc igt 48,57

18 Tự trọng toàn bộ cổng trục G N 320000

19 Chiều dài dầm Super-T Ld Mét 38

20 Trọng lượng toàn bộ vật nâng Gd Tấn 80

(Dầm Super-T, cụm móc,...)

1.2.3. Phân tích đặc điểm làm việc và cấu tạo cổng trục

- Cổng trục lắp trên xà mũ là loại cổng trục chuyên dùng phục vụ lao lắp những dầm cầu

có tải trọng lớn G ≈ 80 tấn, chiều dài dầm lớn L= 38 mét, chiều cao nâng lớn Hn ≈ (10

25) mét.

- Do cổng trục là loại chuyên dùng để cẩu lắp dầm Cầu Super-T vì vậy các vị trí liên kết

giữa dầm bêtông Super-T với móc cẩu ở hai đầu là cố định. Vì vậy, cổng trục được bố trí

02 cụm tời nâng đặt cố định trên dầm chính và cách mỗi bên chân một khoảng nhất định.

Mỗi cụm tời có sức nâng Q1= 40 Tấn.

- Do cổng trục dùng để lao lắp dầm Cầu Super-T ( Dầm dự ứng lực) nên đòi hỏi vận tốc

nâng chậm ( tránh gây nứt, gãy dầm và dễ thao tác khi hạ căn chỉnh dầm xuống các gối

cầu) vì vậy cụm tời nâng thường sử dụng có bội suất cáp lớn. Tốc độ nâng và tốc độ di

chuyển không lớn nhưng quá trình khởi động và phanh hãm liên tục xuất hiện khi sử

dụng.

- Cổng trục phục vụ lao lắp dầm cầu nên làm việc ngoài trời và được lắp đặt trên xà mũ

của trụ cầu có chiều cao nâng lớn. Vì vậy, cổng trục chịu tác động nhiều của tải trọng gió

và góc lắc của hàng trong quá trình làm việc.

- Kết cấu thép của cổng trục có trọng lượng lớn vì vậy giá thành của nó chiếm khoảng

70% tổng giá thành của cổng trục. Kết cấu thép cổng trục được chia làm hai phần chính:

Phần kết cấu dàn chính và phần kết cấu chân đỡ. Tuy nhiên, phần kết cấu của dàn chính

chiếm tỷ trọng tới 90% trọng lượng kết cấu. Dàn chính có cấu tạo dạng dàn không gian,

mặt cắt ngang dàn chính thường có dạng hình chữ nhật được tổ hợp từ các thanh thép

định hình.

1. 3. Phân tích tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cổng trục lao dầm bêtông lắp

đặt trên xà mũ trụ cầu.

1.3.1.Tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cổng trục trên thế giới

Trên thế giới hiện nay đối với các nước phát triển có rất nhiều các công ty chuyên

về chế tạo thiết bị nâng có thể kể đến một số hãng lớn như: ABUS (Đức); Stall (Đức),

KONE (Đức), PODEM (Bungari); NIPPON (Nhật Bản); KAMIUCHI (Nhật Bản);

Sungdo (Hàn Quốc), Huyndai (Hàn Quốc),...Tuy nhiên các thiết bị do các hãng này cung

cấp, chế tạo thì mang tính chất phục vụ công dụng chung như hình 1.9 chứ chưa có các

thiết bị nâng chuyên dùng phục vụ cho thi công cầu.

Một số hãng của Trung Quốc đã chú ý tới việc thiết kế chế tạo các thiết bị cổng

trục chuyên dùng phục vụ thi công cầu như hình 1.10 ví dụ: Zhoungyan Shengqi Co.,

LTD; ZheJiang Hejian Heavy Industry Co., Ltd; Qingdao xinguangZheng Crane;

Shengda Crane; HNKS Crane Co., LTD;... Đối với các hãng này đã có các phần mềm

chuyên dụng cho tính toán, thiết kế tuy nhiên do yếu tố về bản quyền vì vậy vẫn chưa

được công bố rộng rãi. Đặc biệt tác giả chưa thấy các hãng này công bố về các lý thuyết

tính toán, bản vẽ thiết kế cũng như các mẫu sản phẩm là loại cổng trục lắp đặt trên xà mũ

trụ cầu phục vụ lao lắp dầm Super-T.

Hình 1.9. Cấu tạo tổng thể cổng trục Hình 1.10. Cấu tạo tổng thể cổng trục

có công dụng chung. chuyên dùng cho lao lắp dầm cầu.

1.3.2. Tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị cổng trục ở Việt Nam.

Hiện nay đã có một số đề tài nghiên cứu liên quan đến tính toán, thiết kế cổng trục

được công bố có thể kể tới:

- Tác giả TS.Trương Quốc Thành, Ks. Lưu Phong Niên [23]: Đề tài “ Thiết kế

chuẩn và quy trình công nghệ chế tạo cổng trục dựa trên trình độ công nghệ của các nhà

máy cơ khí trong nước” là đề tài cấp Bộ bảo vệ tại Trường Đại học Xây Dựng năm

2001.Các tác giả đã tập hợp các tiêu chuẩn, các chỉ dẫn, dữ liệu cần thiết cho thiết kế

cổng trục có công dụng chung, đã xây dựng sơ đồ tính toán cho cổng trục bằng lý thuyết

và kiểm nghiệm quá trình tính toán bằng phần mềm Sap 2000. Tuy nhiên, các tính toán

kết cấu của tác giả chủ yếu tính toán theo điều kiện bền tới hạn mà chưa đề cập đến vấn

đề nghiên cứu các yếu tố động (dao động, lực động, ứng suất động,...) ảnh hưởng tới độ

bền mỏi của kết cấu, cụm chi tiết truyền động.

- Tác giả Nguyễn Đăng Hiếu [14]: Trong đề tài “Nghiên cứu khai thác các phần

mềm chuyên dụng, ứng dụng vào tính toán thiết kế cầu trục chân dê trong các công trình

thủy điện” đã đi sâu nghiên cứu phân tích tổng hợp tình hình sử dụng các phần mềm: Sap

2000; Inventơr, cosmos; MSC visual Nastran phục vụ cho tính toán thiết kế cổng trục

chân dê sử dụng trong công trình thủy điện.. Tuy nhiên tác giả cũng chỉ dừng lại ở việc

ứng dụng các phần mềm do nước ngoài cung cấp để tính toán, xây dựng mô hình cổng

trục theo các lý thuyết tính toán bền ở trạng thái tĩnh mà chưa có các nghiên cứu cơ bản

về tính toán thiết kế cổng trục ở trạng thái động. Do đó chưa xét được ảnh hưởng của các

yếu tố động tới quá trình làm việc, cũng như độ bền của kết cấu dưới tác dụng của các

yếu tố động (dao động, lực động, ứng suất động,...)

Ở Việt nam hiện nay có nhiều công ty chuyên chế tạo thiết bị nâng như: Xí nghiệp

cơ khí Quang Trung; Công ty cổ phần cơ khí Hồng Nam; công ty AVC; Công ty

VINALIFT; Công ty NMC; Công ty Thành Thái; Công ty CP SX- TM Đại Dương;... Đối

với các đơn vị này, việc thiết kế, chế tạo các thiết bị cầu trục đã đạt đến trình độ cao về

thiết kế, chế tạo. Nhiều đơn vị đã tự lập trình hoặc mua các phần mềm chuyên dụng phục

vụ cho việc tính toán thiết kế cầu trục như phần mềm: CEC Steel của tác giả Dương

Trường Giang- Đại học xây dựng; Chương trình thiết kế cầu trục của trung tâm DASI-

Trường ĐHBK Hà nội. Chương trình thiết kế cầu trục của Cty CP SX-TM Đại Dương,

Tuy nhiên, về phần cổng trục thì vẫn chưa có các phần mềm chuyên dụng. Vì vậy,

hiện nay các công ty này vẫn chủ yếu sử dụng các phần mềm tính toán kết cấu thông

dụng như Sap 2000, ANSYS, Soilid Works,... để phục vụ cho việc tính toán. Việc nghiên

cứu, thiết kế và chế tạo các thiết bị cổng trục chuyên dùng phục vụ thi công cầu- đường

lại ít được quan tâm, đặc biệt là loại cổng trục lắp đặt trên xà mũ phục vụ lao lắp dầm cầu

thì ít thấy công bố.

Hiện nay trong thực tế thi công đã có một số loại cổng trục lắp đặt trên xà mũ phục

vụ lao lắp dầm cầu được thiết kế, chế tạo và đưa vào áp dụng tuy nhiên việc thiết kế thiết

bị này chủ yếu do các kỹ sư thuộc các công ty thi công cầu tự thiết kế và chế tạo tại các

xưởng cơ khí của các công ty cầu. Mặt khác, việc thiết kế thiết bị chuyên dùng này chủ

yếu dừng lại ở việc sao chép mẫu máy của các nước Trung Quốc, Nga,.. sau đó sử dụng

các phần mềm SAP 2000, ANNYS, STAP III, Soilid Works. Top Soilid,MIDAS... để

tính toán kiểm tra bền theo trạng thái tĩnh.

Các phần mềm trên là các công cụ hỗ trợ đắc lực cho việc tính toán, thiết kế tuy

nhiên đòi hỏi người sử dụng phải có các kiến thức chuyên sâu về thiết kế để nhập dữ liệu

và xử lý dữ liệu cho đúng thì kết quả mang lại mới chính xác. Hiện nay ở Việt nam chưa

có tài liệu nào công bố lý thuyết tính toán thiết kế cổng trục chuyên dùng lắp đặt trên xà

mũ trụ cầu.

Cổng trục trong quá trình làm việc thường xuyên xuất hiện các tải trọng động tác

dụng lên kết cấu do quá trình khởi động và phanh hãm các bộ máy nâng, bộ máy di

chuyển. Do vậy khi tính toán phải kể đến ảnh hưởng của tải trọng động, hiện nay việc

thiết kế kết cấu thép chủ yếu tính toán theo lý thuyết bền ở trạng thái tĩnh có nhân thêm

hệ số tải trọng động, hệ số tải trọng động này thường tra theo tiêu chuẩn TCVN 4244-

2005.Theo tiêu chuẩn này hệ số động lực cũng chỉ được xác định bằng thực nghiệm phụ

.V L

1    

(1. 1) thuộc vào vận tốc nâng theo công thức:

+ Trong đó: VL: Vận tốc nâng (m/s); : Hệ số thực nghiệm

Hiện vẫn chưa có phương pháp xác định chính xác hệ số động lực () cho các loại

thiết bị nâng khác nhau, do vậy đòi hỏi phải có các nghiên cứu lý thuyết để xác định hệ

số tải trọng động tác dụng lên kết cấu tương ứng với các trường hợp làm việc thực tế của

cổng trục chuyên dùng lắp trên xà mũ phục vụ lao lắp dầm cầu. Muốn xác định các hệ số

tải trọng động này đòi hỏi chúng ta phải nghiên cứu và xây dựng được các bài toán về

động lực học tương ứng với các trạng thái làm việc thực tế của cổng trục.

- Kết luận: Qua những phân tích trên, tác giả nhận thấy ở Việt nam đã có những nghiên

cứu về tính toán thiết kế cổng trục tuy nhiên những nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở việc

tính toán thiết kế cổng trục ở trạng thái tĩnh sau đó nhân thêm hệ số động được tra theo

vận tốc nâng.

- Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các cổng trục có công dụng chung mà chưa có

nghiên cứu nào liên quan đến cổng trục dạng dàn lắp đặt trên xà mũ trụ cầu phụ vụ lao

lắp dầm cầu Super-T.

1.3.3. Các nghiên cứu về động lực học, ứng suất động của cổng trục

Có rất nhiều công trình của các nhà khoa học Nga, Hungari, Czech, Bungari,Trung

Quốc, Việt nam và các nước khác nghiên cứu về động lực học và ứng suất động của cổng

trục đã được trình bày trong các tài liệu [34],[50],[51],[52],[53],[58],[62],[63],[64]. Nội

dung nghiên cứu chính của một số tác giả được tổng hợp lại như sau:

- Tác giải Дао Тронг Тхыонг [56]: Tác giả đã tiến hành nghiên cứu lý thuyết bằng

cách xây dựng mô hình dao động một bậc tự do của dầm chính cổng trục xét đối với hai

trường hợp tải trọng tập trung, tải trọng phân bố và ứng với các vị trí khác nhau của xe

con mang hàng, sau khi xây dựng được mô hình tính tác giả tiến hành giải các phương

trình chuyển động bằng phương pháp toán giải tích để tìm nghiệm của các phương trình

vi phân từ đó đi khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình dao động của kết cấu thép.

Hạn chế -tồn tại của tác giả: Tác giả chỉ nghiên cứu trên mô hình một khối lượng

và giải phương trình vi phân bằng phương pháp giải tích thông thường, quá trình giải và

tìm nghiệm rất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều thông số khác nhau do đó rất khó áp

dụng vào thực tế.

- Tác giả Trần Văn Chiến [4]: Tác giả đã trình bày các lý thuyết chung về động lực học

của cầu trục và cổng trục ứng với các trường hợp làm việc nâng- hạ hàng, di chuyển cùng

với hàng. Đồng thời xét cho hai trường hợp không kể đến độ đàn hồi của kết cấu thép và

có kể đến độ đàn hồi của kết cấu thép. Tuy nhiên tác giả cũng chưa đề cập tới vấn đề

nghiên cứu ứng suất động. Mô hình ĐLH dược thể hiện trên hình 1.11 và hình 1.12.

Hình 1. 11. Mô hình tính dao động kết Hình 1. 12. Mô hình tính dao động

cấu thép cổng trục cổng trục khi di chuyển.

- Tác giả PGS.TS. Vũ Liêm Chính, TS.Phạm Quang Dũng, TS. Trương Quốc Thành

[9]: Trong tài liệu này, các tác giả đã đề cập đến mô hình tính toán của cơ cấu nâng có kể

đến đàn hồi của kết cấu thép khi xe con ở vị trí chính giữa của dầm ứng với các trạng thái

làm việc khác nhau: nâng hàng có độ chùng cáp, nâng hàng khi không có độ chùng cáp

(hàng được nhấc khỏi mặt nền). Tác giả cũng đã viết phương trình chuyển động cho hệ

hai khối lượng đồng thời đưa ra công thức để tính hệ số động lực tác dụng lên kết cấu

thép. Tuy nhiên tác giả cũng chưa đề cập tới vấn đề nghiên cứu tải trọng động và ứng

suất động tác dụng lên kết cấu . Mô hình ĐLH thể hiện trên hình 1.13.

Hình 1. 13. Mô hình tính toán động lực học cơ cấu nâng

có kể đến đàn hồi của kết cấu thép

- Tác giả Vi Thụ Bảo [64]: Đã công bố công trình nghiên cứu của mình về động lực học

cơ cấu nâng và cơ cấu di chuyển xe con của cổng trục dạng dầm hộp di chuyển bằng

bánh sắt trên ray dùng bốc xếp hàng tại cảng. Trong luận án của mình tác giả đã xây dựng

mô hình tính toán theo lý thuyết với các hệ phương trình vi phân cho mô hình hai khối

lượng, kết hợp với việc sử dụng ngôn ngữ lập trình ADAMS và phần mềm ANSYS để

mô phỏng quá trình tính toán động lực học của cổng trục và ứng suất trong kết cấu thép

của cổng trục. Mô hình ĐLH thể hiện trên hình 1.14.

Hình 1. 14. Mô hình tính toán động lực học cơ cấu nâng và

cơ cấu di chuyển cổng trục.

- Tác giả Tôn Kiến Duệ [63]: Đã công bố công trình nghiên cứu của mình về động lực

học cơ cấu nâng và cơ cấu di chuyển cổng trục của dạng cổng trục Thiên Nga dùng bốc

xếp hàng tại cảng. Trong luận án của mình, tác giả đã xây dựng mô hình tính toán cho cơ

cấu nâng và cơ cấu di chuyển bằng lý thuyết với các hệ phương trình vi phân cho mô

hình hai khối lượng, kết hợp với việc sử dụng ngôn ngữ lập trình ADAMS, cùng sự kết

hợp giữa phần mềm Topsolid và ANSYS để mô phỏng quá trình tính toán động lực học

và ứng suất trong kết cấu thép của cổng trục. Với phương pháp tính này tác giả đã mô

phỏng được qui luật biến thiên của lực động xuất hiện trong các cơ cấu máy, hệ số tải

trọng động lớn nhất xuất hiện ứng với các trường hợp làm việc khác nhau của cơ nâng, di

chuyển.

- Tác giả Lưu Tập Xuyên [62]: Đã công bố công trình nghiên cứu của mình về động lực

học cơ cấu nâng và cơ cấu di chuyển cổng trục của dạng cổng trục bánh thép dùng bốc

xếp Container tại cảng. Trong luận án của mình tác giả đã xây dựng mô hình tính toán

theo lý thuyết với các hệ phương trình vi phân cho hai khối lượng kết hợp với việc sử

dụng phần mềm ANSYS để mô phỏng tính toán động lực học và ứng suất trong kết cấu

thép của cổng trục. Tuy nhiên tác giả chưa đề cấp đến vấn đề xác định tải trọng động, hệ

số động lực và mối liên hệ giữa các thông số trên tới việc xác định ứng suất động.

Mô hình động lực học được thể hiện trên hình 1.15.

Hình 1. 15. Mô hình tính toán động lực học cơ cấu nâng và

cơ cấu di chuyển cổng trục bánh lốp.

- Tác giả Andrzej URBAŚ*, Stanisław WOJCIECH [34]: Đã nghiên cứu mô hình

động lực học của cổng trục dạng dầm hộp tổ hợp chuyên dùng cho khai thác dầu khí, toàn

bộ cổng trục được đặt trên hệ giàn khoan nổi trên mặt biển. Tác giả đã tiến hành nghiên

cứu mô hình động lực học của cổng trục dưới dạng mô hình không gian 3-D, trong mô

hình đã xét đến các yếu tố về độ cứng, độ dập tắt dao động tác dụng lên hệ cổng trục khi

cơ cấu nâng làm việc. Tác giả đã sử dụng phương trình Lagrang 2 để xây dựng phương

trình chuyển động, giải các phương trình chuyển động để tìm ra được các lực đàn hồi, lực

giảm chấn từ đó làm cơ sở cho việc đề ra các biện pháp làm giảm ảnh hưởng của các dao

động ngang, dao động dọc tới hệ cổng trục trong quá trình làm việc. Tác giả không đề

cập đến ảnh hưởng của lực động tới kết cấu thép của hệ cổng trục.

- Tác giả Azdiana1, Noor Asyikin, Sharatul Izah, Nur Alisa1[35]: Đã công bố các kết

quả nghiên cứu về mô hình động lực học xe con của cổng trục khi di chuyển cùng với

hàng. Các tác giả đã tiến hành xây dựng mô hình động lực học của xe con khi di chuyển

cùng với hàng dưới dạng mô hình không gian, sử dụng phương trình lagarang 2 để viết

phương trình chuyển động, các tác giả cũng đã xác định được góc lắc của hàng, tần số

dao động trong các mặt phẳng, tương ứng với các vị trí khác nhau của xe con. Từ các kết

quả nghiên cứu này các tác giả đã đưa ra các giải pháp nhằm giảm rung lắc cho hàng

trong quá trình làm việc. Tuy nhiên tác giả chưa đề cấp đến vấn đề xác định tải trọng

động, hệ số động lực và mối liên hệ giữa các thông số trên tới việc xác định ứng suất

động.

- Tác giả Nguyễn Văn Vịnh, Nguyễn Thùy Chi [32]: Đã xây dựng các mô hình động

lực học và phương trình chuyển động cho quá trình nâng – hạ hàng của cổng trục từ đó

đã xác định được vận tốc, gia tốc, tần số dao động cũng như lực căng cáp động tác dụng

lên các cơ cấu của máy trục trong quá trình làm việc. Trong tài liệu này tác giả đã xây

dựng mô hình động lực học của cơ cấu nâng với hệ 3 khối lượng. Tuy nhiên trong các mô

hình này tác giải chưa xét đến ảnh hưởng đàn hồi của kết cấu thép dầm chính.

- Kết luận: Từ các phân tích này chúng ta thấy, các đề tài,luận án đã nghiên cứu còn có

một số vấn đề sau:

- Đối với các đề tài nghiên cứu từ những năm 1990 trở về trước thì đã có các

nghiên cứu về động lực học cổng trục, về các hệ số động lực tác dụng lên kết cấu khi

cổng trục làm việc. Tuy nhiên các mô hình tính toán thường đơn giản không phản ánh hết

được các điều kiện làm việc thực tế của thiết bị. Mặt khác việc giải các phương trình vi

phân để tìm nghiệm chủ yếu bằng phương pháp giải tích thông thường. Do đó việc giải

các bài toán động lực học để tìm nghiệm của các phương trình vi phân thường khá phức

tạp và tốn nhiều thời gian, các mô hình đã nghiên cứu chủ yếu là mô hình một đến hai

khối lượng rất ít các mô hình có từ ba đến bốn khối lượng. Việc giải các mô hình một đến

hai khối lượng có thể cho kết quả chính xác nhưng khi mô hình có từ ba đến bốn khối

lượng thì việc giải bài toán rất khó khăn và cho kết quả tính toán không chính xác.

- Đối với các đề tài nghiên cứu gần đây thì cũng có các nghiên cứu về động lực

học cổng trục, về các hệ số động lực tác dụng lên kết cấu khi cổng trục làm việc. Để giải

quyết các vấn đề này thì các tác giả cũng đi xây dựng mô hình tính toán theo lý thuyết

phù hợp với đặc điểm của từng loại cổng trục nghiên cứu sau đó kết hợp với các phần

mềm Matlab, ANSYS để mô phỏng quá trình làm việc từ đó xác định các thông số động

lực học, ứng suất phát sinh trong kết cấu của cổng trục khi thiết bị làm việc.

- Hiện tác giả vẫn chưa thấy có công trình nào nghiên cứu về động lực học của loại

cổng trục dạng dàn phục vụ cho lao lắp dầm cầu bêtông lắp đặt trên xà mũ trụ cầu được

công bố.

- Theo tác giả nhận thấy thì hiện nay vẫn chưa có công trình nào nghiên cứu về

mối liên hệ giữa tải trọng động và việc xác định ứng suất động trong các thanh của kết

cấu thép loại cổng trục dạng dàn phục vụ cho lao lắp dầm cầu bêtông lắp đặt trên xà mũ

trụ cầu được công bố.

1.3.4. Các nghiên cứu về thực nghiệm liên quan đến động lực học và ứng suất động.

Có rất nhiều công trình của các nhà khoa học Nga, Hungari, Czech, Bungari,Trung

Quốc, Việt nam và các nước khác nghiên cứu về thực nghiệm để xác định các thông số

về động lực học cũng như ứng suất động đối các thiết bị nâng như các tài liệu [3], [16],

[31], [32], [56],..Qua các nghiên cứu này, nghiên cứu sinh nhận thấy còn một số điểm

tồn tại như sau:

- Thực nghiệm xác định các thông số động lực học (vận tốc, gia tốc, tần số dao

động) của cầu trục và cổng trục khi cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển làm việc trên các máy

thực tại công trường đã được nhiều nhà khoa học thực hiện thể hiện trong các công trình

nghiên cứu [3], [51], [53], [56]; v.v... Tuy nhiên, với các thiết bị đo, phần mềm xử lý dữ

liệu còn hạn chế nên việc khảo sát các thông số chỉ dừng lại ở việc xem xét đối với các

trường hợp làm việc độc lập của từng cơ cấu, chưa thấy công bố về đo tải trọng động và

ứng suất động.

- Các nghiên cứu thể hiện trong tài liệu [61], [62], [63], [64]; v.v.. đã tiến hành

khảo nghiệm, xác định các thông số động lực học (chuyển vị, vận tốc, gia tốc, tần số dao

động) của cổng trục khi cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển làm việc dựa trên việc sử dụng các

phần mềm mô phỏng ANSYS, Topsolid, Matlab,..với các số liệu đầu vào của các máy

thực đang khai thác tại công trường. Với phương pháp này thì có thể khảo sát tương đối

đầy đủ và chính xác các thông số động lực học của mô hình.Tuy nhiên, do không thực

nghiệm đo đạc trên máy thật nên chưa kể tới được các yếu tố ảnh hưởng của điều kiện

khai thác thực tế nên các kết quả khảo nghiệm cũng chưa sát với thực tế sử dụng của thiết

bị.

- Kết luận: Qua sự phân tích trên ta thấy rằng, các nghiên cứu về thực nghiệm xác định

các thông số động lực của cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển trong máy trục đã được đề cập.

Tuy nhiên, việc đo đạc thực nghiệm trên các máy thực để xác định lực căng cáp động

trong cáp nâng hàng, ứng suất động xuất hiện trong các thanh của kết cấu thép cổng trục

dạng dàn vẫn chưa được đề cập nhiều. Đây chính là nội dung mà tác giả sẽ hướng tới để

giải quyết bài toán thực nghiệm.

KẾT LUẬN CHƯƠNG I VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU

Qua phân tích tình hình nghiên cứu của các tác giả trong nước và trên thế giới về

những vấn đề liên quan đến nội dung của đề tài đã được đề cập, tác giả nhận thấy còn

một số điểm tồn tại mà đề tài cần quan tâm giải quyết như sau:

1. Có nhiều nghiên cứu về động lực học của thiết bị nâng (cầu trục, cần trục tháp,

cần trục, cổng trục,...).Tuy nhiên, các nghiên cứu về động lực học và mối liên hệ giữa các

thông số động lực học tới việc xác định tải trọng động, hệ số động lực và ứng suất động

xuất hiện trong kết cấu thép của cổng trục chuyên dùng đặt trên xà mũ trụ cầu khi thi

công các công trình ở Việt nam còn chưa được đề cập đến. Theo thông tin mà tác giả

được biết thì đây là công trình lần đầu tiên được đặt ra để nghiên cứu.

2. Cổng trục chuyên dùng cho lao lắp dầm cầu bêtông đặt trên xà mũ trụ cầu do Việt

Nam chế tạo là loại có khẩu độ lớn, dùng nâng dầm bêtông có trọng lượng lớn, được khai

thác sử dụng trong những điều kiện mang tính đặc thù riêng (sử dụng cho quá trình lao

lắp dầm Cầu bê tông ở Việt Nam). Hiện nay, vẫn chưa có tài liệu nào công bố các thông

số kỹ thuật hợp lý nhằm khai thác hiệu quả và an toàn thiết bị cổng trục này. Do vậy, luận

án đã đặt ra mục tiêu nghiên cứu khảo sát một số các thông số động lực học ảnh hưởng

tới quá trình làm việc của cổng trục, từ đó có thể đưa ra được bộ số liệu các thông số hợp

lý cho quá trình khai thác, sử dụng của loại cổng trục nghiên cứu.

3. Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan chung về đối tượng nghiên cứu, NCS đã xác

định được mục tiêu, nội dung nghiên cứu của luận án như sau: Luận án đi sâu;  Nghiên

cứu động lực học của cổng trục chuyên dùng đặt trên xà mũ trụ cầu phục vụ lao lắp dầm

bêtông, xác định các hệ số tải trọng động và ứng suất động phát sinh trong kết cấu thép

ứng với các trường hợp làm việc thực tế của cổng trục. Khảo sát các thông số động lực

học để từ đó có thể đưa ra được bộ số liệu các thông số hợp lý cho quá trình khai thác.

