Nghiên cứu biện pháp nâng cao ổn định khí động flutter trong kết cấu cầu hệ treo

146 647 3
Nghiên cứu biện pháp nâng cao ổn định khí động flutter trong kết cấu cầu hệ treo

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

i B GIO DC V O TO TRNG I HC XY DNG NGUYN VN M NGHIấN CU BIN PHP NNG CAO N NH KH NG FLUTTER TRONG KT CU CU H TREO LUN N TIN S K THUT H Ni Nm 2015 ii B GIO DC V O TO TRNG I HC XY DNG NGUYN VN M NGHIấN CU BIN PHP NNG CAO N NH KH NG FLUTTER TRONG KT CU CU H TREO Chuyờn ngnh: K thut xõy dng cụng trỡnh giao thụng Xõy dng Cu hm Mó s: 62580205-1 LUN N TIN S K THUT TP TH HNG DN KHOA HC 1. PGS. TS. Phm Duy Hũa 2. GS. TS. Lờ Xuõn Hunh H Ni Nm 2015 iii LI CAM OAN Tụi xin cam oan lun ỏn ny l cụng trỡnh nghiờn cu ca riờng tụi. Nhng ni dung, s liu v kt qu trỡnh by lun ỏn l hon ton trung thc v cha cú tỏc gi no cụng b bt k cụng trỡnh no khỏc. Tỏc gi lun ỏn Nguyn Vn M iv LI CM N Li u tiờn, tụi by t lũng bit n sõu sc nht n th cỏn b hng dn khoa hc: cỏc thy giỏo PGS. TS Phm Duy Hũa v GS. TS Lờ Xuõn Hunh ó tn tõm hng dn, ng viờn khớch l v cú nhiu úng gúp ý kin khoa hc quý bỏu giỳp tụi hon thnh lun ỏn v nõng cao nng lc khoa hc. Tụi cng xin chõn thnh cm n cỏc thy cụ giỏo b mụn Cu v cụng trỡnh ngm ca trng i hc Xõy dng, b mụn Cu-Hm ca trng i hc Bỏch khoa, i hc Nng, trng i hc Giao thụng ti v Vin C hc ó cú nhng ý kin úng gúp giỏ tr v to iu kin thun li tụi hon thnh lun ỏn. V tụi cng chõn thnh cỏm n Ban Giỏm hiu trng i hc Xõy dng, Ban Giỏm hiu trng i hc Bỏch khoa v Ban Giỏm c i hc Nng ó h tr v to iu kin thun li giỳp tụi hon thnh cụng trỡnh nghiờn cu ca mỡnh. Cui cựng, tụi by t lũng bit n v v cỏc con, ngi thõn gia ỡnh v bn bố ó ng viờn v giỳp tụi vt qua nhng khú khn quỏ trỡnh lm lun ỏn. Tỏc gi lun ỏn Nguyn Vn M v MC LC LI CAM OAN .iii LI CM N iv MC LC v DANH MC CC BNG BIU . viii DANH MC CC HèNH V, TH x DANH MC CC T VIT TT V Kí HIU .xiii M U 1. TNH CP THIT CA TI 2. MC CH V NHIM V NGHIấN CU CA LUN N 3. I TNG NGHIấN CU . 4. PHM VI NGHIấN CU . 5. PHNG PHP NGHIấN CU 6. í NGHA KHOA HC V THC TIN CA LUN N . 7. CU TRC CA LUN N . Chng 1: TNG QUAN NGHIấN CU DAO NG FLUTTER TRONG . 1.1 DAO NG FLUTTER TRONG CU H TREO . 1.1.1 Cỏc hin tng khớ ng n hi 1.1.2 Dao ng flutter . 1.1.3 Kim soỏt mt n nh flutter . 1.2 TNG QUAN NGHIấN CU N NH FLUTTER TRONG CU H . 12 1.2.1 Cỏc nghiờn cu v phõn tớch bi toỏn flutter . 12 1.2.2 Cỏc nghiờn cu v bin phỏp nõng cao n nh flutter 19 1.2.3 Cỏc nghiờn cu n nh flutter bng phng phỏp hm giú s 29 1.2.4 Thit k khỏng giú cho mt s cu h treo Vit Nam 32 1.2.5 Cỏc nghiờn cu v khớ ng Vit Nam 35 1.3 VN NGHIấN CU . 38 1.3.1 Nhng kt qu chớnh ó c cỏc nh khoa hc cụng b 38 1.3.2 Nhng ni dung nghiờn cu ca lun ỏn 39 Kt lun Chng 39 Chng 2: Mễ PHNG S TNG TC GIA KT CU V DềNG . 40 2.1 VI NẫT C BN V HM GIể . 40 vi 2.1.1 Lp biờn ca hm giú . 40 2.1.2 Mụ hỡnh hm giú . 41 2.2 PHNG PHP HM GIể S 43 2.2.1 Phng trỡnh RANS . 43 2.2.2 Phng phỏp tớnh . 44 2.2.3 Xỏc nh cỏc tham s khớ ng . 45 2.2.4 Thut toỏn mụ phng . 48 2.3 KIM NH PHNG PHP HM GIể S CHO MT S KT CU 49 2.3.1 Tit din trũn . 50 2.3.2 Tit din ngang cu Great Belt . 53 2.3.3 Tit din tm mng phng 55 2.3.4 Kt cu nhp cu treo Thun Phc 59 Kt lun Chng 2: . 64 Chng 3: NGHIấN CU C CH PHT SINH MT N NH FLUTTER 65 3.1 DAO NG FLUTTER 65 3.1.1 Dao ng flutter xon (1DOF) . 65 3.1.2 Dao ng flutter un-xon (2DOF) 66 3.1.3 Phõn tớch nh hng ca cỏc vi phõn khớ ng n dao ng flutter . 69 3.2 PHN TCH C CH N NH FLUTTER I VI KT CU NHP 75 3.2.1 Phõn tớch c ch phỏt sinh v ngn chn mt n nh flutter . 75 3.2.2 Phõn tớch nh hng ca cỏc tham s cn n n nh flutter 78 3.3 PHN TCH MT BIN PHP CI TIN FAIRING CONG LếM 81 Kt lun Chng 3: . 84 Chng 4: PHN TCH V XC NH MIN THAM S HIU QU CA 86 4.1 PHN TCH MIN HIU QU CA GểC FAIRING V V TR MẫP . 