ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thiết bị giảm dao động cho dây văng cầu sông Hàn

MỞ ĐẦU

Công nghệ xây dựng cầu dây văng đã và đang được ứng dụng rất rộng rãi trên toàn thế giới, trong đó có Việt Nam (như cầu Mỹ Thuận, cầu Trần Thị Lý, cầu Kiền…) nhờ các tính năng ưu việt như khả năng vượt nhịp, tính kinh tế, hiệu quả sử dụng vật liệu, tính mỹ quan của công trình. Bên cạnh những ưu điểm nổi bật thì dạng kết cấu này cũng gặp phải một nhược điểm đáng quan tâm là sự nhạy cảm của kết cấu với các dạng tải trong theo chu kỳ. Một phương pháp phổ biến nhất là bố trí các thiết bị để làm giảm tác dụng bất lợi do lực kích thích gây ra, hấp thụ dao động, tăng khả năng tự giảm chấn của bản thân kết cấu, ngăn chặn khả năng xảy ra cộng hưởng. Dạng thiết bị này được gọi chung là các hệ thống giảm chấn.

Nhóm nghiên cứu đề xuất chọn loại thiết bị giảm chấn cản nhớt cho dây văng cầu Sông Hàn, bởi những ưu điểm chính như sau:

- Các loại giảm chấn này có lực cản lớn và dễ dàng bảo dưỡng, thay thế (do chúng thường được lắp ở vị trí gần neo cáp và được liên kết với bản mặt cầu).

- Việc chế tạo, sản xuất loại thiết bị giảm chấn này không đòi hỏi trình độ kỹ thuật quá cao như các loại thiết bị giảm chấn khác, giá thành sản xuất thiết bị thấp.

Trong phạm vi của đề tài chỉ giới hạn nghiên cứu phân tích tác dụng của thiết bị giảm chấn cản nhớt tuyến tính (Linear Viscous Damper) đối với việc hạn chế dao động của cáp.

1. Khảo sát, đánh giá kết quả đo lực căng, độ võng của dây văng cầu Sông Hàn và chọn dây lắp đặt dao động:

- Thiết bị sử dụng: thiết bị thu thập dữ liệu DEWE-43 của hãng DEWESOFT.Tiêu chuẩn áp dụng: 22TCN 170-87.

- Sau khi đo đạc, tiến hành so sánh giữa kết quả đo năm 2018 với số liệu ban đầu ở trạng thái đóng cầu nhận thấy đa số dây văng có lực căng suy giảm so với thời điểm sửa chữa căng cáp lại năm 2011,các dây văng có lực căng suy giãm thì độ võng của dây tăng lên;

- Theo chỉ dẫn thiết kế của FIB (Ủy ban quốc tế về kết cấu bê tông) cho dây cáp văng: Dây văng có độ giảm chấn tự thân nhỏ (khoảng 0,6% - 1,0%) thì cần lắp thiết bị giảm chấn để chống lại các tác động rung do mưa, gió. Thiết bị giảm chấn phải cung cấp được giá trị giảm chấn từ 3% - 4% giá trị độ giảm lôga.

- Sau khi đo đạc, ta thấy dây văng 18HL có độ giảm chấn tự thân nhỏ δ_a = 0,9232 % nên cần phải lắp thiết bị giảm chấn để chống lại các tác động rung do mưa, gió. Nhóm tác giả lựa chọn dây cáp văng 18HL để lắp đặt thử nghiệm thiết bị giảm chấn.

2. Thiết kế, lắp đặt thiết bị và đo đạc sau lắp đặt:

2.1. Tính độ cản nhớt c:

- Thông số của dây văng 18HL:

- Độ cản nhớt c là giá trị thực, dùng để lựa chọn loại chất lỏng nhớt của thiết bị giảm chấn. Tuy nhiên, đây là một tham số có thứ nguyên và nếu xét   là hàm số theo c thì nó còn phải phụ thuộc vào cả lực căng dây S và khối lượng đơn vị theo chiều dài m. Việc đưa tham số  với mục đích đơn giản hóa quá trình khảo sát. Tham số  đặc trưng cho thiết bị giảm chấn đối với một dây cáp văng có giá trị khối lượng đơn vị theo chiều dài m và lực căng S cho trước.

