CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC VÀ NGHIÊN CỨU HẦM GIÓ CẦU BÃI CHÁY

CHƯƠNG 3 ,PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC, VÀ NGHIÊN CỨU HẦM GIÓ, CẦU BÃI CHÁY

Trang 1

chương III

phân tích động học và nghiên cứu hầm gió

Cầu Bãi Cháy được thiết kế là một cây cầu hiện đại với các đặc điểm sau đây

• Nhịp chính dài 435 m, đây là cây cầu có quy mô rất lớn

• Trụ cầu rất cao: trụ P2-41m, trụ P3-47.5m, trụ P4-47.5m

• Kiểu cầu là cầu dây văng bê tông dự ứng lực, kết cấu rất phức tạp

• Tỷ lệ kích thước của cầu được tạo ra sao cho cầu có dáng thanh mảnh

• Khu vực Bãi Cháy, nơi xây dựng cầu, là khu vực có tần suất xảy ra động

đất và bão tương đối cao

Độ an toàn của cầu phải được xác nhận thông qua kiểm tra động học, bao gồm Phân tích động học và nghiên cứu hầm gió

3-1 phân tích động học 3-1-1 chu kỳ tự nhiên

3-1-1-1 Mô hình phân tích Mô hình tổng thể dùng cho phân tích được trình bày trong Hình 3-1

Hình 3-1 Mô hình phân tích(Mô hình tổng thể)

Trang 2

Mô hình kết cấu phần dưới dùng cho phân tích được trình bày trong Hình 3-2

Hình 3-2 Mô hình phân tích (Mô hình chi tiết cho trụ) 3-1-1-2 Quán tính và diện tích của mặt cắt được trình bày trong Bảng 3-1

Bảng 3-1 Quán tính và diện tích của mặt cắt A(m2) J(m4) Iy(m4) Iz(m4) E(t/m2) G(t/m2) Kết cấu

phần trên 12.9 44.7 22.1 491.0 3.2x106 1.39x106A1 12.0 44.7 22.1 491.0 3.2x106 1.39x106

P2 20.8 36.1 10.5 119.6 2.5x106 1.09x106P3 20.8 36.1 11.0 11.0 2.95x106 1.28x106P4 20.8 36.1 11.0 11.0 2.95x106 1.28x106P5 20.8 36.1 10.5 119.6 2.5x106 1.09x106

3-1-1-3 Trọng lượng của khối Trọng lượng của khối được nêu trong Bảng 3-2 Ghi chú: các vị trí nút được thể hiện trong mô hình để phân tích

Trang 3

Bảng 3-2 Trọng lượng của khối (nêu một số khối làm ví dụ) Nút NC Wx(t) Nút NC Wx(t) Nút NC Wx(t)

và các kết quả được trình bày trong Bảng 3-3

Các dạng dao động chính được thể hiện từ Hình 3-3 ~ Hình 3-10

Hình 3-3 Mode 1: Chu kỳ 4.668 giây Hình 3-4 Mode 5: Chu kỳ 2.871 giây

Trang 4

5 2.871 40.6 0.0 LL-Lµm viÖc cña trô chÝnh

6 2.092 35.6 0.0 LL-Lµm viÖc cña trô chÝnh

9 1.438 2.5 0.0 LL-Lµm viÖc cña trô P2

10 1.396 0.0 25.0 TR-lµm viÖc (2) cña trô chÝnh

26 0.423 0.5 0.0 LL-Lµm viÖc cña trô P1

27 0.419 0.0 1.7 TR-Lµm viÖc cña trô P1

Trang 5

3-1-2 thiết kế chống động đất

3-1-2-1 Điều kiện thiết kế

(1) Khái quát về thiết kế Theo quy định, Thiết kế chống động đất cho Dự án cầu Bãi Cháy phải

được thực hiện theo tiêu chuẩn JSHB-1996, Phần V, Tiêu chuẩn thiết kế chống động đất

Tiêu chuẩn này đã được sửa đổi lớn sau Trận động đất lớn AWAJI xảy ra năm 1995 Do đó, tiêu chuẩn JSHB – 1996, Phần V được kết hợp các kiến thức và kinh nghiệm k ỹ thuật mới nhất, vì thế sẽ rất hiệu dụng đối với thiết kế chống động đất cho Cầu Bãi Cháy