86 4.1.1 Kho sỏt hiu qu ca gúc fairing 86 4.1.2 Kho sỏt ng thi cỏc tham s gúc fairing v v trớ mộp ún giú . 88 4.2 PHN TCH MIN HIU QU CA CHIU DI TM SPOILER . 91 4.3 PHN TCH MIN HIU QU CA B RNG KHE SLOT . 92 4.4 PHN TCH MIN HIU QU CA GểC FAIRING LếM . 95 4.4.1 Phõn tớch hiu qu ca gúc fairing tam giỏc lừm 95 4.4.2 Phõn tớch hiu qu ca gúc fairing cong lừm 101 Kt lun Chng 4: . 106 KT LUN . 107 vii A. Nhng ni dung ó c thc hin lun ỏn 107 B. Nhng úng gúp mi ca lun ỏn 108 C. Hng nghiờn cu phỏt trin . 108 DANH MC CC CễNG TRèNH KHOA HC CễNG B . 109 TI LIU THAM KHO . 111 Ting Vit . 111 Ting Anh . 111 PH LC I Ph lc A: Phng phỏp step-by-step ca Matsumoto [57[63] . I Ph lc B: Cỏc bc phõn tớch n nh flutter ca kt cu nhp cu Thun VII viii DANH MC CC BNG BIU Bng 1.1 Cỏc cu h treo nhp ln vi cỏc bin phỏp kim soỏt flutter [27] . 12 Bng 1.2 Tit din cỏc mụ hỡnh M1 n M8 21 Bng 1.3 Cỏc dng fairing cho cỏc mụ hỡnh M1 n M8 21 Bng 1.4 Tit din cỏc mụ hỡnh S1 n S12 . 22 Bng 1.5 Cỏc dng fairing cho cỏc mụ hỡnh S1 n S12 22 Bng 1.6 Mt s cu h treo c thit k chng giú cỏc t nc ngoi . 33 Bng 2.1 Cỏc yờu cu t l mụ hỡnh thớ nghim dao ng t [109] . 42 Bng 2.2 Cỏc yờu cu i vi mụ hỡnh khớ ng cu hon chnh [109] 42 Bng 2.3 Kim chng cỏc h s lc tnh t mụ phng v thớ nghim hm giú . 53 Bng 2.4 Kt qu cỏc vi phõn khớ ng i vi dao ng thng ng 57 Bng 2.5 Kt qu cỏc vi phõn khớ ng i vi dao ng xoay 57 Bng 2.6 Cỏc tham s mụ hỡnh tit din kt cu nhp cu Thun Phc . 59 Bng 2.7 Vn tc flutter ti hn ca mụ hỡnh . 64 Bng 3.1 S thay i Fi x i theo tc i vi tit din dng khụng thoỏt giú 71 Bng 3.2 S thay i Fi x i theo tc i vi tit din dng thoỏt giú . 71 Bng 3.3 Quan h vi phõn khớ ng-vn tc flutter tit din dng khụng thoỏt giú . 72 Bng 3.4 Quan h vi phõn khớ ng-vn tc flutter tit din dng thoỏt giú . 74 Bng 3.5 Vn tc flutter ti hn i vi nm dng tit din phõn tớch 77 Bng 4.1 Vn tc flutter xon ti hn U cri ng vi gúc v b rng B 87 Bng 4.2 Vn tc flutter un-xon ti hn U cri ng vi gúc v b rng B . 87 Bng 4.3 Vn tc flutter xon ti hn U cri ng vi gúc d/h v b rng B . 89 Bng 4.4 Vn tc flutter un-xon ti hn U cri ng vi gúc d/h v b rng B 89 Bng 4.5 Vn tc flutter xon ti hn U cri ng vi B v L/B . 91 Bng 4.6 Vn tc flutter un-xon ti hn U cri ng vi B v L/B 91 Bng 4.7 Vn tc flutter xon ti hn U cri ng vi gúc v b rng B 96 Bng 4.8 Vn tc flutter un-xon ti hn U cri ng vi gúc v b rng B 97 Bng 4.9 Vn tc flutter xon ti hn U cri ng vi gúc v b rng B 100 Bng 4.10 Vn tc flutter un-xon ti hn U cri ng vi gúc v b rng B . 100 Bng 4.11 Vn tc flutter ti hn xon U cri ng vi gúc v b rng B 102 ix Bng 4.12 Vn tc flutter un-xon ti hn U cri ng vi gúc v b rng B . 102 Bng 4.13 Vn tc flutter xon ti hn U cri ng vi gúc v b rng B 105 Bng 4.14 Vn tc flutter un-xon ti hn U cri ng vi gúc v b rng B 105 Bng 4.15 Tng hp hiu qu ca tham s hỡnh hc tit din 106 Bng B.1 Vn tc flutter ti hn ca mụ hỡnh . X x DANH MC CC HèNH V, TH Hỡnh 1.1 Quan h gia tn s dao ng riờng nh nht v chiu di nhp ca 40 cu . Hỡnh 1.2 S cỏc hin tng khớ ng n hi Hỡnh 1.3 Cỏc chi tit khớ ng [27] 10 Hỡnh 1.4 Nguyờn lý thit b TMD 11 Hỡnh 1.5 S sp cu Tacoma Narrows [66] . 12 Hỡnh 1.6 Quỏ trỡnh x lý bi toỏn n nh khớ ng . 19 Hỡnh 1.7 Mụ hỡnh tit din cu Tacoma cú gn fairing 20 Hỡnh 1.8 Mụ hỡnh dm kớn v cỏc dng fairing ct . 23 Hỡnh 1.9 Mụ hỡnh tit din dm h 23 Hỡnh 1.10 Mt ct ngang cú b trớ cỏc chi tit khớ ng . 24 Hỡnh 1.11 Cỏc la chn tit din m bo n nh flutter 25 Hỡnh 1.12 Cỏc dng tit din ban u v cú slot tng ng 26 Hỡnh 1.13 Mụ hỡnh li dao ng 30 Hỡnh 1.14 Cỏc li bin dng vt th dao ng a) un v b) xon 30 Hỡnh 1.15 Dng hỡnh hc ca bn loi tit din ngang cu . 30 Hỡnh 1.16 Cỏc loi tit din ngang theo Lin Huang 31 Hỡnh 1.17 Cỏc chia li i vi tit din hỡnh ch nht v hp . 