Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông: Dự đoán lực căng còn lại của dầm cầu Khe Bó tại Km 37+819.79, trên tuyến La Sơn – Nam Đông, tỉnh Thừa Thiên Huế bằng đo đạc tần số dao động và mô hình số

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xác định tần số dao động của cầu bằng mô hình số. Thực nghiệm đo đạc được tần số dao động của cầu. Dự đoán lực căng còn lại của cầu thông qua thực nghiệm và mô hình hóa.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông: Dự đoán lực căng còn lại của dầm cầu Khe Bó tại Km 37+819.79, trên tuyến La Sơn – Nam Đông, tỉnh Thừa Thiên Huế bằng đo đạc tần số dao động và mô hình số

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒ ĐẮC LỘC DỰ ĐOÁN LỰC CĂNG CÒN LẠI CỦA DẦM CẦU KHE BÓ TẠI KM 37+819.79, TRÊN TUYẾN LA SƠN – NAM ĐÔNG, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ BẰNG ĐO ĐẠC TẦN SỐ DAO ĐỘNG VÀ MÔ HÌNH SỐ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số: 85. 80. 205 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG Đà Nẵng - Năm 2019
Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS. CAO VĂN LÂM Phản biện 1: TS. Võ Duy Hùng Phản biện 2: TS. Trần Đình Quảng Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông họp tại Đại học Bách khoa vào ngày 21 tháng 12 năm 2019. Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách Khoa. - Thư viện Khoa Xây dựng cầu đường, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng.
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hình 1: Tính cấp thiết của đề tài Mặt dù nền kinh tế đang trên đà phát triển, tuy nhiên việc đầu tư xây dựng mới các công trình cầu nhằm đáp ứng nhu cầu đi lại đang rất hạn chế, một phần do nguồn ngân sách còn thiếu. Vì vậy, công tác khôi phục, giữ vững trạng thái kỹ thuật của các công trình cầu là hết sức cần thiết, phù hợp với xu hướng phát triển và ngân sách hiện nay. Số lượng cầu BTCT DƯL ở nước ta hiện nay chiếm tỉ lệ khá lớn. Để giải quyết được bài toán khôi phục, giữ vững trạng thái kỹ thuật và nâng cao khả năng phục vụ đối với kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực thì việc xác định lực căng còn lại trong dầm cầu sau nhiều năm khai thác sử dụng là hết sức cần thiết. Do đó, tác giả đã chọn đề tài: “Dự đoán lực căng còn lại của dầm cầu Khe Bó tại Km 37+819.79, trên tuyến La Sơn – Nam Đông, tỉnh Thừa Thiên Huế bằng đo đạc tần số dao động và mô hình số” 2. Đối tượng nghiên cứu - Cầu Khe Bó tại Km37+819.79, huyện Nam Đông, tỉnh Thừa Thiên Huế. - Công nghệ căng cáp DUL ngoài. 3. Mục tiêu nghiên cứu - Xác định tần số dao động của cầu bằng mô hình số. - Thực nghiệm đo đạc được tần số dao động của cầu. - Dự đoán lực căng còn lại của cầu thông qua thực nghiệm và mô hình hóa.
2 4. Phương pháp nghiên cứu - Kết hợp giữa đo đạc thực nghiệm và phân tích phần tử hữu hạn. 5. Kết cấu của luận văn Chương 1: Tổng quan về công tác đánh giá năng lực chịu tải của kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực. Chương 2: Khảo sát ảnh hưởng của lực căng cáp trong dầm đến tần số dao động của cầu bằng phần mềm Abaqus. Chương 3: Dự đoán lực căng còn lại của cầu thông qua thực nghiệm. Kết luận và kiến nghị. Tài liệu tham khảo CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC 1.1. Tổng quan về cầu Khe Bó tại Km37+819.79, huyện Nam Đông, tỉnh Thừa Thiên Huế
