Vậy để vấn đề bàn luận được tập trung hơn, chúng ta hãy bàn cụ thể hơn về mô hình hoá kết cấu cầu treo dây võng. (Bác nào có thông tin hoặc đang toán cho cầu Thuận Phước đề nghị tham gia nhiệt tình nhé).

Theo tôi, để đảm bảo không bị thiếu sót chúng ta nên phân công tác mô hình hoá ra với các việc cụ thể sau:

1. Mô hình hoá kết cấu (để thành các sơ đồ kết cấu có thể tính toán được tốt nhất).
- Vật liệu (bê tông, thép, cáp,...)
- Cấu kiện (dầm, trụ tháp, cáp chủ, cáp treo, gối, neo,...)

2. Mô hình hoá tải trọng
- Tải trọng bản thân
- Tải trọng thêm (tĩnh tải phần 2 chẳng hạn)
- Hoạt tải
- Tải gió
- Động đất,..

3. Đặt ra các mục tiêu tính toán
- Tính toán kết cấu ở giai đoạn khai thác (tĩnh, động,..)
- Tính toán kết cấu ở giai đoạn thi công
- Tính toán cấu kiện (mố neo, gối đệm, dầm chủ,...)
..

Xin các bác bổ sung thêm,

Tuỳ theo mục tiêu cụ thể khi tính toán, việc mô hình hoá kết cấu cũng cần phải đảm bảo những điều kiện nhất định để có thể tính toán hợp lý được.

Tôi xin hỏi bà con một vấn đề: điều chỉnh nội lực trong cầu treo dây võng được thực hiện như thế nào (xin các bác đưa ra quan điểm tính toán cũng như phương pháp và nếu có tài liệu cụ thể để bàn luận thì càng tốt). Để cho rõ ràng hơn, trước hết chúng ta cần phải thảo luận và thống nhất điều kiện của bài toán (ví dụ như trình tự thi công).

To: HNTuanJP
Vấn đề phân tích động rất thú vị. Tôi sẽ học hỏi ở bạn được nhiều đây! Bạn giúp nhé!

To: vnp
Quan điểm của bạn về sự làm việc của cáp là đúng đấy. Tuy nhiên để thuận lợi cho việc phân tích, tôi thấy ý kiến của bạn HNTuanJP rất hợp lý. Để làm sâu hơn như bạn phu_ho thì cũng cần phải bàn luận thêm.

To: GMA
Tôi sẽ đọc kỹ tài liệu của bạn. Về phương pháp tương tự mạng dầm cũng là một cách tiếp cận rất thú vị. Chúng ta sẽ nói đến phạm vi áp dụng của nó. Bạn chờ tôi nhé!

Hì hì các bác làm em ngượng quá, dao động phi tuyến dây rợ lằng nhằng thì em còn nói chuyện với các bác được một chút, chứ cầu treo thì em tuyệt nhiên chưa bao giờ làm đến đâu ạ

Các bác ạ, ý em chỉ đơn giản đúng như bác Tuấn nói thôi chứ không có gì khác đâu

Đây chính là 1 cái "trạng thái hiện tại" mà em nói đấy. Cái dây của bác sau khi chịu các tải trọng thường xuyên mặc dù vẫn ở trong miền đàn hồi nhưng nói chung là đã có phi tuyến hình học rồi. Giá trị của tần số dao động riêng ở trạng thái này thì thực ra chỉ có giá trị khi cái dây sẽ dao động tuyến tính loay hoay quanh cái vị trí này thôi.

Em nghĩ là ở cái bước này khi bác cho phép cấu kiện có thể có phi tuyến vật liệu (hoặc có chuyển vị lớn so với trạng thái ban đầu), thì bác sẽ không dùng cái tần số dao động riêng bác tính được ở trên đâu nhỉ ??? mà có lẽ thường sẽ phải sử dụng các tính toán tích phân trực tiếp trong miền thời gian chứ ạ ?