31 Hỡnh 1.18 H thng iu khin tm flap 35 Hỡnh 1.19 H thng iu khin ch ng bng tm winglet . 36 Hỡnh 1.20 Mụ hỡnh lý thuyt v thớ nghim hm giú vi TMDs . 36 Hỡnh 1.21 p dng gii phỏp fairing cho cu Nht Tõn [74] 37 Hỡnh 2.1 S cỏc chia li hm giú s . 47 Hỡnh 2.2 S thut toỏn mụ phng bng phng phỏp hm giú s 49 Hỡnh 2.3 Min phõn tớch tit din trũn hm giú s . 50 Hỡnh 2.4 To li tớnh toỏn 51 Hỡnh 2.5 Ph ỏp sut tớnh toỏn . 51 Hỡnh 2.6 Ph vộc t tc tớnh toỏn 52 Hỡnh 2.7 ng cong h s lc cn v lc nõng theo thi gian ca tit din trũn . 52 Hỡnh 2.8 Mt ct ngang cu Great Belt theo t l 1:80 . 53 Hỡnh 2.9 Min phõn tớch tit din Great Belt hm giú s . 53 Hỡnh 2.10 Min to li 54 Hỡnh 2. 11 Ph ỏp sut v ph tc . 54 117 62. Matsumoto M., Shiraishi N., Kitazawa M., Knisely C., Shirato H., Kim Y., Tsujii M. (1990), Aerodynamic Behaviour of Inclined Circular Cylinders-Cable Aerodynamic, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn, 33:63-72. 63. Matsumoto Masaru, Matsumiya Hisato, Fujiwara Shinya, Ito Yasuaki (2010), New consideration on flutter properties based on step-by-step analysis, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamic, 98(2010) 429-437. 64. Miyata T., et al. (12/1986), Considerations for utter and gust response of longspan suspension bridge, Proceedings of the National Symposium on Wind Engineering, Tokyo, pp. 253258. 65. Miyata T., Tada K., Sato H., Katsuchi H., Hikami T. (1994), New ndings of coupled-utter in full model wind tunnel tests on the Akashi Kaikyo Bridge, Proceedings of the International Conference on Cable-Stayed and Suspension Bridges, Deauville, Vol. 2. 66. Miyata Toshio (2003), Historical view of long-span bridge aerodynamics, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 91 (2003) 13931410. 67. Nagao F. , Ustunomiya H., Oryu T., Manabe S. (1993), Aerodynamic efficiency of triangular fairing on box bridge, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 49 (1993) 565-574. 68. Niels J. Gimsing (1997), Cable supported bridges Concept & Design, Second edition, John Wiley & Sons. 69. Nguyen Van Khang, Axel Seils, Tran Ngoc An, Nguyen Trong Nghia (2014), Theoretical and experimental study of passive control of critical flutter wind speed of long-span bridges, National Symposium with international participation on Vibration and Control of Structure under Wind Action, Hanoi, ISBN 978-604-911-943-9. 70. Nguyen Van Khang, Nguyen Phong Dien, Tran Ngoc An, Hoang Ha (2014), On the calculation of critical flutter wind speed of long-span bridges in Vietnam, National Symposium with international participation on Vibration and Control 118 of Structure under Wind Action, Bach Khoa Publishing House, Hanoi, ISBN 978-604-911-943-9. 71. Omenzetter P. , Wilde K., Fujino Y. (2000), Suppression of wind-induced instabilities of a long span bridge by a passive deck-flaps control system - Part I: Formulation, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 87 (2000) 61-79. 72. Omenzetter P. , Wilde K., Fujino Y. (2000), Suppression of wind-induced instabilities of a long span bridge by a passive deck-flaps control system - Part II: Numercial simulations, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 87 (2000) 81-91. 73. Permata Robby, Yonamine Kazuhide, Hattori Hiroshi and Shirato Hiromichi , Aerodynamics and Flutter Stability of Slender Bridge Deck with Double Slot and Porous, Proceeding the 6th Civil Engineering Conference in Asia Region: Embracing the Future through Sustainability, ISBN 978-602-8605-08-3. 