3 Hình 1.2. Hiện trạng cầu Khe Bó – Km 37+819,79 1.1.1. Kết cấu cầu 1.1.1.1. Tiêu chuẩn kỹ thuật 1.1.1.2. Phương án kết cấu 1.1.2. Các dạng hư hỏng trong kết cấu nhịp cầu Khe Bó – Km 37+819.79 1.1.2.1. Các dạng hư hỏng trong kết cấu dầm BTCT dự ứng lực 1.1.2.2. Các dạng hư hỏng trong kết cấu nhịp cầu 1.1.2.3. Hiện trạng cầu Khe Bó - Km 37+819.79 1.2. Tổng quan về các biện pháp đánh giá năng lực chịu tải của cầu 1.2.1. Các phương pháp đánh giá cầu 1.2.2. Đánh giá cầu theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng 1.2.2.1. Đánh giá tải trọng thiết kế 1.2.2.2. Đánh giá tải trọng hợp pháp 1.2.2.3. Đánh giá tải trọng cấp phép 1.2.3. Quy trình đánh giá tải trọng theo phương pháp đánh giá hệ số tải trọng và hệ số sức kháng 1.2.3.1. Trình tự đánh giá 1.2.3.2. Công thức đánh giá tải trọng 1.2.3.3. Tính toán khả năng chịu tải C 1.3. Tổng quan về các phương pháp dự đoán lực căng còn lại của kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực 1.3.1. Dao động uốn của dầm BTCT UST nhịp giản đơn dưới tác dụng của hoạt tải
4 1.3.2. Xác định lực căng cáp trên cơ sở đo tần số dao động riêng 1.4. Những khó khăn trong quá trình dự đoán lực căng còn lại của kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực - Theo tính toán lý thuyết và mô hình số là giá trị lý tưởng. Trong khi không thể đo trực tiếp dao động của cáp mà thông qua dao động của dầm, xem dầm và cáp là liên kết tuyệt đối. Tuy nhiên, thực tế có nhiều hệ số ảnh hưởng đển liên kết này. Do vậy cần xác định các hệ số tính toán như các hệ số về mất mát ứng suất (do trượt neo, do nén đàn hồi, do tự chùng…) và hệ số  sao cho phù hợp với thực tế nhất; - Do quá trình thi công, việc lắp đặt các ống dẫn, các bó cốt thép dự ứng lực, quá trình căng kéo không chính xác theo thiết kế. Dẫn đến giữa thực tế và lý thuyết khác nhau; - Khó xác định chính xác các thông số đặc trưng của vật liệu (E,I); - Theo thời gian sử dụng, hiện cầu đã xuống cấp. Các đầu neo, ống dẫn, cáp DƯL, bê tông, cốt thép không được như ban đầu; - Ảnh hưởng của các yếu tố khác chưa lường trước được đến giá trị lực căng còn lại của dầm (Điều kiện môi trường, quá trình thi công, sửa chữa,…); - Xác định và kiểm soát ứng suất và chuyển vị của dầm trong quá trình đo đạc chất tải để dầm không bị phá hoại. 1.5. Kết luận chương - Chương 1 luận văn đã tổng quan về thực trạng cầu Khe Bó; về biện pháp đánh giá năng lực chịu tải của cầu. - Tham khảo lý thuyết tính tần số dao động thông qua lực căng trong dầm, cho thấy ảnh hưởng của lực căng cáp đến tần số dao động của kết cấu nhịp cầu. - Qua việc phân tích và đánh giá trên: cho thấy vấn đề nghiên cứu dự đoán lực căng còn lại của dầm sau nhiều năm khai thác là hết sức cần thiết.
5 CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC CĂNG CÁP TRONG DẦM ĐẾN TẦN SỐ DAO ĐỘNG CỦA CẦU BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS 2.1. Giới thiệu về phần mềm ABAQUS và các ứng dụng 2.1.1. Phương pháp phần tử hữu hạn 2.1.2 Giới thiệu về phần mềm ABAQUS và các ứng dụng 2.1.3. Cơ sở lý thuyết và phương pháp giải bằng phần mềm ABAQUS 2.2. Mô hình hóa cầu trên phần mềm ABAQUS 2.2.1. Mô hình bằng phần mềm Abaqus 2.2.1.1. Dữ liệu đầu vào a. Kích thước cấu kiện b. Vật liệu c. Tải trọng d. Điều kiện biên e. Liên kết 2.2.1.2. Tiến hành mô hình Quá trình mô hình trải qua 9 bước sau: B1: Xây dựng cấu kiện B2: Định nghĩa vật liệu và thuộc tính mặt cắt B3: Định nghĩa lắp ghép cấu kiện B4: Chia cấu kiện B5: Thiết lập bước phân tích B6: Định nghĩa ràng buộc B7: Định nghĩa tải trọng và điều kiện biên B8: Phân tích mạng lưới B9: Công tác phân tích 2.2.2. Kết quả xuất bằng phần mềm Abaqus
