nghiên cứu hầm gió cầu bãi cháy

nghiên cứu, hầm gió, cầu bãi cháy

Trang 1

3-2 nghiên cứu hầm gió

Để xác nhận độ ổn định khí đàn hồi của mặt cắt cầu, thí nghiệm hầm gió đã

được thực hiện sử dụng một mô hình mặt cắt với tỷ lệ 1/64 Đặc biệt, ảnh

hưởng của barie đến độ rung khí đàn hồi của dầm đã được khảo sát bằng cách sử dụng một số kiểu barie khác nhau [22b]

Ngoài việc khảo sát độ rung khí đàn hồi của dầm cầu bằng mô hình mặt cắt, nghiên cứu hầm gió cho dầm cầu và tháp sử dụng mô hình nguyên mẫu 3 chiều khí đàn hồi với tỷ lệ 1/150 cũng đã được thực hiện [20b]

3-2-1 Tóm tắt về Thí nghiệm hầm gió trong Giai đoạn thiết kế chi tiết

[22b]

3-2-1-1 Thiết bị thí nghiệm và phương pháp thí nghiệm

Các thí nghiệm hầm gió đã được tiến hành sử dụng hầm gió có kích thước như được nêu trong Bảng 7.9.1 Do phản ứng khí đàn hồi của dầm cầu dây văng có lúc không phải là hiện tượng ghép đôi của các rung động chao đảo

và rung xoắn, các thí nghiệm trên mô hình mặt cắt đã được thực hiện với rung chao đảo và rung xoắn ở 1 độ tự do, tương ứng như trong Hình 3-59a và 3.59

Các phản ứng khí đàn hồi đã thu được bằng cách thay đổi hình dạng của barie và góc tác động

Hệ thống thu thập dữ liệu được nêu trong Hình 3-59c Sau khi đặt vận tốc gió

ở vận tốc gió yêu cầu, máy vi tính gửi các tín hiệu điều khiển đến các máy phát để kích hoạt thiết bị kích rung Thiết bị này tạo ra rung động trong mô hình thí nghiệm Khi biên độ rung động đạt đến biên độ yêu cầu, máy vi tính lại gửi các tín hiệu điều khiển để dừng thiết bị kích rung Sau đó chuyển vị của mô hình trong trạng thái rung động tự do sẽ được đo bằng máy đo chuyển vị la-ze Tín hiệu rung được lưu trữ trong bộ nhớ của máy vi tính và thiết bị phân tích FFT Cuối cùng, dữ liệu lưu trữ được phân tích trong máy

vi tính

Bảng 3-34 Kích cỡ của hầm gió cho thí nghiệm mô hình mặt cắt

Mặt cắt thí nghiệm

Thể tích khí 34.3 m3/sec

Quạt

Vòng quay 80 ~ 800 r.p.m

Trang 2

Hình 3-59a Thiết lập rung chao đảo Hình 3-59b Thiết lập rung xoắn

Hình 3-59c Hệ thống thu thập dữ liệu rung động khí đàn hồi của mô hình thí

nghiệm 3-2-1-2 Mô hình thí nghiệm

Tỷ lệ của mô hình mặt cắt được quyết định sao cho thỏa mãn được điều kiện

tỷ lệ tỷ lệ đường bao của mô hình trên mặt cắt thí nghiệm của hầm gió là nh ỏ hơn 5% Tỷ lệ được quyết định là 1/64 và chiều dài của mô hình là 860mm Các bản chắn ở cả hai đầu đoạn mô hình được bố trí để giữ cho luồng khí

Trang 3

bao mô hình trong trạng thái hai chiều Các barie có thể tháo lắp được để thay đổi hình dạng Mô hình mặt cắt theo tỷ lệ được thể hiện trong Hình 3-60

Hình 3-60 Hình dạng cơ bản của mô hình mặt cắt với tỷ lệ 1/64

Trong các thí nghiệm này, đã chọn ra 6 kiểu barie và kết hợp một số kiểu barie khác nhau để tìm ra mức độ làm việc khí đàn hồi thích hợp của dầm cầu Các kiểu barie này được nêu trong Hình 3-61

Trang 4

Hình 3-61 Các kiểu barie được thí nghiệm đối với độ ổn định

khí đàn hồi

(d) Kiểu Việt Nam (ở đầu)

