BÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦU P4

BÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦUBÀI GIẢNG CAO HỌC: TẢI TRỌNG GIÓ ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦU

Phân loại

Mô hình kết cấu được phân chia thành sáu loại chính phụ thuộc vào mục đích sử dụng của mô hình

1 Mô hình đàn hồi: loại mô hình này hoàn toàn giống với kết cấu thật nhưng được làm

bằng vật liệu đàn hồi, đồng nhất (homogeneous, elastic material) Loại vật liệu làm mô hình không

nhất thiết là vật liệu dự định thiết kế cho kết cấu thật Khi thí nghiệm mô hình này phải giới hạn tải trọng tác dụng trong miền đàn hồi và tất nhiên là nó không được dùng để đánh giá về vết nứt, tính dẻo và các ứng sử sau đàn hồi khác Vật liệu cho loại mô hình này thư ờng là chất dẻo (Plexiglas, Lucite, Perspex),

nhựa PVC, gỗ nhẹ Trong nhiều trường hợp để tăng tính minh họa, chẳng hạn như phóng đại độ võng của

kết cấu, ta có thể dùng các loại nhựa dẻo, cao su,

2 Mô hình gián tiếp: loại mô hình này là trư ờng hợp đặc biệt của mô hình đàn hồi để vẽ đường ảnh hưởng nội lực, phản lực gối Mô hình này không nhất thiết phải trùng hợp với kết cấu thật mà mặt cắt, liên kết phụ có thể được thay đổi nhưng độ cứng EJ (hay EF) phải được giữ đúng tỷ lệ Hiện nay mô hình này ít được sử dụng do ta có thể mô hình hóa trên máy tính sử dụng các phần mềm phần tử hữu hạn tính

kết cấu để vẽ đuờng ảnh hưởng và cho kết quả tin cậy

3 Mô hình trực tiếp: mô hình trực tiếp phải có giống kết cầu thật về hình dáng và tải trọng Biến

dạng, ứng suất và độ võng đo được ở các tổ hợp tải trọng khác nhau thường cũng tỷ lệ với kết cấu thực Như thế mô hình đàn hồi cũng là một loại mô hình trực tiếp (hình 1)

4 Mô hình cư ờng độ: loại mô hình này đ ể thí nghiệm xác định tải trọng giới hạn mà kết cấu có thể chịu được nên nó còn được gọi là mô hình phá hoại Vật liệu làm mô hình này phải giống kết cấu thật Ví

dụ lập mô hình cường độ cho một kết cấu cầu bê tông cốt thép thì vật liệu phải là bê tông Tuy nhiên việc chọn cốt liệu cho bê tông và loại cốt thép có kích thước phù hợp để làm mô hình là một lựa chọn khó khăn vì nó sẽ rất nhạy cảm với số liệu thí nghiệm

5 Mô hình xét ảnh hưởng tác động gió và mô hình đ ộng: các mô hình này đ ể xác định những đặc trưng của kết cấu thật liên quan đến gió như hệ số cản gió, các đặc trưng dao động do gió, đặc trưng khí động học Mô hình này có thể thí nghiệm trong hầm gió hoặc được đặt lên các bàn rung tạo dao động Các loại cầu dây, cầu qua vịnh, eo biển hay cầu nằm trong khu vực có cấp động đất lớn thường phải làm

mô hình này để thí nghiệm

6 Mô hình mô tả và nghiên cứu: các loại mô hình này thường có tính tượng trưng hoặc mô hình một

bộ phận nào đó phục vụ thuần túy cho công tác giảng dạy và nghiên cứu

Trên đây là cách phân chia thành các loại chính, thực tế còn có các loại mô hình khác như mô hình xác định ảnh hưởng của nhiệt độ, mô hình mô tả thi công phân đoạn, Ngày nay với sự phát triển của máy tính cùng với các phần mềm hỗ trợ thiết kế làm cho công việc làm mô hình đơn gi ản hơn rất nhiều

bằng cách tạo các kết cấu ảo (virtual product) Chẳng hạn như các phần mềm CAD cho phép mô phỏng

mô hình không gian của kết cấu cầu từ ý tưởng ban đầu cho đến quá trình thi công, khai thác, bảo dưỡng

và phá hoại (product lifecycle management)

Hình 1 Mô hình c ầu treo dưới tác dụng của tải trọng động

(ISMES, Bergamo, Italia)

đồng thời tối ưu hóa được hiệu quả của việc làm mô hình mang lại

Các loại công trình thường phải làm mô hình

Vì việc phân tích kết cấu đơn thuần dựa trên phân tích và tính toán là không đủ tin cậy nên trong

những trượng hợp sau thường phải làm mô hình phục vụ cho quá trình thiết kế, thi công và đánh giá năng

lực chịu tải của kết cấu

1 Các loại kết cấu ứng dụng vật liệu mới như sợi carbon, bê tông polime

2 Các loại kết cấu mới như kết cấu tấm mỏng có sườn (dùng trong kết cấu bản mặt cầu), cấu kiện có điều kiện biên đặc biệt