6 Hình 2.35: Tổ hợp tần số dao động của các Mode Hình 2.36: Dao động mode 1 Hình 2.41: Phổ tần số dao động V=20Km/h – Dầm giữa (L/2)
7 Hình 2.42: Phổ tần số dao động V=20Km/h – Dầm biên (L/2) Hình 2.43: Phổ tần số dao động V=30Km/h – Dầm giữa (L/2) Hình 2.44: Phổ tần số dao động V=30Km/h – Dầm biên (L/2)
8 Hình 2.45: Phổ tần số dao động V=40Km/h – Dầm giữa(L/2) Hình 2.46: Phổ tần số dao động V=40Km/h – Dầm biên (L/2) Hình 2.47: Phổ tần số dao động V=50Km/h – Dầm giữa (L/2)
9 Hình 2.48: Phổ tần số dao động V=50Km/h – Dầm biên (L/2) Bảng 2.2 : Bảng tổng hợp kết quả phân tích tần số dao động ở Mode 1 bằng phần mềm Abaqus Dầm giữa Dầm biên Vận tốc Tần số dao Chuyển vị Tần số dao Chuyển vị động (Hz) (mm) động (Hz) (mm) V=20km/h 4,58189 1,07929 4,58189 0,910774 V=30km/h 4,58189 1,07863 4,58189 0,909939 V=40km/h 4,58189 1,07863 4,58189 0,909939 V=50km/h 4,58189 1,07863 4,58189 0,909939 Nhận xét: Tần số dao động Mode 1 với vận tốc thay đổi V=20,30,40,50 Km/h là như nhau f=4,58189 Hz, chuyển vị tương ứng khi V>20Km/h là không đổi. Kết quả phân tích bằng phần mềm Abaqus phản ánh đúng điều kiện làm việc của kết cấu nhịp. 2.3. Xác định sơ bộ lực căng còn lại trong dầm cầu Khe Bó. 2.3.1. Cơ sở lý thuyết a. Tính toán lực kéo còn lại thực tế trong cáp DƯL: (Trường hợp không có hoạt tải) b. Tính toán lực kéo còn lại thực tế trong cáp DƯL: (Trường hợp có hoạt tải) 2.3.2. Xác định sơ bộ lực căng còn lại a. Các thông số kỹ thuật và số liệu tính toán:
10 a.1. Kết cấu: a.2. Các thông số kỹ thuật: a.3. Đặc trưng hình học: a.4. Tải trọng và các hệ số: b. Tính toán lực căng còn lại thực tế trong cáp DƯL (Trường hợp không có hoạt tải) c. Tính toán lực căng còn lại thực tế trong cáp DƯL (Trường hợp có hoạt tải) 2.4. Khảo sát ảnh hưởng của lực căng cáp trong dầm đến tần số dao động của cầu. 2.4.1. Xác định miền khảo sát ảnh hưởng Theo kết quả tính toán trên, lực căng còn lại trong dầm là 840KN. Tác giả tiến hành khảo sát ảnh hưởng của lực căng cáp trong dầm đến tần số dao động của cầu với biên độ: 840 ± 10% Bảng 2.2. Bảng giá trị lực căng khảo sát Stt Biên độ Lực căng (KN) 1 840 - 10% 756 2 840 - 5% 798 3 840 + 0% 840 4 840 + 5% 882 5 840 + 10% 924 2.4.2. Kết quả khảo sát Bảng 2.3. Bảng ảnh hưởng của lực căng cáp trong dầm đến tần số dao động của cầu Lực căng trong 1 bó cáp (KN) 756 798 840 882 924 Tần số dao động 3.73 4.17 4.32 4.52 4.61 tính theo Abaqus (Hz)
11 Hình 2.50: Khảo sát sự thay đổi tần số dao động 2.5. Đánh giá kết quả. Từ kết quả trên, ta thấy: - Tác giả đã xác định được tần số dao động của dầm cầu dưới tác dụng của xe tải thí nghiệm theo mô hình số, làm cơ sở quan trọng cho việc dự đoán lực căng còn lại của cáp dự ứng lực. - Theo kết quả mô hình số, tần số dao động tỉ lệ thuận với giá trị lực căng. 2.6. Kết luận chương - Chương 2 luận văn đã mô hình hóa kết cấu dưới tác dụng của tải trọng xe. - Xác định được tần số dao động của dầm cầu dưới tác dụng của xe tải thí nghiệm theo mô hình số. - Xác định được sơ bộ lực căng còn lại trong dầm cầu thông qua lý thuyết và đo đạc chuyển vị, từ đó xác định được miền khảo sát ảnh hưởng của lực căng đến tần số dao động. - Khảo sát quan hệ giữa lực căng và tần số, làm cơ sở quan trọng cho việc dự đoán lực căng cho dầm cầu BTCT của cầu Khe Bó. Theo kết quả mô hình số, tần số dao động tỉ lệ thuận với giá trị lực căng.
