Tính toán dao động tự do của cầu nhịp lớn sử dụng phần mềm ANSYS

Tác giả: PGS. TS. LÊ THỊ HƯƠNG GIANG
             Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
             TS. TRẦN NGỌC AN
             Trường Đại học Phenikaa

Phần tử Solid65

Hiện nay, các kết cấu cầu hệ dây (dây văng và dây võng) được xây dựng ngày càng nhiều tại Việt Nam cũng như trên thế giới. Kết cấu cầu hệ dây có ưu điểm vượt nhịp lớn và tạo điểm nhấn về kiến trúc mỹ quan, tuy nhiên do kết cấu thanh mảnh nên cầu hệ dây cũng rất nhạy cảm với các tác động của gió. Dưới tác dụng của gió, có thể xảy ra nhiều hiện tượng khí động khác nhau, trong đó dạng nguy hiểm nhất là mất ổn định uốn xoắn kết hợp hay còn gọi là hiện tượng flutter. Trường hợp nổi tiếng nhất là trường hợp cây cầu Tacoma Narrows cũ, bị phá hủy năm 1940 dưới tác dụng của gió không quá lớn.

Theo tiêu chuẩn của Trung Quốc, các cầu dây văng, dây võng có khẩu độ trên 150 m thì cần phải thực hiện thiết kế ổn định khí động. Để xác định vận tốc gió mà tại đó gây ra mất ổn định uốn xoắn kết hợp (thường được gọi là vận tốc gió flutter tới hạn), người ta sẽ tiến hành thí nghiệm hầm gió thực với mô hình mặt cắt (section model). Dầm cầu sẽ được cắt ra một phân đoạn và tiến hành treo vào các lò xo, sau đó cho luồng gió thổi qua. Các lò xo được bố trí sao cho đảm điều kiện tương thích về tần số dao động tự do so với mô hình thực. Các tần số dao động tự do này thông thường được tính toán mô phỏng trên mô hình toàn cầu thông qua các phần mềm chuyên dụng.

ANSYS là một phần mềm toàn diện và bao quát hầu hết các lĩnh vực vật lý, giúp can thiệp vào thế giới mô hình ảo và phân tích kỹ thuật cho các giai đoạn thiết kế. Phần mềm phân tích mạnh này sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng các vấn đề kỹ thuật. Trong nội dung bài báo này trình bày việc sử dụng phần mềm ANSYS ACADEMIC để xác định các tần số dao động uốn và dao động xoắn đầu tiên của dầm cầu sử dụng mô-đun Modal analysis.

Mời độc giả xem nội dung đầy đủ bài khoa học tại đây