HANSHIN-Mặt khác, động đất ở mỗi vùng lại có những đặc điểm khác nhau Do đó, lực động đất, sóng động đất phải được xác định th eo các điều kiện của khu vực xây dựng cầu, và xem xét các tiêu chuẩn liên quan ở Việt Nam

Trong thiết kế chống động đất, kết cấu cầu phải được thiết kế sao cho thỏa mãn được các trạng thái làm việc của lực động đất của cả động đất cấp trung bình và động đất mạnh

- Đối với lực động đất cấp trung bình, đáp ứng kết cấu phải ở trong khoảng giới hạn đàn hồi

- Đối với lực động đất mạnh, tất cả các cấu kiện của kết cấu phải được kiểm tra là không bị hỏng

Lực động đất thiết kế phải được xác định dựa trên phân tích nguy cơ động

đất và kết quả đó phải được rà soát theo Tiêu chuẩn Việt Nam

Việc phân tích nguy cơ động đất sẽ được thực hiện với sự phối hợp của Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia

Trang 6

(2) Quy trình thiết kế chống động đất Quy trình thiết kế chống động đất được thể hiện trọng Hình 3-11

Hình 3-11 Quy trình thiết kế chống động đất

Trang 7

Các kết quả tính toán cho Khu vực Dự án Cầu Bãi Cháy được thể hiện trong Bảng 3-4

Bảng 3-4 Gia tốc đỉnh của đất cho Khu vực cầu Bãi Cháy

Gia tốc đỉnh của đất ( cm/giây 2 ) Chu kỳ

Chu kỳ quay lại tương ứng với tuổi thọ thiết kế 100 năm được tính ra là 950 năm từ Hình 3-12, và gia tốc đỉnh của đất tương ứng với chu kỳ quay lại đó

- Gia tốc đỉnh trung bình (xem Bảng 3-4 ) : 82 cm/giây2

- Hệ số gia tốc cho lực động đất cấp trung bình:

AC = 82cm/giây2/980 cm/giây2=0.08 Giá trị này gần bằng gia tốc đỉnh của đất trung bình tương ứng với chu kỳ quay lại 475 năm đối với tuổi thọ thiết kế là 50 năm

Trang 8

0.07 x 980 cm/gi©y2 = 69 cm/gi©y2 (Xem B¶ng 3-4 ) V× vËy, cã thÓ kÕt luËn r»ng, hÖ sè AC = 0.08 lµ phï hîp, v× c¸c gi¸ trÞ nµy t¨ng lªn cïng víi sù xem xÐt vÒ quy m« vµ tÇm quan träng cña cÇu B·i Ch¸y

H×nh 3-12 Mèi liªn hÖ gi÷a Chu kú quay l¹i vµ Tuæi thä c«ng tr×nh

MÆt kh¸c, hÖ sè gia tèc cho Dù ¸n CÇu B·i Ch¸y theo Tiªu chuÈn ViÖt Nam (22 TCN-221-85) lµ 0.07 nh trong H×nh 3-13

Trang 9

Để xác định lực động đất mạnh, gia tốc đỉnh của đất lớn nhất tương ứng với chu kỳ quay lại 2500 năm được áp dụng để đảm bảo an toàn

Gia tốc đỉnh của đất và hệ số gia tốc đối với lực động đất mạnh như sau

- Gia tốc đỉnh của đất tương ứng với chu kỳ quay lại 2500 năm: 132 cm/giây2

- Hệ số gia tốc đối với lực động đất mạnh: 132cm/giây2/ 980cm/giây2 = 0.14

Bảng 3-5 Hệ số gia tốc thiết kế và gia tốc đỉnh của đất thiết kế Cấp động đấtE Hệ số gia tốc Gia tốc đỉnh của đấtTrung bình 0.08 82 cm/giây2Mạnh 0.14 132 cm/giây2(4) Phương pháp thiết kế chống động đất

Hai phương pháp thiết kế được sử dụng cho thiết kế chống động đất cầu Bãi Cháy như sau

- Phân tích phổ đáp ứng

- Phân tích đáp ứng theo lịch sử thời gian

3-1-2-2 Phân tích phổ đối với động đất cấp trung bình

(1) Phân tích phổ đáp ứng trung bình

Đây là phương pháp phân tích động học đơn giản nhất Phổ đáp ứng gia tốc

được xác định bằng cách kiểm tra các sóng động đất điển hình quan trắc

được trọng khu vực Dự án cầu Bãi Cháy so sánh với tiêu chuẩn JSHB-96 Phổ đáp ứng gia tốc sẽ được vẽ nên theo quy trình sau