(e) Kiểu NAR NA – 12XR - 10 (ở giữa, kiểu đứng)

(f) Kiểu NAR KR-MB 0 1 – 1 0 KR (ở đầu, kiểu đứng)

Trang 5

Vị trí của barie hiển thị trong dấu ngoặc đơn

Vị trí của barie được nêu trong Hình sau với các kiểu khác nhau

Hình 3-62 Vị trí chi tiết của các barie đối với 5 kiểu barie thí nghiệm

Thí nghiệm hầm gió cho hình dạng mặt cắt thích hợp được thực hiện như trong Bảng 3-35

Table 3-35 Các trường hợp thí nghiệm hầm gió (a) Thí nghiệm rung chao đảo

Các trường hợp TN Kiểu barie Góc tác động α (độ) Mặt cắt cơ bản (Không có barie) -6, -3, 0, +3, +6 Kiểu 1 Barie đầu NA-13XK-10

Xung quanh Khối bê tông Barie giữa NA-12XR-75

-6, -3, 0, +3, +6

Kiểu 1

Kiểu 2

Kiểu 3

Kiểu 4

Kiểu 5

Trang 6

Kiểu 1a (Barie giữa đóng) Barie đầu NA-13XK-10 Xung quanh Khối bê tông

Barie giữa NA-12XR-75 Kiểu 2 Barie đầu NA-13XK-10

Xung quanh NAR SA-13XH-75 Barie giữa NA-12XR-75

-6, -3, 0, +3, +6

Kiểu 3 Barie đầu Kiểu Việt Nam

-6, -3, 0, +3, +6

Kiểu 4 Barie đầu NAR KR-MB-01-10XK

Xung quanh NAR SA-13XH-75 Barie giữa NAR NA-12XR-10

-6, -3, 0, +3, +6

Xung quanh Khối bê tông Barie giữa NAR NA-12XR-10

-6, -3, 0, +3, +6

Kiểu 5d (Có giảm chấn) Barie đầuXung quanh Khối bê tông NAR KR-MB-01-10XK

Barie giữa NAR NA-12XR-10

-6, -3, 0, +3, +6

(b) Thí nghiệm rung xoắn Các trường hợp TN Kiểu barie Góc tác động α (độ) Mặt cắt cơ bản (không có barie ) -6, -3, 0, +3, +6

-6, -3, 0, +3, +6

Kiểu 1a (Barie giữa đóng)

Barie đầu NA-13XK-10 Xung quanh Khối bê tông Barie giữa NA-12XR-75 0

-6, -3, 0, +3, +6

Kiểu 3 Barie đầu Vietnam type

-6, -3, 0, +3, +6

Kiểu 5 Barie đầuNAR KR-MB-01-10XK

Xung quanh Khối bê tông Barie giữa NAR NA-12XR-10

-6, -3, 0, +3, +6

Trang 7

3-2-1-3 Tóm tắt kết quả thí nghiệm Các số liệu thí nghiệm được tóm tắt như sau

1) Mặt cắt cơ bản có mức độ làm việc khí đàn hồi tốt trong cả trạng thái rung chao đảo và rung xoắn

2) Trong trạng thái rung chao đảo của mặt cắt với 5 kiểu kết hợp barie, trong trường hợp rung giật với 5 kiểu kết hợp các thanh chắn, không có sự sai khác nào về mức độ làm việc khí đàn hồi giữa các kiểu kết hợp đó Với mức độ giảm chấn kết cấu nhỏ hơn, có thể nhận thấy có hiện tượng rung do gió quẩn xuất hiện ở tất cả các kiểu thanh chắn Nhưng nếu độ giảm chấn của kết cấu tăng lên, gió xoắn và dao động do gió xoắn đều bị triệt tiêu ngoại trừ trư ờng hợp góc tác động là α = +6 độ Nếu sắp xếp thứ tự các kiểu kết hợp được thí nghiệm theo mức độ làm việc khí đàn hồi thì thứ tứ sẽ là kiểu th ẳng đứng, kiểu ngang và kiểu Việt Nam