Tất nhiên các kỹ thuật tách mode cũng có thể dùng được, nhưng tần số dao động riêng sẽ phải được xác định lại sau mỗi bước thời gian (tức tại mỗi cái "trạng thái hiện tại" mà em nói đấy) , và mỗi lần xác định nó, kết cấu sẽ lại được coi như tuyến tính trong cái khoảng thời gian (hay cái miền biến dạng) nho nhỏ đấy

Còn cái vụ tải trọng động tác dụng lên kết cấu đã bị dẻo cũng giống hệt như vậy thôi bác Tuấn ạ, tần số dao động riêng phải được tính toán lại và cũng chỉ có giá trị cho đúng cái trạng thái bác đang xét thôi.

À em tên là Hiệu bác Tuấn à mà bác Tuấn nghiên cứu damping là làm gì thế ? Nếu bác có làm thí nghiệm thì có gì luc nào cho em hỏi thăm trao đổi kinh nghiệm cái, vì sắp tời có lẽ em cũng làm cái này (nhưng em làm damping của đất cơ).

Hay quá

To tnlinh: Đặt vấn đề để bàn thế hay quá và hiện thực không anh em ta cứ bàn trên trời dưới biển suốt. Lab mình nghiên cứ về động đất cho cầu các loại mình sẽ rất vui khi có thể chia sẻ thông tin với tnlinh. Nhân tiện xin hỏi tnlinh cái thuật ngữ "Câu treo dây võng" có phải suspension bridge không? điều chỉnh nội lực có phải bài toán xác định Initial condition không? rất mong anh em gần xa bàn theo trình tự tnlinh đề xuất.

to phu ho: Chào Hiệu, chắc là Hiệu đi sâu về dynamic bọn này chỉ giới hạn ở mức độ structural dynamic có tính đến biến dạng hình học và vật liệu cho cầu thôi. Cái vụ damping không phải thí nghiệm của mình nhưng có thể hỏi được. Chủ yếu thí nghiệm này đi tìm damping của concrete member ở miền plastic để xem năng lực hấp thụ năng lượng của cấu kiện như thể nào ở miền này. Hiện nay vẫn giả thiết damping của cấu kiện ở miền tuyến tính chẳng hạn damping ratio của concretre member là 3%, thép là 5% và nền là 5 đến 10% gì đó.

Thuật ngữ:
"Cầu treo dây võng" - suspension bridge
"Cầu treo dây văng" - stayed cable bridge

Còn bài toán điều chỉnh dây văng là thế này: do quá trình thi công (phụ thuộc vào công nghệ) nên tạo ra các nội lực và chuyển vị của kết cấu, trong đó đối tượng dầm chủ được quan tâm hơn cả. Ví dụ, người ta lấy tiêu chí chuyển vị hoặc nội lực của dầm phải hài hoà (nội lực thường lấy là mô men).

Vì đang bàn về cầu treo dây võng nên tôi xin nói một chút về các bước chính trong trình tự thi công (yếu tố quyết định sơ đồ tính toán)
1. Thi công trụ tháp, mố neo
2. Thi công cáp chủ
3. Thi công cáp treo
4. Lắp các đoạn dầm (nối các đoạn dầm thường là chốt)
5. Liên kết chặt các dầm lại
6. Tạo ứng suất trước cho dầm bằng cách điều chỉnh cáp
7. Thi công kết cấu mặt (tải trọng phần 2)

Trong đó, bước 6 được làm nhằm điều chỉnh trước nội lực cho bước 7 (gây ra do lớp phủ mặt cầu,..)
Ta cũng có thể điều chỉnh cao độ dầm (chuyển vị) trong bước 4, bằng cách điều chỉnh chiều dài cáp treo.

Còn các điều kiện xuất phát được sử dụng trong cầu treo dây võng (hoặc dây văng) có nhiều yếu tố nữa. Tôi lấy ví dụ, giả sử chúng ta cần một phân tích động cho cầu trong giai đoạn sử dụng. Sơ đồ xuất phát là sơ đồ cầu sau khi thi công. Nhưng để có sơ đồ này, ta phải biết trước lực căng trong các dây là bao nhiêu (có liên quan đến cường độ hay độ cứng ban đầu của dây), như vậy ta phải có được hình dạng của dây (đường tên, chiều dài,...). Việc xác định các thông số này thường có sau khi phân tích ngược kết cấu. Nhưng bản thân kết cấu vốn đã mang tính phi tuyến (hình học và vật liệu) rồi và ta không thể bỏ qua được nên thường người ta tính sơ bộ với các sơ đồ đơn giản. Những thông số cần thiết nhất để xác định là: vị trí cơ bản của các cấu kiện (đặc biệt là dây), trọng lượng bản thân của chúng.