74. Pham Hoang Kien, Hiroshi Katsuchi (2014), Wind tunnel test and evaluation of aerodynamic stability of Nhat Tan bridge, National Symposium with international participation on Vibration and Control of Structure under Wind Action, Bach Khoa Publishing House, Hanoi, ISBN 978-604-911-943-9. 75. Phan Duc-Huynh, Nguyen Ngoc-Trung (2013), Flutter and Buffeting Control of Long-span Suspension Bridge by Passive Flaps: Experiment and Numerical Simulation, Intl J. of Aeronautical & Space Sci. 14(1), 4657 (2013), DOI:10.5139/IJASS 2013.14.1.46. 76. Phongkumsing S., Wilde K., Fujino Y. (2001), Analytical study on flutter suppression by eccentric mass method on FEM model of long-span suspension bridge, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 89 (2001) 515-534. 77. Pourzeynali S., Datta T.K. (2002), Reliability analysis of suspension bridges againist flutter, Journal of Sound and Vribration (2002) 254 (1) 143-162. 119 78. Pugsley A. (1949), Some experimental work on model suspension bridges, Struct. Eng. 27 (8). 79. Reinhold T.A., Brinch M., Damsgaard A. (1992), Wind tunnel tests for the Great Belt Link, in: A. Larsen (Ed.), Aerodynamics of Large Bridges, Balkema, Rotterdam. 80. Sarkar Partha P., Caracoglia Luca, Frederick L. Haan Jr., Hiroshi Sato, Jun Murakoshi (2009), Comparative and sensitivity study of flutter derivatives of selected bridge deck sections, Part 1: Analysis of inter-laboratory experimental data, Engineering Structures 31 (2009) 158-169. 81. Savage M.G., Larsoe G.L. (2003), An experimental study of the aerodynamic influence of pair of winglets on a flat plate model, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 91 (2003) 113-126. 82. Scanlan R.H. (1999), Developments in aeroelasticity for the design of long-span bridges, Springer, Tokyo. 83. Scanlan R.H. (1992), Wind dynamics of long-span bridges, Aerodynamics of Large Bridges, A.Larsen (ed.) â 1992 Balkema, Rotterdam, ISBN 9054100427. 84. Scanlan R.H., Sabzevari A. (5/1967), Suspension bridge utter revised, Preprint No. 468, Amer. Soc. Civil Eng., National Meeting on Structural Engineering. 85. Shambhu Sharan Mishra, Krishen Kumar, Prem Krishma (2008), Multimode flutter of long-span cable-stayed bridge based on 18 experimental aeroelastic derivatives, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 96 (2008) 83-102. 86. Shigeru Watanabe, Koichiro Fumto (2008), Aerodynamic study of slotted box girder using computational fluid dynamics, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 96 (2008) 1885-1894. 87. Starossek Uwe, Scheller Jửrn (2014), Novel active mass damper for control of structural vibrations, National Symposium with international participation on Vibration and Control of Structure under Wind Action, Bach Khoa Publishing House, Hanoi, ISBN 978-604-911-943-9. 120 88. Starossek Uwe, Aslan Hassan, Lydia Thiesemann (2009), Experinental and numerial indentification of flutter derivatives of nine bridge deck sections, Wind and Structures an International Journal, 12(6). 89. Strommen Einar (2006), Theory of Bridge Aerodynamics, Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 90. Sukamta, Fumiaki Nagao, Minoru Noda and Kazuyuki Muneta (2008), Aerodynamic Stabilizing Mechanism for a Cable Stayed Bridge with Two Edge Box Girder, BBAA VI International Colloquium on: Bluff Bodies Aerodynamics & Applications, Milano, Italy, July, 20-24 2008. 91. Sumiu Emil, Miyata Toshio (2006), Design of Buildings Bridges for Wind, Wiley, John Wiley & Sons, INC. 92. Sumiu Emil, Scanlan Roberth (1985), Wind Effects on Structures, John Wiley & Sons. 93. Tanaka H. (1992), Similitude and modeling in bridge aerodynamics, Aerodynamics of Large Bridges, A.Larsen (ed.), Rotterdam, ISBN 9054100427. 