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

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 cầuNghiên 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 cầuNghiên 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 cầuNghiên 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 cầuNghiên 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 cầuNghiên 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 cầuNghiên 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 cầuNghiên 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 cầuNghiên 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 cầuNghiên 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 cầuNghiên 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

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

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

Mã số: 62.52.01.16

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:

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

MỤC LỤC

Lời cam đoan ……… i 

Lời cám ơn ……… ii 

Mục lục ……… iii 

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

Danh mục các chữ viết tắt ……… x 

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

8. Bố cục của luận án   5

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU  8

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

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

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

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)  có kể đến độ cứng của cáp.   52

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

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

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

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

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

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

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

KẾT LUẬN CHƯƠNG V   112

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.   113

I. KẾT LUẬN   113

II. KIẾN NGHỊ   114

III. HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO   114

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐàCÔNG BỐ KẾT QUẢ   116

NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN.   116

TÀI LIỆU THAM KHẢO   117

PHỤ LỤC   121

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN ÁN

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 

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. 

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. 

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 

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 

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 

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, 

- 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 

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

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, 

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 

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 

2005.Theo tiêu chuẩn này hệ số động lực cũng chỉ được xác định bằng thực nghiệm phụ thuộc vào vận tốc nâng theo công thức:         1 VL        (1. 1) 

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

- 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 

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 

- 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.