Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu cơ sở khoa học cho tính toán kết cấu thép cổng trục chuyên dùng do Việt nam chế tạo phục vụ lao lắp dầm bê tông trên xà mũ cầu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

BÙI THANH DANH

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC CHO TÍNH TỐN
KẾT CẤU THÉP CỔNG TRỤC CHUN DÙNG DO
VIỆT NAM CHẾ TẠO PHỤC VỤ LAO LẮP DẦM
BÊ TÔNG TRÊN XÀ MŨ CẦU

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng, nâng chuyển
Mã số: 62.52.01.16.01

TÓM TẮT
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2017


Luận án hồn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI

Người hướng dẫn khoa học: PGS-TS. Nguyễn Văn Vịnh

Phản biện 1: GS.TSKH. Phạm Văn Lang

Phản biện 2: GS.TS.Trần Văn Tuấn

Phản biện 3: PGS.TS.Trần Quang Hùng

Luận án đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường tại
……….. Trường Đại học Giao thông Vận tải (Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội)

vào hồi …… giờ ………. ngày ………. tháng ………. năm …………..

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc Gia Việt Nam
- Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cổng trục phục vụ lao lắp dầm cầu là thiết bị không thể thiếu được khi thi
công cầu. Hiện nay hầu hết các cổng trục phục vụ lao dầm cầu đều được chế
tạo trong nước. Việc thiết kế chủ yếu là sao chép theo các mẫu máy có sẵn do
Nga, Trung Quốc sản xuất mà chưa có các nghiên cứu chuyên sâu giúp cho q
trình tính tốn, thiết kế và khai thác loại thiết bị này nhằm đạt được hiệu quả
tốt. Do vậy, khi chúng ta chủ động nghiên cứu, tính tốn, thiết kế được những
cổng trục lao dầm có các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật cao sẽ tiết kiệm được rất
nhiều kinh phí cho việc đầu tư thiết bị, giảm được chi phí khi thi cơng do đó
giảm được giá thành thi công cầu. Điều này sẽ tiết kiệm được rất nhiều kinh
phí đầu tư của nhà nước và doanh nghiệp. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu cơ sở
khoa học cho tính tốn kết cấu thép cổng trục chun dùng do Việt nam chế
tạo phục vụ lao lắp dầm bê tông trên xà mũ cầu” được đặt ra là một yêu cầu
cấp thiết.
2. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu xây dựng được cơ sở khoa học cho tính tốn ứng suất động
trong kết cấu thép cổng trục chuyên dùng do Việt nam chế tạo phục vụ lao lắp
dầm bê tông trên xà mũ cầu. Các kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao chất
lượng thiết kế, hạ giá thành sản phẩm, chủ động về thiết kế, chế tạo ở trong
nước loại cổng trục chuyên dùng trên đạt các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật cao.

3. Đối tượng à phạm i nghiên cứu
a) Đối tượng nghiên cứu
- Cổng trục dạng dàn lắp đặt trên xà mũ trụ cầu do Việt nam chế tạo phục
vụ lao lắp dầm Super-T trong công nghệ thi công cầu.
b) Phạm vi nghiên cứu
- Luận án chỉ tập trung nghiên cứu cổng trục dạng dàn lắp đặt trên xà mũ
trụ cầu do Việt nam chế tạo phục vụ lao lắp dầm Super-T trong công nghệ thi
công cầu có các thơng số kỹ thuật thể hiện trong bảng 1.1. Các dầm cầu
bêtông cốt thép được lắp đặt là loại dầm Super - T dài 38 mét. Xà mũ trụ cầu
và dầm Super-T được coi là cứng tuyệt đối. Chỉ xem xét và giải quyết các bài
toán về động lực học, ứng suất động trong mặt phẳng (không xét trong mơ hình
khơng gian).


2

4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về các vấn đề liên quan đến luận án.
- Nghiên cứu động lực học của cổng trục dạng dàn lắp đặt trên xà mũ trụ
cầu phục vụ lao lắp dầm Super-T trong công nghệ thi công cầu ở Việt nam.
- Nghiên cứu khảo sát các thông số động lực học của cổng trục dạng dàn
lắp đặt trên xà mũ trụ cầu phục vụ lao lắp dầm Super-T trong công nghệ thi
công cầu ở Việt nam.
- Nghiên cứu phương pháp xác định ứng suất động trong các thanh của kết
cấu dàn chính cổng trục dạng dàn lắp đặt trên xà mũ trụ cầu phục vụ lao lắp
dầm Super-T trong công nghệ thi công cầu ở Việt nam.
- Nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số động lực học của cổng trục và
ứng suất động xuất hiện trong các thanh của kết cấu dàn chính cổng trục.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
a/ Ý nghĩa khoa học

- Tác giả đã nghiên cứu xây dựng bài toán động lực học cho đối tượng
nghiên cứu là cổng trục lao dầm dạng dàn đặt trên xà mũ trụ cầu trong công
nghệ thi công cầu. Nghiên cứu này sẽ là cơ sở khoa học cho việc tiến hành xác
định các thông số động lực học của mơ hình (chuyển vị, vận tốc, gia tốc, lực
căng cáp động) tương ứng với các trường hợp làm việc khác nhau của cổng
trục. Từ đó, đã đưa ra các giá trị của hệ số động tương ứng với từng trường hợp
của loại cổng trục này. Các giá trị hệ số động này sẽ là cơ sở cho các nhà khoa
học, kỹ sư, người sử dụng tham khảo trong quá trình thiết kế, sử dụng thiết bị
cổng trục lao dầm.
- Từ các kết quả nghiên cứu bài toán động lực học của cổng trục lao dầm
dạng dàn, tác giả đã tiến hành xây dựng bài toán xác định ứng suất động trong
các thanh của kết cấu dàn chính cổng trục. Kết quả của bài tốn sẽ tạo cơ sở
khoa học cho việc nghiên cứu, khảo sát qui luật thay đổi của ứng suất trong các
thanh trong dàn chính, tạo tiền đề khoa học cho các nghiên cứu về độ bền mỏi
của kết cấu dàn.
- Tác giả đã xây dựng bài toán và tiến hành khảo sát một số thông số ảnh
hưởng đến các đặc trưng động lực học của cổng trục. Kết quả nghiên cứu này
sẽ là cơ sở khoa học giúp cho các nhà thiết kế, nhà quản lý khai thác sử dụng


3

thiết bị lựa chọn được các thông số kỹ thuật hợp lý nhằm khai thác có hiệu quả
hơn thiết bị cổng trục lao dầm đặt trên xà mũ trụ cầu.
- Quá trình thực nghiệm với các thiết bị đo hiện đại và qui trình thực
nghiệm hợp lý là cơ sở để xây dựng phương pháp thực nghiệm trên các loại
cổng trục dạng dàn.
b/ Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả nghiên cứu về động lực học của luận án sẽ là tài liệu tham khảo
có ích cho Bộ LĐTBXH khi hiệu chỉnh bổ sung hệ số động theo TCVN 42442005 cho thiết bị nâng là cổng trục lao dầm dạng dàn đặt trên xà mũ trụ cầu khi

lao lắp dầm cầu Super-T.
- Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ là tài liệu tham khảo có ích cho các đơn
vị thiết kế, chế tạo và khai thác sử dụng có hiệu quả thiết bị cổng trục lao dầm
dạng dàn đặt trên xà mũ trụ cầu.
- Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở tham khảo để bộ GTVT đề ra tiêu chuẩn
ngành cho việc kiểm định, sử dụng các thiết bị cổng trục (thiết bị có yêu cầu
nghiêm ngặt về an tồn) phục vụ lao lắp dầm cầu bêtơng theo qui định trong
nghị định 44/2016/NĐ-CP ngày 15/05/2016 của Chính phủ Việt Nam.
6. Điểm mới của Luận án
- Luận án đã xây dựng được mơ hình động lực học cho loại cổng trục dạng
dàn lắp đặt trên xà mũ trụ cầu phục vụ lao lắp dầm Super-T và đã ứng dụng
thành công phần mềm Matlab- Simulink để giải các phương trình chuyển động
phi tuyến nhiều bậc tự do.
- Luận án đã xác định được các đặc trưng dao động, lực căng cáp động, hệ
số động ứng với các trường hợp làm việc bất lợi của loại cổng trục nghiên cứu.
- Trên cơ sở những kết quả thu được từ việc giải bài toán ĐLH, luận án đã
xây dựng được phương pháp xác định ứng suất động ( Ứng suất biến thiên theo
thời gian) trong các thanh của kết cấu dàn chính đối với loại cổng trục nghiên
cứu.
- Từ những kết quả thu được từ việc giải bài toán ĐLH, luận án đã tiến
hành khảo sát các thông số động lực học của loại cổng trục nghiên cứu từ đó đã
xác định được yếu tố gây bất lợi, đồng thời đã đưa ra được bộ dữ liệu các
thơng số có ảnh hưởng đến quá trình làm việc bất lợi của cổng trục.


4

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Hiện nay, trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng đã và đang sử

dụng một số nhiều công nghệ thi công cầu khác nhau, các công nghệ này đã
được giới thiệu trong các tài liệu của các tác giả [24],[27], [28], [29], ... (được
trình bày trong phần thuyết minh của luận án). Một trong các thiết bị được sử
dụng nhiều trong công nghệ thi công cầu được đề cập trong các tài liệu trên đó
là thiết bị cổng trục (giá long mơn). Qua sự phân tích, đánh giá kết quả nghiên
cứu của các tác giả, NCS nhận thấy các cổng trục lao dầm bêtông cốt thép
lắp đặt trên xà mũ trụ cầu sử dụng trong công nghệ thi công cầu vượt, cầu cạn
được sử dụng rất rộng rãi do những ưu điểm vượt trội của nó và kết cấu thép
của loại cổng trục này thường có dạng dàn.
1. 1. Giới thiệu cổng trục lao lắp dầm cầu bêtông thi công các cầu dẫn, cầu
ượt ở Việt nam
Trên cơ sở phân tích các yếu tố về mặt kỹ thuật, cơng nghệ và chi phí đầu
tư thiết bị, giá thành sản phẩm tác giả nhận thấy, cổng trục lao dầm lắp trên xà
mũ được khai thác sử dụng rất hiệu quả ở Việt nam và đây cũng là đối tượng
nghiên cứu của tác giả. Cấu tạo của thiết bị được trình bày trên hình 1.7; hình
1,8
( D1)

01

02

( D2)

03

( D3)

04

( D4)

05

06
07

08

9

10

Hình 1. 7. Cấu tạo tổng thể cổng trục đặt trên xà mũ trụ cầu.
1. Dàn chính; 2. Cụm puly móc câu; 3. Cụm tời nâng-hạ hàng; 4.Dầm
Super-T; 5. Lan Can; 6. Cụm chân; 7. Cụm di chuyển; 8.Dầm đỡ ray
trên xà mũ; 9.Cầu thang; 10. Trụ cầu
Nguyên lý làm việc: Cổng trục di chuyển ra ngồi cơng xon của dầm đỡ ray
(08) lắp trên xà mũ trụ cầu sau đó hạ hai cụm móc câu của tời nâng hàng (03)


5

để nâng phiến dầm cầu (04) từ xe ôtô chở dầm dưới mặt đất đưa lên cao sau đó
di chuyển vào phía trong và lần lượt đặt các phiến dầm vào các vị trí gối cầu
trên mỗi trụ cầu. Sau khi lao hết toàn bộ các phiến dầm của một nhịp, dùng cần
cẩu để nhấc toàn bộ hệ cổng trục xuống dưới đất và sau đó di chuyển tồn bộ
thiết bị sang một nhịp khác để tiếp tục lao lắp các phiến dầm của nhịp đó.
Thanh giằng đứng
Thanh giằng xiên

Thanh biên trên
Thanh giằng
ngang

Z

X

Thanh biên
dưới
O

Y

Hình 1.8. Cổng trục đặt trên xà mũ trụ cầu.
Những thơng số chính của cổng trục lao dầm được thể hiện như sau:
Khẩu độ Lk= 40( mét); Tải trọng nâng Q = 80 ( Tấn); Vận tốc nâng
Vn= 1,08 (m/ph); Vận tốc di chuyển Vdc= 7,5 (m/ph); Chiều cao nâng
H= 20 (mét), số nhánh cáp của một cụm tời i2= 12; Đường kính cáp
dc= 20 (mm); Trọng lượng dàn chính G1= 2522420 (N); Tỷ số truyền hộp giảm
tốc cơ cấu nâng igt= 48,57; Chiều dài dầm bêtông Ld= 38(mét).
1.2. Phân tích tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cổng trục lao dầm
bêtông lắp đặt trên xà mũ trụ cầu.
1.2.1.Tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cổng trục trên thế giới
Trên thế giới hiện nay đối với các nước phát triển có rất nhiều các cơng ty
chuyên về chế tạo thiết bị nâng có thể kể đến một số hãng lớn như: ABUS
(Đức); Stall (Đức), KONE (Đức), PODEM (Bungari); NIPPON (Nhật Bản);
KAMIUCHI (Nhật Bản); Sungdo (Hàn Quốc), Huyndai (Hàn Quốc),...Tuy
nhiên các thiết bị do các hãng này cung cấp, chế tạo thì mang tính chất phục vụ
cơng dụng chung chứ chưa có các thiết bị nâng chuyên dùng phục vụ cho thi

công cầu. Đặc biệt tác giả chưa thấy các hãng này công bố về các lý thuyết tính
tốn, bản vẽ thiết kế cũng như các mẫu sản phẩm là loại cổng trục lắp đặt trên
xà mũ trụ cầu phục vụ lao lắp dầm Super-T.


6

1.2.2. Tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị cổng trục ở Việt Nam
Hiện nay đã có một số đề tài của các tác giả [14], [23],.. nghiên cứu liên
quan đến tính tốn, thiết kế cổng trục được cơng bố. Tuy nhiên, các tính tốn
kết cấu của tác giả chủ yếu tính tốn theo điều kiện bền tới hạn mà chưa đề cập
đến vấn đề nghiên cứu các yếu tố động (dao động, lực động, ứng suất động,...)
ảnh hưởng tới quá trình làm việc, cũng như độ bền của kết cấu. Ở Việt nam
hiện nay có nhiều cơng ty chuyên chế tạo thiết bị nâng như: Xí nghiệp cơ khí
Quang Trung; Cơng ty cổ phần cơ khí Hồng Nam; công ty AVC; Công ty
VINALIFT; Công ty NMC; Công ty Thành Thái; Công ty CP SX- TM Đại
Dương;... Tuy nhiên việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các thiết bị cổng trục
chuyên dùng phục vụ thi công cầu- đường lại ít được quan tâm, đặc biệt là loại
cổng trục lắp đặt trên xà mũ phục vụ lao lắp dầm cầu thì ít thấy cơng bố.
Qua những phân tích trên, tác giả nhận thấy ở Việt nam các nghiên cứu chủ
yếu tập trung vào các cổng trục có cơng dụng chung mà chưa có nghiên cứu
nào liên quan đến cổng trục dạng dàn lắp đặt trên xà mũ trụ cầu phụ vụ lao lắp
dầm cầu Super-T.
1.2.3. Các nghiên cứu về động lực học, ứng suất động của cổng trục
Có rất nhiều cơng trình của các nhà khoa học Nga, Hungari, Czech,
Bungari,Trung Quốc, Việt nam và các nước khác nghiên cứu về động lực học
và ứng suất động của cổng trục đã được trình bày trong các tài liệu [34], [50],
[51], [52],[53],[58],[62],[63],[64]... Từ các cơng trình nghiên cứu này NCS đã
nhận thấy: Hiện vẫn chưa thấy có cơng trình nào nghiên cứu về động lực học,
cũng như mối liên hệ giữa tải trọng động tới việc xác định ứng suất động trong

các thanh của kết cấu thép của loại cổng trục dạng dàn phục vụ cho lao lắp dầm
cầu bêtông lắp đặt trên xà mũ trụ cầu được công bố.
1.2.4. Các nghiên cứu ề thực nghiệm liên quan đến động lực học à ứng
suất động
Đã có nhiều nhà khoa học của Nga, Hungari, Czech, Bungari,Trung Quốc,
Việt nam và các nước khác nghiên cứu về thực nghiệm để xác định các thông
số về động lực học cũng như ứng suất động đối các thiết bị nâng thể hiện trong
các tài liệu [3],[16],[31],[32],[56],... Qua các nghiên cứu này, tác giả nhận
thấy rằng việc đo đạc thực nghiệm trên các máy thực để xác định lực căng cáp
động trong cáp nâng hàng, ứng suất động xuất hiện trong các thanh của kết cấu
thép cổng trục dạng dàn vẫn chưa được đề cập nhiều.


7

KẾT LUẬN CHƯƠNG I VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU
Qua phân tích tình hình nghiên cứu của các tác giả trong nước và trên thế
giới về những vấn đề liên quan đến nội dung của đề tài đã được đề cập, tác giả
nhận thấy còn một số điểm tồn tại mà đề tài cần quan tâm giải quyết như sau:
1. Có nhiều nghiên cứu về động lực học của thiết bị nâng (cầu trục, cần trục
tháp, cần trục, cổng trục,...).Tuy nhiên, các nghiên cứu về động lực học và mối
liên hệ giữa các thông số động lực học tới việc xác định tải trọng động, hệ số
động lực và ứng suất động xuất hiện trong kết cấu thép của cổng trục chuyên
dùng đặt trên xà mũ trụ cầu khi thi công các cơng trình ở Việt nam cịn chưa
được đề cập đến. Theo thơng tin mà tác giả được biết thì đây là cơng trình lần
đầu tiên được đặt ra để nghiên cứu.
2. Cổng trục chuyên dùng cho lao lắp dầm cầu bêtông đặt trên xà mũ trụ
cầu do Việt Nam chế tạo là loại có khẩu độ lớn, dùng nâng dầm bêtơng có
trọng lượng lớn, được khai thác sử dụng trong những điều kiện mang tính đặc
thù riêng (sử dụng cho q trình lao lắp dầm Cầu bê tơng ở Việt Nam). Hiện

nay, vẫn chưa có tài liệu nào cơng bố các thông số kỹ thuật hợp lý nhằm khai
thác hiệu quả và an toàn thiết bị cổng trục này. Do vậy, luận án đã đặt ra mục
tiêu nghiên cứu khảo sát một số các thông số động lực học ảnh hưởng tới quá
trình làm việc của cổng trục, từ đó có thể đưa ra được bộ số liệu các thơng số
hợp lý cho q trình khai thác, sử dụng của loại cổng trục nghiên cứu.
CHƯƠNG II
NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CỔNG TRỤC DẠNG DÀN LẮP
ĐẶT TRÊN XÀ MŨ TRỤ CẦU PHỤC VỤ LAO LẮP DẦM CẦU
SUPER-T TRONG CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU TẠI VIỆT NAM
Tại mục 1.1của chương I, tác giả đã giới thiệu về cấu tạo, nguyên lý làm
việc của loại cổng trục chuyên dùng lao lắp dầm cầu Super-T trong công nghệ
thi công Cầu. Các trường hợp làm việc điển hình của cổng trục là: Nâng, hạ
hàng (Dầm cầu Super-T) và di chuyển cùng với hàng. Trong từng trường hợp,
khi đóng mở các cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển hoặc kết hợp phanh hãm sẽ
xuất hiện tải trọng động trong các cơ cấu, trong cáp hàng và kết cấu thép của
cổng trục. Chính vì vậy, tác giả đã tiến hành nghiên cứu ĐLH cho các trường
hợp sau đây: Khi nâng, hạ dầm; Nâng dầm từ vị trí cáp chùng; Nâng dầm từ vị trí
cáp căng; Nâng, hạ dầm kết hợp phanh hãm; Di chuyển cùng với dầm. Sau khi


8

xây dựng mơ hình ĐLH, thiết lập các phương trình chuyển động, sử dụng phần
mềm Mathlap- Simulink tác giả đã xây dựng được chương trình mơ phỏng để
giải hệ các phương trình chuyển động dạng phi tuyến. Từ đó đã xác định được
các giá trị và biểu đồ của các thông số động lực học cũng như lực căng cáp động
ứng với 06 trường hợp làm việc điển hình trên. Sau đây tác giả xin trình bày tóm
tắt, một số kết quả nghiên cứu ĐLH ứng với 02 trường hợp cụ thể: Hạ hàng kết
hợp phanh hãm và Di chuyển mang hàng.
2. 1. Nghiên cứu động lực học cổng trục khi hạ hàng (Dầm Super-T)- kết

hợp phanh hãm khi cáp căng (độ chùng cáp =0).
Mơ hình động lực học được thể hiện như hình 2.18
4

M(q1) q  1
1

i1

qd

s 2/2

q4 M(q4)

i1

qd

m3

s1

K1
i2

A




m3





s1

K1

s 2/2

q3

i2

1

B

m2

M(q1)

q2

0
2

q1

Đ-ờng đặc tính ngoài của động cơ nâng

Hỡnh 2. 18. Mơ hình động lực học cổng trục lắp đặt trên xà mũ trụ cầu
khi hạ dầm
Trong đó: 1  4 - Mơmen qn tính qui dẫn của rơto động cơ nâng và khớp
nối, kg.m2; q1, q4-chuyển vị góc của rơto động cơ nâng, rad; S1- Độ cứng qui
dẫn của một nhánh cáp, N/m; S2- Độ cứng qui dẫn của hệ chân đỡ cổng trục,
N/m; K1- Hệ số dập tắt dao động của cáp hàng của cụm tời nâng Ns/m; i2- Bội
suất cáp của cụm tời nâng; R- Bán kính qui dẫn của cụm tời nâng, m; q2,q3Chuyển vị thẳng của khối lượng m2 và m3, m; m2 - Khối lượng của hàng nâng
(dầm BTCT) và cụm puluy móc câu, kg; m3- Khối lượng quy dẫn của kết cấu
thép cổng trục và bộ máy nâng hạ hàng về điểm giữa của KCT tầng trên, kg;
M(q1 ) , M(q 4 ) - Đường đặc tính ngồi của các động cơ thuộc bộ máy nâng hạ
hàng; qd - chuyển vị góc của tang cuốn cáp, rad.


9

Sau khi tác giả tiến hành viết công thức cho các hàm thế năng, động năng,
hao tán và sử dụng phương trình Lagrăng II để viết hệ PTCĐ.
d T
T  U
(
)


 Qi
dt q1 qi qi qi

Phương trình Lagrăng II có dạng:

(i  1  n)

Tiến hành các bước tính tốn và biến đổi cần thiết chúng ta có được hệ
phương trình chuyển động viết dưới dạng thu gọn như sau:















m 2 gR

2
2
2
2
1q11  i 2 K1 R q11  Rq 2  Rq 3  i 2S1 R q11  Rq 2  Rq 3  M f  2

(2.51)

m 2 q 2  i 22 K1  Rq11  2q 2  2q3  Rq 41   i 22S1  Rq11  2q 2  2q3  Rq 41   0




S2  S3  
2
2
 q3   0
m3q3  i 2 K1  Rq11  2q 2  2q3  Rq 41   m3g  i 2S1  Rq11  Rq 41  2q 2   2  2
i 2S1  




4 q 41  i 22 K1 R 2 q 41  Rq 2  Rq3  i 22S1 R 2 q 41  Rq 2  Rq 3  M f  m 2 gR

2



Một số đồ thị là kết quả của việc giải hệ phương trình (2.51) được thể hiện như
sau:

Hình 2.29. Lực căng cáp Fc

Hình 2.28. Gia tốc q 3

2. 2. Nghiên cứu động lực học cổng trục khi di chuyển mang hàng (Dầm
bêtơng Super-T) có kể đến độ cứng của cáp.

Mơ hình động lực học được thể hiện trên hình 2.30
X0

Y

q7
Pg1

m3

m3
q8

S4
yo = y2
l

m2

X2

m2

q9
Pg2
y3

M . q 5
(q5 ) 5

S5 i
dc

Ddc

Mf
O

W

X

X3
Ddc

M .
(q5 )
Mf

q5

5
S5

Ddc

M( q.6 )

q6 6

Mf

S6

Hình 2. 30. Mơ hình ĐLH của cổng trục khi di chuyển có kể đến độ cứng
của cáp hàng


10

Trong đó:q7- Di chuyển của cổng trục theo phương ngang, m; q8- Góc lắc của
hàng nâng xung quanh điểm treo hàng, rad; q9- Dịch chuyển của hàng theo
phương của cáp treo, m; Pg1 , Pg2- Tải trọng gió tác dụng lên KCT và lên hàng
, N; S5,S6- Độ cứng quy dẫn của các bộ máy di chuyển về trục động cơ
Nm/rad; S4 - Độ cứng quy dẫn của các nhánh cáp, N/m; l - Chiều dài của cáp
treo hàng, m; W - Lực cản di chuyển cổng trục, N; idc - Tỷ số truyền chung của
cơ cấu di chuyển. Rdc- Bán kính qui dẫn của cơ cấu di chuyển. M(q 5 ) , M(q 6 ) Đường đặc tính ngồi của các động cơ thuộc bộ máy di chuyển.
Sau khi tác giả tiến hành viết công thức cho các hàm thế năng, động năng,
hao tán và sử dụng phương trình Lagrăng II để viết hệ PTCĐ. Tiến hành tính
tốn và biến đổi các biểu thức chúng ta có được hệ phương trình chuyển động
như sau:
S5

5 q 5  S5 q 5  R q 7  M(q 5 )
dc


S6
S

2
q 6  26 q 6
 m 2  m3  q 7  m3  f  q 9  cos q8 q8  m3  f  q 9  sin q8 q8 
R dc
R dc

 S
(2.69
 5 q 5  S5 q 7   Wsign(q 7 )  Pg1
 R dc
R 2dc

m3  f  q 9  cos q8 q 7  m3  f  q 9  q8  m3 cos q8 q 7 q 9  m3q8 q 9  m3g sin q8 q 9  Pg2 cosq8 f

m3q 9  m3 cos q8 q 7 q8  m3  f  q 9  q82  S4 q 9  m3g cos q8  0

 q  S q  S6 q  M(q )
6 6
7
6
 6 6
R dc


)

Một số đồ thị là kết quả của việc giải hệ phương trình (2.69) được thể hiện như
sau:
0.4

45000

0.35

43000

Lực căng cáp ( N)

Chuyển vị q8 (rad)

0.3
0.25
0.2

0.15
0.1

41000
39000

37000
35000

0.05

33000

0
-0.05
-0.1

0

5

10

15

20
Thời gian (s)

Hình 2. 34. Chuyển vị góc q8

25

31000
0

5

10
Thời gian ( s)

15

Hình 2.37. Lực căng cáp Fc

20

11

KẾT LUẬN CHƯƠNG II
Sau khi giải thành công các phương trình chuyển động đã thu được các kết
quả tính tốn theo lý thuyết. Từ các kết quả nghiên cứu ở chương II, có thể rút
ra một số kết luận sau:
1. Dạng của các đồ thị ứng với 6 trường hợp làm việc của cổng trục là hoàn
toàn phù hợp với quá trình làm việc thực tế của cổng trục, các trị số thể hiện
trên các đồ thị thu được sau khi tính tốn bằng lý thuyết, cũng khẳng định
được tính chính xác của các số liệu đầu vào. Điều này cũng đã khẳng định
được tính đúng đắn của mơ hình động lực học tác giả đã xây dựng.
2. Khi nghiên cứu và giải các bài toán ĐLH ứng với 6 trường hợp làm việc
khác nhau của cổng trục, tác giả đã xác định được các hệ số động lực và biên
độ dao động lớn nhất của gia tốc q3 (khối lượng KCT dàn chính) ứng với mỗi
trường hợp, được thể hiện trong bảng 2.1
Bảng 2.2. Bảng hệ số động lực và biên độ dao động gia tốc q3 của khối lượng m3
TT

Trường hợp làm việc

Hệ số động
lực kđ

Biên độ dao động lớn
nhất của q 3 (m/s2)

1

Nâng dầm có độ chùng cáp

1,14

5,7

2

Nâng dầm từ vị trí cáp căng

1,18

5,3

3

Nâng dầm kết hợp phanh hãm

1,67

6,49

4

Hạ dầm

1,22

5,29

5

Hạ dầm kết hợp phanh hãm

1,69

6,6

6

Di chuyển mang dầm

1,36

2,1

3. Tác giả đã thành công trong việc sử dụng phần mềm Matlab-Simulink để
giải các phương trình chuyển động của các mơ hình ĐLH nghiên cứu, từ các
kết quả thu được cho phép chúng ta có thể khảo sát được các thông số động lực
học ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình làm việc của cổng trục, tạo cơ sở khoa
học cho việc đề ra các giải pháp kỹ thuật nhằm giảm ảnh hưởng của các yếu tố
động gây bất lợi cho cổng trục trong quá trình làm việc. Nội dung này sẽ được
tác giả trình bày trong chương III.
4. Việc xác định được lực căng cáp động trong cáp hàng tác dụng lên kết
cấu thép cổng trục ứng với 6 trường hợp làm việc điển hình của cổng trục sẽ


12

tạo cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu, xác định ứng suất động trong các
thanh của kết cấu dàn chính cổng trục mà tác giả sẽ trình bày trong chương IV.

CHƯƠNG III
NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA
CỔNG TRỤC DẠNG DÀN LẮP TRÊN XÀ MŨ TRỤ CẦU
3. 1. Thông số cần khảo sát
Từ các mô hình ĐLH và kết quả tính tốn của các bài tốn động lực học đã
trình bày trong chương II chúng ta nhận thấy, có một số thơng số ảnh hưởng
nhiều đến quá trình làm việc của cổng trục như: Độ cứng của cáp nâng hàng;
Độ cứng của kết cấu thép dàn chính; Vận tốc nâng; Vận tốc di chuyển; Tải
trọng gió; Khối lượng của kết cấu dàn chính. Các giá trị này đã được tính tốn
ứng với nhiều giá trị khác nhau theo các điều kiện làm việc khác nhau, được
tác giả trình bày chi tiết trong mục 2.1 của phần phụ lục II . Để xem xét ảnh
hưởng của các giá trị này tới quá trình làm việc của cổng trục tác giả đã sử
dụng phần mềm Mathlap- Simulink để xây dựng được chương trình mơ phỏng
khảo sát các thông số ảnh hưởng ứng với 02 trường hợp làm việc của cổng
trục: Nâng dầm khia cáp căng và di chuyển khi mang dầm.
3. 2. Khảo sát các thông số ứng ới trường hợp nâng dầm cáp căng
Có 4 trường hợp cần khảo sát: Thay đổi vận tốc nâng (thay đổi R); thay đổi
độ cứng của KCT dàn chính (S3); Thay đổi độ cứng qui đổi của cáp nâng hàng
(S1); Thay đổi khối lượng dao động của dàn chính (m3).
Một số đồ thị khi tiến hành khảo sát thay đổi vận tốc nâng (thay đổi bán
kính qui dẫn R) được thể hiện như sau:
45000

8

43000

6

39000

4

37000

2
Gia tốc ( m/s2)

Lực căng cáp ( N)

41000

35000

33000
31000

0
0

1

2

3

4

-2
-4

29000
27000

-6

25000
0

2

4

6

8

10
Thời gian (s)

R= 0,000183 (m)

R= 0,000343(m)

R= 0,000833 (m)

Hình 3. 2 Lực căng cáp Fc

-8

-10
R= 0,00018 (m)

R= 0,000343 (m)

R =0,000833 (m)

Hình 3. 1. Gia tốc q 3

Thời gian (s)

5


13

48000

30

46000

25

44000

20

42000

15
Gia tốc q7(m/s2)

Lực căng cáp (N)

3. 3. Khảo sát các thơng số khi di chuyển mang dầm
Có 04 trường hợp cần khảo sát khi cổng trục di chuyển mang hàng: Khi tải
trọng gió tác dụng lên hàng (Pg2) và tải trọng gió tác dụng lên kết cấu thép dàn
chính (Pg1) thay đổi; Thay đổi độ cứng của cáp treo hàng (S1); Thay đổi vận tốc
di chuyển cổng trục (thay đổi bán kính qui đổi Rdc); Thay đổi khối lượng m3 và
vận tốc di chuyển.
Một số đồ thị khi tiến hành khảo sát thay đổi vận tốc nâng (thay đổi bán
kính qui dẫn Rdc) được thể hiện như sau:

40000
38000

36000
34000
32000

10
5
0
-5 0

1

2

3

4

5

-10

30000

-15

28000
0

5

10

15

20

-20

25

-25

Thời gian (s)

R=0,000842 (m)

R=0,000431 (m)

Thời gian (s)

R=0,0002115 (m)

Rdc=0,00083 (m)

Hình 3.28.Lực căng cáp Fc

Rdc=0,000431 (m)

Rdc=0,0002115 (m)

Hình 3.29. Gia tốc q7

0.6

0.5

0.5

0.4
Chuyển vị q9 (m)

Chuyển vị q8(rad)

0.4

0.3
0.2
0.1
0

-0.1

0

5

10

15

20

25

0.3
0.2
0.1

0
0

5

10

15

20

25

-0.1
-0.2

-0.2

-0.3

Thời gian(s)

Thời gian (s)
Rdc=0,000862 (m)

Rdc=0,000431 (m)

Rdc=0,0002115 (m)

Hình 3.30. Chuyển vị q8

Rdc=0,000843 (m)

Rdc=0,000431 (m)

Rdc=0,0002115(m)

Hình 3.31. Chuyển vị q9

KẾT LUẬN CHƯƠNG III
Trên cơ sở nghiên cứu khảo sát các thông số ảnh hưởng tới quá trình làm
việc của cổng trục ở chương III, tác giả đã rút ra những kết luận sau:
1. Đối ới trường hợp nâng hàng cáp căng:
- Từ kết quả được thể hiện trong bảng 3.2 và 3.3 khi vận tốc nâng tăng thì
giá trị của hệ số động lực cũng tăng (hệ số kđ = 1,18 khi vận tốc nâng Vn= 1,08
m/ph; hệ số kđ = 1,34 khi vận tốc nâng Vn= 5 m/ph). Theo TCVN- 4424-2005
thì hệ số động lực đối với cầu trục, cổng trục có thể lấy tới giá trị bằng kđ= 1,6.
Do vậy, về nguyên tắc có thể tăng vận tốc nâng lên nhưng khi vận tốc nâng
càng tăng thì biên độ dao động của gia tốc kết cấu thép càng lớn (biên độ đạt
7,5 m/s2 khi vận tốc nâng Vn= 5 m/ph) điều này không phù hợp với công nghệ


14

lao lắp dầm cầu khi lao lắp dầm cầu Super - T. Do vậy, đối với cơ cấu nâng
của loại cổng trục này nên sử dụng vận tốc nâng Vn  2 m/ph.
- Trong các trường hợp đã khảo sát, chúng ta thấy có một số trường hợp hệ
số động lực và biên độ dao động của gia tốc q 3 đều đạt giá trị lớn. Vì vậy, khi
thiết kế và sử dụng cổng trục trong quá trình nâng hàng cần lưu ý đối với các
trường hợp làm việc này của cổng trục.
Bảng 3.18. Giá trị hệ số động lực và biên độ dao động q3 trong trường hợp
bất lợi
Trường hợp

Hệ số động Biên độ dao động lớn
nhất của q 3 (m/s2)
lực kđ

- Độ cứng của kết cấu thép dàn chính
S3= 210484000 (N/m)

1,33

6,18

- Vận tốc nâng Vn = 5 (m/ph), tương ứng
với bán kính qui đổi Rn= 0,000833 (m)

1,34

7,54

- Khối lượng dao động của kết cấu thép
dàn chính m3= 40000 (kg)

1,39

7,0

- Khi độ cứng của kết cấu thép dàn chính (S3) càng tăng thì lực căng cáp
động càng giảm và thời gian dập tắt dao động càng nhanh, các giá trị được thể
hiện trong bảng 3.4 do vậy khi thiết kế cần tăng độ cứng của của kết cấu dàn
chính theo phương thẳng đứng để giảm tác dụng của lực căng cáp động lên kết
cấu thép.
- Từ các giá trị thể hiện trong bảng 3.6 chúng ta nhận thấy, nếu muốn tăng
vận tốc nâng và giảm lực căng cáp động thì chúng ta có thể chọn giải pháp là
giảm bội suất cáp trên cơ sở vẫn đảm bảo độ bền của cáp. Đối với cổng trục

chuyên dùng mà luận án nghiên cứu thì vận tốc nâng có thể đạt được Vn = 2,16
m/ph (ứng với bội suất cáp i2 = 8).
2. Đối ới trường hợp di chuyển mang hàng khi cáp căng:
- Qua các trường hợp khảo sát thì chúng ta nhận thấy khi chuyển vị q8 (góc
lắc của hàng) càng lớn lực căng cáp càng lớn điều đó chứng tỏ khi cổng trục di
chuyển góc lắc ảnh hưởng nhiều đến lực động tác dụng lên kết cấu thép . Do
cổng trục làm việc ngoài trời và di chuyển trên xà mũ trụ cầu ở trên cao, hàng
nâng là dầm cầu bêtơng có kích thước, tải trọng lớn (dầm dài 38 mét, trọng
lượng 80 Tấn) vì vậy góc lắc của hàng rất lớn q8 = (200  300). Trong tất cả


15

các trường hợp khảo sát thì hệ số lực động đều có giá trị kđ= (1,36  1,474).
Khi tăng vận tốc di chuyển của cổng trục đến Vdc= 30 (m/ph) thì góc lắc của
hàng (chuyển vị q8) và gia tốc q 7 của khối lượng m3 (khối lượng qui dẫn của
KCT dàn chính) tăng lên đạt giá trị lớn thể hiện ở bảng 3.16. Trong cả hai
trường hợp: Cổng trục có khối lượng nhỏ nhưng di chuyển với vận tốc lớn và
cổng trục có khối lượng lớn di chuyển với vận tốc lớn thì đều là những trường
hợp bất lợi (hệ số lực động, góc lắc hàng, dao động của gia tốc đều lớn thể hiện
tại bảng 3.16, bảng 3.17) khi cổng trục di chuyển mang hàng do vậy khi tính
tốn thiết kế cổng trục cần xác định vận tốc di chuyển của cổng trục cho phù
hợp với khối lượng của cổng trục. Đối với cổng trục tác giả nghiên cứu thì khi
khối lượng m3= 16000 (kg) và m3= 40000 (kg), cổng trục nên di chuyển với
vận tốc Vdc  7,85 m/ph.
CHƯƠNG IV
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT ĐỘNG CỦA
CÁC THANH TRONG KẾT CẤU DÀN CHÍNH CỔNG TRỤC DẠNG
DÀN LẮP ĐẶT TRÊN XÀ MŨ TRỤ CẦU
Để xác định ứng suất động trong các thanh của kết cấu dàn chính chúng ta

cần xác định được nội lực của các thanh trong mặt phẳng thẳng đứng và trong
mặt phẳng nằm ngang ứng với quá trình làm việc khi nâng - hạ dầm và di
chuyển mang dầm của cổng trục. Với các kết quả nghiên cứu đạt được ở
chương II và chương III, chúng ta đã xác định được các giá trị lực căng cáp


động (Fc) tác dụng lên kết cấu dàn chính và gia tốc a của khối lượng KCT dàn
chính (m3) ứng với các trường hợp làm việc khác nhau của cổng trục. Từ các
giá trị này giá trị này, chúng ta sẽ xác định được giá trị ngoại lực (Lực căng cáp
động Fc và lực quán tính trong mặt phẳng ngang





Fqt  m a

) tác dụng lên KCT

dàn chính. Để tính nội lực và ứng suất động chúng ta xét trong hai mặt phẳng:
Mặt phẳng thẳng đứng ZOX và mặt phẳng nằm ngang YOX. Tương ứng với
hai mặt phẳng này, với kết quả nghiên cứu tại chương II và chương III chúng ta
đã xác định được 2 trường hợp làm việc bất lợi: Hạ dầm kết hợp phanh hãm và
Di chuyển mang dầm. Việc xác định nội lực và ứng suất động trong các thanh
của hai mặt phẳng này sẽ đã được tác giả trình bày chi tiết trong phần thuyết
minh của luận án. Sau đây tác giả chỉ xin được trình bày tóm tắt một số kết quả
nghiên cứu như sau:


16

4.1. Nghiên cứu xác định ứng suất các thanh của dàn chính trong mặt
phẳng thẳng đứng (ZOX) khi hạ dầm cáp căng kết hợp phanh hãm
Z

O

X

Hình 4.1. Sơ đồ tính dàn trong 1/2 mặt phẳng ZOX
- Vận dụng lý thuyết về phương pháp mặt cắt, tách nút trong tài liệu về cơ
học kết cấu [26] tác giả đã xác định được cơng thức tính giá trị nội lực trong
mỗi thanh của dàn chính được thể hiên trong bảng 4.1. Sau khi thay thế giá trị
của lực căng cáp động Fc (t) được xác định thơng qua bài tốn về động lực học
ứng với trường hợp làm việc: Hạ dầm kết hợp phanh hãm của loại cổng trục
đặt trên xà mũ trục cầu. Tiến hành lập trình trên phần mềm Matlab- Similink
để tính tốn, tác giả đã xác định được các giá trị ứng suất thay đổi theo thời
gian, các giá trị ứng suất lớn nhất của các thanh thể hiện tại bảng PL3.10 trong
phần phụ lục và biểu đồ ứng suất của tất cả các thanh trong dàn. Biểu đồ ứng
suất một số thanh có giá trị lớn được thể hiện như sau:

USmax N3-4= 17,3 (N/mm^2)

20
18

Hạ dầm

USmax N14-15= 61,8 (N/mm^2)

65
Ứng suất thanh N14-15
(N/mm^2)

Ứng suất thanh N3-4 (N/mm^2)

+ Thanh biên dưới:

Phanh hãm

16
14

63
61

59
57
55

12

0

3

6
9
Thời gian (s)

12

Hình 4.3. Ứng suất thanh N3-4
+ Thanh biên trên:

15

0

3

6
9
Thời gian (s)

12

15

Hình 4.4. Ứng suất thanh N14-15


17
Thời gian (s)
-40
3

6

9

12

Ứng suất thanh N56-55 (N/mm^2)

Ứng suất thanh N55-54 (N/mm^2)

Thời gian (s)
-76 0

15

-78
-80

-82
-84
-86

-88
-90

0

3

6

9

12

15

-42
-44
-46

-48
-50

USmax N55-54= -83,57 (N/mm^2)

USmax N56-55= -47,97 (N/mm^2)

Hình 4.5. Ứng suất thanh N55-54

Hình 4.6. Ứng suất thanh N56-55

4. 2. Nghiên cứu xác định ứng suất các thanh của dàn chính trong mặt
phẳng ngang (YOX) dưới tác dụng của lực quán tính do trọng lượng của
bản thân dàn chính và của dầm khi cổng trục di chuyển
Y

q

q

q

q

q

q

q

q

q

q

q

q

q

q

O

X

Hình 4.14. Sơ đồ tính dàn trong 1/2 mặt phẳng YOX
Vận dụng lý thuyết về phương pháp mặt cắt, tách nút trong tài liệu về cơ
học kết cấu [26] tác giả đã xác định được giá trị nội lực trong mỗi thanh của
dàn chính. Nội dung tính tốn được trình bày trong mục 3.2.2 của phần phụ lục

III. Sau khi thay thế giá trị của gia tốc

a(t)

được xác định thơng qua bài tốn

về động lực học ứng với trường hợp làm việc: Di chuyển mang hàng của loại
cổng trục đặt trên xà mũ trục cầu. Tiến hành lập trình trên phần mềm MatlabSimilink để tính tốn, tác giả đã xác định được các giá trị nội lực và ứng suất
thay đổi theo thời gian của tất cả các thanh trong dàn ứng với 1/2 dàn chính của
mặt phẳng YOX. Các giá trị nội lực, ứng suất lớn nhất của các thanh thể hiện
tại bảng PL3.18; bảng PL 3.19 và biểu đồ ứng suất của tất cả các thanh trong
dàn. Biểu đồ ứng suất một số thanh có giá trị lớn được thể hiện như sau:
+ Thanh biên trái:


18
US max= 75,09 (N/mm^2)

80

60
40
20

0
-20 0

3

6

9

-40

12
15
Thời gian (s)

-60

Ứng suất N13-14 (N/mm^2)

Ứng suất N10-11 (N/mm^2)

100

-80

Hình 4.15. Ứng suất trong thanh N10-11

60
50
40
30
20
10
0
-10 0
-20

-30
-40
-50

US max= 49,87 (N/mm^2)

3

6

9

12
15
Thời gian (s)

Hình 4.16. Ứng suất trong thanh N13-14

+ Thanh biên phải:
US max= -71,97 (N/mm^2)

40

20
0
-20

0

3

6

-40

9

12

15

Thời gian (s)

-60

-80

Hình 4.19. Ứng suất trong thanh N10’- 11’

Ứng suất N13'-14' (N/mm^2)

Ứng suất N10'-11' (N/mm^2)

60

50
40
30
20
10

0
-10 0
-20
-30
-40
-50
-60

US max= -50,58 (N/mm^2)

3

6

9

12

15

Thời gian (s)

Hình 4.20. Ứng suất trong thanh N13’- 14’

4.3. Nghiên cứu xác định ứng suất các thanh của dàn chính trong mặt
phẳng thẳng đứng (ZOX) dưới tác dụng của lực căng cáp khi cổng trục di
chuyển cùng với hàng.
- Xác định nội lực và ứng suất của các thanh trong dàn do lực căng cáp (Fc)
khi cổng trục di chuyển cùng với hàng được tiến hành tương tự như mục 4.1
(Hạ hàng kết hợp phanh hãm). Giá trị nội lực và ứng suất lớn nhất trong các

thanh mặt phẳng ZOX trong trường hợp cổng trục di chuyển mang hàng được
thể hiện trong bảng PL3.20, bảng PL3.21. Biểu đồ ứng suất một số thanh có
giá trị lớn được thể hiện như sau:
- Thanh biên trên:


19
Thời gian (s)
0

5

10

15

20

-80.5
-81

-81.5
-82

-82.5
-83
USmax = -82,2(N/mm^2)

Hình 4.31. Ứng suất trong thanh N55- 54

Ứng suất N56-55 ( N/mm^2)

Ứng suất thanh N55-54 (N/mm^2)

-80

-46.5
-46.7 0
-46.9
-47.1
-47.3
-47.5
-47.7
-47.9
-48.1
-48.3
-48.5

Thời gian (s)
5

10

15

20

25

USmax= -48,01 (N/mm^2)

Hình 4.32. Ứng suất trong thanh N56- 55

KẾT LUẬN CHƯƠNG IV
- Đã xây dựng được phương pháp xác định ứng suất động trong các thanh
của dàn chính cổng trục ứng với các 2 trường hợp bất lợi: Hạ dầm kết hợp với
phanh hãm; Di chuyển mang dầm.
- Đã xác định được qui luật thay đổi theo thời gian của nội lực và ứng suất
trong tất cả các thanh của dàn chính, đã xác định được các giá trị ứng ứng suất
lớn nhất trong các thanh của dàn chính (trong cả 2 mặt phẳng ZOX và YOX)
ứng với hai trường hợp làm việc điển hình của cổng trục đã xét ở trên. Dựa
trên các biểu đồ nội lực, ứng suất của tất cả các thanh, tác giả đã xác định được
vị trí bất lợi trên kết cấu của dàn chính đó là các vị trí đặt cụm puly của hệ tời
nâng trên kết cấu dàn chính.
- Dựa trên các giá trị ứng suất lớn nhất trong các thanh, chuyển vị tại điểm
chính giữa của dàn đều nhỏ hơn giá trị cho phép rất nhiều vì vậy kết cấu cổng
trục do Việt nam chế tạo theo mẫu thiết kế của Nga hiện nay đang sử dụng là
thừa bền, kết hợp với kết quả nghiên cứu khảo sát trong chương III chúng ta có
thể đề xuất giảm nhẹ khối lượng của kết cấu dàn chính xuống cịn Gd= 16000
(kg). Kết quả nghiên cứu thu được có thể sử dụng làm cơ sở cho tính tốn mỏi,
tính tốn tuổi thọ của kết cấu thép dàn chính cũng như các cụm chi tiết khác
của cổng trục.


20

CHƯƠNG V
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG
LỰC HỌC CỦA CỔNG TRỤC VÀ ỨNG SUẤT ĐỘNG XUẤT HIỆN
TRONG CÁC THANH CỦA KẾT CẤU DÀN CHÍNH

5. 1. Mục tiêu thực nghiệm
- Đo đạc xác định lực căng cáp động, dao động, chuyển vị của kết cấu dàn
chính và ứng suất động trong các thanh của kết cấu dàn chính làm cơ sở để so
sánh với các kết quả tính tốn theo lý thuyết ở chương II và chương IV.
- Khẳng định độ tin cậy và tính đúng đắn của kết quả nghiên cứu lý thuyết.
5. 2. Đối tượng nghiên cứu.
- Toàn bộ cổng trục và trọng tâm là kết cấu thép dàn chính của cổng trục
đặt trên xà mũ trụ cầu phục vụ lao lắp dầm cầu Super-T. Các thông số kỹ thuật
của cổng trục được thể hiện trong bảng PL1.1.
5. 3. Thiết bị phục ụ đo đạc thực nghiệm.

Hình 5.1. Đầu đo lực BONGSHIN và bộ xử lý số liệu SDA-810C

Hình 5.2. Tensor biến dạng dùng để đo ứng suất


21

5. 4. Các trường hợp đo
Quá trình đo đạc, thực nghiệm được tiến hành theo sơ đồ khối sau:
Đo đạc thực nghiệm xác định lực căng trong một nhánh cáp hàng ở hai
cụm tời nâng và gia tốc, chuyển vị, ứng suất động tại một số vị trí trên
kết cấu thép dàn chính của cổng trục. Khi cổng trục mang tải Q= 80 Tấn

Nâng
hàng có
độ
chùng
cáp

Nâng
hàng
khơng
có độ
chùng
cáp

Nâng

Hạ hàng

Hạ hàng

hàng kết

kết hợp

hợp

phanh

phanh

Di
chuyển
cổng
trục
cùng
hàng

Hình 5.10. Sơ đồ thể hiện các trường hợp đã tiến hành thực nghiệm
5. 5. Phân tích à so sánh các kết quả lý thuyết ới thực nghiệm
Sau khi đo đạc và xử lý số liệu đo, tác giả đã nhận được các kết quả đo về
biểu đồ biên thiên và giá trị của lực căng cáp động, gia tốc, ứng suất. Các giá
trị này đã được thể hiện trong mục 5.7 phần thuyết minh của luận án. Sau đây
tác giả chỉ xin trình bày một số kết quả đo đạc như sau:
Bảng 5.1. So sánh hệ số động lực và biên độ dao động của gia tốc q 3
giữa lý thuyết và thực nghiệm.
Biên độ dao động
Hệ số động lực
gia tốc q 3 (m/s2)
kđ
TT
Trường hợp làm việc
Lý
Thực
Lý
Thực
thuyết nghiệm thuyết
nghiệm
1 Nâng dầm có độ chùng cáp
1,14
1,02
5,7
3,67
2 Nâng dầm từ vị trí cáp căng
1,18
1,023
5,3
4,2

3 Nâng dầm kết hợp phanh hãm 1,67
1,021
6,49
4,47
4 Hạ dầm
1,22
1,02
5,29
3,34
5 Hạ dầm kết hợp phanh hãm
1,69
1,039
6,6
4,57
6 Di chuyển mang dầm
1,36
1,07
2,1
1,6
- Sai số ứng suất động lớn nhất của một số thanh giữa lý thuyết và thực
nghiệm ứng với trường hợp (Hạ dầm kết hợp phanh hãm) được thể hiện trong
bảng 5.2.


22

Bảng 5. 2. So sánh giá trị ứng suất giữa lý thuyết và thực nghiệm
khi hạ dầm kết hợp phanh hãm.
TT

Kí hiệu
thanh

Ứng suất lớn nhất theo
lý thuyết (N/mm2)

1
2
3
4
5
6
7
8

N3-4
N56-55
N4-5
N55-3
N44-43
N57-2
N14-15
N57-3

17,3
-47,97
30
-59,36
-59,66
-49,8

61,08
-79,6

Ứng suất lớn nhất
theo thực nghiệm
(N/mm2)
15,04
-46,36
27,7
-51,48
-57,36
-42,93
59,56
-69,57

Sai số
(%)
13,06
3,35
7,67
13,27
3,86
13,79
2,48
12,6

+ Sai số ứng suất động lớn nhất của một số thanh giữa lý thuyết và thực
nghiệm ứng với trường hợp (Di chuyển mang dầm) được thể hiện trong bảng 5.3.
Bảng 5.3. So sánh giá trị ứng suất giữa lý thuyết và thực nghiệm khi
di chuyển mang dầm.

TT
1
2
3
4
5
6
7
8

Kí hiệu
thanh
N56-55
N3-4
N55-3
N57-2
N44-43
N14-15
N4-4’
N14-14’

Ứng suất lớn nhất theo
lý thuyết (N/mm2)
-48,01
17,4
-62
-50,646
-59,7
60,73
-34,75

-3,48

Ứng suất lớn nhất theo
thực nghiệm (N/mm2)
-47, 4
16,28
-58,53
-47,8
-58,74
59,79
-27,7
-2,77

Sai số
(%)
1,27
6,43
5,59
5,61
1,6
1,55
20,28
20,4

KẾT LUẬN CHƯƠNG V
- Từ các kết quả tính tốn bằng lý thuyết và đo đạc bằng thực nghiệm đã
cho thấy sự biến thiên của gia tốc, lực căng trong một nhánh cáp theo tính toán
lý thuyết lớn hơn so với kết quả đo đạc được bằng thực nghiệm.
- Biên độ dao động và giá trị ứng suất trong các thanh của kết cấu dàn chính
khi đo đạc bằng thực nghiệm thường nhỏ hơn so với tính tốn lý thuyết.

- So sánh ứng suất tại các điểm đo theo tính tốn lý thuyết và thực nghiệm
cho thấy, qui luật biến thiên của ứng suất động trong các thanh của kết cấu thép
dàn chính cổng trục là tương đối giống nhau. Sai lệch tương đối trung bình đại
số giữa kết quả tính tốn theo lý thuyết và thực nghiệm từ 3,35% đến 20,4 %.


23

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I. KẾT LUẬN
Luận án đã giải quyết được cơ bản các nhiệm vụ nghiên cứu đề ra. Các kết
quả đạt được của luận án có ý nghĩa khoa học và thực tiễn với các đóng góp
mới và đề xuất cụ thể như sau:
1. Luận án đã nghiên cứu đặc điểm làm việc và các yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình khai thác sử dụng của loại cổng trục chuyên dùng dạng dàn lắp đặt
trên xà mũ trụ cầu để xây dựng được mơ hình động lực học của loại cổng trục
này. Tác giả đã thiết lập được các phương trình chuyển động ứng với 6 trường
hợp làm việc điển hình của cổng trục (Nâng dầm có độ chùng cáp; Nâng dầm
khơng có độ chùng cáp; Hạ dầm; Nâng dầm kết hợp phanh hãm; Hạ dầm kết
hợp phanh hãm và di chuyển mang dầm).
2. Tác giả đã ứng dựng phần mềm Matlab - Simulink để mô phỏng và giải
hệ các phương trình chuyển động dạng phi tuyến nhiều bậc tự do của mơ hình
động lực học ứng với 6 trường hợp làm việc điển hình nêu trên. Đã xác định
được lực căng cáp động trong một nhánh cáp của cụm tời nâng, từ đó tính tốn
được trị số các hệ số động ứng với 6 trường hợp làm việc của cổng trục (các
giá trị được thể hiện trong bảng 2.2). Đã xác định được 2 trường hợp làm việc
bất lợi cho cổng trục là hạ dầm kết hợp phanh hãm và di chuyển mang dầm. Hệ
số động lực ứng với 02 trường hợp này lần lượt là kđ = 1,69 và kđ= 1,67.
3. Tác giả đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến các
đặc trưng ĐLH của cổng trục. Từ đó, đề xuất được các thông số kỹ thuật hợp

lý cho cổng trục chuyên dùng loại này là vận tốc nâng Vn= 2 m/ph; Vận tốc di
chuyển Vn= 15,7 m/ph; khối lượng dàn chính m3 = 16000 (kg),… đồng thời đề
xuất được một số giải pháp làm giảm tải trọng động phát sinh trong kết cấu
như: Lắp thêm cơ cấu giảm chấn vào kết cấu chân cổng trục, cơ cấu giảm chấn
vào vị trí neo của cáp vào kết cấu thép dàn chính (tăng hệ số K1), Dùng biến
tần điều khiển (thay đổi đường đặc tính cơ của đơng cơ nâng).
4. Luận án đã sử dụng kết quả xác định trị số lực căng cáp động (Fc) , gia
tốc (a) chuyển động của khối lượng qui dẫn m3 (Khối lượng KCT dàn chính)
ứng với trường hợp di chuyển theo phương ngang trong q trình giải bài tốn
động lực học để xây dựng phương pháp xác định ứng suất động trong các
thanh của kết cấu thép dàn chính ứng với 2 trường hợp làm việc bất lợi nhất
của cổng trục (Hạ dầm kết hợp phanh hãm và di chuyển mang dầm). Đã xác
định được dạng đồ thị và giá trị ứng suất động của tất cả các thanh trong kết
cấu thép dàn chính.