94. Tongji University (2003), Wind tunnel study on wind-resistant performance of the Thuan Phuoc bridge in Danang city, Vietnam. 95. Tongji University (2/2011), Wind Tunnel Testing of Tran Thi Ly Bridge of Da Nang City, SR Vietnam. 96. Tran Dat Anh, Hiroshi Katsuchi, Hitoshi Yamada, Mayuko Nisho (2014), Numerial analysis for effect of flap on the wind flow across box girder section, Journal of Structure Engineering Vol.60A, JSCE (March 2014), 387-396. 97. Tubino F. (2005), Relationships among aerodynamic admittance functions, flutter derivatives and static coefficients for long-span bridge, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 93 (2005) 929-950. 98. Uejima Hidesaku, Matsuda Kazutoshi, Yabuno Masashi (8/2006), Wind Tunnel Test for Binh Bridge in Vietnam. 99. Ukeguchi M., Sakata H. (11/1966), An investigation of aeroelastic instability of suspension bridges, Proceedings of the Symposium on Suspension Bridges. 121 100. Versteeg H.K., Malalasekera W. (2007), An Introduction to Computational Fluid Dynamics The Finite Volume Method, Second edition, ISBN 978-0-13127498-3, Pearson Education Limited. 101. Walther R., Houriet B., Walmar Isler, Pierre Moùa, Jean-Franỗois Klein (1999), Cable stayed bridges, Second edition, ISBN 7277 2773 7, Thomas Telford Publishing. 102. Wang Qi, Liao Hai-li, Li Ming-shui, Xian Rong (2009), Wind tunnel study on aerodynamic optimization of suspension bridge deck based on flutter stability, The Seventh Asia-Pacific Conference on Wind Engineering, November 8-12, 2009, Taipei, Taiwan. 103. Wardlaw R.L. (1992), The improvenment of aerodynamic performance, Aerodynamics of Large Bridges, A.Larsen (ed.) â 1992 Balkema, Rotterdam, ISBN 9054100427. 104. Wilde K., Fujino Y., Kawakami T. (1999), Analytical and experimental study on passive aerodynamic control of flutter of a bridge deck, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 80 (1999) 105-119. 105. Wolfhard Zahlten, Renato Eusani (2006), Numerial simulation of the aeroelastic response of bridge structures including instabilities, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 94 (2006) 909-922. 106. Xiang Haifan, Ge Yaojun (2007), Aerodynamic challengens in span length of suspension bridges, Front. Archit. Civ. Eng. China, 1(2) 153-162. 107. Xilaobing Liu, Zhenqing Chen, Zhiwen Liu (6/2012), Direct simulation method for flutter stability of bridge deck, The Seventh International Colloquium on Bluff Body Aerodynamics and Application (BBAA7), Shanghai, China. 108. Xinjun Zhang, Bingnan Sun, Wei Peng (2003), Study on flutter characteristics of cable-supprted bridges, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 91 (2003) 841-854. 109. Xu You-Lin (2013), Wind Effects on Cable-Supported Bridges, Wiley. 122 110. Yang Yongxin, Ge Yaojun, Xiang Haifan (2007), Flutter control effect and mechanism of central-slotting for long-span bridges, Front. Archit. Civ. Eng. China, 1(3) 298-304. 111. Yokohama National University (9/2007), Final Report on Wind Tunnel Testing and Evaluation of Aerodynamic Stability of Nhat Tan Main Bridge. I PH LC Ph lc A: Phng phỏp step-by-step ca Matsumoto [57[63] Phng trỡnh chuyn ng ca kt cu phõn tớch flutter un-xon c vit: C h K h U B KH* h KH* B K H* K H* h mh 0h 0h U U B (A.1a) h B h C0 K U B2 KA1* KA*2 K 2A*3 K A*4 (A.1b) I U U B hoc h B h U B KH1* KH*2 K H*3 K H*4 (A.2a) h 20h 0h h 0h h 2m U U B 20 02 ú h B h U B2 KA1* KA *2 K A*3 K A*4 (A.2b) 2I U U B 20h K 0h K ; 20 ; m I (A.3) 0h C0h C 0h C C0 ; 2m0h K 0h m 2I0 K I (A.4) Bc 1: Xỏc nh cỏc thụng s dao ng t theo phng ng v xon. Cỏc thụng s ny c xỏc nh t cỏc phng trỡnh dao ng t do; ngha l v phi cỏc phng trỡnh (A.1a,b) bng khụng. Khi ú cỏc thụng s dao ng