12 CHƯƠNG 3 DỰ ĐOÁN LỰC CĂNG CÒN LẠI CỦA CẦU THÔNG QUA THỰC NGHIỆM 3.1. Cơ sở lý thuyết để dự đoán lực căng cáp dự ứng lực trong dầm 3.1.1. Lý thuyết về dao động 3.1.2. Cơ sở lý thuyết để dự đoán lực căng cáp dự ứng lực trong dầm Trình tự thực hiện: Bước 1: Tiến hành mô hình số cầu Khe Bó trên phần mềm Abaqus. Bước 2: Tiến hành công tác thực nghiệm: Đo dao động kết cấu nhịp tại mặt cắt giữa nhịp bằng các cảm biến đo gia tốc. Phổ gia tốc dao động được ghi lại tự động bằng hệ thống đo đạc, sau đó dùng kỹ thuật phân tích tín hiệu số chuyển đổi Furie (FFT) về miền tần số để xác định tần số dao động riêng của hệ. Phần mềm phân tích tín hiệu dao động cầu tác giả sử dụng phần mềm MATLAB để tính toán tần số dao động tự do cũng như chuyển vị dao động của kết cấu nhịp dựa vào cơ sở lý thuyết như trên. Hình 3.3. Phần mềm MATLAB Hình 3.4 . Hàm FFT sử dụng để phân tích phổ dao động
13 Bước 3: Tiến hành đồng nhất tần số dao động giữa kết quả thực nghiệm và mô hình số thông qua điều chỉnh lực căng trong dầm. Kết quả sau khi điều chỉnh chính là lực căng còn lại cần tìm. 3.2. Thực nghiệm đo đạc tần số dao động của cầu 3.2.1. Công tác chuẩn bị 3.2.1.1. Các thiết bị phục vụ công tác đo đạc 3.2.1.2. Công tác lắp đặt các thiết bị đo đạc 3.2.2. Tải trọng thử và các sơ đồ xếp tải a. Nguyên tắc xác định tải trọng xe: b. Tải trọng thử nghiệm: c. Bố trí sơ đồ thử tải: 3.2.3. Kết quả thử tải động 3.2.3.1. Xe tải trọng thử chạy với tốc độ 20Km/h 3.2.3.1-1. Phổ đo dao động nhịp 2 - Dầm D1 (V=20Km/h) Hình 3.19. Biểu đồ gia tốc giao động Hình 3.20. Phổ tần số và năng lượng nhịp 2 – Dầm D1 (V=20Km/h) nhịp 2 – Dầm D1 (V=20Km/h) 3.2.3.1-2. Phổ đo dao động nhịp 2 - Dầm D2 (V=20Km/h) Hình 3.21. Biểu đồ gia tốc giao động Hình 3.22. Phổ tần số và năng lượng nhịp 2 – Dầm D2 (V=20Km/h) nhịp 2 – Dầm D2 (V=20Km/h)
14 3.2.3.1-3. Phổ đo dao động nhịp 2 - Dầm D3 (V=20Km/h) Hình 3.23. Biểu đồ gia tốc giao động Hình 3.24. Phổ tần số và năng lượng nhịp nhịp 2 – Dầm D3 (V=20Km/h) 2 – Dầm D3 (V=20Km/h) 3.2.3.2. Xe tải trọng thử chạy với tốc độ 30Km/h 3.2.3.2-1. Phổ đo dao động nhịp 2 - Dầm D1 (V=30Km/h) Hình 3.25. Biểu đồ gia tốc giao động Hình 3.26. Phổ tần số và năng lượng nhịp 2 – Dầm D1 (V=30Km/h) nhịp 2 – Dầm D1 (V=30Km/h) 3.2.3.2-2. Phổ đo dao động nhịp 2 - Dầm D2 (V=30Km/h) Hình 3.27. Biểu đồ gia tốc giao Hình 3.28. Phổ tần số và năng lượng động nhịp 2 – Dầm D2 (V=30Km/h) nhịp 2 – Dầm D2 (V=30Km/h)
15 3.2.3.2-3. Phổ đo dao động nhịp 2 - Dầm D3 (V=30Km/h) Hình 3.29. Biểu đồ gia tốc giao động Hình 3.30. Phổ tần số và năng lượng nhịp 2 – Dầm D3 (V=30Km/h) nhịp 2 – Dầm D3 (V=30Km/h) 3.2.3.3. Xe tải trọng thử chạy với tốc độ 40Km/h 3.2.3.3-1. Phổ đo dao động nhịp 2 - Dầm D1 (V=40Km/h) Hình 3.31. Biểu đồ gia tốc giao Hình 3.32. Phổ tần số và năng lượng động nhịp 2 – Dầm D1 (V=40Km/h) nhịp 2 – Dầm D1 (V=40Km/h) 3.2.3.3-2. Phổ đo dao động nhịp 2 - Dầm D2 (V=40Km/h) Hình 3.33. Biểu đồ gia tốc giao động Hình 3.34. Phổ tần số và năng lượng nhịp 2 – Dầm D2 (V=40Km/h) nhịp 2 – Dầm D2 (V=40Km/h)