1- Chọn ra các trận động đất mạnh quan trắc trong 6 trạm ở miền Bắc (Bảng 3-1 và Bảng 3-2)

2- Vẽ phổ đáp ứng gia tốc bằng phân tích Fourier 3- Vẽ phổ đáp ứng gia tốc trung bình

4- So sánh giữa phổ đáp ứng gia tốc trung bình và phổ gia tốc tiêu chu ẩn nêu trong tiêu chuẩn JSHB-96

5- Điều chỉnh phổ đáp ứng gia tốc trung bình

Trang 10

Bảng 3-6 Danh sách các trận động đất mạnh quan trắc được ở các trạm Tâm động đất

Vĩ độ Kinh độ

(cường độ) Ghi chú 20.9N 105.7E 22/06/1996 -

19.2N 103.1E 28/09/1996 5.1 20.4N 100.6E 21/12/1996 5.2 16.8N 105.9E 11/03/1997 5.7 25.9N 103.4E 01/12/1998 4.9

Bảng 3-7 Các trạm quan trắc địa chấn ở Việt Nam Tên trạm Ký hiệu Vĩ độ Kinh độ Cao độ Nền Tam Doa TDV 21

27.88 105

38.74

1200 Sandston 3D

Chua Tram

HNV 20

56.29

105 41.33

50 Liemesto 3D

Doan Hung DHV 21 37.61 105

90 Quartzit 1D

Bac Giang BGV 21 17.41 106

13.65

15 Sandston 1D

Hoa Binh HBV 20 47.77 105

20.32

80 Sandston 1D

Trang 11

Hình 3-14 Các trạm ở miền Bắc Việt Nam và Phân bố động đất

Trang 12

Hình 3-21 Gia tốc lớn nhất theo phương ngang Hình 3-22 Lực thiết kế lớn nhất (mô men uốn) theo phương ngang Hình 3-23 Lực thiết kế lớn nhất (lực cắt) theo phương ngang Hình 3-24 Lực thiết kế lớn nhất (lực xoắn) theo phương ngang

Trang 13

Hình 3-16 Chuyển vị lớn nhất theo phương dọc

Hình 3-17 Gia tốc lớn nhất theo phương dọc

Hình 3-18 Lực thiết kế lớn nhất (mô men uốn) theo phương dọc

Trang 14

Hình 3-19 Lực thiết kế lớn nhất (lực cắt) theo phương dọc

Hình 3-20 Chuyển vị lớn nhất theo phương ngang

Hình 3-21 Gia tốc lớn nhất theo phương ngang

Trang 15

Hình 3-22 Lực thiết kế lớn nhất (mô men uốn) theo phương ngang

Hình 3-23 Lực thiết kế lớn nhất (lực cắt) theo phương ngang

Hình 3-24 Lực thiết kế lớn nhất (lực xoắn) theo phương ngang

Trang 16

ii Lực đáp ứng của phần chính

- Phương dọc cầu Bảng 3-8 Các kết quả phân tích phổ đáp ứng theo phương dọc

( Amax =80 gal) 1 gal = 10-2 m/giây2

Trụ P1 Trụ P2 Trụ P3 Trụ P4 Trụ P5 Trụ P6

Đáy Đáy Đỉnh Đáy Tháp Đỉnh Đáy Tháp Đáy Đáy

M tm - - 4528 11,044 1762 5014 11530 2305 Tĩnh

Đáy Đáy Đỉnh Đáy Tháp Đỉnh Đáy Tháp Đáy Đáy Lực dọc trục t 1,643 2,594 20,791 23,774 20,592 23,592

Tĩnh học 3,687 6,628 24,155 79,222 24,568 80,573

Mô

men uốn Động

học 2,512 6,185 12,642 35,362 5,357 16,889 35,954 6,134 Tĩnh

học 304 300 1,884 2,087 1,900 2,103

Lực cắt t

Động học 151 207 780 810 124 814 845 150

Bỏ qua

Bảng 3-11 Phương ngang

Đáy Đáy Đỉnh Đáy Tháp Đỉnh Đáy Tháp Đáy Đáy Lực dọc trục t 1,618 2,342 21,014 23,551 17,768 20,824 23,361 17,579 370 1,538