t c xỏc nh cỏc phng trỡnh (A.3) v (A.4). Bc 2: Gii phng trỡnh dao ng phng ng liờn quan n cỏc lc kộp. Phng trỡnh dao ng phng ng cú th c vit di dng m rng nh sau: B2 B2 * B3 B3 * h 0h0h h 0h h F H1*h F H h F H *2 F H m m m m hoc B2 * B3 B2 B3 * h 20h0h F H1* h 0h F H h F H*2 F H (A.5) m m m m II B3 B3 * * h *h *h h *2 h H F H h m F m (A.6) ú *h v *h l t s cn v tn s vũng ca h kt cu-giú theo phng ng v c xỏc nh nh sau: *2 h 0h B2 * F H m (A.7) B2 F H1* *2 m h B2 * H 20h m F 20h 0h (A.8) chuyn cỏc lc kộp liờn quan n ta xon v phi ca phng trỡnh (A.6) thnh cỏc ngoi lc thun nht, chuyn v xon cú th c vit di dng hm sin nh sau: sin t cos t sin t (A.9) Thay phng trỡnh (A.9) vo (A.6), ta c B B * h *h *h h *2 F H*2 sin t F H sin t h h m m (A.10) v nghim ca nú s l h h h1 h ú (A.11) h l nghim ca phng trỡnh dao ng t do: h 2*h *h h *2 h h (A.12) h1 v h l nghim ln lt ca phng trỡnh dao ng cng bc: B h 2*h *h h *2 F H *2 sin t h h m (A.13) B * h 2*h *h h *2 F H sin t h h m Bc 3: Gii nghim h , h1 v h . (i) Gii nghim h ca phng trỡnh (A.12). Nghim h cú dng: (A.14) III * h h eh t sin *h t (A.15) Tuy nhiờn, vỡ ban u h khụng dao ng nờn nghim ca h cú th b qua. (ii) Gii nghim h1 ca phng trỡnh (A.13). Nghim h1 cú dng: h1 h1 sin t h1 B3 F0 H *2 m *2 h 2 *2 h B3 F0 H*2 m *2 h (A.16) *2 h (A.17) *2 h *2 *2 h h 2*h *h tan *2 h (A.18) thun tin quỏ trỡnh tớnh toỏn, cú th vit li nh sau: B3 F0 H *2 m h1 *2 h (A.19) *2 h *2 *2 h 4h h1 h1 sin t (A.20) vi H*2 v H*2 . (iii) Gii nghim h ca phng trỡnh (A.14). Nghim h cú dng: h h sin t h2 B3 F H *3 m *2 h 2 *2 h B3 F0 H *3 m *2 h (A.21) *2 h (A.22) *2 h *2 *2 h h 2*h *h tan *2 h thun tin quỏ trỡnh tớnh toỏn, cú th vit li nh sau: (A.23) IV B3 F0 H *3 m h2 *2 h (A.24) 02 *2 h *2 *2 h h h h sin t (A.25) vi H*3 v H*3 . Nh vy, nghim ca phng trỡnh dao ng thng ng s l h h1 h h1 sin t h sin t h h h h10 cos t h cos t Trin khai h v h v chỳ ý rng sin t v cos0 t , ta c h h1 sin t h sin t h1 sin t cos1 h1 sin 1cos t h sin t cos h sin cos t h1 cos1 h1 sin h cos2 h sin (A.26) h h10 cos t h 20 cos t h10 h1 cos1 h10 sin h cos2 h sin cos1 h10 sin h cos2 h sin (A.27) Bc 4: Gii phng trỡnh dao ng xon. Ta cú phng trỡnh dao ng xon: 20 02 h B h U B2 KA1* KA*2 K A*3 K A*4 2I U U B v c vit li nh sau: B4 B4 * B3 B3 * 20 02 F A*2 F A3 F A1*h F A 4h (A.28) I I I I Trin khai thnh phn lc t kớch theo phng ng v phi nh sau: B3 B3 * F A1*h F A 4h I I V B3 F A1* h1 cos1 h10 sin h cos2 h sin I B3 * sin h cos2 h sin F A h1 cos1 h1 I B3 B3 2F m I *2 h *2 h *2 h *2 h A1* H *2 cos1 F A1* H *3 cos2 FA*4 H *2 sin1 2F * * * * * * * * A H sin1 *2 A1 H sin1 F A1 H sin2 F A H cos1 2F A*4 H*2 cos (A.29) Thay phng trỡnh (A.29) vo (A.28), chỳ ý rng i vi mt n nh xon tn s flutter cú th c tớnh gn ỳng bng tn s xon F , ta cú B3 B3 F2 m I *2 h B B * 20 02 F A*2 F A . I 2 I *2 *2 4h *2 h h A* H* cos A* H* cos A* H* sin A* H* sin F F F F A F * H*2 sin1 2F A1* H*3 sin 2F A*4 H*2 cos1 2F A*4 H*2 cos2 (A.30) Phng trỡnh (A.30) cú th c vit li di dng chun nh sau: 2* * *2 ú * 0 (A.31) B2 B4 2F F m I *2 h B4 F A*2 A1* H *2 cos1 2 I 2 *2 *2 4h *2 h h A1* H *3 cos2 A*4 H*2 sin1 A*4 H *3 sin1 (A.32) VI *2 B2 B4 2F F m I *2 h B4 * A1* H *2 sin1 F A3 I 02 *2 h *2 *2 h h A1* H3* sin2 A*4 H*2 cos1 A*4 H*2 cos2 (A.33) Bc 5: Tỡm iu kin mt n nh xon. Mt n nh xon xy ch t s gim chn * . Hn na, gim logarit c tớnh * 2* nờn iu kin mt n nh xon s l * , ngha l B2 B4 2F B * m 2I *2 h A A1* H *2 cos1 2 2I 02 *2 h *2 *2 h h A1* H *3 cos2 A*4 H *2 sin1 A*4 H *3 sin1 / *2 (A.34) VII Ph lc B: Cỏc bc phõn tớch n nh flutter ca kt cu nhp cu Thun Phc bng hm giú s (1) Xỏc nh cỏc thụng s ng lc c bn ca kt cu: m, I, , 0h , , 0h v , Re; sau ú tớnh cỏc thụng s ng lc ca mụ hỡnh