To HNTuanJP
Cái món động đất hấp dẫn đấy. Tôi cũng đang muốn tìm hiểu về nó. Chắc chắn phải nhờ bạn giúp đỡ rồi. Tôi nghĩ thế này đúng không nhé, phân tích động đất và gió có nhiều điểm giống nhau. Cái khó nhất chỉ là việc thực hiện các thí nghiệm để xác định được đặc trưng và qui luật của tải trọng mà thôi. (động đất thì ít xảy ra, gió thì nhiều hơn nhưng khó đo lắm vì gió giống như phụ nữ vậy, nhanh đến và cũng nhanh đi, ứng xử của nó với kết cấu lại còn đòi hỏi ngoài sức kháng ra còn cả về hình thể nữa. Mà lòng dạ phụ nữ thì sao mà đo lường được chứ, híc híc). Thế mà khối kẻ cứ lao vào đấy nhỉ (chẳng hạn bạn HNTuanJP và tôi nữa chứ. Tôi sẽ trao đổi với bạn chi tiết sau, đợi nhé!

To GMA
Tôi đánh giá cao phần đồ án của bạn (có thể xem là chuyên đề, đúng không). Tôi thấy việc sử dụng phương pháp tương tự mạng dầm thì cái khó nhất là vấn đề biến kết cấu liên tục thành... các dầm. Việc qui đổi độ cứng cũng chỉ có giới hạn, vì thế nên phạm vi ứng dụng của nó bị hạn chế chính do đặc điểm này. Bạn có thể dùng phương pháp này để tính toán hệ số phân bố ngang trong cầu, tôi nghĩ rất tốt đấy. Nếu có thể, bạn hãy upload lên chi tiết hơn những phần quan trọng nhất của phương pháp này. Bà con sẽ rất cám ơn bạn! Đây cũng đúng là một phương pháp mô hình hoá kết cấu tốt.

Tôi chưa tìm hiểu sâu về phương pháp này, vì thiếu thông tin, nên mới chỉ kịp viết một chương trình tính mạng dầm (ngày xưa cũng định làm đồ án tốt nghiệp đấy chứ) trong đó có tính đến nền theo phương pháp hệ số nền(dầm trên nền đàn hồi), tất nhiên là khi hệ số nền bằng 0 thì sẽ tính được các kết cấu trên.. trời rồi. Cái thứ này gọi là bài toán bán không gian. Khi làm tốt nghiệp, tôi xoay sang viết chương trình tính toán kết cấu cầu cong bằng phương pháp PTHH, sử dụng mô hình thanh cong phẳng. Nếu bạn viết chương trình và có ý định phát triển, thì chúng ta có thể trao đổi kinh nghiệm và tài liệu cho nhau, OK?

Chào bác HNTuanJP:
Tôi thấy bác ở Nhật được mấy năm mà đã "gom góp" được gần hết đống kiến thức của họ rồi, xin chúc mừng và hẹn gặp lại bác!!!

Chỗ này chắc bác viết vội nên hơi bị ngược một chút! Trong phân tích động thì hệ số giảm chấn (damping factor or ratio, h) thường được giả thiết bằng 5% cho kết cấu BTCT và 3% cho kết cấu thép! Hệ số giảm chấn này thay đổi với các dạng dao động riêng. Nhưng trong tính toán thì thường đơn giản hoá chỉ xét cho một dạng dao động bậc 1 hoặc cho cả 2 dạng bậc 1 và 2. Giá trị hệ số giảm chấn 5% và 3% ở trên là tương ứng cho trường hợp chỉ xét 1 dạng dao động riêng bậc 1. Trong trường hợp xét cho cả 2 dạng dao động thì hệ số giảm chấn tương ứng với dạng dao động bậc 2 được lấy nhỏ hơn (có lẽ chỉ bằng 1/2 - 2/3 giá trị tương ứng với dạng dao động bậc 1!)....