3) Trong thí nghiệm rung xoắn, rung do gió xoáy xuất hiện ở tốc độ gió khoảng V=22m/giây đối với mô hình nguyên mẫu với thanh chắn Dự đoán rằng biên độ rung do gió xoắn là 0.5 đến 1.4 độ, thậm chí nếu độ giảm ch ấn kết cấu được giữ ở giá trị 0.02 theo độ giảm logarit Nếu biên độ dự đoán của rung do gió xoáy được chấp nhận trong thiết kế, thì trong 5 kiểu kết hợp

được khảo sát, kiểu 5 sẽ có ưu thế từ góc độ làm việc khí đàn hồi

4) Từ các kết quả thí nghiệm, có khả năng xuất hiện rung chao đảo trong khoảng tốc độ gió lớn hơn 60m/ giây tại góc tác động α = 6 độ trong trường hợp sử dụng kiểu 5 Nhưng khả năng đó được xem xét là th ấp bởi vì tốc độ gió 60m/ giây có độ nghiêng +6 độ so với cao độ bản mặt dầm Trong trường hợp này, người ta dự tính rằng khả năng xuất hiện rung chao đảo là rất thấp

Do đó, mặt cắt được đề xuất là kiểu 5

Có một vấn đề khác cũng được khảo sát Đó là độ rung của hệ dây ở hầu hết các cầu dây văng đều quan trắc được hiện tượng rung do gió mưa và rung do gió xoáy Do đó, một số thiết bị để triệt tiêu độ rung của hệ dây đã được lắp

đặt cho hầu hết các cầu dây văng

* * *

Trang 8

3-2-2 Nghiên cứu hầm gió cho Dầm cầu và Tháp cầu sử dụng mô

hình khí đàn hồi nguyên mẫu 3 chiều [19b]

Mục đích của thí nghiệm hầm gió này là để xác nhận độ ổn định khí động học của toàn cầu dưới tác động của gió sau khi tất cả các tham số kết cấu như kích thước, hình dạng và độ cứng đã được quyết định trong thiết kế chi tiết

3-2-2-1 Mục đích cụ thể của thí nghiệm hầm gió Thí nghiệm hầm gió 3 chiều này là để xác nhận rằng cầu với thiết kế hiện tại

có thể chống lại và trụ vững trong các điều kiện gió dự đoán Thí nghiệm này

sẽ xác nhận rằng:

a) Sự mất ổn định khí động (VD: rung chao đảo, phi nước đại) sẽ không xảy

ra

b) Rung do gió xoáy dưới mức độ cho phép c) Giả định của phân tích phi tuyến và/ hoặc các tham số tải tr ọng gió giật sử dụng trong thiết kế là phù hợp

Nếu không thể xác nhận được một trong các điều trên, sẽ cần phải tính toán thêm để kiểm tra và/ hoặc sửa đổi thiết kế Mục đích của thí nghiệm mô hình chỉ để quyết định xem liệu thiết kế có cần phải “điều chỉnh” gì không

3-2-2-2 Hầm gió sử dụng cho nghiên cứu khí động học

Các thí nghiệm hầm gió đã được tiến hành như được thể hiện trong Hình

3-63, để đánh giá độ ổn định khí động của dầm và tháp cầu Hầm gió sử dụng trong phần nghiên cứu khí động h ọc này là một hầm gió lớp bao thuộc Khoa

Kỹ thuật dân dụng của Trường Đại học Tokyo Hầm gió này được xây dựng năm 1964 và được sửa lại năm 1996 Với chiều rộng mặt cắt thí nghiệm là 16m, đó là hầm gió duy nhất có thể tiến hành được thí nghiệm mô hình khí

đàn hồi nguyên mẫu của cầu nhịp dài

Trang 9

Hình 3-63 Hầm gió lớp bao Kích thước của hầm gió được nêu trong Bảng 3-36

Bảng 3-36 Kích thước và mức độ làm việc của hầm gió

Mặt cắt thí nghiệm

Tỷ lệ thu nhỏ 1/4.2

Quạt

Độ tăng áp suất 38.5 mm Aq

3-2-2-3 Mô hình thí nghiệm cho các thí nghiệm hầm gió

Việc lập mô hình hầm gió đòi hỏi độ tương đồng về khí động học cũng như

sự phù hợp về thang đo dài về góc và hình dạng hình h ọc Mô hình khí động của cầu dây văng, kiểu cầu mà tác động của lực hấp dẫn là quan trọng, phải