mụ phng; (2) Khi ng GAMBIT, to cỏc im, cnh v mt, v chia cỏc on thng theo t l thớch hp to li (Hỡnh B.1); Hỡnh B.1 To mụ hỡnh GAMBIT (3) To li v cỏc iu kin biờn (Hỡnh B.2); Hỡnh B.2 Min to li GAMBIT VIII (4) Khi to ANSYS FLUENT v a li ó chia GAMBIT vo FLUENT (Hỡnh B.3) v kim tra li; Hỡnh B.3 a to li t GAMBIT vo FLUENT (5) Cỏc thit lp chung cho bi toỏn, mụ hỡnh dũng chy khụng khớ, cỏc c tớnh ca vt liu, iu kin vo; (6) nh ngha hm dao ng xon, un; (7) Thit lp li ng; (8) Thit lp tin kt qu tớnh toỏn cỏc h s lc tnh CLv CM; (9) Khi to cỏc iu kin gii nghim; (10) Chy chng trỡnh v lu kt qu; (11) Xỏc nh cỏc h s lc tnh CL v CM ng vi mt tc dũng Ui theo N bc thi gian phõn tớch; v iu chnh bng phng phỏp bỡnh phng ti thiu. S liu di õy c phõn tớch vi N bc thi gian (t=10 -3s): Thi gian tớnh toỏn Giỏ tr CL(t) Giỏ tr CM(t) 1.00E+00 1.00E+00 -3.16E-02 -3.15E-02 -1.33E-03 -1.34E-03 1.01E+00 -3.11E-02 -1.39E-03 1.01E+00 1.50E+00 -3.10E-02 1.95E-03 -1.40E-03 -3.42E-03 1.50E+00 1.18E-03 -3.47E-03 IX 2.00E+00 8.25E-03 -2.28E-03 2.00E+00 8.32E-03 -2.36E-03 (12) Thit lp cỏc ma trn F v C phng trỡnh (2.7c,d). Vớ d: Ma trn {F} Ma trn {C} -0.03160260 -0.00133034 0.00435200 0.00000000 0.00359941 0.00000000 0.00000000 0.00435200 0.00000000 0.00359941 -0.03151410 -0.00134064 -0.03143580 0.00430394 0.00000000 0.00425509 . 0.00365673 0.00000000 0.00371347 . 0.00000000 0.00430394 0.00000000 . 0.00000000 0.00365673 0.00000000 . (13) Tớnh toỏn cỏc vi phõn flutter theo phng trỡnh (2.6) ng vi mt tc dũng Ui v kt qu l: Giỏ tr cỏc vi phõn khớ ng A*i, H*i H*1 -0.829 H*4 0.465 [X]i A*1 0.102 A*4 -0.048 Giỏ tr cỏc vi phõn khớ ng A*i, H*i H*2 -0.870 -0.183 H*3 [X]i A*2 0.009 0.044 A*3 (14) Thc hin li t bc (8) n (13) ng vi cỏc tc dũng Ui khỏc nhau. Kt qu tớnh toỏn c th hin hỡnh B.4. (15) Theo Ph lc A v hỡnh 3.1, tin hnh xỏc nh quan h tng cn h kt cudũng khớ ng vi cỏc mt tc dũng Ui. T ú tc flutter ti hn Ucri c xỏc nh ng vi tng cn bng khụng. Hỡnh B.5 th hin quan h gia tng cn kt cu-dũng giú vi tc dũng ng vi gúc ti 0o. T õy, tc flutter ti hn ca kt cu nhp Thun Phc c xỏc nh. (16) Thc hin t bc (1) n (15) ng vi cỏc gúc ti ca dũng khỏc nhau. Bng B.1 th kt qu tc flutter ti hn theo cỏc gúc ti -3 o, 0o v +3o. X Hỡnh B.4 Cỏc vi phõn flutter theo tc giú trit gim Hỡnh B.5 Quan h tng cn vi tc dũng ng vi gúc ti 0o Bng B.1 Vn tc flutter ti hn ca mụ hỡnh Gúc ti +3 -3 Vn tc giú mụ hỡnh (m/s) Flutter xon Flutter un-xon (1DOF) (2DOF) 15.4 12.4 15.5 12.8 15.2 13.4 [...]... ứng với một số giải pháp khí động, để nâng cao ổn định flutter đối với kết cấu nhịp cầu hệ treo 3 3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Giải pháp cấu tạo của tiết diện hộp ngang cầu nhằm nâng cao ổn định flutter đối với kết cấu nhịp cầu hệ treo 4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU Sử dụng mô hình tiết diện và xét bài toán mất ổn định flutter theo hai dạng xoắn và uốn-xoắn Kết cấu nhịp cầu hệ treo có mặt cắt ngang cầu là tiết diện... cứu biện pháp nâng cao ổn định khí động flutter trong kết cấu cầu hệ treo có tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2 MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 1 Tập hợp các vấn đề đã được nghiên cứu liên quan đến bài toán phân tích và các biện pháp nâng cao ổn định khí động flutter đối với kết cấu nhịp cầu hệ treo; và từ đó cho thấy một số vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu và phát triển... định flutter trong cầu hệ treo chịu tác động của gió Phân tích tổng quan các nghiên cứu đối với cơ chế mất ổn định flutter trong kết cấu cầu hệ treo nhịp lớn, các biện pháp nâng cao ổn định flutter và phương pháp “hầm gió số” Từ đó, xác định nội dung cần tập trung nghiên cứu của luận