Bác Thuật ơi, cái tỷ lệ 1/2 - 2/3 của bác nói có lẽ là dành cho một loại kết cấu cụ thể nào đó (nhà cao tầng ? ) phải không ?

To HNTuanJP: bác nghiên cứu dao động "chỉ" kể đến phi tuyến hình học và phi tuyến vật liệu thì là dân chuyên nghiệp dynamic rồi còn gì ?

Hệ số giảm chấn (damping) và tần số dao động riêng

Bữa trước đang ngồi viết dở dang thì có việc gấp phải chạy nên bây giờ mới quay lại bàn loạn tiếp với các bác về vấn đề này đây!

Phu ho nhận xét đúng đấy! Nói chung về cái vụ damping là khá phức tạp, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước công trình, kích thước từng cấu kiện, vật liệu xây dựng được sử dụng, ngoại lực tác dụng, ... Trong tính toán thì damping (C) được mô tả như hàm của khối lượng và độ cứng của công trình, và được sử lý tương ứng với từng dạng dao động riêng. Nhưng cái hàm mô tả đó lại không phải là tuyến tính với tần số dao động riêng, nên có trường hợp hệ số damping ratio (h) tương ứng với dạng dao động bậc cao thực tế lại lớn hơn giá trị tương ứng với dạng dao động bậc 1. Nhưng để ĐƠN GIẢN hoá thì trong thực hành tính toán hệ số h thường được giả thiết giống nhau cho tất cả các dạng dao động, và cũng thường thì chỉ có 2 dạng dao động bậc 1 và 2 là được xem xét.

Thêm nữa hệ số h thực tế sẽ có xu hướng tăng khi kết cấu bị nứt hay khi độ cứng bị giảm. Chẳng hạn đối với kết cấu BTCT ở trạng thái nứt thì h vào khoảng 0.03 nhưng ở trạng thái chuẩn bị chảy dẻo thì vào khoảng 0.1 (vi dụ). Nhưng cũng để ĐƠN GIẢN hoá thì trong thực hành tính toán hệ số h được lấy là giá trị trung bình trong toàn bộ giai đoạn làm việc của kết cấu trước khi chảy dẻo (elastic range). Tức là h = 0.05 cho tất cả các cấu kiện kết cấu BTCT, 0.03 cho kết cấu thép, và hình như đối với đất cũng vậy khoảng 0.15 - 0.2 (?)...

Bác HNTuạnP làm ơn nói qua cho anh em nghe về phương pháp xác định damping trong phòng thí nghiệm ở chỗ bác nhé?

Bây giờ trở lại vấn đề cầu treo dây văng mà các bác đề cập đến một chút! Đối với kết cấu loại này thì vật liệu kết cấu trong 1 công trình gồm cả BTCT, thép, và cáp nên hệ số h tương ứng với những loại vật liệu này là khác nhau. Vấn đề này cũng tương tự như khi tính toán kết cấu có kể đến tương tác với nền móng (soil - structure interaction), hay kết cấu có gắn các thiết bị giảm chấn dampers, hay kết cấu có sử dụng hệ thống cách ly chấn động isolators như đặt ở chân cột của công trình nhà, ... Hệ số h của các thiết bị giảm chấn này trong tính toán thường lấy bằng 0.1.

Nếu làm như Phu ho tưởng tượng ở trên thì tính toán sẽ phức tạp lắm, và nếu có khả thi đi nữa thì khối lượng tính toán cũng sẽ rất khủng khiếp? Chẳng hạn việc phân chia và xác định từng "trạng thái hiện tại" như thế nào? việc xác định damping tương ứng cho từng "trạng thái hiện tại" như thế nào? .... Nếu Phu ho đã biết có phương pháp nào mà làm được như vậy rồi thì làm ơn bảo giúp cho cái tên bằng tiếng Anh và cả tên của tác giả nữa nhé? Hoặc nếu Phu ho đã và đang làm nghiên cứu theo cái hướng này thì cũng làm ơn nói cho nghe cụ thể thêm nữa nhé?