Trang 10

được thiết kế theo đúng tỷ lệ số Froude, tỷ lệ giữa lực quán tính của chất lưu (= không khí) và lực thẳng đứng gây ra do sức hút trái đất

Mô hình thí nghiệm của cầu Bãi Cháy trong giai đoạn hoàn thiện được thiết

kế với tỷ lệ chiều dài là 1/150 Các tham số khác được xác định theo tỷ lệ số Froude

Phân tích giá trị riêng đã được thực hiện cho cầu thật trong giai đoạn hoàn thành và mô hình tỷ lệ cho thí nghiệm hầm gió 3 chiều Các kết quả này

được so sánh và kiểm tra các tham số với tỷ lệ số Froude

3-2-2-4 Mô hình tỷ lệ cho các thí nghiệm hầm gió

Hình 3-64 và 3-65 thể hiện cả cầu thật và mô hình tỷ lệ cầu có tỷ lệ chiều dài

là 1/150 cho thí nghiệm hầm gió Mô hình cả cầu như trong Hình 3-65 có hệ dây văng với số lượng cáp giảm, mô hình hệ dây này được lập với cùng độ cứng tổng, cùng trọng lượng tổng và cùng tổng diện tích mặt cắt của cầu thực với tỷ lệ theo chiều dài là 1/150 Cường độ nén của bê tông dùng cho tháp và dầm là 45MPa, và cường độ bê tông dùng cho dầm là 35MPa Theo đó, mô

đun Young của tháp và dầm là 32000N/mm2 Mô đun Young 29500N/mm2 cho trụ cũng được sử dụng trong phân tích giá trị riêng

Hình 3-64 Mô hình cầu thật cho cầu Bãi Cháy

Hình 3-65 Mô hình tỷ lệ cho thí nghiệm hầm gió (n= 1/150)

Trang 11

ảnh 3-66 Mô hình tỷ lệ cầu nguyên mẫu cho thí nghiệm hầm gió

ảnh 3-67 Mô hình cầu tỷ lệ nguyên mẫu cho thí nghiệm hầm gió

3-2-2-5 Chu kỳ tự nhiên của Mô hình thí nghiệm

Bảng 3-37 cho thấy các kết quả từ phân tích giá trị riêng cho mô hình cầu thật cầu Bãi Cháy trong giai đoạn hoàn thành Bảng 3-37 cũng ch ỉ ra các kết quả phân tích giá trị riêng cho mô hình tỷ lệ thí nghiệm hầm gió Các thông

số phương thức (= chu kỳ tự nhiên) thỏa mãn các đặc tính của kết cấu cho mô hình nguyên mẫu trong giai đoạn hoàn thành trong Bảng 3-37

Trang 12

Bảng 3-37 Chu kỳ tự nhiên của mô hình nguyên mẫu Mô hình

cầu thật Mô hình tỷ lệ Kiểu mode

Mod

e Chu kỳ tự nhiên

(giây)

Chu kỳ tự nhiên tính toán (giây)

Hệ số nhân Chu kỳ tự

nhiên (giây)

Sai lệch

1 5.462 0.430 12.247 5.266 3.718 Mode ngang thứ 1, đối xứng 1 với tháp

2 5.120 0.403 12.247 4.936 3.737 Mode ngang thứ 2, phản đối xứng 1 với tháp

3 3.641 0.302 12.247 3.699 1.557 Mode ngang thứ 3, thứ 1 với dầm

4 2.660 0.217 12.247 2.658 0.090 Mode thẳng đứng 1 đối với dầm

5 2.483 0.208 12.247 2.547 2.527 Mode dọc cầu thứ 1

7 1.809 0.148 12.247 1.813 0.196 Mode ngang thứ 4, thứ 2 đối với dầm

8 1.557 0.136 12.247 1.666 6.520 Mode dọc cầu thứ 2

9 1.394 0.124 12.247 1.519 8.207 Mode ngang thứ 5, đối xứng 2 với tháp

10 1.384 0.121 12.247 1.482 6.606 Mode ngang thứ 6, phản đối xứng 2 với tháp

12 1.277 0.103 12.247 1.261 1.233 Mode dọc cầu thứ 3 (P2)