Ta chọn vị trí lắp đặt thiết bị giảm chấn cho dây văng 18HL là  = 0,07; với chiều dài của dây cáp văng L = 61,29 (m). Suy ra, vị trí lắp đặt thiết bị giảm chấn cách đầu neo là l = L x 0,07 = 61, 29 x 0,07 = 4,29 (m).

Từ vị trí lắp đặt thiết bị giảm chấn cho dây văng 18HL ta tính được  = 4,8; ξ_{1 max} = 0.03841

- Độ cản nhớt c:

       2.2. Tính toán và chế tạo thiết bị:

Công thức xác định đường kính trong của xilanh:

Trong đó: 

F: Lực đẩy xilanh

p₁: Áp suất làm việc tại đầu đẩy.

p₂: Áp suất làm việc tại đầu hồi.

Để đảm bảo khả năng chịu lực, tăng tính an toàn ta chọn đường kính xilanh là 5 cm.

* Bản vẽ thiết bị:

3. Khảo sát độ giảm chấn tự thân sau khi lắp đặt thiết bị:

- Sau khi lắp thiết bị, nhóm thực hiện đề tài đã đo đạc độ giảm chấn tự thân của dây cáp văng 18HL ở trạng thái mở cầu là 3,8815 (%) và ở trạng thái đóng cầu là 3,7368 (%). Vậy thiết bị đạt yêu cầu theo chỉ dẫn thiết kế của FIB (Ủy ban quốc tế về kết cấu bê tông) cho dây cáp văng vàđã giảm chấn đã có hiệu quả trong việc làm giảm dao động của dây văng 18HL cầu sông Hàn.

* So sánh biểu đồ dao động của dây văng 18HL trước và sau khi lắp thiết bị.

Biểu đồ biên độ dao động giảm chấn tự thân dây văng 18HL trước khi lắp thiết bị (ngày đo: 01/9/2018)

Biểu đồ biên độ dao động giảm chấn tự thân dây văng 18HL sau khi lắp thiết bị (ngày đo: 09/3/2019)

      - Nhận xét: Từ 02 biểu đồ trên, nhận thấy khi không lắp thiết bị giảm chấn, khi có lực tác dụng thì dao động của dây cáp văng duy trì rất lâu với độ giảm chấn tự thân nhỏ. Ngược lại khi lắp thiết bị giảm chấn, thì dao động của dây cáp văng tắt nhanh hơn với độ giảm chấn tự thân lớn hơn.

* Kết luận:

Nhóm đề tài đã thiết kê thành công thiết bị giảm chấn cản nhớt tuyến tính (Linear Viscous Damper) đối với việc hạn chế dao động của cáp dây văng 18HL .

* Kiến nghị:

Giới hạn nghiên cứu của đề tài là chỉ giới hạn nghiên cứu phân tích tác dụng của thiết bị giảm chấn cản nhớt tuyến tính (Linear Viscous Damper) đối với việc hạn chế dao động của cáp. Mặt khác, vì thời gian nghiên cứu còn hạn chế nên chưa khảo sát, đo độ giảm chấn tự thân cho toàn bộ 36 dây cáp văng cầu sông Hàn (trong đề tài mới khảo sát được 12 dây cáp văng) và chưa tiến hành kiểm tra mức độ hiệu quả hoạt động của thiết bị giảm chấn trong điều khiện thời tiết bất lợi như gió lớn… Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài là đi sâu nghiên cứu dao động của dây cáp văng trong trường hợp có và không có sử dụng hệ thống thiết bị giảm chấn cản nhớt tuyến tính .Từ đó nghiên cứu chế tạo đại trà và áp dụng thiết bị giảm chấn cản nhớt vào các cầu dây văng ở Đà Nẵng.

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: ĐỖ XUÂN TIẾN