Trong thực hành tính toán thì thường chỉ sử dụng cái giá trị tần số dao động riêng mà được tính toán ở "trạng thái ban đầu" thôi. Tức là tần số dao động riêng này được xác định khi hệ được coi là tuyến tính (chuyển vị bé), tức là dựa theo kích thước thực ban đầu và khối lượng của kết cấu. Những thông số dao động thu được ở trạng thái này được gọi là "đặc trưng RIÊNG" (natural properties) của kết cấu, ví dụ như tần số dao đông riêng f và chu kỳ dao động riêng T. Những giá trị này được sử dụng để tính hệ số h như tôi đã nói ở trên .....

To HN Tuan JP,
Bạn có thể cho biết ngoài mô hình vật liệu cho cáp như bạn nói trên ("bilinear"), chỗ bạn còn sử dụng mô hình vật liệu nào khác không ?

To thuatdv

vnp chen vào trả lời trước phuho đây, vụ tìm tần số dao động riêng tại từng "trạng thái" như phuho nói không phải là tưởng tượng mà đúng là có nhu cầu tính như vậy thật. Các "trạng thái" mà phuho nói có thể xác định tương ứng với khi tìm load steps phù hợp cho bài toán.

Bác Thuật đọc câu hỏi của bạn đọc chẳng kỹ gì cả , em hỏi cái tỷ lệ 1/2 - 2/3 mà bác nói có phải dành cho nhà cao tầng không cơ mà ? Em hỏi thế là vì quan hệ giữa các giá trị của damping của các mode phụ thuộc vào tương quan giữa các dạng dao động tương ứng, mà cái tương quan này thì thường là khác nhau với các kết cấu hình dạng khác nhau.

Bác làm thế này tức là bác đã coi kết cấu của bác là tuyến tình rồi bác Thuật à

Còn ví dụ bây giờ bác phải tình một cái dầm làm việc trong trang thái dẻo chẳng hạn, thì theo bác nếu không dùng tích phân trực tiếp như em "tưởng tượng" ra thì bác định dùng phương pháp nào ạ ? (tất nhiên thiếu gì phương pháp phải không ạ, nhưng mà em cho rằng cái lũ này lại còn lằng nhằng hơn )

Mô hình cho main cable

to VNP: Bọn này dùng cái skeleton curve như hình dưới cho cáp ở cầu treo. khi tính động hysteresis dựa trên cái skeleton đó và trượt đi trượt lại. Như ở hình vẽ phía chịu kéo độ cứng lớn nhưng phía nén không có độ cứng. KHông biết VNP hỏi có dùng mô hình vật liệu nào khác ý là cho cáp hay các cấu kiện khác. Riêng cho cáp thì tôi nghĩ mô hình này là đặc trưng rồi không biết cái cáp nó có harderning nữa không nhưng tôi cho là thực tế không dùng đến trilinear. Lý do là vì main cable mà chảy thì coi như là xong cái cầu. Bọn này cũng có làm cái nghiên cứu cho phép thằng "center stay" ( cái cáp chéo ở giữa cầu ở hình dưới ) chảy và xem nó như một cơ chế hấp thụ năng lượng. kể cả trong trường hợp như thế cũng vẫn chỉ dùng cái mô hình đơn giản thế thôi.VNP nghiên cứu về vấn đề gì đấy cho anh em biết với

to Thuatdv: Ông Thuật ơi cám ơn đã đính chính vụ damping ratio. Nhiều cao thủ về động học thế này sao không họp lại viết cuốn structural dynamic cho ra hồn bằng tiếng Việt để anh em ở nhà biết với. Cái vụ damping vừa hỏi thằng chịu trách nhiệm rồi nó hữa sẽ cho biết cả phương pháp lẫn số liệu.