13 1.132 0.096 12.247 1.176 3.718 Mode xoắn thứ 1 đối với dầm

15 1.024 0.086 12.247 1.053 2.776 Mode ngang thứ 7, thứ 3 với dầm 3-2-2-6 Thí nghiệm rung cho mô hình thí nghiệm

Thí nghiệm rung được thực hiện để xác định các đặc điểm động h ọc của mô hình thí nghiệm như được nêu trong ảnh 3-66 và 3-67

Bảng 3-38 cho thấy kết quả thí nghiệm rung cho mô hình thí nghiệm Mô hình thí nghiệm có đủ độ chính xác được sử dụng trong thí nghiệm hầm gió Bảng 3-38 Chu kỳ tự nhiên và độ giảm chấn Loga của mô hình thí nghiệm

Cho mô

hình cầu thật

Cho mô hình tỷ lệ Mode

Chu kỳ tự nhiên Hệ số nhân tỷ lệ Chu kỳ đích nhiên đo được Chu kỳ tự lệch Sai

Độ giảm chấn loga Kiểu mode

1 5.462 12.247 0.4460 0.4292 0.039 0.016 Xem bảng

3-37

2 5.120 12.247 0.4180 0.4032 0.037 0.021 -

3 3.641 12.247 0.2973 0.2825 0.052 0.012 -

4 2.660 12.247 0.2172 0.2353 0.077 0.022 -

5 2.483 12.247 0.2027 0.2247 0.098 0.044 -

6 1.838 12.247 0.1501 0.1600 0.062 0.034 -

7 1.809 12.247 0.1477 0.1449 0.019 0.014 -

8 1.557 12.247 0.1271 0.1399 0.091 0.042 -

9 1.394 12.247 0.1138 -

10 1.384 12.247 0.1130 -

11 1.320 12.247 0.1078 0.1212 0.111 0.025 -

12 1.277 12.247 0.1043 -

13 1.132 12.247 0.0924 0.0976 0.053 0.020 -

14 1.069 12.247 0.0873 0.0862 0.012 0.033 -

15 1.024 12.247 0.0836 0.0855 0.022 0.022 -

Trang 13

Bảng 3-38 cũng chỉ ra độ giảm chấn của mô hình như là độ giảm loga Các tính chất giảm chấn của mỗi bộ phận của cầu được tóm tắt như sau:

a) Độ giảm chấn loga δ = 0.016~0.021 trong trường hợp rung của tháp b) Độ giảm chấn loga δ=0.012~0.022 trong trường hợp rung ngang của dầm c) Độ giảm chấn loga δ= 0.022~0.034 trong trường hợp rung đứng của dầm d) Độ giảm chấn loga δ=0.02 trong trường hợp rung xoắn của dầm

e) Độ giảm chấn loga δ= 0.042~0.044 trong trường hợp rung dọc của dầm

Độ giảm chấn của mô hình cầu thật có thể giả định với giá trị giảm ch ấn cao 0.04 cho dầm và 0.02 cho tháp trong thiết kế thực tế

Đặc tính giảm chấn trong bảng 3-38 cũng nằm trong khoảng giá trị d = 0.02~0.04 như giá trị thiết kế được bắt đầu

3-2-2-7 Tốc độ gió thiết kế trong giai đoạn hoàn thành trên hiện trư ờng

Khu vực quanh công trường thi công cầu là cùng hay có những cơn bão nhiệt

đới với gió mạnh Tốc độ gió thiết kế của cầu cho giai đoạn hoàn thành có thể được xác định là U50 = 50.0 m/ giây tại cao độ mặt cầu nhịp giữa (+50m) Tốc độ gió thiết kế này được mô tả trong phần 2-2-2-5 Chương II Quyển I Trắc đứng của tốc độ gió được nêu trong Bảng 3-39

Bảng 3-39 Tốc độ gió lớn nhất có thể tại mỗi 25m cao độ

Chu kỳ

Bảng này là kết quả của phương trình,

VZ = VZ=25 ( Z / Z25 ) 1/n

Để đánh giá đặc điểm của gió ở mỗi cao độ, quan trắc không khí dưới độ cao 600m đã được tiến hành bằng khí cầu đo gió Từ các thiết bị đo trên khí cầu,

Định dạng
Số trang	14
Dung lượng	420,73 KB