Để kiểm tra đánh giá và so sánh các kết quả nghiên cứu lý thuyết với thực tế luận án

cũng đề cấp đến vấn đề tiến hành đo đạc thực nghiệm trên cổng trục đang sử dụng ngoài

thực tế. Các nội dung này sẽ được nghiên cứu ở các chương tiếp theo.

CHƯƠNG II

NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CỔNG TRỤC DẠNG DÀN LẮP ĐẶT

TRÊN XÀ MŨ TRỤ CẦU PHỤC VỤ LAO LẮP DẦM CẦU SUPER-T TRONG

CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU TẠI VIỆT NAM

Tại mục 1.2.2 của chương I, tác giả đã giới thiệu về cấu tạo, nguyên lý làm việc của loại

cổng trục chuyên dùng lao lắp dầm cầu Super-T trong công nghệ thi công Cầu. Các

trường hợp làm việc điển hình của cổng trục là: Nâng, hạ hàng (Dầm cầu Super-T) và di

chuyển cùng với hàng. Trong từng trường hợp, khi đóng mở các cơ cấu nâng, cơ cấu di

chuyển hoặc kết hợp phanh hãm sẽ xuất hiện tải trọng động trong các cơ cấu, trong cáp

hàng và kết cấu thép của cổng trục. Chính vì vậy, tác giả đã tiến hành nghiên cứu ĐLH

cho các trường hợp sau đây: Khi nâng, hạ dầm; Nâng dầm từ vị trí cáp chùng; Nâng dầm

từ vị trí cáp căng; Nâng, hạ dầm kết hợp phanh hãm; Di chuyển cùng với dầm.

Sau đây tác giả xin trình bày, kết quả nghiên cứu ĐLH ứng với từng trường hợp cụ thể.

2.1. Nghiên cứu động lực học cổng trục chuyên dùng tương ứng với quá trình nâng,

hạ dầm Cầu Super – T.

2.1.1. Nghiên cứu động lực học cổng trục khi nâng hàng (Dầm cầu) có độ chùng cáp

2.1.1.1. Các giả thiết:

- Dầm cầu nằm trên mặt đất ( nền coi là cứng tuyệt đối), cáp hàng bị chùng, người

điều khiển khởi động động cơ của bộ máy nâng hạ hàng để nâng dầm lên. Độ chùng cáp

  0; Khi bộ máy nâng làm việc thì bộ máy di chuyển đứng yên; Chỉ xét dao động và

chuyển vị của hệ trong mặt phẳng thẳng đứng khi nâng dầm, không xét dao động trong

mặt phẳng ngang và dọc dàn; Không xét đến độ giảm chấn của bộ máy nâng hạ hàng và

của kết cấu thép cổng trục; Không xét đến độ cứng của bộ máy nâng - hạ hàng; Hai bộ

máy nâng - hạ hàng giống nhau và làm việc đồng thời; Chuyển vị thẳng đứng của hai

điểm liên kết giữa cáp hàng và dầm BTCT (điểm A và B) khi nâng hàng đi lên là như

nhau (coi như dầm BTCT không bị xoay trong mặt phẳng XOY); Khối lượng của dầm

BTCT và đồ mang được quy kết thành khối lượng m2 đặt ở giữa dầm; Khối lượng của

toàn bộ KCT cổng trục quy dẫn thành khối lượng m3 đặt tại điểm giữa dàn (KCT tầng

trên); Bỏ qua ảnh hưởng của tải trọng gió; Do ảnh hưởng của trọng lượng bản thân KCT

cổng trục (m3g) và trọng lượng hàng (m2g) nên KCT tầng trên dạng dàn sẽ bị võng xuống

một độ võng tĩnh ban đầu là yt.

2.1.1.2. Xây dựng mô hình động lực học:

M(q4)

 1

M(q1)

 4 q4

i 1



s2/2

M(q1)



0 2

§êng ®Æc tÝnh ngoµi cña ®éng c¬ n©ng

Hình 2. 1. Mô hình động lực học cổng trục lắp đặt trên xà mũ trụ cầu khi nâng dầm có độ chùng cáp

Quá trình nâng hàng từ vị trí cáp chùng sẽ diễn ra theo 3 giai đoạn cụ thể như sau:

- Giai đoạn 1: Khi cho động cơ quay, cáp bị cuốn lại làm cho độ chùng cáp bị triệt tiêu (

dần tới bằng 0). Lúc này lực căng trong cáp Fc = 0. Hệ chỉ có 02 bậc tự do, q1  0; q4  0.

- Giai đoạn 2: Khi độ chùng cáp bằng không, nếu động cơ tiếp tục quay, lúc này lực căng

F c

F ct



m g 2 2i

. Ở cuối giai đoạn này, cáp tăng dần. Giá trị lực Fc tăng dần từ Fc = 0 tới

khi lực Fc = Fct do dầm chưa được nâng lên, vẫn nằm trên mặt đất nhưng cáp vẫn được

cuốn vào trong nên khối lượng m3 chuyển dịch xuống dưới. Lúc này hệ có 3 bậc tự do

(q1  0, q3  0, q4  0)

- Giai đoạn 3: Dầm thực sự dời khỏi mặt đất và nâng lên phía trên. Lúc này hệ sẽ có 4 bậc

tự do: q1  0; q2  0; q3  0 và q4  0

2.1.1.3. Thiết lập phương trình chuyển động

a. Giai đoạn 1 (pha 1): Fc = 0; q2 = 0

Phương trình chuyển động của hệ:



q M q     1 1 1



q M q    4



; (2. 1)



tg 2

2i   2  D D tg 2i

suy ra Mặt khác Gọi  - Độ chùng cáp. Chúng ta có i2 =



10q



q 10

1 d

q 10



i q

 R

2i i 1 2 D

tg 2i i 1 2

chúng ta có với là bán kính quy dẫn suy ra

.q10 - Chuyển vị góc của động cơ 1 ở giai đoạn 1; qd0 - Chuyển vị góc của tang ở giai

q 10



 R

 i R 1

và đoạn 1. Ở cuối pha thứ nhất, chúng ta có:



 R

 i R 1

và Tương tự, đối với động cơ điện của tời nâng thứ hai:

Hình 2. 2. Chương trình mô phỏng Matlab-Simulink giải hệ phương trình

chuyển động pha 1 của cổng trục.

q 

q 

b. Giai đoạn 2 (pha 2)



- Ở giai đoạn này

- Giai đoạn 2 bắt đầu khi xuất hiện lực căng cáp và kết thúc khi dầm bắt đầu rời khỏi nền.

 

m g 2 s

Ở cuối giai đoạn này

q 

1 2







F c 1

S i Rq  1 2



K i Rq 



m g 2 2i

(2. 2) - Lực căng cáp nhánh bên trái

(Vì cuối pha 1 có Rq10 = )

- Lực căng cáp ở nhánh bên phải:

q 

F c

1 2







S i Rq  1 2



K i Rq 



m g 2 2i

(2. 3)

- Động năng của hệ:

q 

2 42

m q 3

2  3

2 q   1 12



1 2

1   2

1 2

(2. 4) T =





d dt

T  q 

  

q ; 12

T   q   D  và 3

D m q 

  

q  

Tiến hành các đạo hàm cần thiết khi đặt

Ta nhận được các kết quả:

U U U 1

S 2

m gq 3











S i Rq  1 2



S i Rq  1 2



 

 

 

 

1 2

m g 3 S 2

  

  

- Thế năng của hệ

S 3





1 2

m g 3 S 3

  

  

(2. 5)

với q12 = q1 - q10 là chuyển vị góc của động cơ 1 ở giai đoạn 2 và q42 = q4 - q40 là chuyển

vị góc của động cơ 2 ở giai đoạn 2.

Tiến hành các đạo hàm cần thiết chúng ta có:



U  q 

Đặt (i = 1 ÷ 3)

2 N i S R q 2 1

q 3

i R 2

N 1









Si Rq  1 2 12





nên





U  q  12

1 2







S i Rq 





S i Rq 







1 m g  

m g 3 S

U  q 

  

  







1 . 

1 2

m g 3 S

  

  

(2. 6)

S 3

2 N i S Rq 2 1

m g 3







S  2 2 i S 2 1

  

  

  

  

2 N i S R q 2 1

i R 2









S i Rq  1 2





Cuối cùng chúng ta có:





U  q 

(2. 7)

- Hàm hao tán của hệ:

2 2

 

 2 K l   1 1

 K l  2

1 2

(2. 8)

q 

 l   1



 l   2



i Rq   2



i Rq   2



và Ở giai đoạn này:

Với: ∆l1 là biến dạng của nhánh cáp bên trái; ∆l2 là biến dạng của nhánh cáp bên phải.

q 

 



2 K i Rq   1 2



2 K i Rq   1 2



1 2

(2. 9)

;

P i



i 1 3  

 q 

Chúng ta có: Đặt

P 1

2 i K (R q 2 1

Rq )  3

P 1











2 i K Rq   2 1

q R .   

 q   12



(2. 10)

Rq 

P 2

2 i K (Rq  2 1

2q )  3

P 2

2  i K (Rq 2 1

   q ) 3

2  i K (Rq 2 1

   q ). 3





  q

(2. 11)

P 3

2 i K (R q 2 1

Rq )  3

P 3

2 i K (Rq  2 1











q ) R .   

 q  

(2. 12)



Q M(q ), Q 0; Q M(q )  4



* Lực suy rộng (2. 13)

Phương trình chuyển động viết dưới dạng

Di + Pi + Ni = Qi với i = 1 ÷ 3



q  1 1

2 i K (R q  2 1

Rq )  3

2 i S (R q 2 1



Rq ) M(q )  1

Chúng ta có phương trình chuyển động:

S 3



m q  3

2 i K (Rq  2 1



2q Rq )  42



)q Rq 

S  2 2 i S 2 1

  

q 



2 i K (R q  2 1

Rq )  3

2 i S (R q  2 1



Rq ) M(q )  4

 2 i S Rq  2 1  

      

(2. 14)

Để thuận tiện cho việc giải hệ phương trình (2.14) bằng phần mềm mô phỏng Matlab-

Simulink chúng ta tiến hành đặt một số biểu thức như sau:

q ) . 

A (Rq 

  q );A (Rq 



B (Rq 

  q );B (Rq 



 q ) 3



Đặt



 2q Rq ).i ;C (Rq

2q Rq ).i

G (Rq 







2 2





2 C i Rq 2

 2 2 i S 2 1

  

  

  

  

S R A

q 



1 2



 M ( q ) K .R .A 



 

 

với cách đặt như trên, chúng ta có thể viết lại PTCĐ (2. 14) như sau:

q 

m g 3

S .C 1

K .G 1









 1 m

2 1

S .R .B

q 



4 2



 M ( q ) K .R B 



 

 



        

(2. 15)

Hệ phương trình chuyển động (2.15) ở trên chính là hệ PTCĐ được đưa vào giải với sự

hỗ trợ của phần mềm Matlab- Simulink ta lập được chương trình tính cụ thể như sau:

Hình 2. 3. Chương trình mô phỏng bằng Matlab-Simulink giải hệ phương trình chuyển

động pha 2 của cổng trục.

c. Giai đoạn 3 (pha 3)

Ở giai đoạn 3: Hàng ( Dầm) tách khỏi mặt nền và đi lên phía trên.

Chúng ta có động năng của hệ:

q 

2 q  1 13

m q  2

2 2

m q  3

2 3

2 43



1   2

1 2

1   2

(2. 16)

D 1

1 13

 ; 2

 và 3

q   ;

D m q 

q  

Tương tự như phần trên, tiến hành các đạo hàm cần thiết chúng ta có:

2 2

R q

1 3

S i 1

4 3

m g q 2











2 S i R q  1 2







1 2

* Chúng ta có thế năng của hệ xác định như sau:

m g q 3









1 2

m g 3 S

1 2

  

  

  

  

(2. 17)

Trong đó:

q13 - Chuyển vị góc của động cơ 1 ở nhánh cáp bên trái ở giai đoạn 3;

q43 - Chuyển vị góc của động cơ 2 ở nhánh cáp bên phải ở giai đoạn 3;



U  q 

với i = 1 ÷ 4 Đặt

Chúng ta tiến hành các đạo hàm cần thiết:

2 N i S R q 2 1

N 1















2 i S Rq  2 1

q R .  





U  q  13

2 i S 2 1











q ( 1) m g  

2 i S Rq  2 1



1   





U  q 

2 N i S 2 1

m g 2

 













S ( 2

q ) 3













2 i S Rq  2 1



2 i S Rq  2 1





1 

m g 3 S

U  q 

(2. 18)

q ) 3



m g S (  3





1 

m g 3 S

S 3

(2. 19)

2 N i S Rq 2 1

m g 3

 





q Rq 



S  2 2 i S 2 1

  

  

  

  

(2. 20)

2 N i S R q 2 1













2 i S Rq  2 1

q R 



(2. 21) nên





U  q 

2 2

 

 2 K l   1 1

 K l  1

1 2

* Hàm hao tán của hệ xác định như sau:

q 

 l   1





 l   2





i Rq   2



i Rq   2



Với và

q 

 









2 K i Rq   1 2



2 K i Rq   1 2



1 2

(2. 22)

P i



 q 

chúng ta có Đặt

q 

Rq 

P 1













2 i K Rq   2 1

q R  



2  i K R q  2 1

nên (2. 23)



 q   13

q 

P 2











2 i K Rq   2 1



1   

2 i K Rq   2 1



1  

 q  

(2. 24)

2q 



P   2





2q Rq  

2 i K Rq    2 1



q 

P 3













2 i K Rq   2 1



2 i K Rq   2 1



(2. 25)

2q 







2q Rq  

 q   P   3

2 i K Rq   2 1



(2. 26)

q 

Rq 

P 4













2 i K Rq   2 1







2  i K R q  2 1

nên (2. 27)



 q  

Các lực suy rộng:



Q M(q ); Q 0; Q 0; Q M(q ) 4



(2. 28)

(

)

Q (i 1 4)







 

d dt

T  q   1

T  q 

 q  

U  q 

Chúng ta dùng phương trình Lagrange loại II để viết PTCĐ có dạng như sau:

Cuối cùng chúng ta có PTCĐ như sau: Di + Pi + Ni = Qi







Rq Rq   2 3











2q 



2q 2

m g 2





 2q Rq  



 Rq Rq M q   3 1 2q Rq 





 

2 2  i K R q  2 1 13 2 i K Rq    2 1 13

2 2  i S R q 2 1 13 

2 i S Rq   2 1 13



Cụ thể phương trình chuyển động được thể hiện như sau:



2q  2

2q 2







2q Rq  







q Rq  3



2 i K Rq   2 1 13



S S  2 3  2 i S  2 1

   





Rq Rq   2 3











2  i K R q  2 1



 2 i S Rq  2 1 13   2 2  i S R q 2 1

    Rq Rq M q   3

q    1 13  m q   2 2   m q   3 3   q   4 43 

(2. 29)

Để thuận tiện cho việc giải hệ phương trình (2.29) bằng phần mềm Matlab- Simulink, tác

giả tiến hành đặt một số biểu thức như sau:

 q

q ) ; 

A (Rq 





  q );A (Rq 





B (Rq 





  q );B (Rq 





 q ) 2



 2q );C ( Rq

C ( Rq  



2q Rq 



 



 2q Rq 



 2q ) 2

D i S ; E i K ;

Đặt







2 2

 D

 2  

  

  

  

; 



M(q ) E.R.A DRA







 

 

 m g D.C E.C





 

 

 1 1 m

với cách đặt như trên, chúng ta có thể viết lại PTCĐ (2.29) như sau:

 m g (F Rq )D E.C







 

 

1 m

3 1



M(q ) E.RB D.R.B







 

 



 q   13   q      q  3    q   

(2. 30)

- Lực căng cáp được xác định như sau:

+ Nhánh cáp bên trái:

q 

F c

1 2

 S l K l      1 1









S i Rq  1 2



K i Rq  



(2. 31)

q 

F c

1 2

 S l K l      1









S i Rq  1 2



K i Rq  



+ Nhánh cáp bên phải:

- Phương trình mômen mở máy động cơ di chuyển cổng trục được thể hiện như sau:

 M(q ) a   1 1

 ; b q 1 1

 M(q ) a   4 1

 b q 1 4

Sử dụng các khối thuật toán trong thư viện Mathlab- Simulink ta thiết lập được chương

trình để giải hệ phương trình trên như sau:

Hình 2. 4. Chương trình mô phỏng bằng Matlab-Simulink giải hệ

phương trình chuyển động pha 3của cổng trục.

2.1.1.4. Kết quả thu được khi giải hệ phương trình vi phân chuyển động

Giải phương trình trên với các thông số cụ thể của cổng trục được thể trong bảng 2.1 thu

được một số kết quả thể hiện trên hình 2.5, hình 2.6, hình 2.7:

Bảng 2.1. Giá trị các thông số đầu vào để giải các phương trình chuyển động.

TT Ký hiệu Diễn giải 1 2 3 4 5 6 7 8 Vận tốc nâng Vận tốc di chuyển Chiều cao nâng Số nhánh cáp Tỷ số truyền hộp giảm tốc Đường kính cáp Đường kính tang cuốn cáp Đường kính bánh xe cụm di chuyển Vn Vdc H i2 i1 dc Dtg Ddc Đơn vị tính m/ph m/ph m nhánh mm mm mm Giá trị 1,08 7,5 10 12 92,21 20 400 500

Nn nn Kw v/ph 22 960 9 10

Ndc ndc Kw v/ph 5,5 1450 11 12

m2 kg 80000 13

25242 0,595 14 15 kg kg.m2 Công suất động cơ nâng Tốc độ vòng quay của động cơ nâng Công suất động cơ di chuyển Tốc độ vòng quay của động cơ di chuyển Khối lượng dầm bêtông (Super-T) Khối lượng kết cấu thép dàn chính m3 1, 4 Mô men quán tính quy dẫn của rôto

động cơ điện và khớp nối cơ cấu nâng

kg.m2 0,163 16

R Rdc m m 0,00018 0,000862 17 18

S1 S2 N/m N/m 375000 18120000 19 20

S3 N/m 75172857 21

5,, 6 Mô men quán tính quy dẫn của rôto động cơ điện và khớp nối cơ cấu di chuyển Bán kính qui dẫn của cơ cấu nâng Bán kính qui dẫn của cơ cấu di chuyển Độ cứng của một nhánh cáp hàng Độ cứng qui dẫn của hệ chân cổng trục Độ cứng qui dẫn của kết cấu thép dàn chính

Nm/rad 100 22

K1 Ns/m 1200 23

g Mf Pg1 m/s2 N.m N 9,81 86,4 11760 24 25 26

Pg2 N 23275 27

l w  a1 m N rad/s 10 0,01 2592 28 29 30 31

b1 25,8 32

a2 12413 33

b2 81,79 34 S5, S6 Độ cứng qui dẫn của bộ máy di chuyển về trục động cơ Hệ số dập tắt dao động của cáp hàng Gia tốc trọng trường Mômen phanh Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu thép Tải trọng gió tác dụng lên hàng nâng Chiều dài của cáp nâng hàng Hệ số cản di chuyển của cổng trục Vận tốc góc của động cơ Hệ số trong công thức tính mômen của động cơ nâng Hệ số trong công thức tính mômen của động cơ nâng Hệ số trong công thức tính mômen của động cơ di chuyển Hệ số trong công thức tính mômen của động cơ di chuyển

40000

35000

30000

)

(

25000

2 s /

p a c

(

20000

3 q

15000

c ố t

g n a c c u L

Thoi gian (s)

-2

10000

-4

5000

-6

-8

6 8 Thoi gian (s)

Hình 2.5. Gia tốc 3q pha 3 Hình 2.6. Lực căng cáp Fc pha 3

Hình 2.7. Lực căng cáp Fc xuất hiện trong 3 pha

Nhận xét: Từ đồ thị trên hình 2.7 chúng ta nhận thấy khi nâng dầm pha 1 thì lực

căng cáp Fc=0, cuối pha 1 thì độ chùng của cáp không còn, lực căng cáp bắt đầu dần xuất

hiện, dầm từ từ tách khỏi mặt nền và lúc này lực căng cáp cũng dần tăng lên nhanh chóng

(thời gian xảy ra chỉ trong khoảng t =1,0s) đạt tới giá trị bằng lực căng tĩnh Fct = 32700

(N), ở cuối pha 2 lúc này dầm đã được tách khỏi mặt nền chuyển động dần lên phía trên,

ngay khi dầm được khỏi mặt nền thì lực căng cáp tăng lên đạt giá trị lớn nhất Fc = 37304

(N) sau đó dao động với biên độ giảm dần xung quanh vị trí lực căng tĩnh. Thời gian dập

tắt dao động diễn ra trong khoảng t = 10 (s).

2.1.2. Nghiên cứu động lực học cổng trục khi nâng hàng (Dầm cầu Super-T) từ vị trí

cáp căng (độ chùng cáp  = 0)

2.1.2.1. Các giả thiết:

- Khi bộ máy nâng làm việc thì bộ máy di chuyển đứng yên; Dầm đang treo trong không

gian, người điều khiển khởi động động cơ để nâng dầm đi lên. Độ chùng cáp ( = 0); Giả

thiết dầm BTCT di chuyển đi lên theo phương thẳng đứng khi hai điểm móc cáp A và B

có độ di chuyển đều (Dầm không bị xoay trong mặt phẳng XOY như trên hình 2.8); Do

ảnh hưởng của trọng lượng kết cấp thép cổng trục và của dầm BTCT nên kết cấu thép

tầng trên dạng dàn bị võng xuống một độ võng tĩnh yt ban đầu.

- Các giả thiết khác tương tự như trường hợp thể hiện ở mục 2.1.1.2

M(q4)

 1

M(q1)

 4 q4

i 1



s2/2

M(q1)





§êng ®Æc tÝnh ngoµi cña ®éng c¬ n©ng

2.1.2.2. Xây dựng mô hình ĐLH

Hình 2. 8. Mô hình động lực học cổng trục lắp đặt trên xà mũ trụ cầu

khi nâng dầm cáp căng ( không có độ chùng cáp).

Các ký hiệu:

- Tương tự như mục 2.1.1.2.

- Đặt mô hình ĐLH trên vào hệ tọa độ tuyệt đối XOY

- Hệ dao động khi điểm xuất phát ban đầu từ vị trí cân bằng tĩnh (khối lượng m3 có yt)

2.1.2.3. Thiết lập phương trình chuyển động

(

)

Q (i 1 4)







 

d dt

T  q   1

T  q 

 q  

U  q 

Chúng ta dùng phương trình Lagrange loại II để viết PTCĐ có dạng như sau:

- Động năng của hệ xác định như sau:

 q

T  



2  q 1 1

2  m q 2 1

 m q 2

2 2

2  m q 3 3

2 4

1 2

1   2

(2. 32)

Trong đó:

- Thế năng của hệ: U= U1+ U2 +U3

U1: Thế năng biến dạng của cáp hàng và thế năng vị trí của hàng nâng.;

U2: Thế năng tích lũy trong lò xo S2 và thế năng vị trí của khối lượng m3;

S l m gq



2 S l   1 1

2   2

(2. 33)

1 2

U3: Thế năng biến dạng của kết cấu thép tầng trên.

Trong đó l - Độ dãn dài của cáp nâng hàng. l = lt + lđ

+ Nhánh cáp bên trái l1 = lt1 + lđ1 ; Nhánh cáp bên phải: l2 = lt2 + lđ2

l   t

 

l   t

m g 2 2i S 2

- Độ dãn tĩnh

D tg

q . d

















i q 2 3

i q 2 2

q . 1

i q 2 3

i q 2 2

i (Rq 1 2

q ) 3

l   d 1

D .i tg i i 2 1 2

- Độ dãn động:

q ) 3



i (Rq q   2 2 1



tg 2i i 1 2

bán kính quy đổi, tương tự ta có: . Với Nên lđ1





lđ2 = i2(Rq4 - q2 + q3). Cuối cùng chúng ta có:

U 1

S 1

i (Rq q   2 1 2

q ) m gq  3 2

S 1

i (Rq 2 4

q   2

1 2

m g 2 2i S 2 1

2   

  

2  q )  3 

  

(2. 34)

Thế năng tích lũy trong lò xo S2 và thế năng vị trí của khối lượng m3 xác định như sau:



 2

m gq 3

1 2

m g 1 - Biến dạng tĩnh của lò xo S2 khi chịu trọng lượng của KCT cổng trục,   3 S 2

(2. 35) với biến dạng tổng  = 1 + 2 + 3

m g 2 S

2 - Biến dạng tĩnh (độ lún) của lò xo S2 khi chịu trọng lượng của hàng,  



m g m g 3  S

2 S

3 - Độ dịch chuyển của khối lượng m3, 3 = -q3;  =

Thế năng biến dạng của kết cấu thép tầng trên:





U 3

2 S (y q )  3 t 3

S 3

q 3

1 2

m g 3 S 3

  

2   

(2. 36)

yt - độ võng tĩnh của KCT tầng trên.