16 3.2.3.3-3. Phổ đo dao động nhịp 2 - Dầm 3 (V=40Km/h) Hình 3.35. Biểu đồ gia tốc giao động Hình 3.36. Phổ tần số và năng lượng nhịp 2 – Dầm D3 (V=40Km/h) nhịp 2 – Dầm D3 (V=40Km/h) 3.2.3.4. Xe tải trọng thử chạy với tốc độ 50Km/h 3.2.3.4-1. Phổ đo dao động nhịp 2 - Dầm D1 (V=50Km/h) Hình 3.37. Biểu đồ gia tốc giao động Hình 3.38. Phổ tần số và năng lượng nhịp 2 – Dầm D1 (V=50Km/h) nhịp 2 – Dầm D1 (V=50Km/h) 3.2.3.4-2. Phổ đo dao động nhịp 2 - Dầm D2 (V=50Km/h) Hình 3.39. Biểu đồ gia tốc giao động Hình 3.40. Phổ tần số và năng lượng nhịp 2 – Dầm D2 (V=50Km/h) nhịp 2 – Dầm D2 (V=50Km/h)
17 3.2.3.4-3. Phổ đo dao động nhịp 2 - Dầm D3 (V=50Km/h) Hình 3.41. Biểu đồ gia tốc giao động Hình 3.42. Phổ tần số và năng lượng nhịp 2 – Dầm D3 (V=50Km/h) nhịp 2 – Dầm D3 (V=50Km/h) 3.2.3.5. Kết quả Kết quả phân tích chuyển vị động tại vị trí giữa nhịp được phân tích từ kết quả đo dao động. Bảng 3.2: Kết quả tần số và chu kỳ dao động Tần số dao động (Hz) Chu Vị trí Tần số (Hz) V=20Km/h V=30Km/h V=40Km/h V=50Km/h kỳ (s) Dầm 1 4,2603 4,2847 4,2603 4,2969 4,2969 0.233 Dầm 2 4,2603 4,2419 4,2603 4,2969 4,2969 0.233 Dầm 3 4,2603 4,2419 4,2603 4,2969 4,2969 0.233 Nhận xét:- Căn cứ kết quả đo dao động kết cấu nhịp thì chu kỳ dao động riêng của kết cấu đều nằm ngoài vùng nguy hiểm (0.45-0.6) s. Đặc trưng động học của kết cấu cầu là phù hợp. - Các chu kỳ dao động tự do thẳng đứng không nằm trong phạm vi giới hạn 0,45s-0,6s tại điều 3.A.17 trong Tiêu chuẩn 22TCN243-98. 3.3. So sánh tần số dao động thông qua thực nghiệm và mô hình hoá Bảng 3.3: Bảng tổng hợp kết quả tần số dao động giữa mô hình số và thực nghiệm Abaqus (Hz) Thực nghiệm (Hz) Chênh lệch (%) Tại L/2 4,5819 4,2969 6,63%
18 Nhận xét: Ta thấy giữa thực nghiệm và mô hình số, tần số dao động chênh lệch không nhiều khoảng 6.63%. 3.4. Khảo sát sự thay đổi tần số dao động trong dầm do lực căng Theo kết quả đo đạc và kết quả dự đoán sơ bộ lực căng còn lại, ta nhận thấy giá trị nằm trong miền khảo sát, tác giả tiến hành khảo sát chi tiết miền ảnh hưởng của lực căng cáp trong dầm đến tần số dao động bằng Abaqus theo biên độ (0-10%) như bảng thống kê dưới đây: Bảng 3.4. Bảng ảnh hưởng của lực căng cáp trong dầm đến tần số dao động của cầu bằng mô hình số Ptk -10% Ptk -7% Ptk -5% Ptk -3% Ptk Lực căng trong 1 bó cáp (KN) 819 846.3 864.5 882.7 910 Tần số dao động 4,2830 4,3302 4,4404 4,5205 4,5819 tính theo Abaqus (Hz) Hình 3.44. Khảo sát sự thay đổi tần số dao động Nhận xét: - Dựa vào biểu đồ khảo sát sự thay đổi tần số dao động, ta thấy lực căng còn lại trong 1 bó cáp nằm khoảng 820KN – 840 KN (Tức khoảng Ptk – 10% đến Ptk -7%).