to phu ho: Ông đề xuất cái vụ tính các trị riêng khiếp quá! Tất nhiên là lý tưởng nhưng thực thi chắc còn xa vời. Mà nghe ông nói chắc ông làm cả chaostic!!!

thực ra nó cũng không đến nỗi kinh khiếp thế đâu các bác ạ Nôm na về mặt toán học thì thế này: các bác cũng biết là nếu dùng phương pháp tích phân trực tiếp theo kiểu implicit thì mỗi bước thời gian các bác lại phải xác định lại ma trận độ cứng rồi nghịch đảo nó một lần. Bình thường thì các bác lại Cholesky hay là Gauss phải không ạ. Tuy nhiên đôi khi cái thao tác này lại lâu hơn việc dùng phương pháp lặp để xác định dăm chú giá trị riêng đầu tiên xong rồi chéo hóa cái ma trận ấy. Tức là người ta dùng nó vì nó đơn giản hơn chứ không phải vì nó phức tạp hơn đâu

Rất đơn giản thế thôi chứ không đến nỗi loằng ngoằng chaotic đâu bác Tuấn ạ (em đã sợ bác Thuật lôi các thứ nhì nhằng chaotic ra nên mới có cái mở ngoặc cuối cùng ở bài trên rồi, không ngờ lại bị bác úp luôn cho vào đầu )

Thôi lan man ra xa chủ đề chính quá rồi. Bác Tuấn cho hỏi cái cable của bác tính tình toán có coi biến dạng lớn không hay chỉ có chuyển vị lớn thôi thế ạ ? Với lại cái cable của bác có viscous damping không thế ?

Tôi đã trả lời Phu ho rồi còn gì Đúng là tôi hay làm về công trình nhà nên thấy nó thường như vậy, nhưng thực tế thì người ta lấy giống giống nhau cho cả 2 dạng dao động, như tôi đã nói ở trên. Chả nhẽ Phu ho lại bảo tôi trả lời mỗi câu OK thôi à??? Nếu vậy thì còn gì là forum để mà bàn loạn nữa!!! Nói thật tôi cũng "rất khoái" các bài viết của Phu ho, cả của bác HNTuanJP, và một số bác khác nữa! Chứ kiểu viết mà chỉ có nói mỗi câu ngắn củn là đúng hay sai, không có đưa ra những ý kiến cá nhân hay bình loạn thì buồn tẻ lắm!!!! Bây giờ tôi phải chạy cái đã, ngày mai sẽ nói chuyện tiếp về vụ này với các bác
À các bác nhớ buổi giao lưu với thầy Ngữ ngày mai nhé. Nếu ai không tham dự được thì nên gửi trước câu hỏi theo đ/c trang web mà các bác admin đã post!

- Khi phân tích dây treo theo mô hình phi tuyến vật liệu, (như các bác đang bàn) thì xin hỏi kết quả tính toán so với mô hình phi tuyến hình học sai khác là khoảng bao nhiêu (%)? Các bác đưa ra kết quả về chuyển vị nút của dây hoặc cường độ dây giúp cái. Tôi hiện chỉ tính cho cầu dây văng theo mô hình phi tuyến hình học của dây.
- Trong tính toán điều chỉnh dây treo đối với dầm chủ, tôi hiện bí quá. Kết quả tính được về lực cần điều chỉnh trong dây treo lớn quá. Bác nào biết gì về thứ này, hỗ trợ tôi cái.
- Tiện thể bác Phu_ho nhắc đến việc giải hệ phương trình bằng Cholesky hay Gauss, tôi đã viết thử rồi, chạy chậm lắm, mặc dù có cải tiến khá nhiều như ép băng, và chia thành vùng nhớ để giải. Có một phương pháp khác tốt hơn nhiều tên là: multifrontal solver, hay wavefrontal solver, tôi tìm trên net được ít tài liệu lắm, chỉ có thể hiểu được tư tưởng của nó thôi. Bác nào đang ở nước ngoài biết tài liệu nói về cái này, đề nghị post giúp một số trang chính với.

(Món động đậy mà các bác đang bàn, hiện tôi đang mù tịt, hì hì).