3 Các loại kết cấu phức tạp có tương tác của nhiều thành phần như kết cấu nút giao thông khác mức

phức tạp

4 Các loại kết cấu thi công phân đoạn như thi công hẫng

5 Các loại kết cấu cầu qua vùng đặc biệt như vùng có cấp động đất lớn, vùng có gió mạnh như cầu qua vịnh

6 Các chi tiết làm việc cục bộ như ụ neo, bê tông kê gối, gối cầu, liên kết là những nơi có ứng suất cục bộ lớn Việc hiểu rõ sự làm việc của các chi tiết này giúp cho việc thiết kế và đánh giá kết cấu được chính xác hơn

III LỰA CHỌN TỶ LỆ HÌNH HỌC

Việc lựa chọn tỷ lệ mô hình phụ thuộc rất nhiều vào năng lực của thiết bị thí nghiệm và máy tạo lực (hay điều kiện chất tải trọng) Tuy nhiên nó không được quá nhỏ vì khi đó sẽ chế tạo mô hình khó khăn

và kết quả thu được khó chính xác

Bảng 1 đưa ra các khuyến cáo của Harris và Sabnis [1]

Bảng 1 Tỷ lệ kích thước mô hình cho một số

loại kết cấu điển hình Lọai kết cấu

về tỷ lệ kích thước cho một số loại kết cấu điển hình

Mô hình đàn hồi Mô hình cường độ

IV TRIỂN KHAI MÔ HÌNH

Mô hình kết cấu là một dự án nhỏ trong dự án lớn đòi hỏi phải được lên kế hoạch cẩn thận các bước

cần tiến hành Trình tự có thể tiến hành như sau:

1 Xác định quy mô và tiêu chuẩn của mô hình

2 Đưa ra các yêu cầu tương tự (similitude) như hình h ọc, vật liệu, tải trọng và cách xử lý kết quả Đặc biệt chú ý đến các tiêu chuẩn mà việc làm mô hình tương t ự khó đạt được Chẳng hạn như dùng vật

liệu chất dẻo làm mô hình cho kết cấu bê tông nhưng phải đảm bảo có cùng hệ số nở ngang (hệ số Poisson)

3 Quyết định kích cỡ của mô hình và mức độ tin cậy và chính xác của mô hình cần đạt được Điều này phải phù hợp với quy mô, tầm quan trọng của công trình và tiêu chuẩn dự án

4 Chọn vật liệu làm mô hình và lắp ráp

5 Lựa chọn máy tạo lực và thiết kế giá lực

6 Chọn máy móc và thiết bị tương thích để đo ứng xử của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng thử

7 Tiến hành thí nghiệm Trong quá trình làm thí nghiệm phải ghi hình, chụp ảnh thường xuyên Chú

ý đến các hiện tượng như mất ổn định, chảy dẻo, hình thành và phát triển nứt, Nên chia các cấp tải

trọng, xếp tải thành các sơ đồ đúng tâm, lệch tâm,… Sau mỗi lần dỡ tải phải ghi lại các giá trị không tải

Nếu hai lần đo mà kết quả không chụm thì có thể phải làm thêm để đối chiếu

8 Xử lý số liệu, phân tích kết quả, tính toán và viết báo cáo

Ngoài ra phải làm các thí nghiệm nhỏ phụ phục vụ để nghiên cứu các chi tiết của mô hình hay xác định các tính chất và đặc trưng của vật liệu như cường độ hay mô đun đàn hồi

V ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA VIỆC PHÂN TÍCH KẾT CẤU SỬ DỤNG MÔ HÌNH

Ưu điểm

Ưu điểm lớn nhất của việc sử dụng mô hình thí nghiệm là nó mô tả được toàn bộ quá trình làm việc

của kết cấu cho đến phá hoại, trong khi đó mô hình trên máy tính ch ỉ giải được bài toán ở một số giai đoạn cụ thể và nó rất hạn chế ở tính toán mô hình không gian và khi có tải trọng phức tạp

Làm mô hình thu nhỏ là để giảm chi phí, do giảm được chi phí tạo lực và chi phí làm giá đỡ, thiết bị

đi kèm

Nhược điểm

Làm mô hình có như ợc điểm là tốn thời gian và chi phí, kéo dài dự án Ngoài ra trong quá trình mô

phỏng một số chi tiết đã được được đơn giản hóa hoặc quy mô nhỏ hơn nên phải cần phương pháp tin cậy

để dịch kết quả hay phải có công cụ kiểm chứng

Từ những ưu nhược điểm trên cho thấy nên phải có kế hoạch mô hình từ sớm để đảm bảo tiến độ của dự án, tránh trường hợp đến giai đoạn gặp khó khăn trong phân tích mới sử dụng mô hình