án 5 Chương 2: Mô phỏng sự tương tác giữa kết cấu và dòng gió bằng phương pháp “hầm gió số” Bằng phương pháp “hầm gió số”,... năng mất ổn định flutter của kết cấu nhịp Kiến nghị một giải pháp cải tiến-fairing cong lõm cùng với cơ chế nâng cao ổn định flutter đạt hiệu quả cao hơn Ý nghĩa thực tiễn của luận án là xác định miền tham số hình học hiệu quả của tiết diện ngang cầu với một số giải pháp khí động như fairing (dạng vát xiên và lõm), spoiler và slot để nâng cao ổn định flutter đối với kết cấu cầu hệ treo Các kết quả đạt... sinh mất ổn định flutter đối với từng tiết diện Từ đó, cải tiến một biện pháp fairing cong lõm và xác định được cơ chế nâng cao ổn định flutter của nó Chương 4: Phân tích và xác định miền tham số hình học hiệu quả của tiết diện với các biện phân nâng cao ổn định flutter kết cấu nhịp cầu hệ treo Trên cơ sở mô phỏng hàng loạt mô hình tiết diện với dao động uốn và xoắn và phân tích bài toán ổn định flutter, ... Bài toán ổn 2 định khí động hiện vẫn tiếp tục được nghiên cứu và phát triển; trong đó vấn đề nổi bật là cần mô tả rõ nét cơ chế gây ra mất ổn định flutter đối với kết cấu nhịp cầu hệ treo Từ đó, các biện pháp kiểm soát được phân tích và miền tham số hình học hiệu quả của tiết diện ngang cầu được xác định nhằm nâng cao ổn định flutter Ở Việt Nam hiện nay, một số công trình cầu hệ treo quy mô lớn đã hoàn... dịch chuyển, lực khí động tương tác đáng kể và biên độ dao động tự kích phát triển theo thời gian với các đặc tính phân kỳ và gây ra mất ổn định Hiện tượng này được gọi là mất ổn định khí động và có ba loại mất ổn định xảy ra trong tiết diện ngang cầu là galloping, flutter xoắn và flutter uốn-xoắn; trong đó mất ổn định flutter là mất ổn định đặc trưng nhất của kết cấu nhịp và là một trong những vấn... đầu trong thiết kế cầu hệ treo nhịp lớn [12][23][24][25] [27][38][45][57][60][61][77][109] 1.1.2 Dao động flutter Flutter là dao động do sự tương tác và trao đổi năng lượng giữa kết cấu cầu và dòng gió; khi đó, các lực khí động tác động lên kết cấu nhịp cùng với dao động của nó Nếu năng lượng nạp vào do các lực khí động lớn hơn năng lượng phân tán do độ cản của kết cấu thì biên độ dao động của kết cấu. .. cao ổn định flutter Các biện pháp nâng cao ổn định flutter đối với kết cấu nhịp nhằm đạt được mục tiêu là tăng vận tốc flutter tới hạn Dựa vào các biện pháp đã được nghiên cứu và công bố của các nhà khoa học, tác giả luận án có thể tạm phân thành ba nhóm giải pháp: (1) Giải pháp kết cấu; (2) Giải pháp cấu tạo; và (3) Giải pháp cơ học Quá trình xử lý bài toán ổn định khí động được thể hiện ở hình 1.6... trong việc đề xuất các dạng mặt cắt ngang cầu khi thiết kế kết cấu nhịp chịu tác động của gió 7 CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN Nội dung luận án gồm có: Mở đầu, 4 Chương và Kết luận Mở đầu: Trình bày tính cấp thiết, mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án Chương 1: Tổng quan nghiên cứu ổn định flutter trong . TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH FLUTTER TRONG CẦU HỆ 12 1.2.1 Các nghiên cứu về phân tích bài toán flutter 12 1.2.2 Các nghiên cứu về biện pháp nâng cao ổn định flutter 19 1.2.3 Các nghiên cứu. thiết nghiên cứu chuyên sâu vấn đề kiểm soát ổn định khí động flutter đối với ngành xây dựng cầu Việt Nam. Vì vậy, đề tài Nghiên cứu biện pháp nâng cao ổn định khí động flutter trong kết cấu cầu. số giải pháp khí động, để nâng cao ổn định flutter đối với kết cấu nhịp cầu hệ treo. 3 3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Giải pháp cấu tạo của tiết diện hộp ngang cầu nhằm nâng cao ổn định flutter

Ngày đăng: 10/09/2015, 09:43

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan