Tài liệu 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 bêtông trên xà mũ cầu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO  TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ----------------------------o0o---------------------------          BÙI THANH DANH 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 BÊTÔNG TRÊN XÀ MŨ CẦU   LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT                       HÀ NỘI - 01/2017    BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ----------------------------o0o---------------------------          BÙI THANH DANH 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 BÊTÔNG TRÊN XÀ MŨ CẦU   Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng, nâng chuyển Mã số: 62.52.01.16 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS-TS. Nguyễn Văn Vịnh           HÀ NỘI - 01/2017   i  LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận án này là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết  quả trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác./.      Bùi Thanh Danh    ii    LỜI CẢM ƠN Tôi  xin  được  trân  trọng  cám  ơn  PGS.TS-  NGUT  Nguyễn  Văn  Vịnh  đã  tận  tình  hướng dẫn tôi hoàn thành luận án này.  Trân trọng cám ơn các Thầy, Cô giáo, các bạn đồng nghiệp tại bộ môn Máy xây  dựng – Xếp dỡ, khoa Cơ khí, các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học của Trường Đại học  giao thông vận tải, Đại học Xây Dựng, Học Viện kỹ thuật quân sự, Học viện nông nghiệp  Việt nam, Viện Khoa học và Công nghệ giao thông vận tải,... đã góp ý, giúp đỡ tôi trong  suốt quá trình làm luận án.  Xin trân  trọng cảm ơn lãnh đạo Trường Đại  học giao  thông  vận tải, lãnh đạo và  cán bộ của các đơn vị chức năng trong nhà Trường (Phòng Đào tạo Sau đại học, Phòng  KHCN, Trung tâm KHCN Giao thông vận tải,...) đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong quá  trình nghiên cứu.  Trân  trọng  cám  ơn  ông  Nguyễn  Văn  Ánh  cùng  toàn  thể  cán  bộ  công  nhân  viên  công ty TNHH Hải Ánh; Ông Đặng Nam Hưng – giám đốc Trung tâm phát triển hạ tầng  trực  thuộc  công  ty  cổ  phần  Vinaconex  E&C;  Lãnh  đạo  phòng  thiết  bị-  Tổng  công  ty  XDCTGT 4 (Cienco 4) đã tận tình giúp đỡ tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thu thập  số liệu và làm thực nghiệm tại công trường.  Trân  trọng  cảm  ơn  những  người  thân  trong  gia  đình,  bạn  bè,  đồng  chí,  đồng  nghiệp  đã  động viên, hỗ trợ tôi hoàn thành luận án./.  Hà nội, tháng.... năm 2017   Bùi Thanh Danh     iii  MỤC LỤC Lời cam đoan ……………………………………………………………………………...i  Lời cám ơn ………………………………………………………………………………..ii  Mục lục …………………………………………………………………………………..iii  Danh mục các ký hiệu dùng trong luận án………………………………………………vii  Danh mục các chữ viết tắt ………………………………………………………………………...x  Danh mục các bảng, biểu ………..………………………………………………………..x  Danh mục các hình vẽ ……… …………………………………………………………...xi  MỞ ĐẦU………………………………………………………………………………….1 1- Tính cấp thiết của đề tài: ................................................................................................. 1 2. Mục tiêu của đề tài: ......................................................................................................... 3 3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu: ............................................................... 3 4. Phương pháp nghiên cứu: ................................................................................................ 3 5. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm: ................................................................................. 4 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: ........................................................................................ 4 7. Điểm mới của luận án ...................................................................................................... 5 8. Bố cục của luận án ........................................................................................................... 5 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU............................................................ 8 1.1. Phương pháp lao lắp dầm cầu sử dụng thiết bị cổng trục (Giá long môn) ................... 8 1.1.1. Phương pháp lắp dọc sử dụng giá lao ba chân (hình 1.1, hình 1.2) .......................... 8 1.1.2. Phương pháp lắp dọc sử dụng giá lao hai chân (hình 1.3) ........................................ 8 1.1.3. Phương pháp lắp dọc sử dụng giá long môn di chuyển phía trên ............................. 9 1.1.4. Phương pháp lắp dọc sử dụng giá long môn di chuyển dưới mặt đất ....................... 9 1.1.5. Thi công theo phương pháp lắp ngang sử dụng giá long môn ................................ 10 1.2. Giới thiệu thiết bị cổng trục lao lắp dầm cầu bêtông thi công các cầu dẫn, cầu vượt ở  Việt Nam ............................................................................................................................ 11 1.2.1. Tổng quan về cổng trục phục vụ lao lắp dầm cầu ................................................... 11 1.2.2. Cấu tạo của cổng trục lao dầm đặt trên xà mũ trụ cầu ............................................ 12 1.2.3. Phân tích đặc điểm làm việc và cấu tạo cổng trục ................................................... 14 1.3.  Phân  tích  tình  hình  nghiên  cứu,  thiết  kế,  chế  tạo  cổng  trục  lao  dầm bêtông  lắp  đặt  trên xà mũ trụ cầu. ............................................................................................................. 15 1.3.1.Tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cổng trục trên thế giới ................................ 15     iv  1.3.2. Tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị cổng trục ở Việt Nam. .................. 16 1.3.3. Các nghiên cứu về động lực học, ứng suất động của cổng trục .............................. 18 KẾT LUẬN CHƯƠNG I VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU ................................................... 24 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 ............................................................................................... 25 2.1. Nghiên cứu động lực học cổng trục chuyên dùng tương ứng với quá trình nâng, hạ  dầm Cầu Super – T. ........................................................................................................... 25 2.1.1. Nghiên cứu động lực học cổng trục khi nâng hàng (Dầm cầu) có độ chùng cáp .... 25 2.1.2. Nghiên cứu động lực học cổng trục khi nâng hàng (Dầm cầu Super-T) từ vị trí cáp  căng (độ chùng cáp  = 0) ............................................................................................... 36 2.1.3. Nghiên cứu động lực học cổng trục khi nâng dầm và phanh hãm từ vị trí cáp căng  ( = 0) .............................................................................................................................. 41 2.1.4. Nghiên cứu động lực học cổng trục khi hạ hàng (Dầm cầu Super-T) xuống xà mũ  trụ cầu hoặc xuống đất. .................................................................................................... 45 2.1.5.  Nghiên  cứu  động  lực  học  cổng  trục  khi  hạ  hàng  (Dầm  Super-T)–  kết  hợp  phanh  hãm khi cáp căng (=0). .................................................................................................. 49 2.2. Nghiên cứu động lực học cổng trục khi di chuyển mang hàng (Dầm bêtông Super-T)  có kể đến độ cứng của cáp. ........................................................................................................ 52 KẾT LUẬN CHƯƠNG II ............................................................................................................. 59 CHƯƠNG III. NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CỔNG  TRỤC DẠNG DÀN LẮP TRÊN XÀ MŨ TRỤ CẦU .................................................................. 61 3.1. Thông số cần khảo sát ................................................................................................ 61 3.2. Khảo sát các thông số ứng với trường hợp nâng dầm cáp căng ................................. 62 3.2.1. Khi thay đổi bán kính quán tính quy đổi R (thay đổi vận tốc nâng). ...................... 62 3.2.2. Khi thay đổi độ cứng của kết cấu thép dàn chính S3 ............................................... 64 3.2.3. Khi thay đổi độ cứng của cáp trong cụm tời nâng S1 .............................................. 66 3.2.4. Khi thay đổi khối lượng kết cấu thép tầng trên m3 .................................................. 68 3.3. Khi di chuyển mang dầm ............................................................................................ 69 3.3.1. Khi tải trọng gió tác dụng lên kết cấu cổng trục Pg1 và tải trọng gió tác dụng lên  dầm Pg2 thay đổi. .............................................................................................................. 70 3.3.2. Khi thay đổi độ cứng S1 tác dụng lên kết cấu cổng trục.......................................... 72     v  3.3.3. Khi thay đổi bán kính quán tính qui đổi Rdc (vận tốc di chuyển) của cổng trục. .... 74 3.3.4. Khi thay đổi khối lượng kết cấu thép (khối lượng m2) và vận tốc di chuyển ......... 76 (thay đổi bán kính qui đổi Rdc) của cổng trục. ................................................................... 76 KẾT LUẬN CHƯƠNG III ............................................................................................................ 78 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 .............................................................................................................................. 81 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 ............................................................... 82 4.1.1 Giả thiết tính toán ..................................................................................................... 82 4.1.2. Tải trọng tác dụng .................................................................................................... 82 4.1.3. Sơ đồ tính ................................................................................................................. 82 4.1.4. Vật liệu chế tạo ........................................................................................................ 84 4.1.5. Ứng suất ................................................................................................................... 85 4.1.6. Chuyển vị ................................................................................................................. 88 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 ............................................................................................. 89 4.2.1. Giả thiết tính toán. ................................................................................................... 89 4.2.2. Tải trọng tác dụng .................................................................................................... 89 4.2.3. Sơ đồ tính ................................................................................................................. 90 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. .............. 94 KẾT LUẬN CHƯƠNG IV ............................................................................................................ 96 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 ............................................................................................................... 98 5.1. Mục tiêu thực nghiệm ................................................................................................. 98 5.2. Đối tượng nghiên cứu. ................................................................................................ 98 5.3. Thiết bị phục vụ đo đạc thực nghiệm. ........................................................................ 98 5.4. Sơ đồ khối khi tiến hành thí nghiệm ......................................................................... 100 5.5. Các trường hợp đo .................................................................................................... 102 5.6. Xử lý kết quả đo ....................................................................................................... 102     vi  5.6.1. Phương pháp xử lý kết quả .................................................................................... 102 5.6.2. Phương pháp thực nghiệm và số lần làm thực nghiệm ......................................... 103 5.7. Phân tích và so sánh các kết quả lý thuyết với thực nghiệm .................................... 105 5.7.1. Nâng dầm có độ chùng cáp ................................................................................... 105 5.7.2. Nâng dầm từ vị trí cáp căng................................................................................... 105 5.7.3. Nâng dầm kết hợp phanh hãm ............................................................................... 106 5.7.4. Hạ dầm. .................................................................................................................. 106 5.7.5. Hạ dầm kết hợp với phanh hãm. ............................................................................ 107 5.7.6. Di chuyển cùng với dầm ........................................................................................ 107 5.7.7. Ứng suất động trong các thanh của dàn chính ....................................................... 108 KẾT LUẬN CHƯƠNG V ........................................................................................................... 112 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. .................................................................................................... 113 I. KẾT LUẬN .................................................................................................................. 113 II. KIẾN NGHỊ ................................................................................................................ 114 III. HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ..................................................................... 114 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐàCÔNG BỐ KẾT QUẢ ................................................. 116 NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN. ............................................................................................... 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................... 117 PHỤ LỤC .................................................................................................................................... 121   vii      DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN ÁN Diễn giải Đơn vị TT Ký hiệu 1  Lk  Khẩu độ của cổng trục  2  Q  Tải trọng nâng của cổng trục  Tấn  3  Vn  Vận tốc nâng  m/ph  4  Vdc  Vận tốc di chuyển  m/ph  5  Hn  Chiều cao nâng  6  i2  Số nhánh cáp treo cụm puly di động  7  i1  Tỷ số truyền hộp giảm tốc của bộ máy nâng.  8  dc  Đường kính cáp  mm  9  Dtg  Đường kính tang cuốn cáp  mm  10  Ddc  Đường kính bánh xe cụm di chuyển  mm  11  Nn  Công suất động cơ nâng  Kw  12  nn  Tốc độ vòng quay của động cơ nâng  v/ph  13  Ndc  Công suất động cơ di chuyển  Kw  14  ndc  Tốc độ vòng quay của động cơ di chuyển  v/ph  15  Gd  Trọng lượng kết cấu thép dàn chính  N  16  Gq  Trọng lượng của hàng nâng  N  17  Gtoi  Trọng lượng bản thân của cụm tời nâng  N  18  qt  19  q  20  G  Trọng lượng toàn bộ cổng trục  21  Ld  Chiều dài dầm bêtông  22  GdBT  23  m2  24  m3  Khối lượng qui dẫn  kết cấu thép dàn chính  kg  25  m  Tổng khối lượng (m2 + m3)  kg  Tải  trọng  do  trọng  lượng  bản  thân  dàn  chính  tác  dụng lên mỗi nút của dàn (mặt phẳng ZOX)  Tải  trọng  do  lực  quán  tính  tác  dụng  lên  mỗi  nút  của dàn tại mặt phẳng YOX  Trọng lượng dầm bêtông  Khối lượng qui dẫn dầm bêtông (Super-T) + Cụm  móc câu  tính m  m  nhánh    N  N  Tấn  m  Tấn  kg  viii      26  1, 4, 5, 6  27  qd  28  q1, q4,q5, q6  29  q2, q3  30  Mô men quán tính quy dẫn của roto động cơ điện  và khớp nối  Kg.m2  Chuyển vị góc của tang cuốn cáp  rad  Chuyển vị góc của động cơ   rad  Chuyển vị thẳng của khối lượng (m2 và m3)  m  q7  Chuyển vị thẳng của khối lượng (m3)  m  31  q8  Góc lắc của hàng khi di chuyển  rad  32  q9  33  R  34  Rdc  Độ dãn của cáp hàng khi treo vật trong trường hợp  di chuyển  m  Bán kính qui dẫn của cơ cấu nâng  m  Bán kính qui dẫn của cơ cấu di chuyển  m  35    Độ chùng của cáp   36  S1  Độ cứng của một nhánh cáp hàng  N/m  37  S2  Độ cứng qui dẫn của hệ chân cổng trục  N/m  38  S3  Độ cứng qui dẫn của kết cấu thép dàn chính  N/m  39  S4  Độ cứng qui dẫn của các nhánh cáp hàng  N/m  40  S5, S6  41  K1, K2  42  Fct  Lực căng cáp tĩnh  N  43  Fc  Lực căng cáp động    44  q1 , q2 , q3 , q4 , q5   45  M (q1 ) , M (q2 )   Đường đặc tính ngoài của động cơ  • • • • Độ  cứng  qui  dẫn  của  bộ  máy  di  chuyển  về  trục  động cơ  Hệ số dập tắt dao động của cáp hàng cụm tời nâng  số 1 (bên trái) và số 2 (bên phải).  • • Các đạo hàm tương ứng với các khối lượng chuyển  động  •   Nm/rad  Ns/m      46  T  Hàm động năng    47  U  Hàm thế năng    Hàm hao tán    48    49  Ni  Đạo  hàm  của  hàm  thế  năng  theo  các  chuyển  vị  tương ứng của khối lượng chuyển động    ix    50  Di  51  l  52  1  53  2  54  tương ứng của khối lượng chuyển động  Độ giãn dài của cáp nâng hàng  Biến dạng của lò xo S2 do trọng lượng KCT cổng  trục  m  m  m  Độ dịch chuyển của khối lượng KCT (m3)  m  Biến dạng tổng  m    56  g  57  Mf  58  Q1,Q2,Q3  59  a  60  z  61  Nz  Lực kéo (nén) trong các thanh  62  Fi  Tiết diện mặt cắt của mỗi thanh      Biến dạng của lò xo S2 do trọng lượng hàng   55  63    3  Đạo  hàm  của  hàm  động  năng  theo  các  chuyển  vị  Gia tốc trọng trường  m/s2  Mômen phanh  N.m  Các lực suy rộng  Gia tốc chuyển động  Số lượng các nút dàn trong mặt phẳng thẳng đứng  (ZOX)    m/s2    N  mm2  Hệ số giảm trừ ứng suất    Độ mảnh của thanh    64    65  Pg1  Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu dàn chính  N  66  Pg2  Tải trọng gió tác dụng lên hàng nâng  N  67  kđ  Hệ số lực động  68  fcv; fcp  69  l  70  W  Chuyển  vị  tính  toán  và  chuyển  vị  cho  phép  tại  điểm chính giữa dàn     mm  Chiều dài của cáp nâng hàng  m  Lực cản di chuyển của cổng trục  N  Vận tốc góc của động cơ  rad  71    72  qbt  73  Mu  74  J  Mômen quán tính quy đổi của dàn chính  mm4  75  Ftr, Fd  Diện tích tiết diện thanh biên trên, dưới  mm2  Tải trọng bản thân kết cấu phân bố đều trên KCT  dàn chính  Mômen uốn tại điểm chính giữa của dàn chính  N/m  N.mm    x  76  H  77  a1  78  b1  79  a2  80  b2  Chiều cao dàn chính  mm  Hệ số  trong công thức tính mômen của động cơ  nâng  Hệ số  trong công thức tính mômen của động cơ  nâng  Hệ số  trong công thức tính mômen của động cơ di  chuyển  Hệ số  trong công thức tính mômen của động cơ di  chuyển          DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Diễn giải Ghi chú PTCĐ  Phương trình chuyển động    KCT  Kết cấu thép    ĐLH  Động lực học    BTCT  Bê tông cốt thép    DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU TT Tên bảng, biểu Trang 1  Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật cổng trục  13  2  Bảng 2.1. Bảng giá trị các thông số đầu vào để giải các PTCĐ  33  3  Bảng 2.2. Bảng hệ số lực động và biên độ dao động của gia tốc  q3   59  4  Bảng 3.1. Bảng các thông số cần khảo sát.  61  5  Bảng 3.2. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi bán kính qui đổi R  63  6  Bảng 3.3. Giá trị biên độ gia tốc  q3 , chuyển vị q3 khi thay đổi bán kính qui  63  đổi R  7  Bảng 3.4. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi độ cứng S3  65  8  Bảng 3.5. Giá trị biên độ gia tốc q3 , chuyển vị q3 khi thay đổi độ cứng S3  65  9  Bảng 3.6. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi độ cứng S1  67  10  Bảng 3.7. Giá trị biên độ gia tốc q3 , chuyển vị q3 khi thay đổi độ cứng S1  67  11  Bảng 3.8. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi khối lượng m3  69  12  Bảng 3.9. Giá trị biên độ gia tốc q3 ; chuyển vị q3 khi thay đổi khối lượng m3    69  xi    13  Bảng 3.10. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi Pg1 – Pg2  14  Bảng 3.11. Giá trị biên độ gia tốc  q7 , chuyển vị q8 khi thay đổi Pg1- Pg2  15  Bảng 3.12. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi độ cứng qui đổi S1  16  Bảng 3.13. Giá trị biên độ gia tốc q7 , chuyển vị q8 khi thay đổi độ cứng S1  17  Bảng 3.14. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi bán kính qui đổi Rdc  18  Bảng 3.15. Giá trị biên độ gia tốc q7 , chuyển vị q8 khi thay đổi bán kính  71  72  73  74  75  76  qui đổi Rdc  19  Bảng 3.16. Giá trị lực căng cáp động khi thay đổi khối lượng m3 và vận  77  tốc di chuyển  20  Bảng 3.17. Giá trị biên độ gia tốc q7 , chuyển vị q8 khi thay đổi khối lượng  78  m3 và vận tốc di chuyển  21  Bảng 3.18. Giá trị hệ số lực động và biên độ dao động  q3  trong trường  79  hợp bất lợi  22  Bảng 4.1. Giá trị nội lực trong các thanh dàn chính trong mặt phẳng ZOX  83  23  Bảng 4.2. Giá trị nội lực trong các thanh dàn chính trong mặt phẳng YOX  91  24  Bảng 5.1. So sánh hệ số lực động và biên độ dao động của gia tốc  q3  giữa  110  lý thuyết và thực nghiệm.  25  Bảng 5.2. So sánh giá trị ứng suất giữa lý thuyết và thực nghiệm khi hạ  111  hàng kết hợp phanh hãm.  26  Bảng 5.3. So sánh giá trị ứng suất giữa lý thuyết và thực nghiệm khi di  111  chuyển mang hàng.    DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TT   Tên hình vẽ Trang 1  Hình 1.1.Phương pháp lắp dọc dùng giá 3 chân.  8  2  Hình 1.2. Phương pháp lắp dọc dùng giá 3chân  kiểu dầm hộp  9  3  Hình 1.3. Phương pháp lắp dọc dùng giá 2 chân.  9  4  Hình 1.4. Phương pháp lắp dọc dùng giá long môn di chuyển phía trên  9  5  Hình 1.5. Phương pháp lắp dọc dùng giá long môn di chuyển dưới mặt đất.  10  6  Hình 1.6  Phương pháp lắp ngang dùng cổng trục đặt trên xà mũ trụ cầu.  10  7  Hình 1.7. Cấu tạo tổng thể  cổng trục  đặt trên xà mũ trụ cầu.  11    xii  8  Hình 1.8. Cổng trục  đặt trên xà mũ trụ cầu.  12  9  Hình 1.9. Cấu tạo tổng thể  cổng trục có công dụng chung.  15  10  Hình 1.10. Cấu tạo tổng thể  cổng trục chuyên dùng  cho lao lắp dầm cầu.  15  11  Hình 1.11. Mô hình tính dao động kết cấu thép cổng trục  19  12  Hình 1.12. Mô hình tính dao động cổng trục khi di chuyển  19  13  Hình 1.13. Mô hình tính toán động lực học cơ cấu nâng  19  có kể đến đàn hồi của kết cấu thép  14  Hình 1.14. Mô hình tính toán động lực học cơ cấu nâng và  20  cơ cấu di chuyển cổng trục.  15  Hình 1.15. Mô hình tính toán động lực học cơ cấu nâng và  21  cơ cấu di chuyển cổng trục bánh lốp  16  Hình 2.1. Mô hình động lực học cổng trục lắp đặt trên xà mũ trụ cầu khi  26  nâng hàng có độ chùng cáp  17  Hình 2.2. Chương trình mô phỏng  Matlab-Simulink giải hệ phương trình  27  chuyển động pha 1.  18  Hình 2.3. Chương trình mô phỏng bằng  Matlab-Simulink giải hệ phương  30  trình chuyển động pha 2.  19  Hình 2.4.Chương trình mô phỏng bằng  Matlab-Simulink giải hệ  33  phương trình chuyển động pha 3.  20  Hình 2.5. Gia tốc  q3  pha 3;  Hình 2. 6. Lực căng cáp Fc  pha 3  35  21  Hình 2.7 Lực căng cáp Fc  xuất hiện trong 3 pha  35  22  Hình 2.8. Mô hình động lực học cổng trục lắp đặt trên xà mũ trụ cầu khi  36  nâng hàng không có độ chùng cáp  23  Hình 2.9. Chương trình mô phỏng bằng  Matlab-Simulink giải hệ  40  phương trình chuyển động;   24  Hình 2.10.  Chuyển vị q2  ; Hình 2.11.  Chuyển vị q3 .  41  25  Hình 2.12. Gia tốc  q3    ; Hình 2.13.  Lực căng cáp Fc  41  26  Hình 2.14.  Chương trình mô phỏng bằng  Matlab-Simulink giải hệ  43  phương trình chuyển động khi nâng hàng- phanh hãm.  27  Hình 2.15.  Chuyển vị q3; Hình 2.16.  Gia tốc   q3 ;  Hình 2. 17. Lực căng  cáp Fc ;    44    xiii  28  Hình 2.18. Mô hình động lực học cổng trục lắp đặt trên xà mũ trụ cầu  khi   45  hạ hàng.  29  Hình 2.19. Chương trình mô phỏng bằng  Matlab-Simulink giải hệ  47  phương trình chuyển động pha 1.  30  Hình 2.20. Chương trình mô phỏng bằng  Matlab-Simulink giải hệ  48  phương trình chuyển động pha 2.  Hình 2.21. Chương trình mô phỏng bằng  Matlab-Simulink giải hệ  phương trình chuyển động pha 3.  31  Hình 2.22. Chuyển vị q2 pha 1; Hình 2.23. Chuyển vị q3 pha 1  49  32  Hình 2.24. Gia tốc  q3 pha 1; Hình 2.25. Lực căng cáp pha 1  49  33  Hình 2.26. Chương trình mô phỏng bằng Matlab-Simulink giải hệ phương  51  trình chuyển động  khi hạ hàng kết hợp phanh hãm.  34  Hình 2.27. Chuyển vị q3; Hình 2.28. Gia tốc  q3   52   Hình 2.29. Lực căng cáp Fc    Hình 2.30. Mô hình ĐLH của cổng trục khi di chuyển có kể đến  53  độ cứng của cáp hàng.  35  Hình 2.31. Chương trình mô phỏng bằng  Matlab-Simulink giải hệ  57  phương trình chuyển động khi di chuyển có kể đến độ cứng của cáp hàng  36  Hình 2.32. Chuyển vị  q7; Hình 2.33. Gia tốc   q7   37  Hình 2.34. Chuyển vị góc q8; Hình 2.35. Gia tốc  q8   58  58   Hình 2.36. Chuyển vị q9; Hình 2.37. Lực căng cáp Fc  38  Hình 3.1 Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát các  62  thông số  khi thay đổi  bán kính quá tính qui đổi R.   Hình 3.2. Lực căng cáp Fc  39  Hình 3.3. Chuyển vị q3; Hình 3.4. Gia tốc   q3   63  41  Hình 3.5. Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát  64  các thông số  khi thay đổi  độ cứng qui đổi S1; Hình 3.6. Lực căng cáp Fc  42  Hình 3.7. Gia tốc   q3  ; Hình 3.8. Chuyển vị q3      65  43  Hình 3.9. Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát các  66  thông số khi thay đổi  độ cứng qui đổi S1.      xiv  44  Hình 3.10. Lực căng cáp Fc ;  Hình 3.11. Gia tốc   q3 66  Hình 3.12. Chuyển vị q3  45  Hình 3.13. Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát  68  các thông số  khi thay đổi  khối lượng qui đổi m3.  46  Hình 3.14. Lực căng cáp Fc ; Hình 3.15. Gia tốc   q3  ;  68  Hình 3.16. Chuyển vị q3  47  Hình 3.17. Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát  70  các thông số  khi tải trọng gió Pg1 và Pg2 thay đổi  .  48  Hình 3.18. Lực căng cáp Fc    ; Hình 3.19. Gia tốc   q7   70  49  Hình 3.20. Chuyển vị  q8          ;     Hình 3.21. Chuyển vị  q9  71  50  Hình 3.22. Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát  72  các thông số  khi thay đổi  độ cứng của cáp S1  51  Hình 3.23.Lực căng cáp Fc     ;  Hình 3.24. Gia tốc   q7   73  52  Hình 3.25. Chuyển vị  q8         ;     Hình 3.26. Chuyển vị  q9  73  53  Hình 3.27. Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát  74  các thông số  khi thay đổi  bán kính qui đổi Rdc  54  Hình 3.28. Lực căng cáp Fc  ; Hình 3.29.Gia tốc   q7   75  55  Hình 3.30. Chuyển vị  q8       ;      Hình 3.31. Chuyển vị  q9  75  56  Hình 3.32. Sơ đồ khối thuật toán Matlab- Simulink khảo sát  76  các thông số  khi thay đổi  khối lượng m3 và bán kính qui đổi Rdc    57  Hình 3.33. Lực căng cáp Fc   ;  Hình 3.34. Gia tốc   q7   77  58  Hình 3.35. Chuyển vị  q8      ;           Hình 3.36. Chuyển vị  q9  77  59  Hình 4.1. Sơ đồ tính trong mặt phẳng ZOX  82  60  Hình 4.2.  Sơ đồ tính trong 1/2  mặt phẳng ZOX  83  61  Hình 4.3. Ứng suất thanh N3-4   ;     Hình 4.4. Ứng suất thanh N14-15  86  62  Hình 4.5. Ứng suất thanh N55-54  ;  Hình 4.6. Ứng suất thanh N56-55  86  63  Hình 4.7. Ứng suất thanh N54-53  ;    Hình 4.8. Ứng suất thanh N50-49  87  64  Hình 4.9. Ứng suất thanh N57-3  ;    Hình 4.10.  Ứng suất thanh N55-3  87  65  Hình 4.11. Ứng suất thanh N57-2  ;    Hình 4.12 Ứng suất thanh N54-4  87  66  Hình 4.13. Sơ đồ tính trong mặt phẳng YOX  90    xv  67  Hình 4.14 Sơ đồ tính trong 1/2 mặt phẳng YOX  90  68  Hình 4.15.Ứng suất trong thanh N10-11;   93  Hình 4.16. Ứng suất trong thanh N13-14  69  Hình 4.17. Ứng suất trong thanh N14- 15  93  Hình 4.18. Ứng suất trong thanh N3- 4  70  Hình 4.19. Ứng suất trong thanh N10’- 11’  93  Hình 4.20 Ứng suất trong thanh N13’- 14’  71  Hình 4.21 Ứng suất trong thanh N14’- 15’  93  Hình 4.22. Ứng suất trong thanh N4’- 5’  72  Hình 4.23. Ứng suất trong thanh N5- 5’  93  Hình 4.24. Ứng suất trong thanh N6- 6’  73  Hình 4.25. Ứng suất trong thanh N2- 2’  94  Hình 4.26. Ứng suất trong thanh N3- 3’  74  Hình 4.27. Ứng suất trong thanh N4- 4’  94  Hình 4.28. Ứng suất trong thanh N14- 14’  75  Hình 4.29. Ứng suất trong thanh N3- 2’  ;  94  Hình 4.30. Ứng suất trong thanh N4- 5’  76  Hình 4.31. Ứng suất trong thanh N55- 54  95  Hình 4.32. Ứng suất trong thanh N56- 55  77  Hình 4.33. Ứng suất trong thanh N50- 49  95  Hình 4.34. Ứng suất trong thanh N44- 43  78  Hình 4.35. Ứng suất trong thanh N3- 4  96  Hình 4.36. Ứng suất trong thanh N14- 15  79  Hình 4.37.Ứng suất trong thanh N57- 2  96  Hình 4.38 Ứng suất trong thanh N56- 3  80  Hình 4.39. Ứng suất trong thanh N57- 3  96  Hình 4.40. Ứng suất trong thanh N55- 3    81  Hình 5.1. Đầu đo lực BONGSHIN và bộ xử lý số liệu SDA-810C  98  82  Hình 5.2. Tensor biến dạng dùng để đo ứng suất  98  83  Hình 5.3. Bố trí 2 đầu đo lực tại hiện trường  99  84  Hình 5.4. Bố trí 3 đầu đo gia tốc tại hiện trường  99    xvi  85  Hình 5.5. Nhân sự tham gia vào quá trình đo đạc tại hiện trường  99  86  Hình 5.6 Bố trí các điểm đo ứng suất  100  87  Hình 5.7. Sơ đồ khối đo gia tốc  q2 ,  q3 ; Hình 5.8. Sơ đồ khối đo ứng suất  101  trong các thanh của dàn chính  88  Hình 5.9. Sơ đồ khối đo lực căng cáp động trong một nhánh cáp  101  của một cụm tời nâng  89  Hình 5.10. Sơ đồ thể hiện các trường hợp đã tiến hành thực nghiệm  90  Hình 5.11. Gia tốc  q3  theo lý thuyết và thực nghiệm                                   102  105  Hình 5.12. Lực căng cáp theo lý thuyết và thực nghiệm  91  Hình 5.13. Gia tốc  q3   theo lý thuyết và thực nghiệm  105  Hình 5.14  Lực căng cáp theo lý thuyết và thực nghiệm  92  Hình 5.15.  Gia tốc  q3   theo lý thuyết và  thực nghiệm  106  Hình 5.16. Lực căng cáp theo lý thuyết và thực nghiệm  93  Hình 5.17. Gia tốc  q3  theo lý thuyết và thực nghiệm  106  Hình 5.18. Lực căng cáp Fc  theo lý thuyết và thực nghiệm  107  94  Hình 5.19. Gia tốc  q3  theo lý thuyết và thực nghiệm                                                 Hình 5.20. Lực căng cáp Fc  theo lý thuyết và thực nghiệm  95  Hình 5.21. Lực căng cáp Fc  theo lý thuyết và thực nghiệm   107  96  Hình 5.23. Ứng suất khi hạ dầm phanh N56-5; Hình 5.24. Ứng suất khi hạ  108  Hình 5.22. Gia tốc  q7  theo lý thuyết và thực nghiệm  dầm phanh N3-4  ; Hình 5.25. Ứng suất khi hạ dầm phanh N57-3    Hình 5.26. Ứng suất khi hạ dầm phanh N55-3  ; Hình 5.27. Ứng suất khi hạ  dầm phanh N4-5  ; Hình 5.28. Ứng suất khi hạ dầm phanh N57-2    97  Hình 5.29. Ứng suất khi hạ dầm phanh  thanh N44-43  109  Hình 5.30. Ứng suất khi hạ dầm phanh  thanh N14-15  98  Hình 5.31. Ứng suất khi di chuyển thanh  N56-55; Hình 5.32. Ứng suất khi  109  di chuyển thanh  N3-4; Hình 5.33. Ứng suất khi di chuyển thanh  N55-3;   Hình 5.34. Ứng suất khi di chuyển thanh  N57-2  99  Hình 5.35. Ứng suất khi di chuyển thanh  N44-43; Hình 5.36. Ứng suất khi  di chuyển thanh  N14-15; Hình 5.37. Ứng suất khi di chuyển thanh  N4-4’   Hình 5.38. Ứng suất khi di chuyển thanh  N14-14’    110  1    MỞ ĐẦU 1- Tính cấp thiết của đề tài: Giao thông vận tải đường bộ là một bộ phận quan trọng trong kết cấu hạ tầng kinh  tế - xã hội. Vì vậy, cần được ưu tiên đầu tư phát triển để tạo tiền đề, làm động lực phát  triển kinh tế -  xã hội,  phục vụ  sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện  đại hóa, đáp ứng tiến  trình hội nhập kinh tế khu vực và quốc tế, góp phần bảo đảm quốc phòng, an ninh. Ngày  24/8/2009  Thủ  tướng  Chính  phủ  đã  ký  Quyết  định  số  1327/QĐ-TTg  phê  duyệt  "Quy  hoạch phát triển giao thông vận tải đường bộ Việt Nam đến năm 2020 và định hướng đến  năm 2030.  Theo qui hoạch trên trong tương lai nước ta sẽ xây dựng các tuyến đường Quốc lộ  với tổng chiều dài khoảng 18.710 km, đường cao tốc khoảng 20 tuyến với tổng chiều dài  8.871 km, đồng thời với việc phát triển  mạng lưới đường bộ thì các hệ thống cầu cũng  được qui hoạch xây dựng.Ở phía Bắc một loại các dự án cầu lớn đã và đang được đầu tư  xây  dựng  như:  Cầu  Nhật  Tân,  cầu  Hồng  Hà,  Mễ  Sở,  Vĩnh  Thịnh,  Tứ  Liên,  Đông  Trù,  Thạch Cầu, Phù Đổng II, Cầu Đuống mới,... Ở phía Nam có công trình: Cầu Bình Khánh  trên  sông  Nhà  Bè,  Cầu  Phước  Khánh  trên  sông  Lòng  Tòng,  Cầu  Phước  Anh  trên  Sông  Thị Vải, Cầu Long Thành, Cầu Nhơn Trạch, Cầu Sài Gòn 2, Cầu Phú Thuận,... ngoài các  cây cầu bắc qua sông còn một loạt các cầu vượt được xây dựng trong đô thị  Trong việc xây dựng các công trình giao thông thì công nghệ thi công Cầu được  đánh giá là khó và đòi hỏi kỹ thuật cao. Ở Việt Nam khi thi công cầu thì không thể thiếu  được các thiết bị nâng, đặc biệt là các cổng trục. Những cổng trục này được sử dụng ở  nhiều  công  đoạn  khác  nhau:  Đúc  dầm,  lao  lắp  dầm  cầu,  lắp  ván  khuôn,  cẩu  lắp  cấu  kiện,,…trong đó cổng trục lao dầm là thiết bị chiếm số lượng lớn và làm việc trong điều  kiện đòi hỏi có độ an toàn cao. Đặc điểm của cổng trục phục vụ lao lắp dầm cầu thường  có tải trọng lớn, khẩu độ lớn, các cơ cấu làm việc theo chế độ làm việc ngắn hạn- lắp lại  với số lần trong 1 giờ cao, diễn ra liên tục. vì vậy với loại cổng trục này thì trọng lượng  phần kết cấu thép thường chiếm tỷ lệ lớn so với tổng trọng lượng của máy (có thể đạt tới  80%) và giá trị phần kết cấu thép thường chiếm tới 70% tổng giá trị của máy.  Hiện nay hầu hết các cổng trục phục vụ lao dầm cầu đều được chế tạo trong nước.  Việc thiết kế chủ yếu tính toán theo lý thuyết bền ở trạng thái tĩnh có nhân thêm hệ số tải  trọng động. Hệ số tải trọng động này thường tra theo tiêu chuẩn TCVN 4244-2005 (theo  tiêu chuẩn này hệ số động lực cũng chỉ được xác định bằng thực nghiệm phụ thuộc vào    2    vận tốc nâng mà vẫn chưa có phương pháp xác định chính xác). Do vậy khi thiết kế kết  cấu thép cổng trục lao dầm thường chưa mang lại kết quả tốt nhất.  Kết cấu thép của cổng trục lao dầm thường có kích thước lớn (khẩu độ lớn). Mặt  khác  cổng  trục  được  dùng  để  phục  vụ  công  tác  lao  dầm  cầu  bêtông  nên  tải  trọng  nâng  lớn,  quá  trình  phanh  hãm  khi  nâng-hạ,  di  chuyển  diễn  ra  liên  tục.  Do  vậy  nếu  không  nghiên cứu đánh giá đúng tình trạng chịu lực của kết cấu thép phù hợp với điều kiện làm  việc của từng trường hợp cụ thể thì trong quá trình khai thác, sử dụng cổng trục có thể sẽ  dẫn đến mất an toàn trong một số trường hợp bất lợi và trong khoảng thời gian tức thời  bất  kỳ.  Vì  vậy,  việc  nghiên  cứu  xác  định  ứng  suất  động  (ứng  suất  biến  thiên  theo  thời  gian) sẽ giúp chúng ta xác định được tình trạng nguy hiểm của kết cấu thép ứng với từng  trường hợp làm việc cụ thể của cổng trục. Việc xác định được ứng suất động này sẽ giúp  chúng ta đề ra được các giải pháp kỹ thuật hợp lý nhằm khai thác hiệu quả hơn thiết bị  cổng trục phục vụ công tác lao lắp dầm cầu.   Cổng trục lao dầm là loại cổng trục chuyên dùng trong ngành xây dựng Cầu, phục  vụ công tác lao lắp dầm cầu bêtông. Vì vậy, đòi hỏi trong quá trình hoạt động của cổng  trục kết cấu thép và các cơ cấu truyền động phải làm việc ổn định. Các cổng trục lao dầm  được chế tạo ở Việt nam hiện nay chưa đáp ứng được hoàn toàn các yêu cầu kỹ thuật của  cổng trục chuyên dùng lao lắp dầm cầu do kết cấu còn nặng nề, cồng kềnh, các bộ phận  truyền động (cho cơ cấu nâng, di chuyển) còn chưa nhỏ gọn, nhiều khâu khớp dẫn đến  dao động của kết cấu thép, tải trọng động phát sinh tác động lên kết cấu thép trong quá  trình làm việc của cổng trục thường rất lớn. Do đó, việc nghiên cứu, khảo sát xác định  các  thông  số  ảnh  hưởng  tới  quá  trình  làm  việc  của  cổng  trục  để  từ  đó  đề  ra  được  các  thông số kỹ thuật hợp lý làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế, khai thác sử dụng có hiệu  thiết bị là yêu cầu cần thiết.   Hiện nay với nhu cầu xây dựng các cây cầu vượt sông và cầu vượt trong đô thị  ngày càng lớn thì việc đầu tư thiết bị cổng trục lao dầm cũng rất lớn.Vì vậy, khi chúng ta  nghiên cứu, tính toán, 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 công 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 toán kết cấu thép cổng trục chuyên 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.