Tĩnh học 4,449 13,610 10,633 79,031 10,223 69,902 4,850 3,340 Mô men

uốn Động

học 12,381 21,869 5,477 40,115 4,822 5,340 37,177 4,581 4,123 1,706 Tĩnh học 239 374 1,338 1,541 1,154 1,357 563 316 Lực cắt

t Động

học 517 557 724 807 216 671 745 179 448 181 Xoắn Động

học - - 7,062 - 5,870 - - -

Trang 17

3-1-2-3 Phân tích đáp ứng theo lịch sử thời gian đối với động đất cấp trung

bình (1) Sóng địa chấn quan trắc được

Phương pháp phân tích đáp ứng theo lịch sử thời gian Một trong những sóng địa chấn đại diện sẽ được sử dụng cho phương pháp phân tích đáp ứng theo lịch sử thời gian

Sóng địa chấn đại diện sẽ được lựa chọn có xét các điều kiện như hệ thống kết cấu, kết cấu nền móng, tính chất rung động học, các đặc điểm địa chất, v.v

Hình 3-25 Sóng địa chấn quan trắc được Gia tốc lớn nhất là 82 gal đối với động đất cấp trung bình (2) Kết quả tính toán

i- Kết quả tính toán được thể hiện như sau

Hình 3-26 Chuyển vị lớn nhất theo phương dọc Hình 3-27 Gia tốc lớn nhất theo phương dọc Hình 3-28 Lực thiết kế lớn nhất (mô men uốn) theo phương dọc Hình 3-29 Lực thiết kế lớn nhất (lực cắt) theo phương dọc Hình 3-30 Chuyển vị lớn nhất theo phương ngang

Hình 3-31 Gia tốc lớn nhất theo phương ngang Hình 3-32 Lực thiết kế lớn nhất (mô men uốn) theo phương ngang Hình 3-33 Lực thiết kế lớn nhất (lực cắt) theo phương ngang Hình 3-34 Lực thiết kế lớn nhất (lực xoắn) theo phương ngang

Trang 18

Hình 3-26 Chuyển vị lớn nhất theo phương dọc

Hình 3-27 Gia tốc lớn nhất theo phương dọc

Hình 3-28 Lực thiết kế lớn nhất (mô men uốn) theo phương dọc

Trang 19

Hình 3-29 Lực thiết kế lớn nhất (lực cắt) theo phương dọc

Hình 3-30 Chuyển vị lớn nhất theo phương ngang

Hình 3-31 Gia tốc lớn nhất theo phương ngang

Trang 20

Hình 3-32 Lực thiết kế lớn nhất (mô men uốn) theo phương ngang

Hình 3-33 Lực thiết kế lớn nhất (lực cắt) theo phương ngang

Hình 3-34 Lực thiết kế lớn nhất (lực xoắn) theo phương ngang

Trang 21

ii Lực đáp ứng của phần chính

- Phương dọc cầu

Bảng 3-12 Kết quả phân tích đáp ứng theo lịch sử thời gian theo phương dọc

( Amax =82 gal) 1 gal = 10-2 m/giây2

M tm - - 4528 11,04 1762 5014 11530 2305 Tĩnh

S t 236 76 691 745 78 680 736 62

Bỏ qua

- Phương vuông góc cầu

Bảng 3-13 Kết quả phân tích đáp ứng theo lịch sử thời gian theo phương ngang

Đáy Đáy Đỉnh Đáy Tháp Đỉnh Đáy Tháp Đáy Đáy Lực dọc trục t 1,643 2,594 20,79 23,774 20,592 23,592

Tĩnh học 3,687 6,628 24,16 79,222 24,568 80,573

Mô

men uốn Động

học 3,934 2,529 12,08 31,533 5,417 12,300 31,833 5,764 Tĩnh

học 304 300 1,884 2,087 1,900 2,103

lực cắt t

Động học 236 76 691 745 78 680 736 62

uốn Động học 6,771 11,47 3,099 22,49 3,253 3,779 17,529 3,522 3,997 2,293

Tĩnh học 239 374 1,338 1,541 1,154 1,357 563 316 Lực cắt

t Động học 300 292 413 451 201 323 387 176 474 235 Xoắn Động học - - 3,004 - 2,634 - - -

Định dạng
Số trang	21
Dung lượng	735,55 KB