TẦM QUAN TRỌNG CỦA HÌNH DẠNG MẶT CẮT KẾT CẤU NHỊP VÀ CÁC TRANG THIẾT BỊ BẢN MẶT CẦU VỚI KHÍ ĐỘNG LỰC

TÇm quan träng cña h×nh d¹ng mÆt c¾t kÕt cÊu nhÞp vµ c¸c trang

thiÕt bÞ b¶n mÆt cÇu víi khÝ ®éng lùc häc cÇu.

PGS.TS NguyÔn ViÕt Trung

KS. NguyÔn Thu §Þnh

1. Giíi thiÖu chung

HiÖu øng ®éng häc cña giã ®îc xÐt ®Õn chñ yÕu trong c¸c cÇu d©y vâng vµ cÇu d©y xiªn. TÇn sè vµ

biªn ®é dao ®éng cña cÇu lµ c¸c hµm sè cña lùc giã biÕn ®æi thÊt thêng vµ t¸c ®éng tíi c¸c ®Æc trng ®éng

häc cña cÊu t¹o kÕt cÊu nhÞp cÇu.

T¸c ®éng cña giã lªn kÕt cÊu c«ng tr×nh nãi chung cã thÓ xuÊt hiÖn c¸c hiÖn tîng sau:

- Giã t¹o ¸p lùc tÜnh (®iÒu nµy lu«n ®îc xÐt ®Õn trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n thiÕt kÕ cÇu).

- T¸c ®éng xung giËt cña giã t¹o lùc kÝch ®éng g©y dao ®éng c«ng tr×nh.

Khi tèc ®é giã ®¹t ®Õn trÞ sè nhÊt ®Þnh mµ tÇn sè ph¸t sinh c¸c xo¸y khÝ trïng víi tÇn sè riªng cña cÊu

kiÖn c¶n híng dßng giã. Sù æn ®Þnh khÝ ®µn håi cña cÇu phô thuéc vµo c¸c yÕu tè sau ®©y:

1. D¹ng h×nh häc cña kÕt cÊu nhÞp cÇu.

2. TÇn sè dao ®éng riªng cña kÕt cÊu cÇu.

3. TÝnh chÊt gi¶m chÊn c¬ häc cña kÕt cÊu cÇu.

Trong bµi b¸o nµy chóng t«i chØ giíi thiÖu ¶nh hëng c¸c d¹ng h×nh häc mÆt c¾t ngang kÕt cÊu nhÞp vµ

®Æc biÖt lµ ¶nh hëng cña c¸c trang thiÕt bÞ b¶n mÆt cÇu díi t¸c dông cña dßng giã. C¸c d¹ng h×nh häc cña

mÆt c¾t ngang nãi chung cã thÓ thuéc lo¹i æn ®Þnh khÝ ®éng häc hoÆc thuéc lo¹i dÔ mÊt æn ®Þnh khÝ ®éng

häc (mÆt c¾t dÇm ®Æc hoÆc mÆt c¾t kiÓu ch÷ H cña giµn hë vµ nh÷ng d¹ng mÆt c¾t kh«ng thu«n. T¸c ®éng

t¹o c¸c xo¸y khÝ vµ c¸c nguyªn nh©n g©y ra hiÖn tîng flutter khi dßng giã gÆp vËt c¶n lµ c¸c lan can rµo

ch¾n. Mét sè minh ho¹ bëi thÝ nghiÖm trong hÇm giã khi cã xÐt ®Õn c¸c trang thiÕt bÞ b¶n mÆt cÇu (rµo

ch¾n, lan can ) vµ khi kh«ng xÐt ®Õn trang thiÕt bÞ b¶n mÆt cÇu. …

C¸c nhµ khoa häc ®· chØ ra sù phô thuéc ban ®Çu cña hiÖn tîng flutter ph¸t sinh do ¶nh hëng tõ c¸c chi

tiÕt nhá nh lµ ë lan can b¶n mÆt cÇu, ®ång thêi còng xÐt ®Õn m« h×nh mÆt c¾t nh nh÷ng cÊu kiÖn ban ®Çu

cña t hÝ nghiÖm hÇm giã. ChÝnh nh÷ng ®iÒu nµy g©y mét sè h¹n chÕ trong viÖc:

- Lùa chän ®Æc trng mÆt c¾t liªn quan trong dßng giã.

- Kh¸m ph¸ chÕ ®é dßng giã khi thæi qua mÆt c¾t.

- §¸nh gi¸ ®iÒu kiÖn khÝ ®éng häc gi÷a thùc tÕ vµ m« h×nh t¬ng tù.

1. ¶nh hëng cña h×nh d¹ng kÕt cÊu MÆt c¾t víi ®Æc trng khÝ ®éng lùc häc

Sù t¸c dông t¬ng hç gi÷a dßng giã víi vËt thÓ trong dßng giã sÏ lµm xuÊt hiÖn lùc khÝ ®éng t¸c dông

lªn vËt thÓ ®ã. §ã lµ hµm cña mËt ®é kh«ng khÝ, tèc ®é dßng giã cha nhiÔu lo¹n, diÖn tÝch ®Æc trng vµ c¸c

kÝch thíc ®Æc trng cña vËt thÓ trong dßng giã cã xÐt ®Õn ®é nhít cña kh«ng khÝ, gãc ®Þnh híng dßng giã

vµ tham sè kh«ng thø nguyªn.

Nguyªn nh©n chÝnh cña sù mÊt æn ®Þnh khÝ ®éng lùc häc nãi chung vµ hiÖn tîng flutter nãi riªng lµ sù

trît pha gi÷a lùc khÝ ®éng vµ chuyÓn ®éng do dao ®éng. Khi dßng giã thæi qua kÕt cÊu mét c¸ch ªm thuËn

th× cã thÓ quan s¸t thÊy hiÖn tîng flutter cæ ®iÓn. Khi tèc ®é giã yÕu, c¸c dao ®éng khÝ ®µn håi sÏ bÞ t¾t

dÇn do t¸c dông gi¶m chÊn s½n cã cña b¶n th©n kÕt cÊu. Khi tèc ®é giã tiÕp tôc t¨ng ®Õn mét thêi ®iÓm

kh¶ n¨ng chèng l¹i mét trong c¸c dao ®éng nµo ®ã trë nªn b»ng kh«ng, kÕt cÊu ®¹t tíi tr¹ng th¸i tíi h¹n

thø nhÊt cña flutter vµ dÉn ®Õn sù t¨ng nhanh biªn ®é dao ®éng víi tÇn sè t¬ng øng. Víi kÕt cÊu nhÞp cÇu

th× hiÖn tîng flutter cæ ®iÓn nµy thêng mang ®Æc tÝnh mÊt æn ®Þnh do dao ®éng uèn xo¾n kÕt hîp.

Khi dßng giã xuÊt hiÖn c¸c sai nhiÔu th× hiÖn tîng flutter giËt b¾t ®Çu xuÊt hiÖn. Sù sai nhiÔu cña dßng

giã xuÊt hiÖn do h×nh d¹ng kÕt cÊu vËt thÓ c¶n giã cã h×nh d¹ng kh«ng lu tuyÕn vµ ®©y lµ hiÖn tîng mang