2 q ) m gq

S ( 2

1 2

m g m g 3  S 2

2 S 2

Thế năng biến dạng của lò xo S2:

( R q

q ) 3

m g q 2













1 2

m g 2 2 i S 2

  

  

( R q

q ) 3

Cuối cùng chúng ta có hàm thế năng:











1 2

m g 3 S

m g 2 S

m g 2 2 i S 2

  

  

  

  

m g q 3





1 2

m g 3 S

  

  

(2. 37)



U  q 

với i = 1 ÷ 4 Đặt



q ) .(i R)









2 i S (R q Rq Rq )  2 3

i (Rq 2

m gR 2 2

U  q 

m g 2 2i S 2 1

  

  











q ( i ) m g S 









i (Rq 2

_ i (Rq 2

U  q 

m g 2 2i S 2 1

  

 q ) ( i )  2 

  

  

 

N i S ( Rq Rq 







2q ) 3

2 2 1













i (Rq 2

q ) (i ) S 2

i (Rq 2

U  q 

m g 2 2i S 2

  

 q ) (i )  2 

  









( 1) 



 1 m g S   3

m g m g  S

m g 3 S

  

  

  

     

 







2 2 1

 2 2 i S 2 1

  

  

 N i S Rq Rq  

  

.   N





q ) .(i R)









2 i S R q Rq Rq  2 1

i (Rq 2

;





m gR 2 2

U  q 

m g 2 2i S 2 1

  

  

- Hàm hao tán



 

 với  

 2 K l   1 1

 K l  1

l 1

  i (Rq q   2 1 2

  q ); l   3 2

 i (Rq q q )   2 2

1 2

(2. 38)

Chúng ta có:

 



2  K i (Rq 1 2 1

 q   2

2  q ) 3

2  K i (Rq 1 2 4

 q   2

2  q ) 3



P i

1 2

  q

. Đặt với i = 1 ÷ 4







P 1

2  i K (Rq 2 1 1

 q 2

 q ).(R) 3







P 1

2 2   i K (R q Rq 2

 Rq ) 3

  q  1







 





P 2

2  i K (Rq 2 1 1

 q 2

 q ( 1) 3

2  i K (Rq 2 1

 q 2

 q )( 1)  3

  q  2







P   2

2   i K ( Rq Rq 2 4

 2q 3

 2q ) 3

















P 3

2  i K (Rq 2 1 1

 q 2

 q ) 3

2  i K (Rq 2 1

 q 2

 q )   3

2 2

 2q 2

 2q ) 3

 P i K (Rq Rq  3 1 4

  q  3



. Nên ta có

 q











P 4

2  i K (Rq 2 1

 q )(R) 3

P 4

2 i K (R q Rq Rq )  2

  q 

. Do đó

* Các lực suy rộng được xác định như sau:



Q . q M(q ) q

  







Q q M(q ) q .   4

  1

Q M(q ) 1

Q M(q ) 4

; Q2 = 0; Q3 = 0;

* Phương trình chuyển động có thể viết lại dưới dạng:

Di + Pi + Ni với i = 1÷ 4











2 i K (R q Rq Rq )  2 3

2 i S (R q Rq Rq ) M(q )  2 1 2 1



 2q











m gR 2 2 

 m q 2 2

2  i K ( Rq  2 1 1

2q Rq )  4

Chúng ta có phương trình chuyển động như sau:

2q Rq ) 0 S

3 S



 2q









(2  

)q Rq 



 m q 3 3

2  i K (Rq 2 1 1

2q Rq )  4

m g 3

  2 2 i S 2 1

2 i S ( Rq  2 1 1  2 i S Rq  2 1 1 

  









 q 4 4

2 i K (R q Rq Rq )  2 3

2 i S (R q Rq Rq ) M(q )  2 1 2 4

m gR 2 2

  q   1 1        

(2. 39)

Để thuận tiện cho việc giải hệ phương trình (2.39) bằng phần mềm Matlab- Simulink ta

tiến hành đặt một số biểu thức như sau:

 q

A (Rq 





  q );A (Rq 





B (Rq 





  q );B (Rq 





 q ) 3

; Đặt



( Rq

)

 





 2q

  C ( Rq  





q 2

q 3

Rq 4

2q Rq )  4

nên



C (Rq

 2q

 





  C (Rq  





  2q Rq ) 4

2q Rq )  4

nên

D i S ; E i K ; F







2 2 1

2 2

 2 2 i S 2 1

  

  

  

  

. Với cách đặt như trên, chúng ta có







ERA DRA 



 M(q ) 1

  



EC DC 

m gR 2 2 



thể viết hệ phương trình chuyển động như sau:













 m g EC D. Rq 1

 D

  







ERB DRB 

 M(q ) 4

   m gR 2 2

  

1     1 1   m 2  1  m  3 1     4

  q  1    q     q 3    q  

(2. 40)

- Lực căng trong một nhánh cáp

 q













F ct

 i K (Rq 2 1

 q ) 3

i S (Rq 2 1

q ) 3

m g 2 i

(2. 41) + Bên trái:

 q













F cp

 i K (Rq 2 1

 q ) 3

i S (Rq 2 1

q ) 3

m g 2 2i

+ Bên phải:

 M(q ) a   1 1

 ; b q 1 1

 M(q ) a   4 1

 b q 1 4

- Phương trình mômen mở máy động cơ di chuyển cổng trục được thể hiện như sau:

2.1.2.4. Giải hệ phương trình chuyển động

Sử dụng các khối thuật toán trong thư viện Mathlab- Simulink ta thiết lập được

chương trình để giải hệ phương trình trên như sau:

Hình 2.9. Chương trình mô phỏng bằng Matlab-Simulink giải hệ PTCĐ

2.1.2.5. Kết quả thu được khi giải hệ phương trình vi phân chuyển động

Giải phương trình trên với các thông số cụ thể của cổng trục được thể trong

bảng 2.1 đã thu được kết quả về đặc trưng dao động và lực động. Tác giả chỉ xin giới

thiệu một số kết quả thu được như sau:

38000

37000

36000

)

35000

34000

( p á c

33000

32000

g n ă c c ự L

31000

30000

29000

28000

6 8 Thời gian (s)

Hình 2.12. Gia tốc 3q Hình 2.13. Lực căng cáp Fc

Hình 2.10 Chuyển vị q2 Hình 2.11. Chuyển vị q3

Nhận xét: Khi dầm đang treo trong không gian, mở phanh và khởi động cơ để tiếp

tục di chuyển dầm lên phía trên. Từ hình 2.13 chúng ta nhận thấy ngay khi phanh được

mở ra và động cơ nâng hoạt động thì lực căng cáp tăng từ vị trí lực căng tĩnh Fct= 32700

(N) tới giá trị lớn nhất Fc= 37000 (N) sau đó dao động giảm dần xung quanh giá trị lực

căng tĩnh. Từ hình 2.11; hình 2.12 chúng ta nhận thấy khi động cơ nâng bắt đầu hoạt

động thì chuyển vị và gia tốc đều tăng lên và đạt giá trị lớn nhất, sau đó sẽ dao động giảm

dần xung quanh vị trí cân bằng tĩnh. Thời gian dập tắt các dao động này xảy ra rất nhanh

chỉ khoảng t= 10 (s).

2.1.3. Nghiên cứu động lực học cổng trục khi nâng dầm và phanh hãm từ vị trí cáp

căng ( = 0)

2.1.3.1. Các giả thiết:

- Dầm đang chuyển động lên với vận tốc ổn định thì đóng phanh đột ngột.

- Khi bộ máy nâng làm việc thì bộ máy di chuyển đứng yên

- Các giả thiết khác tương tự như mục 2.1.2.1.

2.1.3.2. Xây dựng mô hình ĐLH

- Mô hình động lực học được thể hiện tương tự như trên hình 2.8

2.1.3.3. Thiết lập phương trình chuyển động

Phương trình động lực học được xây dựng tương tự như đối với trường hợp nâng

dầm đã được trình bày trong mục 2.1.2.3. Tuy nhiên trong trường hợp này khi phanh hãm

mômen trên trục động cơ M(q1) được thay bằng mômen phanh Mf Khi đó: Q1= Mf; Q2= 0; Q3= 0; Q4= Mf

Rq ) M















 Rq ) 3

2 2 i S (R q Rq 2 1

 2q













 m q 2 2

2 2   i K (R q Rq 2 1 2  i K ( Rq 1 2 1

 Rq ) 4

m gR 2 2 Rq ) 0 4

Chúng ta có phương trình chuyển động như sau:

3 S

 2q













 m q 3 3

2  i K (Rq 2 1 1

 Rq ) 4

m g 3

 2 2 i S 2 1

   

 Rq

Rq ) M















  q 4

2  i K (R q 2 1

 Rq ) 3

1 2 i S ( Rq  2 1 1  2  i S Rq 2 1 1   2 i S (R q 2 1

m gR 2 2

  q  1 1          

(2. 42)

Để thuận tiện cho việc giải hệ phương trình (2.42) bằng phần mềm Matlab- Simulink ta

tiến hành đặt một số biểu thức như sau:

  q ) A (Rq

 q

A (Rq 



  





 q ) 3

Đặt



 2q

  C (Rq  





D i S ; E i K ; F







2q Rq )  4

2 2 1

2 2

 2 2 i S 2 1

  

  

  

  

; .

( Rq

)





  B (Rq

 q

B (Rq 



  





q 2

q 3

Rq 4

q ) 3

 q ) 3

C ;  

nên



C (Rq

 2q

 





  C ( Rq  





  2q Rq ) 4

2q Rq )  4

; . Với cách đặt như trên,

chúng ta có thể viết hệ phương trình chuyển động như sau:







ERA DRA 

m gR 2 2

  



 

EC DC 





1     1 m

 m g EC D. Rq









q Rq 

1 m

 D

  

  







ERB DRB 

m gR 2 2

   1    

  

  q  1    q      q     q  

(2. 43)

- Lực căng trong một nhánh cáp

 q













F ct

 i K (Rq 2 1

 q ) 3

i S (Rq 2 1

q ) 3

m g 2 i

(2. 44) + Bên trái:

 q













F cp

 i K (Rq 2 1

 q ) 3

i S (Rq 2 1

q ) 3

m g 2 2i

+ Bên phải:

 M(q ) a   1 1

 ; b q 1 1

 M(q ) a   4 1

 b q 1 4

Phương trình mômen mở máy động cơ di chuyển cổng trục được thể hiện như sau:

2.1.3.4. Giải hệ phương trình chuyển động

Sử dụng các khối thuật toán trong thư viện Mathlab- Simulink ta thiết lập được

chương trình để giải hệ phương trình trên như sau:

Hình 2.14. Chương trình mô phỏng bằng Matlab-Simulink giải hệ

phương trình chuyển động khi nâng dầm- phanh hãm.

2.1.3.5. Kết quả thu được khi giải hệ phương trình vi phân chuyển động

Giải phương trình trên với các thông số cụ thể của cổng trục được thể trong

bảng 2.1 đã thu được kết quả về đặc trưng dao động và lực động. Tác giả chỉ xin giới

thiệu một số kết quả thu được như sau:

Hình 2. 15. Chuyển vị q3 Hình 2. 16. Gia tốc 3q

Hình 2. 17. Lực căng cáp Fc

Nhận xét: Khi dầm đang chuyển động với vận tốc ổn định lên phía trên thì tiến hành

đóng phanh, dầm bị dừng đột ngột. Từ đồ thị hình 2.17 chúng ta nhận thấy lực căng cáp

giảm xuống đạt giá trị nhỏ nhất Fc= 11594 (N), sau đó lại tăng lên đạt giá trị lớn nhất

Fc= 53926 (N) và dao động theo biên độ giảm dần xung quanh giá trị lực căng tĩnh. Từ

hình 2.15; hình 2.16 chúng ta cũng nhận thấy khi quá trình phanh hãm xảy ra thì chuyển

vị và gia tốc của khối lượng m3 đều giảm trong thời gian rất ngắn sau đó liên tục dao

động với biên độ giảm dần xung quanh vị trí cân bằng. Thời gian dập tắt các dao động

này diễn ra trong khoảng t = 25(s).

2.1.4. Nghiên cứu động lực học cổng trục khi hạ hàng (Dầm cầu Super-T) xuống xà

mũ trụ cầu hoặc xuống đất.

2.1.4.1. Các giả thiết:

- Dầm được treo trong không gian với chiều cao nâng nhất định, người điều khiển

khởi động động cơ của bộ máy nâng hạ hàng để hạ dầm xuống. Độ chùng cáp   0; Do

ảnh hưởng của trọng lượng bản thân KCT cổng trục (m3g) và trọng lượng hàng (m2g) nên

KCT tầng trên dạng dàn sẽ bị võng xuống một độ võng tĩnh ban đầu là yt.

- Các giả thiết khác tương tự như mục 2.1.1.1.

M(q4)

 1

M(q1)

 4 q4

i 1



s2/2

M(q1)





§êng ®Æc tÝnh ngoµi cña ®éng c¬ n©ng

2.1.4.2. Xây dựng mô hình động lực học:

Hình 2.18. Mô hình động lực học cổng trục lắp đặt trên xà mũ trụ cầu

khi hạ dầm.

Các ký hiệu:

Các kí hiệu tương như mục 2.1.1.2

Quá trình hạ dầm từ vị trí cáp căng xuống xà mũ hoặc xuống đất sẽ diễn ra theo 3 giai

đoạn cụ thể như sau:

- Giai đoạn 1: Dầm đã được treo trong không gian, người thợ điều khiển để động cơ nâng

hoạt động và cơ cấu phanh mở ra, hàng từ từ được hạ xuống. Lúc này hệ sẽ có 4 bậc tự

do: q1  0; q2  0; q3  0 và q4  0.

- Giai đoạn 2: Khi dầm bắt đầu chạm xà mũ độ chùng cáp dần xuất hiện, nếu động cơ tiếp

F c

F ct



m g 2 i 22

tới Fc = 0.Ở cuối tục quay, lúc này lực căng cáp giảm dần. Fc giảm dần từ

giai đoạn này, khi Fc = 0 lúc này dầm được hạ xuống chạm xà mũ (hoặc đất) bắt đầu xuất

hiện sự chùng cáp. Lúc này hệ có 3 bậc tự do (q1  0, q3  0, q4  0)

- Giai đoạn 3: Khi cho động cơ tiếp tục quay, cáp bị nhả ra làm cho độ chùng cáp xuất

hiện ( 0). Lúc này lực căng trong cáp Fc = 0. Hệ chỉ có 02 bậc tự do, q1  0; q4  0.

2.1.4.3. Thiết lập phương trình chuyển động

a. Giai đoạn 1 (pha 1)

2 R q

Rq 

2 i S 2 1

















 Rq M q    1





2  i K R q   2

m gR 2 2

  

(2. 45)



2q 

2 i S 2 1









2q Rq  







2q Rq 

2 i K Rq    2 1







 

 

1     1 1 2 m

S 3

2q 



2 m g i S  2 1

2q Rq  















2 i K Rq   2 1



1 m

2 i

 2 S 2 1

  

   

   

   

   

2 R q

Rq 

2 i S 2 1















2  i K R q   2





 Rq Rq M q   3

   m gR 2 2

   

  

 q   11   q      q  3    q    Sau khi biến đổi chúng ta có hệ phương trình chuyển động như sau:



M(q )  1





E.R.A DRA 

m g 2 2

  





E.C D.C 



 

 

    1 1 m

(2. 46)



E.C D.(F Rq ) m g 







 

 

1 m



M(q )  4







E.R.B D.R.B 

m gR 2 2

3 1    

  

   q  1    q     q   3   q   

Chúng ta có phương trình chuyển động viết dưới dạng thu gọn như sau:

- Lực căng trong một nhánh cáp

 q













F ct

 i K (Rq 2 1

 q ) 3

i S (Rq 2 1

q ) 3

m g 2 i

(2. 47) + Bên trái:

 q













F cp

 i K (Rq 2 1

 q ) 3

i S (Rq 2 1

q ) 3

m g 2 2i

+ Bên phải:

Hình 2.19. Chương trình mô phỏng bằng Matlab-Simulink giải hệ phương trình chuyển

động pha 1.

b. Giai đoạn 2 (pha 2)



2 i K (R q  2 1

Rq )  3

2 i S (R q 2 1



Rq ) M(q )  1

Chúng ta có phương trình chuyển động:



2 i K (Rq  2 1

m g 3



2q Rq )  42



(2  

)q Rq 



S S  2 3 2 i S 2 1

  



q  4 4

2 i K (R q  2 1

Rq )  3

2 i S (R q  2 1



Rq ) M(q )  4

 2 i S Rq  2 1  

q    1 1   m q   3 3   

(2. 48)

Để thuận tiện cho việc giải hệ phương trình (2.48) bằng phần mềm Matlab- Simulink ta

tiến hành đặt một số biểu thức như trìnhbày trong công thức (2.29) và khi đó hệ phương



M(q ) K .R.A S RA 1





 

 

trình trên có thể viết lại như sau:

m g S .C K .G 1









 1 1 m

2 1



M(q ) K .RB S .R.B 1





 

 



 q   12   q   3   q   

(2. 49)

0cF

thì pha 2 kết thúc và chuyển sang pha 3 Khi

Sử dụng các khối thuật toán trong thư viện mathlab- simulink ta thiết lập được sơ

khối thuật toán để giải hệ phương trình trên như sau:

Hình 2.20. Chương trình mô phỏng bằng Matlab-Simulink giải hệ phương trình chuyển

động pha 2.

c. Giai đoạn 3 (pha 3)

FC = 0; q2 = 0

Phương trình chuyển động của hệ:

(2. 50)



q M q     1 1 1



q M q   



;

Hình 2.21. Chương trình mô phỏng bằng Matlab-Simulink giải hệ PTCĐ pha 3.

2.1.4.4. Kết quả thu được khi giải hệ phương trình vi phân chuyển động

Giải phương trình trên với các thông số cụ thể của cổng trục được thể trong bảng 2.1 đã

thu được kết quả về đặc trưng dao động và lực động. Tác giả chỉ xin giới thiệu một số kết

quả thu được như sau:

Thời gian (s)

-0.012

-0.014

)

(

3 q

ị v

-0.016

n ể y u h C

-0.018

-0.02

45000

40000

)

(

35000

) 2 s /

p á c

(

3 q

30000

c ố t

g n ă c c ự L

-2

25000

-4

20000

-6

Thời gian (s)

Thoi gian (s)

Hình 2.22. Chuyển vị q2 pha 1 Hình 2.23. Chuyển vị q3 pha 1

Hình 2.24. Gia tốc 3q pha 1 Hình 2.25. Lực căng cáp pha 1

Nhận xét: Từ đồ thị trên hình 2.25 chúng ta nhận thấy dầm được treo trong không gian

sau khi mở phanh, khi động cơ bắt đầu hoạt động thì lực căng cáp giảm xuống giá trị nhỏ

nhất, sau đó lại tăng lên đạt giá trị lớn nhất và dao động với biên độ giảm dần tới giá trị

lực căng tĩnh. Từ hình 2.23; hình 2.24 chúng ta nhận thấy chuyển vị và gia tốc q3 (của

khối lượng m3) đều dao động xung quanh vị trí cân bằng tĩnh với biên độ giảm dần. Thời

gian dập tắt dao động chỉ kéo dài trong khoảng t = 10 s.

2.1.5. Nghiên cứu động lực học cổng trục khi hạ hàng (Dầm Super-T)– kết hợp

phanh hãm khi cáp căng (=0).

2.1.5.1. Các giả thiết:

- Dầm đang chuyển động xuống phía dưới với vận tốc ổn định, người điều khiển

khởi bấm nút dừng động cơ (phanh đóng lại), dầm dừng đột ngột nhưang vẫn chưa chạm

đất (hoặc chạm vào xà mũ).

- Các giả thiết khác tương tự như trường hợp 2.1.1.4

2.1.5.2. Xây dựng mô hình động lực học:

- Mô hình động lực học được thể hiện tương tự như trên hình 2.18.

2.1.5.3. Thiết lập phương trình chuyển động

Phương trình động lực học được xây dựng tương tự như đối với trường hợp hạ

hàng đã được trình bày trong mục 2.1.1.4. Tuy nhiên trong trường hợp này khi phanh

hãm mômen trên trục động cơ M(q1) được thay bằng mômen phanh Mf

Khi đó: Q1= Mf; Q2= 0; Q3= 0; Q4= Mf



Rq Rq M f





Rq Rq   2 3











2 2  i S R q  2 1 11

Chúng ta có phương trình chuyển động như sau:



2q  2



 2q Rq  









 2q Rq 



2 2  i K R q   2 11 2 i K Rq    2 1 11



2 i S Rq   2 1 11

m gR 2 2 

2q 



2 2 1

q 3







2q Rq  









2 i K Rq    2 1 11



S S  2 3  2 i S  2 1

 m g i S Rq Rq    

   



Rq Rq M f





Rq Rq   2 3











2 2  i K R q   2



2  i S R q  2 1



 2   m gR 2 2

 q    1 11  m q   2 2   m q   3 3   q    4 41 

(2. 51)

2 R q

Rq 

2 i S 2 1





















 Rq M

2  i K R q   2

m gR 2 2

  

   

Chúng ta có phương trình chuyển động viết dưới dạng thu gọn như sau:

2q 



2 i S 2 1









2q Rq  

2q Rq 







2 i K Rq   2 1







 

 

1 2 m

S 3

2q 



2 m g i S  2 1

2q Rq  















2 i K Rq   2 1



1 m

2 i

 2 S 1 2

  

   

   

   

Rq Rq M

2 R q

Rq 

2 i S 2 1

















2  i K R q   2



   m gR 2 2

    1    

  

 q   11    q     q  3     q    Để thuận tiện cho việc giải hệ phương trình (2.52) bằng phần mềm mô phỏng Matlab-

(2. 52)

Simulink ta tiến hành đặt một số biểu thức như sau:

 q

q ) . 

  B (Rq

 q

B (Rq 



  





A (Rq 





  q );A (Rq 





q ) 3

 q ) 3



 2q

C (Rq 





  C (Rq  





2q Rq )  41

2q Rq )  41

Đặt

D i S ; E i K ; F





2 2 1

2 2

 2 2 i S 2

  

  

  

  

. Với cách đặt như trên, chúng ta có

thể viết lại hệ PTCĐ (2. 52) như sau:







E.R.A DRA 

m gR  2 2

  







E.C DC 

 

 

    1 1 m



m g 3







EC D F Rq 



 

 

1 m









E.RB D.R.B 

m gR 2 2

3 1    

  

   q 1    q     q   3   q   

(2. 53)

- Lực căng trong một nhánh cáp

 q













F ct

 i K (Rq 2 1

 q ) 3

i S (Rq 2 1

q ) 3

m g 2 i

(2. 54) + Bên trái:

 q













F cp

 i K (Rq 2 1

 q ) 3

i S (Rq 2 1

q ) 3

m g 2 2i

+ Bên phải:

Sử dụng các khối thuật toán trong thư viện Mathlab- Simulink ta thiết lập được chương

trình để giải hệ phương trình trên như sau:

Hình 2.26. Chương trình mô phỏng bằng Matlab-Simulink giải hệ PTCĐ khi hạ dầm kết

hợp phanh hãm

2.1.5.4. Kết quả thu được khi giải hệ phương trình vi phân chuyển động

Giải phương trình trên với các thông số cụ thể của cổng trục được thể trong bảng 2.1 đã

thu được kết quả về đặc trưng dao động và lực động. Tác giả chỉ xin giới thiệu một số

kết quả thu được như sau:

Hình 2. 27. Chuyển vị q3 Hình 2. 28. Gia tốc 3q

Hình 2.29. Lực căng cáp Fc

Nhận xét: Từ đồ thị trên hình 2.29 chúng ta nhận thấy khi dầm đang di chuyển dần

xuống phía dưới với vận tốc ổng định, sau đó tiến hành đóng phanh sẽ làm cho dầm bị

dừng đột ngột lúc này lực căng cáp sẽ tăng lên đạt giá trị lớn nhất Fc=55209 (N) sau đó

lại tiếp tục dao động với biên độ giảm dần xung quanh giá trị lực căng tĩnh. Trên hình

2.27; hình 2.28 chúng ta nhận thấy chuyển vị và gia tốc đều tăng đạt giá trị lớn nhất, sau

đó sẽ dao động với biên độ giảm dần xung quanh vị trí cân bằng tĩnh. Thời gian dập tắt

dao động chỉ diễn ra trong khoảng t= 10 s.

2.2. Nghiên cứu động lực học cổng trục khi di chuyển mang hàng (Dầm bêtông

Super-T) có kể đến độ cứng của cáp.

2.2.1. Xây dựng mô hình động lực học. - Từ đặc điểm cấu tạo, nguyên lý làm việc của cổng trục lao dầm cầu Super – T đặt trên

xà mũ trụ cầu nghiên cứu sinh đi xây dựng được mô hình động lực học với các giả thiết

+ Không xét đến biến dạng của nền máy đứng; Cổng trục chịu tải gió đặt tại trọng tâm

của KCT tầng trên và hàng; Không xét đến độ dốc  của nền; Xét trường hợp dầm được

nâng lên cao và cơ cấu nâng phanh hãm; Dầm treo trong không gian, người lái bắt đầu

khởi động cơ cấu di chuyển để di chuyển toàn bộ cổng trục cùng với hàng nâng (dầm

BTCT); Dầm vừa di chuyển cùng cổng trục với chuyển vị q7, vừa lắc xung quanh điểm

treo hàng với góc lái q8, vừa dãn ra một khoảng q4 theo chiều dài của cáp; Khi cơ cấu di

chuyển làm việc, cơ cấu nâng - hạ hàng không làm việc; Bỏ qua ảnh hưởng làm việc

đồng thời của các thanh trong dàn.

X 0

q 7

Pg1

q 8

S 4

yo =

q 9

Pg2

M .

idc

Ddc

q 5 5

(q )5 Mf

Ddc

M .

 6

5

q 6

M . ( q ) 6

(q )5

q 5

S 6

Mô hình động lực học được thể hiện trên hình 2.30

Hình 2.30. Mô hình ĐLH của cổng trục khi di chuyển có kể đến

độ cứng của cáp hàng.

2.2.2. Thiết lập phương trình chuyển động

Từ mô hình ĐLH trên hình 2.30. Đặt mô hình ĐLH vào một hệ trục tọa độ tuyệt đối

xoy, chúng ta có tọa độ của các (trọng tâm) khối lượng như sau:

- Với khối lượng m2:

2X =

7q

2X = 2 7q

0 2y

q 

 V X y 

2 2

2 7





; (2. 55) X2 = X0 + q7; ; y2 = y0;

- Với khối lượng m3:

9q + (f + q9) cos q8

 7

3X = sin q8

q q 8

X3 = X2 + (f + q9) sin q8. Đạo hàm

cos q

sin q q 8 8

y 

8q 

 

+ (f + q9) y3 = y0 - (f + q9) cos q8. Đạo hàm

3y

3X và

sinq q + (f + q9)2

3X =

cos q q + 2 (f + q9) sinq8cosq8 8 9q q  +

2 8

2 9

2 8

7q

chúng ta có: - Bình phương

7 8q q  sin q q

cos q q + (f + q9)2

+ 2 (f + q9) cosq8

2 9

3y =

- 2 (f + q9) sin q8 cos q8 8 9q q 

Từ đó chúng ta có:

2 3

V q 

q q

 + 2 (f+q9) cos q8 7 8q q 

+ (f + q9)2 (2. 56)

- Sử dụng phương trình Lagrăng loại II để viết phương trình chuyển động của hệ:





d dt

T  qi 

 qi  

U  qi 

  

T   qi  

= Qi với i = 1 ÷ n

(2. 57)

q 

2 5

m q  2

2 7

m q  3

2 8

2 6









1 2

- Động năng của hệ:

2 7q ;

8q vào công thức (2.57) chúng ta có:

q 

2 5

m q  2

2 7

2 8

2 9

cosq q q   8 7

2  q 6













2 f 



 m q  3 

 

1 2

Thay các kết quả tính

q  5 5

 

q     1

q     5 5

d dt

T  q 

T     q   

q 

 

q     5

q     6 6

d dt

T  q 

T     q   



q cosq q 









m q m q m f   3



(m m )q m f  



T  q  



sin q q 

2 8











m q   3

m f  3



cosq q m f  8



d dt

T    q  

  

- Tiến hành các đạo hàm cần thiết chúng ta có:

(2. 58) m cos q q q   8 

Như vậy chúng ta có:





sin q q m cos q q q   8

2 8











m m q m f   



cosq q m f  8



d dt

  



T    q   T  q 



sin q q 

2 8















m q   3

m f  3



cosq q m f  8



d dt

T  q  

  

  

m co s q q q 



Do nên:



q 

cosq q 





m f  3



m f  3



T  q  

q 

c o s q q 



sin q q q  8









m f  3



m f  3



m f  3



d d t

T    q  

  

(2. 59)

m cos q q q m q q     8 7





sin q q q  8

 



m f  3



T  q 

(2. 60)





d d t

T  q  

T  q 

  

  

cosq q 

. q 

m cosq q q 



m q q   8 3





m f  3



m f  3



m q  3

m q  3







d d t

T  q  

T    q  

  

q 

m cosq q q 



2 8





m f  3



T  q 

Như vậy cuối cùng chúng ta có:





d d t

T  q  

T  q 

  

  

m cosq q q 



q 

nên ta có: Suy ra:

m q  3

2 8







m f  3



(2. 61)

- Thế năng của hệ

)

S (q 5

2 4 9

S (q 6







S q m gh 





q R

1 2

q R

1 2

)

c o s q

S ( q 5

S q 4

2 9

m g . 3















 

 

q R

1 2

d c

)

m g c o s q q

)

S ( q 5

S q 4

2 9

S ( q 6













1 2

q R

1 2

d c

(2. 62)

Tiến hành các đạo hàm cần thiết chúng ta có:

;

S q 5









S R

q R

U q

d c

 

  

  

(2. 63)

)

) (

) ;

) (

S ( q 5

S ( q 6









q R

1 R

q R

1 R

U q

d c

 

(2. 64)

 







S 6 2 R

S 5 2 R

S R

d c

m g s in q q

m g s i n q q ;

 



 

(2. 65)

U q

 

(2. 66)

S q m g cos q





S q m g cos q 3





U  q 

; (2. 67)

S q 6









S R

q R

U  q 

 S q  6 

  

(2. 68) ;

Q M(q );



l.P cos q

Q 2

 

 7





0

m m gWsign (q ) P g 1





- Lực suy rộng được xác định như sau:

; ;

Thay các kết quả trên vào phương trình Lagrăng loại II dưới dạng

Di + Ni = Qi với i = 1 ÷ 4



q 

S q 5

q M (q ) 5









S R

q sin q q 

q 

2 8













q cos q q m f   8

m m q m f   

S 6 2 R

S R

Chúng ta có hệ các phương trình chuyển động như sau:

Wsign (q ) P  g1





 



  7

  8

P cosq f 8

g 2

q q m cos q q q m q q m g sin q q 





q cos q q m f   8

S 5 2 R 

S R dc m f  3 

S q m g cos q 3

  7









m q m cos 

    2 q q  9

q q q m f   8

q 



q M (q ) 6

S q 6







S R

               Để thuận tiện cho việc giải hệ phương trình (2.69) bằng phần mềm Matlab- Simulink ta

(2. 69)

tiến hành đặt một số biểu thức như sau:

cos q q

C sin q q 

cosq q 

B S (q

)

 8

2 8





q  7 R dc

; Đặt A = m3 (f+q9); 

g sin q q

E S (q

)

D cosq q q   8

q q   8





q  7 R dc

; ;  W = (m2 + m3)g.;

Khi đó phương trình chuyển động (2.69) có dạng như sau:



 q





M(q ) B 5





1 



 q







P Wsign(q ) g 7

  A.C m cos q q q 8 3

B E  R

1 (m m )  3

  

  



 q



(P f Aq ) co sq m D m g sin q q 



 

 

 q





 g) A.q 



  m cos q (q q 7

2 8

S q 7

 

 

1 A 1 m



 q





M(q ) E 6





1 

              

(2. 70)

F C

S 1





m g 3 2i

q i

(2. 71) - Lực căng cáp (của một nhánh):

- Phương trình mômen mở máy động cơ di chuyển cổng trục được thể hiện như sau:

;





 M(q ) 5

  M q

 

12413 a

 81,79q b

12413 a

 81,79q b

;

2.2.3. Giải hệ phương trình chuyển động

Sử dụng phần mềm Matlab- Simulink để giải các phương trình chuyển động.

Hình 2.31. Chương trình mô phỏng bằng Matlab-Simulink giải hệ phương trình chuyển

động khi di chuyển có kể đến độ cứng của cáp hàng

2.2.4. Kết quả giải hệ phương trình chuyển động

Giải phương trình trên với các thông số cụ thể của cổng trục được thể trong bảng

2.1 đã thu được kết quả về đặc trưng dao động và lực động. Tác giả chỉ xin giới thiệu một

số kết quả thu được như sau:

2.5

1.5

1.3

1.5

1.1

)

) 2 s /

0.9

0.5

( 7 q

(

7 q

0.7

c ố t

-0.5

0.5

ị v n ể y u h C

Thời gian (s)

-1

0.3

-1.5

0.1

-2

-0.1

-2.5

10 Thời gian (s)

- Kết quả gia tốc và chuyển vị q7

Hình 2.32. Chuyển vị q7 Hình 2.33. Gia tốc 7q

2.5

0.4

0.35

1.5

0.3

0.25

0.5

0.2

) d a r ( 8 q

0.15

-0.5

0.1

ị v n ể y u h C

Thời gian (s)

) 2 ^ s / d a r ( 8 q c ố t a G

-1

0.05

-1.5

-2

-0.05

Thời gian (s)

-2.5

-0.1

- Kết quả gia tốc và chuyển vị q8

Hình 2.35. Gia tốc góc 8q

Hình 2.34. Chuyển vị góc q8

0.4

45000

0.35

43000

0.3

- Kết quả chuyển vị q9 và lực căng cáp

)

41000

0.25

)

39000

0.2

( p á c

( 9 q

0.15

37000

0.1

g n ă c c ự L

35000

ị v n ể y u h C

0.05

33000

31000

-0.05

Thời gian (s)

-0.1

10 Thời gian ( s)

9q Hình 2.37. Lực căng cáp Fc

Hình 2.36.Chuyển vị

Nhận xét: Từ đồ thị trên hình 2.34; hình 2.36; hình 2.37 chúng ta nhận thấy sự biến thiên

góc lắc q8 của dầm, chuyển vị q9 của dầm, lực căng cáp đều có dạng dao động điều hòa.

Các giá trị này luôn đạt giá trị lớn nhất sau đó lại giảm dần về các giá trị cân bằng tĩnh.

KẾT LUẬN CHƯƠNG II

Trên cơ sở nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý làm việc của cổng trục dạng dàn lắp

đặt trên xà mũ trụ cầu phục vụ lao lắp dầm cầu Super-T, trong nội dung chương II, tác

giả đã nghiên cứu động lực học của hệ cổng trục ứng với 6 trường hợp làm việc khác

nhau: Nâng dầm có độ chùng cáp; Nâng dầm không có độ chùng cáp; Hạ dầm, Di chuyển

mang dầm; Nâng dầm cáp căng kết hợp phanh hãm; Hạ dầm kết hợp phanh hãm. Đó

chính là những trường hợp làm việc điển hình của cổng trục và lực động lúc đó là lớn

nhất.

- Đã tiến hành xây dựng bài toán ĐLH với mô hình 3 khối lượng, viết các phương trình

chuyển động, giải hệ phương trình chuyển động phi tuyến nhiều bậc tự do bằng cách lập

trình trên cơ sở ứng dụng phần mềm Matlab- Simulink. Sau khi giải thành công các

phương trình chuyển động đã thu được các kết quả tính toán theo lý thuyết. Từ các kết

quả nghiên cứu ở chương II, có thể rút ra một số kết luận sau:

1. Dạng của các đồ thị ứng với 6 trường hợp làm việc của cổng trục là hoàn toàn

phù hợp với quá trình làm việc thực tế của cổng trục, các trị số thể hiện trên các đồ thị

thu được sau khi tính toán bằng lý thuyết, cũng khẳng định được tính chính xác của các

số liệu đầu vào. Điều này cũng đã khẳng định được tính đúng đắn của mô hình động lực

học tác giả đã xây dựng.

2. Khi nghiên cứu và giải các bài toán ĐLH ứng với 6 trường hợp làm việc khác

nhau của cổng trục, tác giả đã xác định được các hệ số động lực và biên độ dao động lớn

nhất của gia tốc 3q (khối lượng KCT dàn chính) ứng với mỗi trường hợp, được thể hiện

trong bảng 2.1

Bảng 2.2. Bảng hệ số động lực và biên độ dao động gia tốc 3q của khối lượng m3

Biên độ dao động lớn Hệ số động lực TT Trường hợp làm việc kđ nhất của 3q (m/s2)

1 Nâng dầm có độ chùng cáp 1,14 5,7

2 Nâng dầm từ vị trí cáp căng 1,18 5,3

3 Nâng dầm kết hợp phanh hãm 1,67 6,49

Biên độ dao động lớn Hệ số động lực Trường hợp làm việc TT kđ nhất của 3q (m/s2)

4 Hạ dầm 1,22 5,29

5 Hạ dầm kết hợp phanh hãm 1,69 6,6

6 Di chuyển mang dầm 1,36 2,1

Từ bảng 2.2 chúng ta nhận thấy: Trong quá trình nâng- hạ dầm thì trường hợp bất

lợi nhất là trường hợp hạ dầm kết hợp phanh hãm (hệ số kđ= 1,69).

3. Tác giả đã thành công trong việc sử dụng phần mềm Matlab-Simulink để giải

các phương trình chuyển động của các mô hình ĐLH nghiên cứu, từ các kết quả thu được

cho phép chúng ta có thể khảo sát được các thông số động lực học ảnh hưởng trực tiếp tới

quá trình làm việc của cổng trục, tạo cơ sở khoa học cho việc đề ra các giải pháp kỹ thuật

nhằm giảm ảnh hưởng của các yếu tố động gây bất lợi cho cổng trục trong quá trình làm

việc. Nội dung này sẽ được tác giả trình bày trong chương III

4. Việc xác định được lực căng cáp động trong cáp hàng tác dụng lên kết cấu thép

cổng trục ứng với 6 trường hợp làm việc điển hình của cổng trục sẽ tạo cơ sở khoa học

cho việc nghiên cứu, xác định ứng suất động trong các thanh của kết cấu dàn chính cổng

trục mà tác giả sẽ trình bày trong chương IV.

5. Một phần nội dung nghiên cứu của chương II đã được tác giả công bố trong các

công trình nghiên cứu số [2], số [3],số [4] và số [6].

CHƯƠNG III

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CỔNG

TRỤC DẠNG DÀN LẮP TRÊN XÀ MŨ TRỤ CẦU

3.1. Thông số cần khảo sát

Từ các mô hình ĐLH và kết quả tính toán của các bài toán động lực học đã trình

bày trong chương II chúng ta nhận thấy, có một số thông số ảnh hưởng nhiều đến quá

trình làm việc của cổng trục như: Độ cứng của cáp nâng hàng; Độ cứng của kết cấu thép

dàn chính; Vận tốc nâng; Vận tốc di chuyển; Tải trọng gió; Khối lượng của kết cấu dàn

chính. Các giá trị này đã được tính toán ứng với nhiều giá trị khác nhau theo các điều

kiện làm việc khác nhau, được tác giả trình bày chi tiết trong mục 2.1 của phần phụ lục

II. Để xem xét ảnh hưởng của các giá trị này tới quá trình làm việc của cổng trục tác giả

đã tập hợp các giá trị của các thông số cần khảo sát thể hiện trong bảng 3.1.

Bảng 3.1. Bảng giá trị các thông số cần khảo sát.

Tên các thông số ĐV Kí Các thông số khảo sát

hiệu 1 2 4 3

1 Tải trọng gió tác N Pg1 11760 18860

dụng lên dàn chính

2 Tải trọng gió tác N Pg2 23275 32274

dụng lên hàng

3 Độ cứng của một 188000 375000 450000 563000 N/m S1

nhánh cáp nâng

hàng

4 Độ cứng của kết N/m S3 210484000 75172857 35080666

thép dàn chính

5 Khối lượng của kết kg m3 16000 25242 40000

cấu thép dàn chính

m R 0,00018 0.000343 0.000833 6 Bán kính quy đổi

của cơ cấu nâng

7 Bán kính quy đổi m Rdc 0,000862 0.000431 0.0002155

của cơ cấu di

chuyển

3.2. Khảo sát các thông số ứng với trường hợp nâng dầm cáp căng

Có 4 trường hợp cần khảo sát: Thay đổi vận tốc nâng (thay đổi R); thay đổi độ

cứng của KCT dàn chính (S3); Thay đổi độ cứng qui đổi của cáp nâng hàng (S1); Thay

đổi khối lượng dao động của dàn chính (m3).

3.2.1. Khi thay đổi bán kính quán tính quy đổi R (thay đổi vận tốc nâng).

3.2.1.1. Xây dựng chương trình khảo sát

Hình 3.1. Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát

các thông số khi thay đổi bán kính quá tính qui đổi R.

45000

43000

41000

39000

(

37000

35000

33000

N) p á c g n ă c c ự L

31000

29000

27000

25000

Thời gian (s)

R= 0,000183 (m)

R= 0,000343(m)

R= 0,000833 (m)

3.2.1.2. Kết quả khảo sát

Hình 3.2. Lực căng cáp Fc

0.02

0.019

)

0.018

( ị v

) 2 s /

0.017

Thời gian (s)

( c ố t

n ể y u h C

-2

0.016

-4

0.015

-6

0.014

-8

Thời gian (s)

-10

R= 0,00018 (m)

R= 0,000343 (m)

R=0,000833 (m)

R= 0,00018 (m)

R= 0,000343 (m)

R =0,000833 (m)

Hình 3.3. Chuyển vị q3 Hình 3.4. Gia tốc 3q

Nhận xét: Từ đồ thị hình 3.2 và số liệu trong bảng 3.2 chúng ta nhận thấy, khi bán kính

quán tính quy đổi của cơ cấu nâng tăng (bằng cách tăng vận tốc nâng) thì lực căng cáp

tăng. Do đó hệ số lực động cũng tăng. Dao động của lực căng cáp chỉ xảy ra trong

khoảng thời gian t= 10 (s) sau đó dao động này sẽ bị dập tắt. Khi vận tốc nâng tăng tới

Vn= 5 (m/ph) thì lực căng cáp sẽ tăng thêm 5% so với vận nâng ban đầu Vn= 1,08 (m/ph).

Bảng 3.2. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi bán kính qui đổi R

Vận tốc nâng Lực căng cáp lớn Lực căng cáp Hệ số động TT Bán kính R

(m) Vn (m/ph) nhất Fcmax (N) tĩnh Fct (N) kđ = Fcmax/ Fct

1 0,00018 1,08 42159 32700 1,289

2 0,000343 2,068 42689 32700 1,3

3 0,000833 5,0 44069 32700 1,34

- Từ đồ thị hình 3.3, hình 3.4 và số liệu trong bảng 3.3 chúng ta nhận thấy, khi bán kính

quán tính quy đổi của cơ cấu nâng tăng (bằng cách tăng vận tốc nâng) thì gia tốc ( 3q ) của

khối lượng KCT dàn chính qui đổi về tại điểm chính giữa của dàn cũng tăng theo nhưng

chuyển vị thì gần như không tăng. Dao động của gia tốc và chuyển vị chỉ xảy ra trong

khoảng thời gian t= 7 (s) sau đó dao động sẽ bị dập tắt.

Bảng 3.3. Giá trị biên độ gia tốc 3q , chuyển vị q3 khi thay đổi bán kính qui đổi R

Biên độ lớn nhất của TT Bán kính R Vận tốc nâng Vn Biên độ lớn nhất của

chuyển vị q3 (m) (m) (m/ph) gia tốc 3q (m/s2)

0,00018 1,08 6,56 0,01844 1

0,000343 2,068 6,83 0,01848 2

0,000833 5,0 7,54 0,0186 3

3.2.2. Khi thay đổi độ cứng của kết cấu thép dàn chính S3

3.2.2.1. Xây dựng chương trình khảo sát

Hình 3.5. Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát

các thông số khi thay đổi độ cứng qui đổi S3.

45000

43000

41000

39000

)

37000

35000

33000

( c F p á c g n ă c c ự L

31000

29000

27000

25000

8 Thời gian (s)

Độ cứng S3= 210484000 (N/m)

Độ cứng S3= 75172857 (N/m)

Độ cứng S3= 35080666 (N/m)

3.2.2.2. Kết quả khảo sát

Hình 3.6. Lực căng cáp Fc

0.024

0.022

)

0.02

(

)

3 q

2 s /

0.018

ị v

(

3 q

0.016

Thời gian (s)

-2

n ể y u h

c ố t

0.014

-4

0.012

-6

0.01

-8

Thời gian (s)

-10

Độ cứng S3= 210484000 (N/m)

Độ cứng S3= 75172857 (N/ m)

Độ cứng S3 = 35080666 (N/m)

Độ cứng S3= 210484000(N/m)

Độ cứng S3= 75172857 (N/m)

Độ cứng S3= 35080666(N/m)

Hình 3.7. Gia tốc 3q Hình 3.8. Chuyển vị q3

Nhận xét: Từ đồ thị hình 3.6 và số liệu trong bảng 3.4 chúng ta nhận thấy khi độ cứng

qui đổi S3 của KCT dàn chính giảm thì lực căng cáp tăng do đó hệ số động cũng tăng.

Thời gian dao động của lực căng cáp tăng dần khi độ cứng S3 của KCT dàn chính giảm.

Khi độ cứng S3= 210484000 (N/m) thì dao động của lực căng cáp chỉ diễn ra trong

khoảng thời gian t= 2 (s), còn với 2 độ cứng S3= 75172857 (N/m) và S3= 35080666

(N/m) thì dao động của lực căng cáp diễn ra trong khoảng thời gian t= 5(s) và t= 10 (s)

sau đó dao động này sẽ bị dập tắt.

Bảng 3.4. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi độ cứng S3

TT Độ cứng S3 Lực căng cáp lớn Lực căng cáp tĩnh Hệ số động

(N/m) nhất Fcmax (N) kđ = Fcmax/ Fct Fct (N)

1 210484000 38753 32700 1,185

2 75172857 41923 32700 1,28

3 35080666 43491 32700 1,33

- Từ đồ thị hình 3.7, hình 3.8 và số liệu trong bảng 3.5 chúng ta nhận thấy khi độ cứng

qui đổi S3 của KCT dàn chính giảm thì biên độ dao động lớn nhất của gia tốc 3q (KCT

dàn chính) tại điểm chính giữa của dàn sẽ giảm dần nhưng chuyển vị thì tăng dần.

Bảng 3.5. Giá trị biên độ gia tốc 3q , chuyển vị q3 khi thay đổi độ cứng S3

Biên độ lớn nhất của Biên độ lớn nhất của TT Độ cứng S3

chuyển vị q3 (m) (N/m) gia tốc 3q (m/s2)

210484000 6,76 0,0155 1

75172857 6,7 0,018 2

35080666 6,18 0,022 3

3.2.3. Khi thay đổi độ cứng của cáp trong cụm tời nâng S1

3.2.3.1. Xây dựng chương trình khảo sát

Hình 3.9. Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát các

thông số khi thay đổi độ cứng qui đổi S1.

72000

62000

52000

42000

32000

N) ( c F p á c g n ă c c ự L

22000

12000

2000

9 Thời gian (s)

Độ cứng S1= 188000(N/m)

Độ cứng S1= 375000 (N/m)

Độ cứng S1= 450000(N/m)

Độ cứng S1= 563000(N/m)

3.2.3.2. Kết quả khảo sát

0.02

0.019

0.018

)

Hình 3.10. Lực căng cáp Fc

) 2 s /

0.017

(

( 3 q

3 q

0.016

Thời gian (s)

c ố t

-2

ị v n ể y u h C

0.015

-4

0.014

-6

0.013

-8

0.012

-10

Thời gian (s)

Độ cứng S1= 188000 (N/m)

Độ cứng S1= 375000

Độ cứng S1= 450000 (N/m)

Độ cứng S1= 563000 (N/m)

Độ cứng S1= 188000(N/m)

Độ cứng S1= 375000(N/m)

Độ cứng S1=450000(N/m)

Độ cứng S1=563000(N/m)

Hình 3.11. Gia tốc 3q Hình 3.12. Chuyển vị q3

Nhận xét: Từ đồ thị hình 3.10 và số liệu trong bảng 3.6 chúng ta nhận thấy với cùng bội

suất cáp (i2=12, vận tốc nâng Vn =1,08 m/ph) thì khi tăng độ cứng qui đổi của một nhánh

cáp S1 của cơ cấu nâng thì lực căng cáp tăng. Do đó hệ số động cũng tăng nhưng nếu

chúng ta tăng độ cứng của cáp bằng cách thay đổi bội suất cáp (i2=8, i2= 10, i2= 12 tương

ứng với độ cứng qui đổi của cáp là S1= 563000 N/m, S1= 450000 N/m, S1= 375000 N/m)

thì giá trị của lực căng cáp lớn nhất giảm do đó hệ số động giảm. Thời gian dao động của

lực căng cáp tăng dần khi độ cứng qui đổi của một nhánh cáp S1 tăng, khi độ cứng

S1= 188000 (N/m) thì dao động của lực căng cáp chỉ diễn ra trong khoảng thời gian

t= 4 (s), còn với 3 độ cứng S1= 375000 (N/m), S1= 450000 (N/m) và S1= 563000 (N/m)

thì dao động của lực căng cáp diễn ra trong khoảng thời gian t= 10 (s) sau đó dao động

này sẽ bị dập tắt.

Bảng 3.6. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi độ cứng S1

Lực căng cáp lớn Lực căng cáp tĩnh Hệ số động TT Độ cứng S1

(N/m) nhất Fcmax (N) kđ = Fcmax/ Fct Fct (N)

39481 32700 1,2 188000 1

41923 32700 1,28 375000 2

49701 39240 1,266 450000 3

60753 49050 1,24 563000 4

- Từ đồ thị hình 3.11, hình 3.12 và số liệu trong bảng 3.7 chúng ta nhận thấy khi độ cứng

3q (khối lượng m3) tại điểm

qui đổi S1 tăng thì biên độ dao động lớn nhất của gia tốc

chính giữa của dàn sẽ giảm và chuyển vị thì tăng rất nhỏ.

3q , chuyển vị q3 khi thay đổi độ cứng S1

Bảng 3.7. Giá trị biên độ gia tốc

Biên độ lớn nhất của TT Độ cứng S1 Biên độ lớn nhất của

chuyển vị q3 (m) (N/m) gia tốc 3q (m/s2)

6,99 0,0178 188000 1

6,7 0,018 375000 2

6,65 0,0181 450000 3

6,25 0,0182 563000

3.2.4. Khi thay đổi khối lượng kết cấu thép tầng trên m3

3.2.4.1. Xây dựng chương trình khảo sát

Hình 3.13. Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát

các thông số khi thay đổi độ cứng qui đổi m3.

50000

45000

)

40000

35000

30000

( p á c g n ă c c ự L

25000

20000

9 Thời gian (s)

Khối lượng m3= 16000 KG

Khối lượng m3= 25242 KG

Khối lượng m3= 40000 KG

3.2.4.2. Kết quả khảo sát

0.022

0.02

Hình 3.14. Lực căng cáp Fc

)

0.018

)

(

2 s /

3 q

ị v

0.016

( c ố t

n ể y u h C

0.014

-2

Thời gian (s)

-4

0.012

-6

0.01

-8

Thời gian (s)

Khối lượng m3= 16000 KG

Khối lượng m3= 25242 KG

Khối lượng m3 = 40000 KG

Khối lượng m3= 16000 KG

Khối lượng m3= 25242 KG

Khối lượng m3 = 40000 KG

Hình 3.15. Gia tốc 3q Hình 3.16. Chuyển vị q3

Nhận xét: Từ đồ thị hình3.14 và số liệu trong bảng 3.8 chúng ta nhận thấy khi khối

lượng m3 (KCT dàn chính) tăng lên thì lực căng cáp tăng do đó hệ số lực động cũng tăng.

Dao động của lực căng cáp chỉ xảy ra trong khoảng thời gian t= 10 (s) sau đó dao động sẽ

bị dập tắt.

Bảng 3.8. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi khối lượng m3

Lực căng cáp lớn nhất Lực căng cáp Hệ số động TT Khối lượng m3

Fcmax (N) tĩnh Fc (N) kđ = Fcmax/ Fc (kg)

38676 32700 1,18 16000 1

41923 32700 1,28 25242 2

45465 32700 1,39 40000 3

- Từ đồ thị hình3.15, hình 3.16 và số liệu trong bảng 3.9 chúng ta nhận thấy khi khối

lượng m3 (KCT dàn chính) tăng thì gia tốc và chuyển vị của khối lượng m3 (khối lượng

KCT dàn chính) tại điểm chính giữa của dàn cũng tăng theo. Dao động của gia tốc và

chuyển vị chỉ xảy ra trong khoảng thời gian t= 10 (s) sau đó dao động này sẽ bị dập tắt.

3q , chuyển vị q3 khi thay đổi khối lượng m3

Bảng 3.9. Giá trị biên độ gia tốc

Biên độ lớn nhất của TT Khối lượng m3 Biên độ lớn nhất

chuyển vị q3 (m) (kg) của gia tốc 3q (m/s2)

5,11 0,016 16000 1

5,52 0.018 25242 2

7,0 0,021 40000 3

3.3. Khi di chuyển mang dầm

Có 04 trường hợp cần khảo sát khi cổng trục di chuyển mang hàng: Khi tải trọng gió tác

dụng lên hàng (Pg2) và tải trọng gió tác dụng lên kết cấu thép dàn chính (Pg1) thay đổi;

Thay đổi độ cứng của cáp treo hàng (S1); Thay đổi vận tốc di chuyển cổng trục (thay đổi

bán kính qui đổi Rdc); Thay đổi khối lượng m3 và vận tốc di chuyển

3.3.1. Khi tải trọng gió tác dụng lên kết cấu cổng trục Pg1 và tải trọng gió tác dụng

lên dầm Pg2 thay đổi.

3.3.1.1. Xây dựng chương trình khảo sát

Hình 3.17. Sơ đồ khối thuật toán bằng Matlab- Simulink khảo sát

các thông số khi tải trọng gió Pg1 và Pg2 thay đổi

3.3.1.2. Kết quả khảo sát

45000

2.5

43000

41000

1.5

a. Lực căng cáp

)

(

)

39000

á c

0.5

(

37000

g n

ă c

35000

ố t

ự L

-0.5

33000

Thời gian (s)

-1

31000

-1.5

29000

-2

-2.5

Thời gian (s)

Pg1=11760(N) va Pg2=23275(N)

Pg1=11760(N) va Pg2=0

Pg1=18816(N) va Pg2= 37240(N)

Pg1=23275(N) va Pg2=11760(N)

Pg1= 23275 (N) và Pg2=0

Pg1=37240 (N) và Pg2=18816(N)

Hình 3.18. Lực căng cáp Fc Hình 3.19. Gia tốc 7q

0.6

0.4

0.35

0.5

0.3

0.4

)

0.25

)

(

0.3

0.2

d a r ( 8 q

ị

0.15

ị v

0.2

ể y

0.1

n ể y u h

0.1

0.05

-0.1

-0.05

Thời gian(s)

-0.1

-0.2

Thời gian (s)

Pg1=11760(N) và Pg2= 23275 (N)

Pg1= 11760(N) và Pg2 =0

Pg1=18860 (N) và Pg2 = 37240(N)

Pg1=11760(N) va Pg2=23275(N)

Pg1=11760(N) va Pg2=0

Pg1=18816(N) và Pg2=37240(N)

Hình 3.20. Chuyển vị q8 Hình 3.21. Chuyển vị q9

Nhận xét: Từ đồ thị hình 3.18, hình 3.20 và số liệu trong bảng 3.10 chúng ta nhận thấy

khi tăng tải trọng gió Pg1 (tác dụng lên KCT dàn chính) và Pg2 tác dụng lên hàng nâng

(dầm Super-T) thì chuỷển vị q8 (góc lắc của hàng) tăng, làm cho lực căng cáp tăng và hệ

số lực động cũng tăng. Lực căng cáp luôn dao động xung quanh giá trị cân bằng và có giá

trị nhỏ nhất bằng giá trị lực căng tĩnh.

Bảng 3.10. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi Pg1 – Pg2

Hệ số động lực Lực căng cáp Tải trọng gió Lực căng cáp lớn nhất TH

kđ = Fcmax/ Fc tĩnh Fc Pg1 – Pg2 Fcmax

(N) (N) (N)

1 11760- 23275 44492 32700 1,36

2 1760- 0 43895 32700 1,34

3 18860-37240 45173 32700 1,38

- Từ đồ thị hình 3.19, hình 3.20, hình 3.21 và số liệu trong bảng 3.11 chúng ta nhận thấy

khi không có tải trọng Pg2 tác dụng lên hàng nâng (dầm Super-T) thì chuyển vị q8 (góc lắc

7q (KCT dàn chính) và

của hàng) thay đổi rất nhiều nhưng biên độ dao động của gia tốc

chuyển vị q9 không thay đổi nhiều so với trường hợp có lực gió tác dụng lên hàng. Điều

này cho thấy ảnh hưởng của tải trọng gió Pg2 tới dao động của kết cấu thép là không

nhiều.

7q , chuyển vị q8 khi thay đổi Pg1- Pg2

Bảng 3.11. Giá trị biên độ gia tốc

Biên độ lớn nhất Biên độ lớn nhất Biên độ lớn nhất TH Tải trọng gió

7q

của chuyển vị q9 của chuyển vị q8 Pg1 – Pg2 của gia tốc

(m) (rad- 00) (N) (m/s2)

1 11760- 23275 2,159 0,357- (200) 0,377

2 1760- 0 2,14 0,1 - (5,730) 0,358

3 18860-37240 2,18 0,52-(29,80) 0,399

3.3.2. Khi thay đổi độ cứng S1 tác dụng lên kết cấu cổng trục

3.3.2.1. Xây dựng chương trình khảo sát

Hình 3.22. Sơ đồ khối thuật toán bằng Matlab- Simulink khảo sát

các thông số khi thay đổi độ cứng của cáp S1

3.3.2.2. Kết quả khảo sát

2.5

75000

70000

1.5

65000

)

60000

(

55000

0.5

) 2 s /

(

50000

ự

45000

Thời gian (s)

7 q c ố t a G

-0.5

40000

-1

35000

-1.5

30000

-2

Thời gian (s)

-2.5

S1=375000(N/m)

S1=450000(N/m)

S1=188000(N/m)

S1= 563000(N/m)

S1= 450000(N/m)

S1= 375000(N/m)

S1=188000(N/m)

S1=563000(N/m)

0.6

0.8

0.7

0.5

0.6

0.4

)

Hình 3.23. Lực căng cáp Fc Hình 3.24. Gia tốc 7q

)

0.5

0.3

m ( 9 q

0.4

d a r ( 8 q

0.2

0.3

0.1

ị v n ể y u h C

0.2

0.1

-0.1

-0.2

Thời gian (s)

S1= 375000(N/m)

S1=450000(N/m)

S1= 188000(N/m)

S1=563000(N/m)

S1=375000(N/m)

S1=450000(N/m)

S1=188000(N/m)

S1=563000(N/m)

Hình 3.25. Chuyển vị q8 Hình 3.26. Chuyển vị q9

Nhận xét: Từ đồ thị hình 3.23 và số liệu trong bảng 3.12 chúng ta nhận thấy khi tăng độ

cứng của cáp treo hàng (S1) lên thì lực căng cáp tăng do đó hệ số lực động cũng tăng. Lực

căng cáp luôn dao động xung quanh giá trị cân bằng và có giá trị nhỏ nhất bằng giá trị lực

căng tĩnh.

Bảng 3.12. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi độ cứng qui đổi S1

Hệ số động lực Lực căng cáp Lực căng cáp lớn nhất TH Độ cứng qui đổi

kđ = Fcmax/ Fc tĩnh Fc Fcmax của cáp hàng S1

(N) (N) (N/m)

44315 32700 1,355 188000 1

44492 32700 1,36 375000 2

56220 39240 1,432 450000 3

72344 49050 1,474 563000

- Từ đồ thị hình 3.24, hình 3.25, hình 3.26 và số liệu trong bảng 3.13 chúng ta nhận thấy

7q của kết cấu thép dàn chính không

khi tăng độ cứng của cáp treo hàng (S1) thì gia tốc

thay đổi nhiều nhưng chuyển vị q8 (góc lắc của hàng) và chuyển vị q9 của hàng nâng thì

thay đổi nhiều, các giá trị này luôn dao động quanh vị trí cân bằng tĩnh.

7q , chuyển vị q8 khi thay đổi độ cứng S1

Bảng 3.13. Giá trị biên độ gia tốc

Biên độ lớn nhất Biên độ lớn nhất của TH Độ cứng qui đổi Biên độ lớn nhất của

7q

của cáp hàng S1 chuyển vị q9 (m) chuyển vị q8 (rad- 00) của gia tốc

(N/m) (m/s2)

188000 1 2,188 0,2215- (12,690) 0,741

375000 2 2,188 0,36 - (20,630) 0,377

450000 3 2,188 0,362-(20,750) 0,773

563000 4 2.188 0,528-(30,2670) 0,254

3.3.3. Khi thay đổi bán kính quán tính qui đổi Rdc (vận tốc di chuyển) của cổng trục.

3.3.3.1. Xây dựng chương trình khảo sát

Hình 3.27. Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát

các thông số khi thay đổi bán kính qui đổi Rdc

3.3.3.2. Kết quả khảo sát

48000

46000

44000

)

42000

)

(

2 s

40000

p á c

(

38000

36000

ố t

g n ă c c ự L

34000

-5

32000

-10

30000

-15

28000

-20

-25

Thời gian (s)

Rdc=0,0002115 (m)

Rdc=0,000431 (m)

Rdc=0,00083 (m)

R=0,000842 (m)

R=0,000431 (m)

R=0,0002115 (m)

0.6

0.5

0.4

0.3

Hình 3.28. Lực căng cáp Fc Hình 3.29. Gia tốc 7q

)

0.3

(

0.2

d a r ( 8 q

0.2

ị v

0.1

ể y u h

n ể y u h C

-0.1

-0.2

-0.3

Thời gian(s)

Thời gian (s)

Rdc=0,000843 (m)

Rdc=0,000431 (m)

Rdc=0,0002115(m)

Rdc=0,000862 (m)

Rdc=0,000431 (m)

Rdc=0,0002115 (m)

Hình 3.30. Chuyển vị q8 Hình 3.31. Chuyển vị q9

Nhận xét: Từ đồ thị hình 3.28 và số liệu trong bảng 3.14 chúng ta nhận thấy khi tăng bán

kính qui đổi Rdc (tức là tăng vận tốc di chuyển) của cổng trục thì lực căng cáp tăng do đó

hệ số lực động cũng tăng. Lực căng cáp luôn dao động xung quanh giá trị cân bằng và có

giá trị nhỏ nhất bằng giá trị lực căng tĩnh. Khi vận tốc di chuyển tăng từ giá trị Vdc = 7,85

(m/ph) tới Vdc= 15,7 (m/ph) thì giá trị lực căng cáp thay đổi không nhiều do đó với các

thông số của loại cổng trục tác giả nghiên cứu thì có thể tăng vận tốc tới Vn= 15,7 (m/ph).

Bảng 3.14. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi bán kính qui đổi Rdc

TH Bán kính qui Vận tốc di Lực căng cáp Lực căng cáp Hệ số động

đổi về trục chuyển lớn nhất Fcmax tĩnh Fc lực

động cơ Rdc (m/ph) (N) (N) kđ = Fcmax/ Fc

(m)

0,000843 1 7,85 44942 32700 1,36

0,000431 2 15,7 45047 32700 1,38

0,0002115 3 30 47228 39240 1,44

Nhận xét: Từ đồ thị hình 3.29, hình 3.30 và số liệu trong bảng 3.15 chúng ta nhận thấy

khi tăng bán kính qui đổi Rdc (tức là tăng vận tốc di chuyển) của cổng trục thì gia tốc

của kết cấu thép dàn chính, chuyển vị q8 (góc lắc của hàng) và chuyển vị q9 của hàng

nâng cũng tăng theo, các giá trị này luôn dao động quanh vị trí cân bằng tĩnh. Khi vận tốc

7q thay đổi rất nhiều so với khi cổng

di chuyển đạt tới giá trị Vdc= 30 m/ph thì gia tốc

trục di chuyển với vận tốc Vdc= 7,85 m/ph. Do vậy đối với loại cổng trục mà tác giả đang

nghiên cứu thì không lên sử dụng với vận tốc Vn= 30 (m/ph).

Bảng 3.15. Giá trị biên độ gia tốc 7q , chuyển vị q8 khi thay đổi bán kính qui đổi Rdc

Biên độ lớn Vận tốc di TH Bán kính qui Biên độ lớn Biên độ lớn nhất

nhất của gia đổi về trục chuyển nhất của của chuyển vị q9

(m/ph) động cơ Rdc chuyển vị q8 (m) tốc 7q (m/s2)

(m) (rad- 00)

0,000843 1 7,85 2,16 0,357- (200) 0,377

0,000431 2 15,7 7,9 0,4 - (22,90) 0,395

0,0002115 3 30 23,6 0,53-(30,380) 0,464

3.3.4. Khi thay đổi khối lượng kết cấu thép (khối lượng m2) và vận tốc di chuyển

(thay đổi bán kính qui đổi Rdc) của cổng trục.

3.3.4.1. Xây dựng chương trình khảo sát

Hình 3.32. Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát

các thông số khi thay đổi khối lượng m3 và bán kính qui đổi Rdc

3.3.4.2. Kết quả khảo sát

50000

45000

)

40000

)

( c F

^ s

p á c

(

35000

7 q

g n ă c c ự L

c ố t

-5

30000

Thời gian (s)

-10

25000

-15

Thời gian (s)

-20

m2=16000(kg)-Vn=30m/ph

m2=25242(kg)-Vn=7,85 m/ph

m2=40000(kg)-Vn=30 m/ph

m2=16000(kg)-Vn=30m/ph

m2=25242 (kg)-Vn=7,85 m/ph

m2=40000(kg)-Vn=30 m/ph

-25

7q

0.5

0.6

0.5

0.4

)

0.3

(

0.3

0.2

) d a r ( 8 q

ị

0.2

ị v

0.1

ể

0.1

n ể y u h C

-0.1

-0.2

-0.3

-0.2

Thời gian (s)

m2=16000(kg)-Vn=30m/ph

m2=25242 (kg)-Vn=7.85 m/ph

m2=40000 (kg)-Vn=30 m/ph

m2=16000(kg)-Vn=30m/ph

m2=25242(kg)-Vn=7,85m/ph

m2=40000(kg)-Vn=30 m/ph

Hình 3.33. Lực căng cáp Fc Hình 3.34. Gia tốc

Hình 3.35. Chuyển vị q8 Hình 3.36. Chuyển vị q9

Nhận xét: Từ đồ thị hình 3.33 và số liệu trong bảng 3.16 chúng ta nhận thấy khi thay đổi

khối lượng và vận tốc di chuyển của cổng trục thì với cả 2 trường hợp khối lượng nhỏ

(m2= 16000 kg) - vận tốc di chuyển lớn (Vdc= 30 m/ph) và trường hợp khối lượng lớn

(m2= 40000 kg) - vận tốc di chuyển lớn (Vdc= 30 m/ph) thì lực căng cáp đều tăng do đó

hệ số lực động cũng tăng (kđ = 1,44). Lực căng cáp luôn dao động xung quanh giá trị cân

bằng và có giá trị nhỏ nhất bằng giá trị lực căng tĩnh.

Bảng 3.16. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi khối lượng m3 và vận tốc di chuyển

Hệ số lực Lực căng Lực căng cáp TH Khối lượng kết Vận tốc di

động cáp tĩnh Fc lớn nhất Fcmax cấu thép dàn chuyển

7q (m/ph)

(N) kđ = Fcmax/ Fc (N) chính m3 (kg)

1 16000 30 47210 32700 1,4443

2 25242 7,85 44493 32700 1,36

3 40000 30 47227 39240 1,4444

- Từ đồ thị hình 3.34, hình 3.35 và số liệu trong bảng 3.17 chúng ta nhận thấy khi thay

đổi khối lượng và vận tốc di chuyển của cổng trục thì với cả 2 trường hợp khối lượng nhỏ

(m2= 16000 kg) - vận tốc di chuyển lớn (Vdc= 30 m/ph) và trường hợp khối lượng lớn

7q của kết cấu thép

(m2= 40000 kg) - vận tốc di chuyển lớn (Vdc= 30 m/ph) thì gia tốc

dàn chính, chuyển vị q8 (góc lắc của hàng), chuyển vị q9 thay đổi nhiều và đạt giá trị lớn

hơn nhiều so với trường hợp trường hợp khối lượng (m2= 25242 kg) - vận tốc di chuyển

7q thay đổi rất nhiều so với khi cổng trục di chuyển với vận tốc Vdc= 7,85 m/ph. Do vậy

lớn (Vdc= 7,85 m/ph). Khi vận tốc di chuyển đạt tới giá trị Vdc= 30 m/ph thì gia tốc

khi khối lượng m3(khối lượng KCT dàn chính) nhỏ thì không nên di chuyển với vận tốc

lớn hơn 7,85 (m/ph).

7q , chuyển vị q8 khi thay đổi khối lượng m3

Bảng 3.17. Giá trị biên độ gia tốc

và vận tốc di chuyển

Vận tốc di Biên độ lớn Biên độ lớn Biên độ lớn nhất TH Khối lượng kết

cấu thép dàn chuyển nhất của gia nhất của của chuyển vị q9

7q (m/s2)

chính m3 (kg) (m/ph) chuyển vị q8 (m) tốc

(rad- 00)

16000 30 23,57 0,527- (30,20) 0,464 1

25242 7,85 2,158 0,36 - (20,60) 0,377 2

40000 30 23,5 0,53-(30,380) 0,465 3

KẾT LUẬN CHƯƠNG III

Trên cơ sở nghiên cứu khảo sát các thông số ảnh hưởng tới quá trình làm việc của cổng

trục ở chương này, tác giả đã rút ra những kết luận sau:

1. Đối với trường hợp nâng hàng cáp căng:

- Từ kết quả được thể hiện trong bảng 3.2 và 3.3 khi vận tốc nâng tăng thì giá trị

của hệ số động lực cũng tăng (hệ số kđ = 1,18 khi vận tốc nâng Vn= 1,08 m/ph; hệ số

kđ = 1,34 khi vận tốc nâng Vn= 5 m/ph). Theo TCVN- 4424-2005 thì hệ số động lực đối

với cầu trục, cổng trục có thể lấy tới giá trị bằng kđ= 1,6. Do vậy, về nguyên tắc có thể

tăng vận tốc nâng lên nhưng khi vận tốc nâng càng tăng thì biên độ dao động của gia tốc

kết cấu thép càng lớn (biên độ đạt 7,5 m/s2 khi vận tốc nâng Vn= 5 m/ph) điều này không

phù hợp với công nghệ lao lắp dầm cầu khi lao lắp dầm cầu Super – T. Do vậy, đối với

cơ cấu nâng của loại cổng trục này nên sử dụng vận tốc nâng Vn  2 m/ph.

- Trong các trường hợp đã khảo sát, chúng ta thấy có một số trường hợp hệ số

3q đều đạt giá trị lớn. Vì vậy, khi thiết kế và sử

động lực và biên độ dao động của gia tốc

dụng cổng trục trong quá trình nâng hàng cần lưu ý đối với các trường hợp làm việc này

của cổng trục.

3q trong trường hợp bất lợi

Bảng 3.18. Giá trị hệ số động lực và biên độ dao động

Trường hợp Hệ số động Biên độ dao động lớn

3q (m/s2)

lực kđ nhất của

1,33 - Độ cứng của kết cấu thép dàn chính 6,18

S3= 210484000 (N/m)

- Vận tốc nâng Vn = 5 (m/ph), tương ứng với 1,34 7,54

bán kính qui đổi Rn= 0,000833 (m)

- Khối lượng dao động của kết cấu thép dàn 1,39 7,0

chính m3= 40000 (kg)

- Khi độ cứng của kết cấu thép dàn chính (S3) càng tăng thì lực căng cáp động

càng giảm và thời gian dập tắt dao động càng nhanh, các giá trị được thể hiện trong

bảng 3.4 do vậy khi thiết kế cần tăng độ cứng của của kết cấu dàn chính theo phương

thẳng đứng để giảm tác dụng của lực căng cáp động lên kết cấu thép.

- Từ các giá trị thể hiện trong bảng 3.6 chúng ta nhận thấy, nếu muốn tăng vận tốc

nâng và giảm lực căng cáp động thì chúng ta có thể chọn giải pháp là giảm bội suất cáp

trên cơ sở vẫn đảm bảo độ bền của cáp. Đối với cổng trục chuyên dùng mà luận án

nghiên cứu thì vận tốc nâng có thể đạt được Vn = 2,16 m/ph (ứng với bội suất cáp i2 = 8).

2. Đối với trường hợp di chuyển mang hàng khi cáp căng:

- Qua các trường hợp khảo sát thì chúng ta nhận thấy khi chuyển vị q8 (góc lắc của

hàng) càng lớn lực căng cáp càng lớn điều đó chứng tỏ khi cổng trục di chuyển góc lắc

ảnh hưởng nhiều đến lực động tác dụng lên kết cấu thép do vậy cần có biện pháp giảm độ

lắc của hàng (sử dụng các móc cẩu có cơ cấu đòn gánh cân bằng, sử dụng biến tần để

điều khiển mềm tốc độ khi khởi động,..).

- Do cổng trục làm việc ngoài trời và di chuyển trên xà mũ trụ cầu ở trên cao, hàng

nâng là dầm cầu bêtông có kích thước, tải trọng lớn (dầm dài 38 mét, trọng lượng 80 Tấn)

vì vậy góc lắc của hàng rất lớn q8 = (200  300).

- Trong tất cả các trường hợp khảo sát thì hệ số lực động đều có giá trị kđ= (1,36 

1,474), các hệ số lực động này đều lớn hơn so với trường hợp nâng hàng cáp căng vì vậy

khi tính toán, thiết kế kết cấu thép cổng trục cần phải xét đến ảnh hưởng của tải trọng

động tác dụng lên kết cấu thép khi cổng trục di chuyển mang hàng.

- Khi tăng vận tốc di chuyển của cổng trục đến Vdc= 30 (m/ph) thì góc lắc của

7q của khối lượng m3 (khối lượng qui dẫn của KCT dàn

hàng (chuyển vị q8) và gia tốc

chính) tăng lên đạt giá trị lớn thể hiện ở bảng 3.16.Điều này sẽ dẫn đến hàng bị lắc, chao

đảo nhiều và tốc độ dao động của kết cấu thép lớn, dẫn đến những bất lợi cho quá trình

lao lắp dầm cầu Super- T (có thể gây nứt dầm, đứt cáp, khó khăn trong khi căn chỉnh dầm

vào các vị trí gối đỡ dầm cầu,…).

- Trong cả hai trường hợp: Cổng trục có khối lượng nhỏ nhưng di chuyển với vận

tốc lớn và cổng trục có khối lượng lớn di chuyển với vận tốc lớn thì đều là những trường

hợp bất lợi (hệ số lực động, góc lắc hàng, dao động của gia tốc đều lớn thể hiện tại

bảng 3.16, bảng 3.17) khi cổng trục di chuyển mang hàng do vậy khi tính toán thiết kế

cổng trục cần xác định vận tốc di chuyển của cổng trục cho phù hợp với khối lượng của

cổng trục. Đối với cổng trục tác giả nghiên cứu thì khi khối lượng m3= 16000 (kg) và

m3= 40000 (kg), cổng trục nên di chuyển với vận tốc Vdc  7,85 m/ph.

3. Một phần nội dung nghiên cứu của chương III đã được tác giả công bố trong

trong công trình nghiên cứu số [6].

CHƯƠNG IV

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT ĐỘNG CỦA CÁC

THANH TRONG KẾT CẤU DÀN CHÍNH CỔNG TRỤC DẠNG DÀN LẮP ĐẶT

TRÊN XÀ MŨ TRỤ CẦU

Đã có nhiều tác giả nghiên cứu về ứng suất động trong kết cấu thép cổng trục dạng

dầm hộp như tác giả [46],[50] [53],[56], [58], [59], [61],[62],[63],[64].Tuy nhiên việc

nghiên cứu ứng suất trong các thanh của kết cấu dạng dàn mới chỉ có một số nhà nghiên

cứu công bố như [48],[57],[16], nhất là ứng suất động trong các thanh của kết cấu dàn

chính cổng trục lao dầm cầu bêtông thì tác giả chưa thấy tài liệu nào công bố. Vì vậy việc

nghiên cứu phương pháp xác định ứng suất động trong các thanh của kết cấu dàn chính

cổng trục lao dầm là một vấn đề mới. Kết quả quả nghiên cứu sẽ đưa ra phương pháp xác

định ứng suất động trong các thanh của kết cấu dàn nói chung và kết cấu của dàn chính

cổng trục lao dầm lắp trên xà mũ nói riêng. Đồng thời, kết quả nghiên cứu này sẽ là thông

số đầu vào để giải quyết các bài toán nghiên cứu về tính bền mỏi của kết cấu.

Để xác định ứng suất động trong các thanh của kết cấu dàn chính chúng ta cần xác

định được nội lực của các thanh trong mặt phẳng thẳng đứng và trong mặt phẳng nằm

ngang ứng với quá trình làm việc khi nâng - hạ dầm và di chuyển mang dầm của cổng

trục. Với các kết quả nghiên cứu đạt được ở chương II và chương III, chúng ta đã xác

 a

định được các giá trị lực căng cáp động (Fc) tác dụng lên kết cấu dàn chính và gia tốc

của khối lượng KCT dàn chính (m3) ứng với các trường hợp làm việc khác nhau của cổng



trục. Từ các giá trị này giá trị này, chúng ta sẽ xác định được giá trị ngoại lực (Lực căng

m a ) tác dụng lên KCT dàn

qtF

cáp động Fc và lực quán tính trong mặt phẳng ngang

chính. Để tính nội lực và ứng suất động chúng ta xét trong hai mặt phẳng: Mặt phẳng

thẳng đứng ZOX và mặt phẳng nằm ngang YOX. Tương ứng với hai mặt phẳng này, với

kết quả nghiên cứu tại chương II và chương III chúng ta đã xác định được 2 trường hợp

làm việc bất lợi: Hạ dầm kết hợp phanh hãm và Di chuyển mang dầm. Việc xác định nội

lực và ứng suất động trong các thanh của hai mặt phẳng này sẽ được tác giả trình bày

trong nội dung tiếp theo.

4.1. Nghiên cứu xác định ứng suất các thanh của dàn chính trong mặt phẳng thẳng

đứng (ZOX) khi hạ dầm cáp căng kết hợp phanh hãm

4.1.1 Giả thiết tính toán

- Dầm đang được hạ xuống với vận tốc ổn định thì đột ngột đóng phanh hãm; Khi hạ dầm

thì cổng trục không di chuyển; Coi các thanh trong dàn chỉ chịu lực kéo, nén; Trọng

lượng bản thân của dàn được phân bố đều và tác dụng tại các nút của dàn; Bỏ qua ảnh

hưởng của các bản mã liên kết; Lực căng cáp treo dầm tác dụng lên dàn là bằng nhau tại

hai điểm đặt lực bên trái và bên phải; Bỏ qua ảnh hưởng của các thanh giằng khóa phía

trong của dàn chính.

4.1.2. Tải trọng tác dụng

- Tải trọng tác dụng lên dàn theo phương thẳng đứng gồm:

+ Lực căng cáp động Fc (xác đinh được khi giải bài toán động lực học) là lực tập trung

tác dụng tại vị trí đặt cụm puly trên dàn chính.

q t

G  d L

+ Lực phân bố do trọng lượng bản thân dầm tác dụng tại các nút của dàn , (N);

+ Lực tập trung do trọng lượng của cụm tới nâng Gt tác dụng tại vị trí đặt cụm tời nâng

trên dàn chính.

4.1.3. Sơ đồ tính

Hình 4.1. Sơ đồ tính dàn trong mặt phẳng ZOX Do kết cấu dàn có dạng đối xứng, vì vậy ta chỉ xét cho một nửa kết cấu phía bên trái

(từ nút số1 đến nút số 14), nội lực trong các thanh phía bên phải (từ nút số14 đến nút số

28) sẽ có giá trị như phía bên trái. Sơ đồ tính được thể hiện như sau:

Hình 4.2. Sơ đồ tính dàn trong 1/2 mặt phẳng ZOX

- Kết cấu của dàn chính được cấu tạo từ các thanh: Thanh biên trên; Thanh biên dưới,

thanh giằng đứng, thanh giằng xiên. Kí hiệu các thanh được thể hiện trong các bảng của

phần phụ lục bảng PL3.1; bảng PL3.2; bảng PL3.3.

- Vận dụng lý thuyết về phương pháp mặt cắt, tách nút trong tài liệu về cơ học kết cấu

[26] tác giả đã xác định được công thức tính giá trị nội lực trong mỗi thanh của dàn chính

được thể hiên trong bảng 4.1. Nội dung tính toán được trình bày trong mục 3.1.3 của

phần phụ lục III.

Bảng 4.1. Giá trị nội lực trong các thanh dàn chính trong mặt phẳng ZOX

TT Số Kí Giá trị nội lực TT Số Kí Giá trị nội lực

hiệu hiệu (N) hiệu hiệu (N)

thanh phần thanh phần

tử tử

Thanh biên trên và dưới

1 1 N1-2 7074 8 N8-9 508981+ 1,2Fc 8

2 2 N2-3 7074 9 N9-10 508981+ 1,2Fc 9

3 3 N3-4 131809 + 1,2Fc 10 N10-11 579744+ 1,2Fc 10

4 4 N4-5 276738+ 1,2Fc 11 N11-12 572668+ 1,2Fc 11

5 5 N5-6 256539+ 1,2Fc 12 N12-13 608056+ 1,2Fc 12

6 6 N6-7 296909+ 1,2Fc 13 N13-14 623970+ 1,2Fc 13

7 7 N7-8 296909+ 1,2Fc 14 N14-15 640259+ 1,2Fc 14

41 41 N44-43 -(615138+1,2Fc) 49 N52-51 -(213600+1,2Fc) 49

42 42 N45-44 -(615138+1,2Fc) 50 N53-52 -(155543+1,2Fc) 50

43 43 N46-45 -(625752+1,2Fc) 51 N54-53 -(175742+1,2Fc) 51

44 N47-46 44 -(546129+1,2Fc) 52 N55-54 -(187773,6+1,2Fc) 52

45 N48-47 45 -(544363+1,2Fc) 53 N56-55 -(75852+1,2Fc) 53

46 N49-48 46 -(562048+1,2Fc) 54 N57-56 -(111606+Fc) 54

47 N50-49 47 -(574604+1,2Fc) 55 N58-57 -(96732+0,428Fc) 55

48 N51-50 48 -(371375+1,2Fc)

Thanh đứng

63 -140090 56 N1-58 56 -8843 63 N50-8

64 -122404 57 N57-2 57 - (100996+0.99Fc) 64 N49-9

65 -88449 58 N56-3 58 -18918 65 N48-10

66 -17686 59 N54-4 59 -210834 66 N47-11

67 -44234 60 N53-5 60 -210834 67 N46-12

68 -17686 61 N52-6 61 - 184305 68 N45-13

69 -8843 62 N51-7 62 -166618 69 N44-14

Thanh xiên

92 - 93748 84 N57-1 84 -12632 92 N49-8

93 - 75811 85 N57-3 85 - (169542+1,48Fc) 93 N49-10

94 -50545 86 N55-3 86 - (123276+1,12Fc) 94 N47-10

95 -37912 87 N55-4 87 - 123276 95 N47-12

96 -25280 88 N53-4 88 - 144280 96 N45-12

97 -12647 89 N53-6 89 - 131647 97 N45-14

98 -14.28 90 N51-6 90 - 119014 98 N43-14

91 N51-8 91 - 106381

(Gía trị nội lực trong bảng 4.1 chỉ tính cho các thanh của 1/2 dàn bên trái)

4.1.4. Vật liệu chế tạo

- Thanh biên trên và dưới:

+ Được chế tạo bằng thép hình đúc sẵn với kí hiệu mác thép CT3 (xuất xứ Nga theo tiêu

chuẩn GOST 380 – 88), Q235B (xuất xứ Trung Quốc theo tiêu chuẩn JIS G3101-Nhật

Bản); SS400 (xuất xứ Hàn Quốc theo tiêu chuẩn KSD3502). Tiết diện của thanh biên

trên, dưới thường có dạng chữ T, phổ biến thường dùng các mặt cắt T350x 300; T300x

200;T250 x 200; T200x 100

+ Thông số đặc trưng của các mặt cắt (theo tiêu chuẩn KSD3502- Hàn Quốc) được thể

hiện trong phụ lục bảng PL3.4.

- Thanh giằng đứng, thanh giằng xiên:

+ Được chế tạo bằng thép hình đúc sẵn với kí hiệu mác thép CT3 (xuất xứ Nga theo tiêu

chuẩn GOST 380 – 88), Q235B (xuất xứ Trung Quốc theo tiêu chuẩn JIS G3101-Nhật

Bản); SS400 (xuất xứ Hàn Quốc theo tiêu chuẩn KSD3502), CT3(xuất xứ Việt nam theo

tiêu chuẩn TCVN-1654-75). Tiết diện của thanh đứng thường sử dụng các loại thép hình

chữ C; thép góc đều cạnh L, phổ biến thường dùng các mặt cắt chữ C có kí hiệu: C100,

C120, C140, C160, C180; Thép góc đều cạnh L: L50 x 50 x 5, L63x63x6, L70x70x7,

L80x80x8, L90x90x9.

+ Thông số đặc trưng của các mặt cắt (theo tiêu chuẩn Việt nam TCVN-1654-75) được

thể hiện trong bảng phụ lục PL3.5.

4.1.5. Ứng suất

- Đối với các thanh chịu nén, ngoài điều kiện bền, chúng còn phải đảm bảo ổn định khi

uốn dọc.



+ Giá trị ứng suất trong các thanh chịu kéo được xác định theo công thức:

  k



N z F

A B.F (t) F

, (N/mm2). (4.1)

Với: A,B- Hằng số;

Nz: Lực kéo xuất hiện trong mỗi thanh, (N);

F: Diện tích mặt cắt ngang của mỗi thanh, (mm2);

Fc(t)- Lực căng cáp động tác dụng lên kết cấu dàn (là hàm theo thời gian), (N);



+ Giá trị ứng suất trong các thanh chịu nén được xác định theo công thức:

  k



N z F

A B.F (t) F



, (N/mm2); (4. 2)

+ Giá trị ứng suất cho phép đối với vật liệu thép CT3, SS400 là []= 180 (N/mm2). Với: A,B- Hằng số;

Nz: Lực nén xuất hiện trong mỗi thanh, (N);

F: Diện tích mặt cắt ngang của mỗi thanh, (mm2);

: Hệ số giảm trừ ứng suất, được xác định phụ thuộc vào độ mảnh của các thanh;

Fc(t)- Lực căng cáp động tác dụng lên kết cấu dàn (là hàm theo thời gian), (N);

+ Độ mảnh của các thanh được xác định theo công thức:

  y

  x

l r y

l r x

; ; (4. 3)

Trong đó:

lt: Chiều dài tính của thanh, (mm);

rx; ry: Bán kính quá tính của thanh theo phương x và phương y, (mm);

- Bảng thông số về độ mảnh và hệ số giảm trừ ứng suất được thể hiện trong các bảng

PL3.7; bảng PL3.8; bảng PL3.9.

- Sau khi thay thế giá trị của lực căng cáp động Fc (t) được xác định thông qua bài toán về

động lực học ứng với trường hợp làm việc: Hạ dầm kết hợp phanh hãm của loại cổng trục

đặt trên xà mũ trục cầu. Tiến hành lập trình trên phần mềm Matlab- Similink để tính toán,

tác giả đã xác định được các giá trị ứng suất thay đổi theo thời gian, các giá trị ứng suất

lớn nhất của các thanh thể hiện tại bảng PL3.10 trong phần phụ lục và biểu đồ ứng suất

của tất cả các thanh trong dàn. Biểu đồ ứng suất một số thanh có giá trị lớn được thể hiện

như sau:

USmax N14-15= 61,8 (N/mm^2)

USmax N3-4= 17,3 (N/mm^2)

Hạ dầm

Phanh hãm

+ Thanh biên dưới:

) 2 ^ m m / N

5 1 - 4 1 N

) 2 ^ m m

/ N

(

h n a h t t ấ u s

g n Ứ

( 4 - 3 N h n a h t t ấ u s g n Ứ

6 9 Thời gian (s)

Hình 4.3. Ứng suất thanh N3-4 Hình 4.4. Ứng suất thanh N14-15

Thời gian (s)

-40

-76 0

-42

-78

+ Thanh biên trên:

) 2 ^ m m / N

-80

-44

-82

-46

-84

-86

-48

-88

( 5 5 - 6 5 N h n a h t t ấ u s g n Ứ

( 4 5 - 5 5 N h n a h t t ấ u s g n Ứ

-50

-90

USmax N55-54= -83,57 (N/mm^2)

USmax N56-55= -47,97 (N/mm^2)

Hình 4. 5. Ứng suất thanh N55-54 Hình 4.6. Ứng suất thanh N56-55

Thời gian (s)

)

-71 0

-81 0

2 ^ m m

-73

) 2 ^ m m

-83

/ N

(

-75

-85

-77

-87

3 5 - 4 5 N

9 4 - 0 5 N

-79

-89

-81

-91

h n a h t t ấ u s

-83

-93

g n Ứ

-85

-95

USmax N54-53= -83,26 (N/mm^2)

USmax N50-49= -88,47 (N/mm^2)

Hình 4.7. Ứng suất thanh N54-53 Hình 4.8. Ứng suất thanh N50-49

USmax N55-3= -59,36 (N/mm^2)

Thời gian (s)

-40

-55

+ Thanh xiên:

)

-45

-60

2 ^ m m

) 2 ^ m m

/ N

(

-50

-65

3 - 7 5 N

3 - 5 5 N

-55

-70

-60

-75

h n a h t t ấ u s

-65

-80

g n Ứ

-70

-85

Thời gian (s)

USmax N57-3= -79,6 (N/mm^2)

Hình 4.9. Ứng suất thanh N57-3 Hình 4.10. Ứng suất thanh N55-3

Thời gian (s)

-35

+ Thanh đứng:

)

-10

2 ^ m m

) 2 ^ m m

-40

-20

/ N

(

-30

2 - 7 5 N

4 - 4 5 N

-45

-40

-50

-60

-50

h n a h t t ấ u s

-70

g n Ứ

-80

-55

USmax N57-2= -49,8 (N/mm^2)

USmax N54-4= -67,575 (N/mm^2)

Hình 4.11. Ứng suất thanh N57-2 Hình 4.12. Ứng suất thanh N54-4

Nhận xét:

- Biểu đồ ứng suất có hình dạng phụ thuộc vào hình dạng biểu đồ lực căng cáp.

- Giá trị ứng suất tăng lên đột ngột tại thời điểm phanh hãm sau đó các giá trị này giảm

dần và dao động xung quanh vị trí ứng suất trung bình (ứng suất tĩnh).

- Tại vị trí đặt cụm puly của tời nâng thì giá trị ứng suất của các thanh đều đạt giá trị lớn

(ứng suất của các thanh N55-54, N54-53, N57-3, N54-4), tại vị trí chính giữa của dàn thì ứng

suất không đạt giá trị lớn nhất.

-Sự thay đổi của giá trị nội lực và ứng suất trong các thanh của dàn chính chỉ xảy trong

khoảng thời gian t = 15 (s) sau đó sẽ giảm dần về giá trị nội lực và ứng suất tĩnh.

4.1.6. Chuyển vị

Để đảm bảo độ cứng của kết cấu, theo tiêu chuẩn Việt nam TCVN 4244-2005, [17] qui

định khi thử tải kiểm định thiết bị nâng thì chuyển vị lớn nhất tại vị trí chính giữa của

dầm chính (khi hàng được nâng lên vị trí này) phải được đo đạc và so sánh với chuyển vị

cho phép được qui định theo tiêu chuẩn TCVN4244-2005.

[f ] cp



; (4. 4) Điều kiện về chuyển vị được xác định: cv f

Với: fcv là chuyển vị tính toán dưới tác dụng của tải trọng thực tại điểm chính giữa

dàn,[fcp] là chuyển vị tính toán cho phép theo tiêu chuẩn TCVN 4244-2005.

Chuyển vị tính toán dưới tác dụng của tải trọng thực được xác định theo tài liệu [25]



2 M .L u 8.E.J

(4. 5) ; (mm) trang (239) như sau:

Trong đó:

Mu- Mômen uốn do tải trọng bản thân và tải trọng tập trung tác dụng lên kết cấu của dàn





2 q .L bt 8

Q.L 4

chính (N.mm). (4. 6) ;

Q- Tải trọng hàng tác dụng lên dàn chính, (N); Q = 800000 (N);

qbt- Tải trọng bản thân phân bố đều trên dàn chính, (N/mm); qbt= 6,16 (N/mm);

Lk: Khẩu độ của cổng trục, (mm); Lk= 40000 (mm);

E: Môđun đài hồi của vật liệu,(N/mm2); E= 2.105 (N/mm2);

J: Mômen quán tính qui đổi của dàn tại điểm chính giữa dàn, (mm4);

(F tr

F ). d





H 4

(4. 7) , (mm4);

Trong đó:

Ftr, Fd- Diện tích tiết diện thanh biên trên và dưới, H- Chiều cao dàn, (mm);

Với các tiết diện thanh biên trên, dưới T300 x 250 và chiều cao H= 2000 (mm) chúng ta

có J= 22840000000 (mm2);

- Sau khi thay các giá trị của các thông số vào công thức (4.5) chúng ta xác định được giá

trị của chuyển vị tính toán fcv = 54,98 (mm);

- Chuyển vị cho phép tại điểm chính giữa của dàn theo tiêu chuẩn Việt nam TCVN 4244-

]

57,14



L k 700

40000 700

(mm); 2005 được xác định theo công thức:

[f ] cp



chúng ta thấy kết cấu đảm bảo về độ cứng. - So sánh với điều kiện về chuyển vị cv f

- Chuyển vị lớn nhất tại điểm chính giữa của dàn khi giải bài toán ĐLH ứng với trường

hợp hạ hàng kết hợp phanh hãm q3= 28,9 (mm).

Nhận xét:

- Các giá trị chuyển vị fcv và q3 đều nhỏ hơn giá trị cho phép fcp.

- Giá trị chuyển vị q3 nhỏ hơn giá trị chuyển vị fcv khi tính toán dưới tác dụng của lực tập

trung tại điểm chính giữa của dàn. Điều này cho thấy sự khác biệt lớn giữa loại cổng trục

mà tác giả nghiên cứu (có 2 cụm tời nâng bố trí ở 2 bên sát với chân đỡ) so với các loại

cổng trục thông thường (tời nâng được đặt tại vị trí chính giữa khi nâng hàng).

4.2. Nghiên cứu xác định ứng suất các thanh của dàn chính trong mặt phẳng ngang

(YOX) dưới tác dụng của lực quán tính do trọng lượng của bản thân dàn chính và

của dầm khi cổng trục di chuyển

4.2.1. Giả thiết tính toán.

- Dầm được treo tại vị trí cao nhất sau đó khởi động động cơ di chuyển để di chuyển cổng

trục và dầm; Khi cổng trục di chuyển thì cơ cấu nâng không làm việc (phanh đóng); Tải

trọng gió tác dụng lên dàn theo chiều ngược với hướng di chuyển và tác dụng đều lên các

nút của dàn; Tải trọng quán tính do trọng lượng của dầm và trọng lượng bản thân của dàn

được phân bố đều và tác dụng tại các nút của dàn; Coi các thanh trong dàn chỉ chịu lực

kéo, nén; Bỏ qua ảnh hưởng của các bản mã liên kết; Bỏ qua ảnh hưởng của các thanh

giằng khóa phía trong của dàn chính



4.2.2. Tải trọng tác dụng

 - Lực quán tính: F m.a



(4. 8)

Trong đó:

m: Tổng khối lượng của kết cấu dàn và của dầm nâng m= m3+ m2, (kg);

a: gia tốc dao động theo phương ngang khi cổng trục di chuyển cùng với hàng;

z: Số lượng các nút của dàn z=28

q qt

. m a z

-Giá trị của lực quán tính tác dụng lên mỗi nút của dàn: , (N); (4. 9)



a 3758.

q qt



a 25242 80000 .   28

, (N); (4. 10)

420

Vậy giá trị lực quán tính tác dụng tại mỗi nút dàn qqt = 3758.a, (N); (4. 11)



P g z

11760 28

, (N); (4. 12) - Lực gió tác dụng lên mỗi nút dàn:

- Lực tổng cộng tác dụng lên mỗi nút dàn sẽ là:

q = qqt + qg= (3758.a + 420), (N); (4. 13)

4.2.3. Sơ đồ tính

Hình 4.13. Sơ đồ tính dàn trong mặt phẳng YOX

Do kết cấu dàn có dạng đối xứng vì vậy ta chỉ xét cho một nửa kết cấu phía bên trái

(từ nút số 1 đến nút số 14), nội lực trong các thanh phía bên phải (từ nút số 14 đến nút số

28) sẽ có giá trị như phía bên trái. Sơ đồ tính được thể hiện như sau:

Hình 4.14. Sơ đồ tính dàn trong 1/2 mặt phẳng YOX

- Kết cấu của dàn chính trong mặt phẳng YOX được cấu tạo từ các thanh: Thanh biên

trái; thanh biên phải, thanh giằng đứng, thanh giằng xiên. Kí hiệu các thanh trong sơ đồ

tính được thể hiện trong phần phụ lục bảng PL3.11; bảng PL 3.12;bảng PL3.13.

- Vận dụng lý thuyết về phương pháp mặt cắt, tách nút trong tài liệu về cơ học kết cấu

[26] tác giả đã xác định được giá trị nội lực trong mỗi thanh của dàn chính. Nội dung tính

toán được trình bày trong mục 3.2.2 của phần phụ lục III. Giá trị nội lực trong các thanh

của dàn được thể hiện tại bảng 4.2.

Bảng 4.2. Giá trị nội lực trong các thanh dàn chính trong mặt phẳng YOX

TT Số hiệu Giá trị nội lực TT Số hiệu Giá trị nội lực

thanh thanh

8 N8-9 186447.a+20832 N1-2 (3006.a+336) 1

9 N9-10 174631.a+19512 N2-3 97512.a+8736 2

10 N10-11 362336.a+40488 N3-4 (33077.a+1536) 3

11 N11-12 211264.a+23604 N4-5 119853.a+13392 4

12 N12-13 228565.a+25536 N5-6 96226.a+10752 5

13 N13-14 240912.a+26292 N6-7 147350.a+16464 6

14 N14-15 231586.a+25872 N7-8 130809.a+14616 7

48 N8’-7’ -(168401.a+18816) N15’-14’ -(231586.a+25872) 41

49 N7’-6’ -(117280.a+13104) N14’-13’ -(244683.a+25872) 42

50 N6’-5’ -(144556.a+16152) N13’-12’ -(221040.a+24696) 43

51 N5’-4’ -(66155.a+7392 N12’-11’ -(222546.a+24864) 44

52 N4’-3’ -(33077.a+1536) N11’-10’ -(347296.a+38808) 45

53 N3’-2’ -(33077.a+3696) N10’-9’ -(201486.a+22512) 46

54 N2’-1’ -(8375.a+936) N9’-8’ -(183927.a+18312) 47

Thanh đứng

158 N8-8’ -(69816.a+7800) N1-1’ -(3758.a+420) 165

157 N9-9’ -(5369.a+600) N2-2’ -(45282,7.a+5040) 164

156 N10-10’ -(40285.a+4500) N3’-3 -(45105.a+5040) 163

155 N11-11’ -(30081.a+840) N4-4’ -(37588.a+4200) 162

154 N12-12’ -(3757.a+420) N5-5’ -(102028.a+1140) 161

153 N13-13’ -(3757.a+420) N6-6’ -(91291.a+10200) 160

152 N14-14’ -(3770.a+420) N7-7’ -(5369.a+600) 159

Thanh xiên

113 N1-2’ -(5366.a+599) 120 N10-9’ -(26855.a+3000)

114 N3-2’ -(64435.a+7200) 121 N10-11’ -(21487.a+2400)

115 N4-5’ -(53698.a+6000) 122 N12-11’ -(16118.a+1800)

116 N6-5’ -(48330.a+5400) 123 N12-13’ -(10750.a+1200)

117 N6-7’ -(42961.a+4800) 124 N14-13’ -(5387.a+600)

118 N8-7’ -(37592.a+4200) 125 N14-15’ -(5387.a+600)

119 N8-9’ -(32224.a+3600)

- Bảng thông số về độ mảnh và hệ số giảm trừ ứng suất được thể hiện trong các bảng

PL3.15; bảng PL3.16; bảng PL 3.17 trong phụ lục.

- Sau khi thay thế giá trị của gia tốc a(t) được xác định thông qua bài toán về động lực

học ứng với trường hợp làm việc: Di chuyển mang hàng của loại cổng trục đặt trên xà mũ

trục cầu. Tiến hành lập trình trên phần mềm Matlab- Similink để tính toán, tác giả đã xác

định được các giá trị nội lực và ứng suất thay đổi theo thời gian của tất cả các thanh trong

dàn ứng với 1/2 dàn chính của mặt phẳng YOX. Các giá trị nội lực, ứng suất lớn nhất của

các thanh thể hiện tại bảng PL3.18; bảng PL 3.19 và biểu đồ ứng suất của tất cả các thanh

trong dàn. Biểu đồ ứng suất một số thanh có giá trị lớn được thể hiện như sau:

100

US max= 49,87 (N/mm^2)

US max= 75,09 (N/mm^2)

+ Thanh biên trái:

)

2 ^ m m

/ N

(

-20

12 Thời gian (s)

1 1 - 0 1 N t ấ u s

4 1 - 3 1 N t ấ u s

12 Thời gian (s)

-40

g n Ứ

-60

60 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50

-80

US max= 6,6 (N/mm^2)

US max= 47,99 (N/mm^2)

Hình 4.15. Ứng suất trong thanh N10-11 Hình 4.16. Ứng suất trong thanh N13-14

)

2 ^ m m / N

(

2 ^ m m / N

-2

5 1 - 4 1 N t ấ u s

12 Thời gian (s)

Thời gian (s)

( 4 - 3 N t ấ u s g n Ứ

g n Ứ

-4

-6

60 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40

Hình 4.17. Ứng suất trong thanh N14- 15 Hình 4.18. Ứng suất trong thanh N3- 4

+ Thanh biên phải:

US max= -50,58 (N/mm^2)

US max= -71,97 (N/mm^2)

)

2 ^ m m / N

) 2 ^ m m / N

( '

1 1 - '

4 1 - '

-20

Thời gian (s)

-40

-60

0 1 N t ấ u s g n Ứ

3 1 N t ấ u s g n Ứ

50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60

-80

US max= -47,99 (N/mm^2)

Hình 4.19. Ứng suất trong thanh N10’- 11’ Hình 4.20. Ứng suất trong thanh N13’- 14’

)

US max= -13,71 (N/mm^2)

2 ^ m m / N

( '

) 2 ^ m m / N

( '

-20

Thời gian (s)

-40

4 - ' 5 N t ấ u s g n Ứ

5 1 - ' 4 1 N t ấ u s g n Ứ

-60

40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60

-80

Hình 4.21. Ứng suất trong thanh N14’- 15’ Hình 4.22.Ứng suất trong thanh N4’- 5’

100

US max= - 72,24 (N/mm^2)

US max= - 61,04 (N/mm^2)

+ Thanh ngang:

) 2 ^ m m / N

-20

12 Thời gian (s)

Thời gian (s)

-40

( ' 5 - 5 N t ấ u s g n Ứ

( ' 6 - 6 N t ấ u s g n Ứ

-60

-80

100 80 60 40 20 0 -20 -40 -60 -80 -100

US max= - 41,7(N/mm^2)

US max= - 41,86 (N/mm^2)

Hình 4.23. Ứng suất trong thanh N5- 5’ Hình 4.24. Ứng suất trong thanh N6- 6’

)

2 ^ m m

/ N

) 2 ^ m m / N

( '

-10

Thời gian (s)

-20

3 - 3 N t ấ u s

-30

g n Ứ

( ' 2 - 2 N t ấ u s g n Ứ

-40

-50

Hình 4.25. Ứng suất trong thanh N2- 2’ Hình 4.26. Ứng suất trong thanh N3- 3’

USmax= -34,75 (N/mm^2)

USmax= - 3,48 (N/mm^2)

) 2 ^ m m / N

-1

-10

Thời gian (s)

-2

-20

( ' 4 - 4 N t ấ u s g n Ứ

( ' 4 1 - 4 1 N t ấ u s g n Ứ

-3

-30

-4

-40

Hình 4.27. Ứng suất trong thanh N4- 4’ Hình 4.28.Ứng suất trong thanh N14- 14’

US max= - 59,57 (N/mm^2)

US max= - 49,6 (N/mm^2)

+ Thanh xiên:

)

2 ^ m m

/ N

) 2 ^ m m / N

( '

-20

12 Thời gian (s)

Thời gian (s)

2 - 3 N t ấ u s

-40

g n Ứ

5 - 4 N t ấ u s g n Ứ

-60

-80

50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60

Hình 4.29.Ứng suất trong thanh N3- 2’ Hình 4.30. Ứng suất trong thanh N4- 5’

Nhận xét:

- Biểu đồ nội lực và biểu đồ ứng suất có hình dạng giống với hình dạng biểu đồ gia tốc

của khối lượng m3 (dao động của dàn chính) vì vậy nội lực và ứng suất thay đổi nhiều

phụ thuộc vào sự thay đổi vận tốc khi di chuyển.

- Giá trị nội lực và ứng suất tăng lên đột ngột tại thời điểm bắt đầu khởi động động cơ để

cổng trục di chuyển sau đó các giá trị này giảm dần. Thời gian dao động xảy ra trong

khoảng t= 10(s).

- Tại vị trí đặt cụm puly của tời nâng thì giá trị nội lực và ứng suất của các thanh đều đạt

giá trị lớn (nội lực và ứng suất của các thanh N2-2’, N3-3’, N3-2’, N4-5’), tại vị trí chính giữa

15’, N14-13, N14’-13’) còn các thanh xiên, thanh ngang (thanh N14-14’, N14-15’ không đạt giá trị

của dàn thì chỉ có nội lực và ứng suất của các thanh biên đạt giá trị lớn (thanh N14-15, N14’-

lớn nhất.

4.3. Nghiên cứu xác định ứng suất các thanh của dàn chính trong mặt phẳng thẳng

đứng (ZOX) dưới tác dụng của lực căng cáp khi cổng trục di chuyển cùng với hàng.

- Xác định nội lực và ứng suất của các thanh trong dàn do lực căng cáp (Fc) khi cổng trục

di chuyển cùng với hàng được tiến hành tương tự như mục 4.1 (Hạ hàng kết hợp phanh

hãm).

- Giá trị nội lực và ứng suất lớn nhất trong các thanh mặt phẳng ZOX trong trường hợp

cổng trục di chuyển mang hàng được thể hiện trong bảng PL3.20, bảng PL3.21. Biểu đồ

ứng suất một số thanh có giá trị lớn được thể hiện như sau:

Thời gian (s)

-80

- Thanh biên trên:

)

-80.5

2 ^ m m / N

2 ^ m m

(

-81

/ N

(

-81.5

-82

5 5 - 6 5 N t ấ u s

4 5 - 5 5 N h n a h t t ấ u s

-82.5

g n Ứ

-83

-46.5 -46.7 -46.9 -47.1 -47.3 -47.5 -47.7 -47.9 -48.1 -48.3 -48.5

USmax = -82,2(N/mm^2)

USmax= -48,01 (N/mm^2)

USmax = - 59,7 (N/mm^2)

Thời gian (s)

-57

-85

-57.2

-85.5

-57.4

Hình 4.31. Ứng suất trong thanh N55- 54 Hình 4.32.Ứng suất trong thanh N56- 55

) 2 ^ m m

) 2 ^ m m / N

/ N

-57.6

(

-86

-57.8

9 4 - 0 5 N

-86.5

-58

-58.2

-87

-58.4

h n a h t t ấ u s

-87.5

-58.6

( 3 4 - 4 4 N h n a h t t ấ u s g n Ứ

g n Ứ

-58.8

-88

Thời gian (s)

USmax = -87,15 (N/mm^2)

Hình 4.33.Ứng suất trong thanh N50- 49 Hình 4.34.Ứng suất trong thanh N44- 43

- Thanh biên dưới:

)

Usmax= 17,4 (N/mm^2)

USmax 60,73 (N/mm^2)

60.8

60.6

2 ^ m m / N

60.4

) 2 ^ m m

/ N

60.2

(

59.8

59.6

4 - 3 N t ấ u s

59.4

g n Ứ

( 5 1 - 4 1 N h n a h t t ấ u s g n Ứ

59.2

17.6 17.4 17.2 17 16.8 16.6 16.4 16.2 16 15.8

10 Thời gian (s)

10 15 Thời gian (s)

Hình 4.35. Ứng suất trong thanh N3- 4 Hình 4.36. Ứng suất trong thanh N14- 15

- Thanh đứng:

USmax = - 50,646 (N/mm^2)

USmax = -67,57 (N/mm^2)

)

-10

2 ^ m m

-20

2 ^ m m / N

/ N

(

-30

2 - 7 5 N

-40

-50

-60

3 - 6 5 N h n a h t t ấ u s

h n a h t t ấ u s

-70

g n Ứ

-42 -42.5 -43 -43.5 -44 -44.5 -45 -45.5 -46 -46.5 -47

-80

Thời gian (s)

Hình 4.37.Ứng suất trong thanh N57- 2 Hình 4.38.Ứng suất trong thanh N56- 3

Thời gian (s)

-56

-68

- Thanh xiên:

)

-69

-57

2 ^ m m

/ N

-70

(

-58

) 2 ^ m m / N

-71

3 - 7 5 N

-59

-72

-60

-73

h n a h t t ấ u s

-74

-61

( 3 - 5 5 N t ấ u s g n Ứ

g n Ứ

-75

-62

USmax = -74,67 (N/mm^2)

USmax= -62,,0 (N/mm^2)

Hình 4.39. Ứng suất trong thanh N57- 3 Hình 4.40. Ứng suất trong thanh N55- 3

Nhận xét:

- Biểu đồ nội lực và biểu đồ ứng suất thay đổi điều hòa có dạng hình sin

- Giá trị nội lực và ứng suất thay đổi liên tục và dao động xung quanh vị trí nội lực, ứng

suất trung bình (nội lực, ứng suất tĩnh)

- Tại vị trí đặt cụm puly của tời nâng thì giá trị nội lực và ứng suất của các thanh đều đạt

giá trị lớn (nội lực và ứng suất của các thanh N55-54, N54-53, N57-3, N54-4), tại vị trí chính

giữa của dàn thì nội lực và ứng suất đều không đạt giá trị lớn nhất.

KẾT LUẬN CHƯƠNG IV

- Đã xây dựng được phương pháp xác định ứng suất động trong các thanh của dàn

chính cổng trục ứng với các 2 trường hợp bất lợi: Hạ dầm kết hợp với phanh hãm; Di

chuyển mang dầm.

- Đã xác định được qui luật thay đổi theo thời gian của nội lực và ứng suất trong

tất cả các thanh của dàn chính, đã xác định được các giá trị ứng ứng suất lớn nhất trong

các thanh của dàn chính (trong cả 2 mặt phẳng ZOX và YOX) ứng với hai trường hợp

làm việc điển hình của cổng trục đã xét ở trên.

- Dựa trên các biểu đồ nội lực, ứng suất của tất cả các thanh, tác giả đã xác định

được vị trí bất lợi trên kết cấu của dàn chính đó là các vị trí đặt cụm puly của hệ tời nâng

trên kết cấu dàn chính.

- Dựa trên các giá trị ứng suất lớn nhất trong các thanh, chuyển vị tại điểm chính

giữa của dàn đều nhỏ hơn giá trị cho phép rất nhiều vì vậy kết cấu cổng trục do Việt nam

chế tạo theo mẫu thiết kế của Nga hiện nay đang sử dụng là thừa bền, kết hợp với kết quả

nghiên cứu khảo sát trong chương III chúng ta có thể đề xuất giảm nhẹ khối lượng của

kết cấu dàn chính xuống còn Gd= 16000 (kg).

- Kết quả nghiên cứu thu được có thể sử dụng làm cơ sở cho tính toán mỏi, tính

toán tuổi thọ của kết cấu thép dàn chính cũng như các cụm chi tiết khác của cổng trục.

CHƯƠNG V

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC

CỦA CỔNG TRỤC VÀ ỨNG SUẤT ĐỘNG XUẤT HIỆN TRONG CÁC THANH

CỦA KẾT CẤU DÀN CHÍNH

5. 1.Mục tiêu thực nghiệm

- Đo đạc xác định lực căng cáp động, dao động, chuyển vị của kết cấu dàn chính và ứng

suất động trong các thanh của kết cấu dàn chính làm cơ sở để so sánh với các kết quả tính

toán theo lý thuyết ở chương II và chương IV.

- Khẳng định độ tin cậy và tính đúng đắn của kết quả nghiên cứu lý thuyết.

5. 2.Đối tượng nghiên cứu.

- Toàn bộ cổng trục và trọng tâm là kết cấu thép dàn chính của cổng trục đặt trên xà mũ

trụ cầu phục vụ lao lắp dầm cầu Super-T. Các thông số kỹ thuật của cổng trục được thể

hiện trong bảng PL1.1

5. 3. Thiết bị phục vụ đo đạc thực nghiệm.

Hình 5.1. Đầu đo lực BONGSHIN và bộ xử lý số liệu SDA-810C

Hình 5.2. Tensor biến dạng dùng để đo ứng suất

Hình 5.3. Bố trí 2 đầu đo lực tại hiện trường

Hình 5.4. Bố trí 3 đầu đo gia tốc tại hiện trường

Hình 5.5. Nhân sự tham gia vào quá trình đo đạc tại hiện trường

100

Hình 5.6. Bố trí các điểm đo ứng suất

5.4. Sơ đồ khối khi tiến hành thí nghiệm

- Sơ đồ khối khi tiến hành đo gia tốc, lực căng cáp động và ứng suất(trong các thanh) của

kết cấu dàn chính được thể hiện như sau:

101

Truyền

Tải trọng tác dụng

tín hiệu

Kết cấu thép của dàn chính. (Kết cấu thực)

Đầu đo gia tốc: - Theo phương X - Theo phương Y - Theo phương Z

Máy ghi và xử lý tín hiệu đo đa kênh SDA- 810C

Xuất

Phần mềm xử lý tín liệu đo

Bộ số liệu kết quả đo gia tốc q2, q3

Bộ số liệu tín hiệu đo thực nghiệm

Truyền tín hiệu Máy vi tính lưu các giá trị của tín hiệu đo

tín hiệu đo

kết quả đo

số liệu đo

Truyền

Tải trọng tác dụng

Kết cấu thép của dàn chính. (Kết cấu thực)

tín hiệu

Các Tensơr đo biến dạng

Máy ghi và xử lý tín hiệu đo đa kênh SDA- 810C

Xuất

Phần mềm xử lý tín liệu đo

kết quả đo

Bộ số liệu tín hiệu đo thực nghiệm

Truyền tín hiệu Máy vi tính lưu các giá trị của tín hiệu đo

số liệu đo

tín hiệu đo

Bộ số liệu kết quả đo ứng suất trong các thanh

Hình 5.7. Sơ đồ khối đo gia tốc q2, q3

Truyền

Tải trọng tác dụng

Kết cấu thép của dàn chính. (Kết cấu thực)

tín hiệu

Đầu đo lực kéo (Load cell)

Máy ghi và xử lý tín hiệu đo đa kênh SDA- 810C

Xuất

Hình 5.8. Sơ đồ khối đo ứng suất trong các thanh của dàn chính

Xuất

Phần mềm xử lý tín liệu đo

kết quả đo

Bộ số liệu tín hiệu đo thực nghiệm

Truyền tín hiệu Máy vi tính lưu các giá trị của tín hiệu đo

tín hiệu đo

Xuất

Lực căng cáp động trong một nhánh cáp Fc

số liệu đo

Hình 5.9. Sơ đồ khối đo lực căng cáp động trong một nhánh cáp

của một cụm tời nâng

102

5.5. Các trường hợp đo

Quá trình đo đạc, thực nghiệm được tiến hành theo sơ đồ khối sau:

Đo đạc thực nghiệm xác định lực căng trong một nhánh cáp hàng ở hai cụm tời nâng và gia tốc, chuyển vị, ứng suất động tại một số vị trí trên kết cấu thép dàn chính của

cổng trục.

Hạ hàng khi tải trọng hàng Q= 80 Tấn

Nâng hàng có độ chùng cáp khi tải trọng hàng Q= 80 Tấn Nâng hàng không có độ chùng cáp khi tải trọng hàng Q= 80 Tấn Nâng hàng kết hợp phanh hãm khi tải trọng hàng Q= 80 Tấn Hạ hàng kết hợp phanh hãm khi tải trọng hàng Q= 80 Tấn Di chuyển cổng trục cùng hàng nâng Q= 80 Tấn

Hình 5.10. Sơ đồ thể hiện các trường hợp đã tiến hành thực nghiệm

5.6. Xử lý kết quả đo

1,2

5.6.1. Phương pháp xử lý kết quả

Giả sử luật phân bố xác suất của sai số là chuẩn, cần phải xác định khoảng đáng tin ’ mà giá trị thực của đại lượng đo nằm trong đó của xác suất đáng tin P. Giả sử có u phép

 bình đại số của dãy các phép đo như nhau X

đo cùng một giá trị X. Giá trị đáng tin nhất đại diện cho đại lượng đo X là giá trị trung

 M(X) X



x i   . u

i 1 

Kỳ vọng toán (5. 1)

xi: Kết quả các phép đo riêng biệt; u- Số các phép đo

Độ lệch mỗi lần đo so với giá trị trung bình được xác định từ biểu thức sai số dư i

 ix X  .

  i

(5. 2)

* đặc trưng cho độ phân tán của kết quả đo xung quanh giá trị trung bình đại số của nó.

Theo tổng bình phương các sai số dư ta xác định được ước lượng độ lệch bình quân * , tiêu biểu cho mức độ sai số ngẫu nhiên đến kết quả đo. Theo lý thuyết xác suất thống kê

103

Ước lượng độ lệch bình phương của giá trị trung bình đại số đặc trưng cho sai số kết quả



đo

 * X





* u

(5. 3) .

 h . X hs

'   1,2

* 

. Khoảng đáng tin

Trong đó hhs- Hệ số student phụ thuộc vào xác suất đáng tin P (chọn P=0,98) và số lượng

 Kết quả sau khi gia công là X

' 1,2 .



phép đo u tra bảng.

Kết quả một phép đo được lấy là giá trị trung bình trong các lần đo sau khi loại bỏ các số

liệu không đáng tin cậy.

Theo phương pháp xử lý số liệu đo như trên sau khi đã gắn các ten xơ biến dạng vào các

vị trí cần đo của mỗi thanh ta sẽ thu được các giá trị biến dạng . Các giá trị ten xơ biến

dạng đo được là do tải trọng thực nghiệm tác dụng lên kết cấu thật. Giá trị ứng suất tại

các điểm đo của mỗi thanh được xác định theo quan hệ:

6 10 .E.

 

 , (N/mm2)

. (5. 4)

d : Giá trị do ten

Trong đó: E- Mô đun đàn hồi của thép lấy giá trị E= 2,1.105, (N/mm2);

xơ biến dạng đo được.

5.6.2. Phương pháp thực nghiệm và số lần làm thực nghiệm

a. Nghiên cứu thực nghiệm bằng phương pháp cổ điển:

Phương pháp này có tên gọi “ Một biến tại một thời điểm”. Thí nghiệm được tiến

hành bằng cách thay đổi một thông số ảnh hưởng- một biến nào đó trong khi các biến

khác được giữ nguyên, khi tìm được một giá trị cho ra mục tiêu ưng ý biến này sẽ được

giữ nguyên giá trị cho các giá trị tiếp theo. Một biến khác lại được tiếp tục thay đổi trong

khi biến ban đầu và các biến còn lại khác lại được giữ nguyên. Phương pháp này được sử

dụng khi số biến độc lập là ít (không lớn) mặt khác trong trường hợp này ảnh hưởng

tương tác giữa các yếu tố không được xem xét.

Vấn đề thiết kế thí nghiệm: Từ những năm 1920, Ronald Fisher đã đề xuất các phương

pháp thiết kế thí nghiệm nhằm nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của các nhân tố khác

nhau. Ở Việt Nam, xây dựng kế hoạch thí nghiệm thường được biết đến với tên gọi “ Qui

hoạch thực nghiệm”. Các nguyên tắc thiết kế thí nghiệm:

104

- Nguyên tắc ngẫu nhiên

- Nguyên tắc lặp lại: Mỗi thí nghiệm được lặp lại ít nhất nhiều hơn một lần.

- Nguyên tắc tạo khối: Thường được sử dụng khi khối lượng thí nghiệm nhiều.

Các loại thí nghiệm:

- Thí nghiệm sàng lọc; Thí nghiệm so sánh; Thí nghiệm tối ưu hóa

Các dạng thiết kế thiết kế thí nghiệm:

- Thí nghiệm một yếu tố: Chỉ khảo sát để dánh giá ảnh hưởng của một yếu tố đến hàm

mục tiêu (Thông số đầu ra) như thế nào.

- Thí nghiệm đa mục tiêu: Nhiều yếu tố có thể được đánh giá một cách đồng thời. Mục

tiêu của các thí nghiệm dạng này là để xác định các yếu tố có ảnh hưởng mạnh nhất, đồng

thời chỉ ra ảnh hưởng tương tác đồng thời của chúng đến hàm mục tiêu. Các dạng thí

nghiệm đa yếu tố bao gồm:

+ Thí nghiệm đa yếu tố tổng quát: Mỗi yếu tố có thể nhận nhiều mức giá trị khác nhau

+ Thí nghiệm hai mức đầy đủ: Mỗi yếu tố chỉ được thay đổi ở hai mức giá trị. Thí

nghiệm hai mức chỉ cho phép xây dựng mô hình quan hệ ở dạng bậc nhất. Thí nghiệm hai

mức đầy đủ thường được ký hiệu là thí nghiệm 2k, trong đó k là số biến thí nghiệm.

+ Thí nghiệm hai mức riêng phần: Là một dạng đặc biệt của thí nghiệm hai mức. Trong

trường hợp này một số tổ hợp giá trị của một vài yếu tố sẽ không được xem xét. Loại thí

nghiệm này được sử dụng khi số lượng các yếu tố là lớn, chi phí cho thí nghiệm cao. Thí

nghiệm riêng phần được kí hiệu là thí nghiệm 2k-p.

Kế hoạch thực nghiệm hai mức: Các thí nghiệm 2 mức là các thí nghiệm trong đó

mỗi biến thí nghiệm chỉ được khảo sát ở 2 mức giá trị (thông thường là giá trị min và giá

trị max). Mối cách xác lập này tương ứng với một lần thí nghiệm. Thí nghiệm hai mức

được chia thành hai nhóm chính:

- Thí nghiệm 2 mức đầy đủ (còn gọi là thí nghiệm toàn phần 2 mức) được kí hiệu là 2k

- Thí nghiệm 2 mức riêng phần, được kí hiệu là 2k-m

- Thí nghiệm đầy đủ 2k: Đây là tập hợp thí nghiệm với k biến, mỗi biến nhận 2 mức giá

trị. Tổng số thí nghiệm cho mỗi lần lặp tất cả các thí nghiệm là 2k

Thí nghiệm 22 là thí nghiệm đơn giản nhất của thí nghiệm toàn phần 2 mức. Nghiên cứu

chỉ tiến hành trên 2 biến thí nghiệm. Mỗi biến cũng chỉ nhận 2 giá trị, được xác định bởi

người làm thí nghiệm. Tổng số thí nghiệm cho mỗi lần lặp là

22 = 4 thí nghiệm.

105

Với lý thuyết trên số biến của phép đo thực nghiệm chúng ta có thể chọn số lần đo

cho mỗi trường hợp tối thiểu là 4 lần, Thực tế, thực nghiệm đã thực hiện 5 lần đo cho mỗi

trường hợp.

5.7. Phân tích và so sánh các kết quả lý thuyết với thực nghiệm

40000

35000

30000

)

25000

) 2 s /

20000

(

15000

3 q c ố t

( p á c g n ă c c ự L

12 Thời gian (s)

-2

10000

a G

5000

-4

-6

-5000

-8

Thời gian (s)

Đường lý thuyết

Đường thực nghiệm

Đường Lý thuyết

Đường thực nghiệm

5.7.1. Nâng dầm có độ chùng cáp

3q theo Hình 5.12. Lực căng cáp theo

Hình 5.11. Gia tốc

lý thuyết và thực nghiệm lý thuyết và thực nghiệm trong 3 pha

Nhận xét: Từ đồ thị trên hình 5.12 chúng ta nhận thấy đồ thị của pha 2 có độ dốc nhỏ

hơn so với lý thuyết nghĩa là lực căng cáp tăng lên từ từ và không đột ngột như khi tính

toán bằng lý thuyết, độ biến thiên lực căng cáp trên đồ thị thực nghiệm nhỏ hơn nhiều so

với độ biên thiên trên đường lý thuyết. Trên đồ thị hình 5.11 chúng ta cũng nhận thấy giá

trị gia tốc giữa thực nghiệm và lý thuyết chênh lệch nhau không nhiều, sự dao động của

kết cấu thép chỉ xảy xa trong khoảng thời gian t= 10 s.

38000

37000

36000

5.7.2. Nâng dầm từ vị trí cáp căng

)

35000

) 2 s /

34000

33000

32000

-2

Thời gian (s)

( p á c g n ă c c ự L

31000

( 3 q c ố t a G

-4

30000

29000

-6

28000

-8

Thời gian (s)

Đường lý thuyết

Đường thực nghiệm

Đường lý thuyết

Đường thực nghiệm

3q theo Hình 5.14. Lực căng cáp theo

Hình 5.13. Gia tốc

lý thuyết và thực nghiệm lý thuyết và thực nghiệm

106

Nhận xét: Từ đồ thị trên hình 5.14 chúng ta nhận thấy trên đồ thị lý thuyết lực căng cáp

tăng lên đạt giá trị rất lớn ngay khi mở phanh, nhưng trên đồ thị thực nghiệm thì giá trị

lực căng cáp có tăng nhưng sự tăng này rất nhỏ so với lực căng tĩnh ban đầu (xem hình

PL4. 2) trong phần phụ lục, thời gian dập tắt dao động của lực căp cáp trên đồ thị lý

thuyết diễn ra rất nhanh t= 10 s nhưng trong thực tế thì quá trình này xảy ra lâu hơn

t= 80s (xem hình PL4. 2). Trên đồ thị hình 5.13 chúng ta cũng nhận thấy dạng đồ thị của

gia tốc giữa thực nghiệm và lý thuyết là tương đối giống nhau và giá trị của gia tốc lý

thuyêt và thực nghiệm chênh nhau không nhiều, kết cấu thép chỉ dao động mạnh trong

khoảng thời gian t= 5 (s) sau đó sẽ giảm dần về giá trị cân bằng tĩnh.

60000

Phanh hãm

55000

50000

45000

5.7.3. Nâng dầm kết hợp phanh hãm

)

40000

2 s /

35000

30000

( p á c g n ă c c ự L

( c o t a G

-2

Thoi gian (s)

25000

-4

20000

15000

-6

10000

-8

Thời gian (s)

Đường lý thuyết

Đường thực nghiệm

Duong ly thuyet

Duong thuc nghiem

3q theo lý Hình 5.16. Lực căng cáp Fc theo lý

Hình 5.15. Gia tốc

thuyết và thực nghiệm thuyết và thực nghiệm

Nhận xét: Từ đồ thị trên hình 5.15 và hình 5.16 chúng ta nhận thấy gia tốc và lực căng

cáp trên đồ thị lý thuyết biến thiên nhiều hơn so với đường thực nghiệm. Thời gian dập

tắt dao động của lực căng cáp trên độ thị lý thuyết diễn ra nhanh hơn (t= 25s) so đường

thực nghiệm (t=80s) xem hình PL4.6 trong phần phụ lục.

45000

40000

35000

)

30000

5.7.4. Hạ dầm.

)

2 s /

25000

20000

15000

( p a c g n a c c u L

10000

( 3 q c ố t a G

Thời gian (s)

-2

5000

-4

-5000

Thoi gian (s)

-6

Duong ly Thuyet

Duong thuc nghiem

Duong ly thuyet

Duong thuc nghiem

3q theo lý Hình 5.18. Lực căng cáp Fc theo thuyết

Hình 5.17. Gia tốc

và thực nghiệm lý thuyết và thực nghiệm

107

Nhận xét: Từ đồ thị trên hình 5.17 và hình5.18 chúng ta nhận thấy dạng đồ thị của gia

tốc và lực căng cáp giữa lý thuyết và thực nghiệm tương đối giống nhau tuy nhiên các giá

trị của gia tốc và lực căng cáp theo thực nghiệm thường nhỏ hơn so với lý thuyết.

60000

Phanh hãm

55000

50000

45000

5.7.5. Hạ dầm kết hợp với phanh hãm.

)

) 2 s /

40000

(

( p á c

35000

3 q

30000

c o t

g n ă c c ự L

-2

a G

Thoi gian (s)

25000

-4

20000

-6

15000

10000

-8

Thời gian (s)

Duong ly thuyet

Duong thuc nghiem

Đường lý thuyết

Đường thực nghiệm

3q theo lý thuyết Hình 5.20. Lực căng cáp Fc theo lý

Hình 5.19. Gia tốc

và thực nghiệm thuyết và thực nghiệm

Nhận xét: Từ đồ thị trên hình 5.19; hình 5.20 và hình PL4.10(phần phụ lục) chúng ta

nhận thấy dạng đồ thị của gia tốc và lực căng cáp giữa lý thuyết và thực nghiệm tương

đối giống nhau tuy nhiên các giá trị của gia tốc và lực căng cáp theo thực nghiệm thường

nhỏ hơn so với lý thuyết. Đối với lực căng cáp thì thời gian dập tắt dao động theo lý

thuyết diễn ra nhanh hơn t= 25(s) trong khi đối với thực nghiệm thì quá trình này diễn ra

lâu hơn t= 80 (s).

50000

45000

40000

5.7.6. Di chuyển cùng với dầm

)

35000

( c F

30000

) 2 s /

p á c

25000

20000

Thời gian (s)

( 7 q c ố t a G

-1

15000

g n ă c c ự L

10000

-2

5000

-3

Đường lý thuyết

Đường thực nghiệm

Thời gian (s)

Đường lý thuyết

Đường thực nghiệm

7q theo lý thuyết

Hình 5.21. Lực căng cáp Fc theo lý thuyết Hình 5.22. Gia tốc

và thực nghiệm và thực nghiệm

Nhận xét: Từ đồ thị trên hình 5.21; hình 5.22 chúng ta nhận thấy dạng đồ thị của gia tốc

và lực căng cáp giữa lý thuyết và thực nghiệm tương đối giống nhau tuy nhiên các giá trị

của gia tốc và lực căng cáp theo thực nghiệm thường nhỏ hơn so với lý thuyết. Đồ thị dao

108

động của lựccăng cáp có dạng điều hòa hình Sin, trị số nhỏ nhất chính bằng lực căng cáp

tĩnh.

5.7.7. Ứng suất động trong các thanh của dàn chính

5.7.7.1. Trường hợp hạ dầm kết hợp phanh hãm

- So sánh giá trị ứng suất đo đạc so với tính toán lý thuyết

-44

-44.5

Thời gian (s)

-45

) 2 ^ m m / N

) 2 ^ m m

(

-45.5

/ N

(

-46

-46.5

4 - 3 N t ấ u s

-47

g n Ứ

-47.5

5 5 - 6 5 N t ấ u s

-48

g n Ứ

-48.5

Thời gian (s)

-49

Đường thực nghiệm

Đường lý thuyết

Đường thực nghiệm

Đường lý thuyết

+ Tại mặt cắt đặt lực căng cáp Fc (bên trái).

-42

Thời gian (s)

-44

) 2 ^ m m

12 Thời gian (s)

/ N

-46

(

) 2 ^ m m

-48

/ N

(

3 - 7 5 N

-50

-52

t ấ u s

-54

g n Ứ

3 - 5 5 N t ấ u s

-56

-55 -58 -61 -64 -67 -70 -73 -76 -79 -82 -85

g n Ứ

-58

Đường thực nghiệm

Đường lý thuyết

-60

Đường thực nghiệm

Đường lý thuyết

Hình 5.23. Ứng suất trong thanh N56-55 Hình 5.24. Ứng suất trong thanh N3-4

-31

Thời gian (s)

-34

) 2 ^ m m

-37

/ N

(

-40

(

-43

5 - 4 N

2 - 7 5 N

-46

t ấ u s

-49

g n Ứ

-52

g n Ứ

-55

Thời gian (s)

Đường thực nghiệm

Đường lý thuyết

Đường thực nghiệm

Đường lý thuyết

Hình 5.25. Ứng suất trong thanh N57-3 Hình 5.26. Ứng suất trong thanh N55-3

Hình 5.27. Ứng suất trong thanh N4-5 Hình 5.28. Ứng suất trong thanh N57-2

109

+ Tại mặt cắt chính giữa của dàn chính

-55

61.5

-55.5

12 Thời gian (s)

-56

) 2 ^ m m

60.5

/ N

) 2 ^ m m

-56.5

(

/ N

59.5

(

-57

-57.5

58.5

5 1 - 4 1 N t ấ u s

3 4 - 4 4 N

-58

g n Ứ

-58.5

t ấ u s

57.5

-59

g n Ứ

-59.5

Thời gian (s)

Đường thực nghiệm

Đường lý thuyết

-60

Đường thực nghiệm

Đường lý thuyết

Hình 5.29. Ứng suất trong thanh N44-43 Hình 5.30. Ứng suất trong thanh N14-15

5.7.7.2. Trường hợp cổng trục di chuyển cùng với dầm

- So sánh giá trị ứng suất đo đạc so với tính toán lý thuyết

Thời gian (s)

-46

+ Tại mặt cắt đặt lực căng cáp Fc (bên trái).

)

17.5

-46.5

) 2 ^ m m

2 ^ m m

/ N

-47

(

/ N

(

16.5

-47.5

-48

4 - 3 N t ấ u s

-48.5

15.5

5 5 - 6 5 N t ấ u s

g n Ứ

-49

g n Ứ

-49.5

Đường thực nghiệm

Đường lý thuyết

25 Thời gian (s)

0 Đường thực nghiệm

15 Đường lý thuyết

Thời gian (s)

-56

Hình 5.31. Ứng suất trong thanh N56-55 Hình 5.32. Ứng suất trong thanh N3-4

)

-57

) 2 ^ m m

-58

/ N

2 ^ m m / N

(

-59

3 - 5 5 N

-60

t ấ u s

-61

g n Ứ

2 - 7 5 N t ấ u s g n Ứ

-40 -42 -44 -46 -48 -50 -52 -54 -56 -58 -60

-62

Đường thực nghiệm

Đường lý thuyết

Đường thực nghiệm

Đường lý thuyết

Hình 5.33. Ứng suất trong thanh N55-3 Hình 5.34. Ứng suất trong thanh N57-2

110

+ Tại mặt cắt chính giữa của dàn chính.

Thời gian (s)

-58

)

61.5

-58.5

) 2 ^ m m / N

2 ^ m m / N

-59

60.5

-59.5

-60

59.5

( 5 1 - 4 1 N t ấ u s g n Ứ

-60.5

( 3 4 - 4 4 N t ấ u s g n Ứ

-61

25 Thời gian (s)

Đường thực nghiệm

Đường lý thuyết

Đường thực nghiệm

Đường lý thuyết

Hình 5.35. Ứng suất trong thanh N44-43 Hình 5.36. Ứng suất trong thanh N14-15

) 2 ^ m m / N

-1

-10

12 Thời gian (s)

-2

-20

( ' 4 - 4 N t ấ u s g n Ứ

-3

-30

( ' 4 1 - 4 1 N t ấ u s g n Ứ

-4

-40

Đường thực nghiệm

Đường lý thuyết

Đường thực nghiệm

Đường lý thuyết

+ Ứng suất trong thanh ngang (tại mặt cắt bên trái và mặt cắt chính giữa).

Hình 5.37. Ứng suất trong thanh N4-4’ Hình 5.38. Ứng suất trong thanh N14-14’

Nhận xét: Từ các đồ thị trên ta thấy rằng dạng đồ thị của gia tốc, lực căng cáp và ứng

suất giữa lý thuyết và thực nghiệm tương đối giống nhau tuy nhiên trên các đồ thị thực

nghiệm các giá trị gia tốc, lực căng cáp và ứng suất thường nhỏ hơn lý thuyết, thời gian

dập tắt dao động của lực căng cáp thường lâu hơn so với thời gian trên đồ thị lý thuyết.

- Hệ số động của lực căng cáp và biên độ dao động của gia tốc (khối lượng dao động của

kết cấu thép dàn chính) tương ứng với các trường hợp làm việc được thể trong bảng 5.1.

3q

Bảng 5.1. So sánh hệ số lực động và biên độ dao động của gia tốc

giữa lý thuyết và thực nghiệm.

Hệ số lực động kđ Biên độ dao động

3q (m/s2)

Trường hợp làm việc TT gia tốc

Thực Lý thuyết Thực Lý

thuyết nghiệm nghiệm

1 Nâng dầm có độ chùng cáp 1,14 1,02 5,7 3,67

2 Nâng dầm từ vị trí cáp căng 1,18 1,023 5,3 4,2

3 Nâng dầm kết hợp phanh hãm 1,67 1,021 6,49 4,47

111

4 Hạ dầm 1,22 1,02 5,29 3,34

5 Hạ dầm kết hợp phanh hãm 1,69 1,039 6,6 4,57

6 Di chuyển mang dầm 1,36 1,07 2,1 1,6

- Sai số ứng suất động lớn nhất của một số thanh giữa lý thuyết và thực nghiệm ứng với

trường hợp (Hạ dầm kết hợp phanh hãm) được thể hiện trong bảng 5.2.

Bảng 5.2. So sánh giá trị ứng suất giữa lý thuyết và thực nghiệm

khi hạ dầm kết hợp phanh hãm.

TT Kí hiệu Ứng suất lớn nhất theo lý Ứng suất lớn nhất theo Sai số (%)

thuyết (N/mm2) thực nghiệm (N/mm2) thanh

N3-4 1 17,3 15,04 13,06

N56-55 2 -47,97 -46,36 3,35

N4-5 3 30 27,7 7,67

N55-3 4 -59,36 -51,48 13,27

N44-43 5 -59,66 -57,36 3,86

N57-2 6 -49,8 -42,93 13,79

N14-15 7 61,08 59,56 2,48

N57-3 8 -79,6 -69,57 12,6

+ Sai số ứng suất động lớn nhất của một số thanh giữa lý thuyết và thực nghiệm ứng với

trường hợp (Di chuyển mang dầm) được thể hiện trong bảng 5.3.

Bảng 5.3. So sánh giá trị ứng suất giữa lý thuyết và thực nghiệm khi

di chuyển mang dầm.

TT Kí hiệu Ứng suất lớn nhất theo Ứng suất lớn nhất theo Sai số (%)

lý thuyết (N/mm2) thực nghiệm (N/mm2) thanh

N56-55 1 -48,01 -47, 4 1,27

N3-4 2 17,4 16,28 6,43

N55-3 3 -62 -58,53 5,59

N57-2 4 -50,646 -47,8 5,61

N44-43 5 -59,7 -58,74 1,6

N14-15 6 60,73 59,79 1,55

N4-4’ 7 -34,75 -27,7 20,28

N14-14’ 8 -3,48 -2,77 20,4

112

KẾT LUẬN CHƯƠNG V

Phương pháp và qui trình thực nghiệm xác định ứng suất động trong các thanh của

kết cấu thép dàn chính cổng trục chuyên dùng lao dầm dạng dàn đặt trên xà mũ trụ cầu

với các thiết bị đo hiện đại hiện có ở Việt nam do tác giả đã xây dựng là hợp lý và đúng

đắn.

a.Về động lực học:

- Từ các kết quả tính toán bằng lý thuyết và đo đạc bằng thực nghiệm đã cho thấy

sự biến thiên của gia tốc theo tính toán lý thuyết lớn hơn so với kết quả đo đạc được bằng

thực nghiệm. Điều này được lý giải là do khi tính toán bằng lý thuyết, tác giả đã giả thiết

tính toán với mô hình trong mặt phẳng nhưng khi đo đạc tác giả tiến hành đo trên máy

thật (mô hình không gian), có sự làm việc đồng thời của các thanh nên độ cứng của dàn

lớn hơn.

- Từ các kết quả tính toán bằng lý thuyết và đo đạc bằng thực nghiệm đã cho thấy,

sự biến thiên của lực căng trong một nhánh cáp theo tính toán lý thuyết xảy ra với biên độ

lớn hơn so với kết quả đo đạc bằng thực nghiệm. Điều này được lý giải là do bội suất của

cáp lớn (i2 =12), tốc độ nâng thấp và đầu đo lực được gắn trên một nhánh cáp cuối cùng

nên lực động khi truyền qua các nhánh cáp tới nhánh cáp cuối cùng sẽ bị dập tắt dần và

làm cho biên độ biến thiên sẽ không còn lớn như lý thuyết nữa.

- Một phần nội dung nghiên cứu về động lực học đã được tác giả công bố trong

các công trình nghiên cứu số [1], số [2], số[ 3],số [4] và số [6].

b.Về ứng suất động:

- Biên độ dao động và giá trị ứng suất trong các thanh của kết cấu dàn chính khi đo

đạc bằng thực nghiệm thường nhỏ hơn so với tính toán lý thuyết. Điều này hoàn toàn phù

hợp với thực tế vì khi tính toán theo lý thuyết tác giả đã tính toán theo mô hình mặt phẳng

(không phải là mô hình không gian), không kể đến sự làm việc đồng thời của các thanh,

coi các thanh chỉ chịu ứng suất kéo, nén.

- So sánh ứng suất tại các điểm đo theo tính toán lý thuyết và thực nghiệm cho

thấy, qui luật biến thiên của ứng suất động trong các thanh của kết cấu thép dàn chính

cổng trục là tương đối giống nhau. Sai lệch tương đối trung bình đại số giữa kết quả tính

toán theo lý thuyết và thực nghiệm từ 3,35% đến 20,4 %. Kết quả này là chấp nhận được

trong điều kiện thực nghiệm tại hiện trường với các yếu tố khách quan khi thực nghiệm.

113

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

I. KẾT LUẬN

Luận án đã giải quyết được cơ bản các nhiệm vụ nghiên cứu đề ra. Các kết quả đạt

được của luận án có ý nghĩa khoa học và thực tiễn với các đóng góp mới và đề xuất cụ

thể như sau:

1. Luận án đã nghiên cứu đặc điểm làm việc và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình

khai thác sử dụng của loại cổng trục chuyên dùng dạng dàn lắp đặt trên xà mũ trụ cầu để

xây dựng được mô hình động lực học của loại cổng trục này. Tác giả đã thiết lập được

các phương trình chuyển động ứng với 6 trường hợp làm việc điển hình của cổng trục

(Nâng dầm có độ chùng cáp; Nâng dầm không có độ chùng cáp; Hạ dầm; Nâng dầm kết

hợp phanh hãm; Hạ dầm kết hợp phanh hãm và di chuyển mang dầm).

2. Tác giả đã ứng dựng phần mềm Matlab – Simulink để mô phỏng và giải hệ các

phương trình chuyển động dạng phi tuyến nhiều bậc tự do của mô hình động lực học ứng

với 6 trường hợp làm việc điển hình nêu trên. Đã xác định được lực căng cáp động trong

một nhánh cáp của cụm tời nâng, từ đó tính toán được trị số các hệ số động ứng với 6

trường hợp làm việc của cổng trục (các giá trị được thể hiện trong bảng 2.2). Đã xác định

được 2 trường hợp làm việc bất lợi cho cổng trục là hạ dầm kết hợp phanh hãm và di

chuyển mang dầm. Hệ số động lực ứng với 02 trường hợp này lần lượt là kđ = 1,69 và

kđ= 1,67.

3. Tác giả đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến các đặc trưng

ĐLH của cổng trục. Từ đó, đề xuất được các thông số kỹ thuật hợp lý cho cổng trục

chuyên dùng loại này là vận tốc nâng Vn= 2 m/ph; Vận tốc di chuyển Vn= 15,7 m/ph;

khối lượng dàn chính m3 = 16000 (kg),… đồng thời đề xuất được một số giải pháp làm

giảm tải trọng động phát sinh trong kết cấu như: Lắp thêm cơ cấu giảm chấn vào kết cấu

chân cổng trục, cơ cấu giảm chấn vào vị trí neo của cáp vào kết cấu thép dàn chính (tăng

hệ số K1), Dùng biến tần điều khiển (thay đổi đường đặc tính cơ của đông cơ nâng),…

4. Luận án đã sử dụng kết quả xác định trị số lực căng cáp động (Fc) , gia tốc (a)

chuyển động của khối lượng qui dẫn m3 ( Khối lượng KCT dàn chính) ứng với trường

hợp di chuyển theo phương ngang trong quá trình giải bài toán động lực học để xây dựng

phương pháp xác định ứng suất động trong các thanh của kết cấu thép dàn chính ứng với

2 trường hợp làm việc bất lợi nhất của cổng trục (Hạ dầm kết hợp phanh hãm và di

114

chuyển mang dầm). Đã xác định được dạng đồ thị và giá trị ứng suất động của tất cả các

thanh trong kết cấu thép dàn chính.

5. Luận án đã xây dựng được qui trình thực nghiệm và đã tiến hành đo đạc thực

nghiệm trên cổng trục cùng loại do Việt Nam chế tạo đang thi công thực tế tại công

trường Cầu Thanh Hà trên quốc lộ 5 mới, với các thiết bị đo hiện đại, đội ngũ chuyên gia

nhiều kinh nghiệm. Các kết quả thu được tương đối chính xác (các giá trị này được thể

hiện trong bảng 5.1; bảng 5.2; bảng 5.3): Qui luật thay đổi của các đại lượng khảo sát

tương đối sát so với tính toán lý thuyết; Sai số ứng suất lớn nhất giữa lý thuyết với thực

nghiệm từ 3,35% đến 20,4%.

II. KIẾN NGHỊ

1. Cổng trục lắp đặt trên xà mũ trụ cầu phục vụ lao lắp dầm cầu bêtông Super – T là

loại cổng trục chuyên dùng trong xây dựng các công trình cầu của ngành giao thông vận

tải. Do cổng trục loại này có nhiều đặc điểm riêng nên cần tham khảo đề xuất về quan

điểm tính toán cũng như một số kết quả nghiên cứu trong luận án để bổ sung thêm tiêu

chuẩn tính toán riêng cho loại cổng trục này nhằm phù hợp với qui định trong tiêu chuẩn

TCVN 4244-2005.

2. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu của luận án có thể kiến nghị với Bộ giao thông

ban hành qui định về qui trình thiết kế, chế tạo, sử dụng loại cổng trục nói trên nhằm đáp

ứng yêu cầu về an toàn, hiệu quả khai thác của thiết bị này trong ngành giao thông vận

tải.

3. Kết cấu của cổng trục lắp đặt trên xà mũ trụ cầu phục vụ lao lắp dầm cầu bêtông

Super – T hiện nay do các đơn vị Việt nam chế tạo theo mẫu thiết kết công hòa liên bang

Nga còn rất cồng kềnh, vận tốc nâng, vận tốc di chuyển còn chậm. Theo kết quả nghiên

cứu của luận án thì có thể giảm bớt khối lượng của kết cấu xuống còn m3= 16000 (kg) giá

trị giảm tương đương 36,6 % so với giá trị ban đầu ; vận tốc nâng tăng lên đạt Vn= 2

(m/ph); Vận tốc di chuyển Vdc= 15,7 (m/ph) để tăng năng suất mà vẫn đáp ứng được yêu

cầu khai thác sử dụng hiệu quả của thiết bị này.

III. HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

Nội dung luận án đã giải quyết được một số vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

Tuy nhiên kết cấu thép cổng trục chuyên dùng lắp đặt trên xà mũ trụ cầu phục vụ lao lắp

dầm cầu bêtông Super-T là kết cấu dạng dàn không gian. Do vậy hướng nghiên cứu tiếp

theo của luận án là:

115

1. Nghiên cứu mô hình động lực học của cổng trục chuyên dùng theo mô hình không

gian.

2. Nghiên cứu phương pháp xác định ứng suất động trong các thanh của kết cấu thép

dàn chính của cổng trục chuyên dùng theo mô hình không gian.

3. Ngoài việc tính toán kết cấu thép theo trạng thái bền còn có thể đề xuất các nghiên

cứu tiếp theo liên quan đến độ bền mỏi của kết cấu thép.

4. Đề xuất bài toán tối ưu hóa kết cấu thép của cổng trục chuyên dùng dạng dàn trên

cơ sở hàm tối ưu là hàm đa mục tiêu (tối ưu về hình dạng kết cấu, chủng loại vật

liệu, trọng lượng,…).

116

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ KẾT QUẢ

NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN.

[1]. Nguyễn Văn Vịnh, Bùi Thanh Danh (2014), " Nghiên cứu thực nghiệm xác định

lực căng cáp động trong cáp hàng của cổng trục phục vụ lao lắp dầm cầu Super- T ”, tạp

chí GTVT, số tháng 5.

[2]. Nguyễn Văn Vịnh, Bùi Thanh Danh, Nguyễn Thùy Chi (2015), " Nghiên cứu

động lực học cổng trục phục vụ lao lắp dầm cầu Super-T lắp đặt trên xà mũ trụ cầu trong

trường hợp nâng hàng không có độ chùng cáp”, tạp chí Cơ khí Việt nam, số tháng 3.

[3]. Nguyễn Văn Vịnh, Bùi Thanh Danh, Nguyễn Thùy Chi (2015), " Nghiên cứu

động lực học cổng trục phục vụ lao lắp dầm cầu Super-T lắp đặt trên xà mũ trụ cầu trong

trường hợp mang hàng di chuyển”, tạp chí Cơ khí Việt nam, số tháng 4.

[4]. Nguyễn Văn Vịnh, Bùi Thanh Danh, Nguyễn Thùy Chi (2015)," Nghiên cứu dao

động và tải trọng động phát sinh trong cổng trục phục vụ lao lắp dầm cầu Super-T khi mang

hàng di chuyển có kể đến độ cứng của cáp nâng hàng.”, tạp chí KH GTVT, số tháng 11.

[5]. Bùi Thanh Danh, Nguyễn Văn Vịnh, Ngô Ngọc Quý (2015), " Nghiên cứu động

lực học cổng trục chuyên dùng đặt trên xà mũ phục vụ lao lắp dầm cầu Super – T trong

công nghệ xây dựng cầu ở Việt Nam ”, Đề tài NCKH cấp Trường T2015-CK-38, Trường

Đại học giao thông vận tải.

[6]. Bùi Thanh Danh, Nguyễn Văn Vịnh, Nguyễn Anh Ngọc (2016), " Nghiên cứu ứng

dụng hàm Solver giải bài toán tối ưu trọng lượng kết cấu thép dàn chính của cổng trục lắp

đặt trên xà mũ trụ cầu phục vụ lao lắp dầm cầu Super – T ”, tạp chí Cơ khí Việt nam, số

tháng 5.

117

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tiếng Việt I.

[1]. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ (2007). Nghiên cứu thuật toán và lập

trình máy tính tính toán kết cấu thép cầu trục hai dầm dạng hộp. Đề tài nghiên cứu khoa

học cấp Bộ GD-ĐT mã số B2007-03-28TĐ

[2]. GS.TSKH Võ Như Cầu (2006), Tính kết cấu theo phương pháp động lực học, Nhà

xuất bản xây dựng.

[3]. Nguyễn Hữu Chí (2012), Nghiên cứu cơ sở khoa học tính toán lắp ghép cần trục

trên hệ thống phao nổi khi làm việc trên sông ngòi kênh rạch vùng đồng bằng sông Cửu

long. Luận án tiến sỹ, Trường ĐHGTVT.

[4]. TS. Trần Văn Chiến (2005), Động lực học máy trục, Nhà xuất bản Hải phòng.

[5]. GS.TS Phạm Huy Chính (2011), Tính toán thiết kế thi công cầu, Nhà xuất bản Xây

dựng.

[6]. GS.TS Phạm Huy Chính (2011), Tính toán và thiết kế cấu thép. Nhà xuất bản xây

dựng.

[7]. GS.TS Phạm Huy Chính (2008), Tính toán sử dụng các máy nâng chuyển, Nhà xuất

bản Xây dựng.

[8]. Vũ Liêm Chính, Phan Nguyên Di, Giáo trình động lực học máy. NXB khoa học và

kỹ thuật.

[9]. PGS.TS. Vũ Liêm Chính, TS.Phạm Quang Dũng, TS. Trương Quốc Thành

(2002), Cơ sở thiết kế máy xây dựng, Nhà xuất bản xây dựng.

[10]. Danh mục thiết bị thi công (2013): Tổng Cty xây dựng công trình giao thông 4.

[11]. Danh mục thiết bị thi công (2013): Tổng CTy xây dựng công trình giao thông 1.

[12]. Danh mục thiết bị thi công (2013): Tổng CTy xây dựng công trình giao thông 8.

[13]. Danh mục thiết bị thi công (2012): Tổng công ty xây dựng Thăng long.

[14]. Nguyễn Đăng Hiếu (2008), Nghiên cứu khai thác các phần mềm chuyên dụng, ứng

dụng vào tính toán thiết kế cầu trục chân dê trong các công trình thủy điện. Đề tài cấp Bộ

242.08.RD/HĐ-KHCN (Bộ Công Thương).

[15]. Bùi Khắc Gầy (1999), Nghiên cứu khảo sát động lực học cần trục. Luận án tiến sỹ.

[16]. Dương Trường Giang (2011), Nghiên cứu xác định các thông số hợp lý của kết

cấu thép cần trục tháp theo tiêu chuẩn Việt nam. Luận án tiến sỹ, Trường Đâị học Xây

Dựng.

118

[17]. TCVN 4244-2005 (Thiết bị nâng thiết kế, chế tạo, kiểm định)

[18]. Nguyễn Xuân Lựu (2000), Phương pháp phần tử hữu hạn. Bài giảng cao học,

Trường Đại học Giao thông vận tải.

[19]. Tập hợp tiêu chuẩn kỹ thuật về thiết bị nâng (1998)

[20]. TCVN 2737-95 (Tải trọng và tác động)

[21]. TCVN 5575-91; TCXDVN 338-2005 (Kết cấu thép tiêu chuẩn thiết kế)

[22]. PTS. Trương Quốc Thành, PTS. Phạm Quang Dũng (1999), Máy và thiết bị

nâng. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.

[23]. TS. Trương Quốc Thành, KS Lưu Phong Niên (2001), Thiết kế chuẩn và quy

trình công nghệ chế tạo cổng trục dựa trên trình độ công nghệ của các nhà máy cơ khí

trong nước. Đề tài cấp Bộ GD&ĐT- B2001-34-17

[24]. TS. Phạm Văn Thoan (2013), Công nghệ thi công kết cấu nhịp cầu. Nhà xuất bản

xây dựng.

[25]. Đào Trọng Thường (1982).Tính toán thiết kế máy trục. Nhà xuất bản khoa học và

kỹ thuật.

[26]. Liều Thọ Trình (1998), Cơ học kết cấu, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà nội.

[27]. GS.TS Nguyễn Viết Trung, PGS. Hoàng Hà, PGS. Nguyễn Ngọc Long

(2010), Cầu bê tông cốt thép” tập 1 và tập 2, Nhà xuất bản Giao thông vận tải.

[28]. GS.TS Nguyễn Viết Trung (2008), Công nghệ hiện đại trong xây dựng cầu bê

tông cốt thép, Nhà xuất bản Xây dựng.

[29]. GS.TS Nguyễn Viết Trung (2010), Các công nghệ thi công cầu, Nhà xuất bản Xây

dựng.

[30]. PGS. TS. Nguyễn Văn Vịnh, ThS. Nguyễn Hữu Chí, KS Nguyễn Ngọc Trung

(2009), “ Nghiên cứu thực nghiệm xác định lực căng cáp động trong cáp hàng của cần

trục trên hệ cần trục- phao nổi”. Tạp chí khoa học GTVT- số 27 tháng 09.

[31]. PGS. TS. Nguyễn Văn Vịnh (2004), Động lực học máy xây dựng- Xếp dỡ. Bài

giảng cao học.Trường Đại học giao thông vận tải.

[32]. PGS. TS. Nguyễn Văn Vịnh, Ths Nguyễn Thùy Chi (2014), “ Nghiên cứu động

lực học cổng trục khi nâng hàng”. Tạp chí cơ khí Việt nam, số đặc biệt, trang 432-436

[33]. TS. Nguyễn Thiệu Xuân (2014), Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Máy xây

dựng. Nhà xuất bản xây dựng.

119

Tài liệu tiếng nước ngoài

II.

1.Tài liệu tiếng Anh

[34]. Andrzej URBAŚ*, Stanisław WOJCIECH (2007), “Dynamic analysis of the

gantry crane used for transporting BOP”. Proc. of 9 th Conference on Dynamical

Systems – Theory and Applications, Łódź.

[35]. Azdiana, Noor Asyikin, Sharatul Izah, Nur Alisa (2009), ‟ Vibration control of a

gantry crane system using dynamic feed back swing controller ”, Journal of Mechanical

Engineering and Technology, ISSN: 2180-1053, Vol1,No1, December.

[36]. FEM 1.001 (10.1998): Rule for the design of hoisting appliances

[37]. Feng Ju and Yoo Sang Choo, F.ASCE (2005), “Dynamic Analysis of Tower

[38]. Feng Ju, Y.S. Choo, F.S. Cui (2006), “Dynamic response of tower crane induced

by the pendulum motion of the payload”. International Journal of Solids and Structures

43 page 376–389.

[39]. Iso standard handbook (2001), crane (Volume 1, Volume 2)

[40]. Juiliet Sheryl Dymond (2005), Reliability based codification for the design of

overhead stavelling crane support structures, Thesis Doctor of Philosophy in engeering

at the university of Stellenbosch, South Africa

[41]. List of FEM documents – July (2006)

[42]. Pristyák A., Nguyễn Văn Vịnh (1996), ‟Analysis of Mechanical oscillation and

stresses in the mast Structure of a Tower crane”, The VII-th-Cof.on Mechanical

Vibrations, T.U Timisoata. Vol//pp11-16.

[43]. Qing-dun Zeng, Bao-hua Guan (2012), ‟Modal finite element analysis of

recontructive structure for Gantry crane on the basic of ANSYS and Dynamic stiffness”,

Journal of Mechanics and material Vol164, pp (456-459) at www.Scientific.net.

[44]. R.M.T. Raja Ismail, M.A. Ahmad, M.S. Ramli and F.R.M. Rashidi (2009),

‟Nonlinear Dynamic Modelling and Analysis of a 3-D Overhead Gantry Crane System

with Payload Variation”. Faculty of Electrical and Electronics Engineering.Universiti

Malaysia Pahang, Journal of ISSN: 1473-804x online, 1473-8031 print

[45]. Wen- Zheng.DU, Zheng XIE, Fei Lu, Yuan Cao (2013), ‟Gantry crane dynamic

modeling and motion control”. Journal of Mechanics and material Vol 414,pp(649-653)

at www.Scientific.net

120

[46]. Xiong ling- hua, Wang fan (2011), ‟Stress spectrum analysis on steel structure of

gantry crane”. Advanced Materials reseach Vols 291-294, PaPer 1634-1639, at

www.Scientific.net

2.Tài liệu tiếng Czech

[47]. Le Quy Thuy (1989), Analiza Dynamiczna Dzwigu Plywajacego zastosowaniem

Metody Elementtow Skonczonych, Praca Doktorska,Gdansk.

3.Tài liệu tiếng Hunggary

(1996), Frooszlôps toronydaruk oszlopszerkeretének [48]. Nguyen Van Vinh

igénybevetili vizsgálata, Kandidátusi értekezés- Budabest

[49]. Tran Quang Quy (1989), Toronydaruk állékonyságának elméleti elemzésé,

Kadidatusi értekezés, Budapest.

3.Tài liệu tiếng Nga

[50]. B.C.Киpeeb, B.H. Pamoдин,Ю.A. (1974), Наследование динамик козловых

кранов при совмещении производственных операций. Вестник ЦКМИ КПС

[51]. C.A.КaЗaк (1968), Динамика мостовых кранов. «Машиностроение».

[52]. M.C. Кomapob (1962), Динамика грузоподъёмных машин. «Магизм».

[53]. M.M. ГoxБept (1953), Квопросу о динамических коэффициентах для расчёта

крановых металлических конструкций.

[54]. M.M.ГoxБept (1969), Металлические конструкции подъёмно – транспортных

машин. «Машиностроение».

[55]. Д.Н.Cцищьнa, И.И. AБpamobич, B.Б. Бyлahob (1974), Динамика козловых

кранов при работе механизма подъёма груза. Вестник Машиностроение.

[56]. ДаоТронгТхыонг(1978), Исследование динамики металлоконструкций

контейнерных кранов при работе механизмапередвижения грузовой тележки и

подъёма груза. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических

наук. Москва.

[57]. ЗУБОВ Андрей Петрович (2005), Разработка методики оптимльного

проектирова ния пролетного строения решетчатых казловых кранов.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Саратов.

[58]. И.И. Aъpamobнч, Г.A. КoteдЪникob (1971), Козловые краны общего

назначения. «Машиностроение».

121

(2008), Выбор оптимальных схем

[59]. Сальянов Виталий Юрьевич

металлоконтрукций тяжелых казловых кранов. Диссертация на соискание ученой

степени кандидата технических наук. Саратов.

[60]. Фам Ван Хой (1982), Вопросы оптимизации металлических листовых

конструкций козловых кранов общево назначения. Диссертация на соискание

ученой степени кандидата технических наук. Ленинград.

[61]. Чан Ван Тьен (1996), Способы повышения эффективности гашения

колебаний металлоконструций козловых кранов. Диссертация на соискание ученой

степени кандидата технических наук. Одесса.

4.Tài liệu tiếng Trung Quốc [62]. Lưu Tập Xuyên (刘习川) (2012), 基于虚拟样机的轮胎式集装箱门式起重机动力学仿真研究，硕士学位论文，武汉理工大学.

[63]. Tôn Kiến Duệ ( 建孙锐) (2009), 基于刚柔耦合模型的门座起重机动力学仿真研究，硕士学位论文，武理工大学 . 汉

[64]. Vi Thụ Bảo ( 宝韦树 ) (2006), 基于虚拟样机技术的龙门起重机动力学仿真研究，硕士学位论文，武汉理工大学

PHỤ LỤC