ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA THIẾT BỊ GIẢM CHẤN
TRONG VIỆC TĂNG CƯỜNG ỔN ĐỊNH ĐỘNG LỰC HỌC
CỦA CẦU DÂY VĂNG

ThS. TRẦN THU HẰNG
Bộ môn CTGTTP và CT Thuỷ
Khoa Công trình
Trường Đại học Giao thông Vận tải

Tóm tắt: Kết cấu cầu dây văng đang được áp dụng phổ biến trên thế giới với nhiều ưu
điểm nhưng bên cạnh vẫn có một số nhược điểm cần khắc phục. Một trong số đó là ứng xử
động lực học của công trình. Thiết bị giảm chấn là giải pháp mới nhằm cải thiện nhược điểm
này. Hiện nay, ứng dụng phổ biến nhất của thiết bị trên cầu dây văng là cho các dây văng còn
cho cột tháp và cho dầm chủ vẫn chưa phổ biến.
Có nhiều phương pháp đánh giá hiệu quả hoạt động của thiết bị giảm chấn, trong đó
phương pháp sử dụng các chương trình máy tính có nhiều ưu điểm. MIDAS Civil là một trong
những chương trình phân tích kết cấu phổ biến có thể mô hình hoá được thiết bị giảm chấn
gắn trên kết cấu công trình.
Từ việc ứng dụng tính toán thiết bị giảm chấn khối lượng điều chỉnh TMD trên một công
trình cầu dây văng cụ thể chịu tác động của gió, các kết quả thu được cho thấy thiết bị có hiệu
quả tốt về khả năng cải thiện các đặc trưng dao động và ứng xử chuyển vị của kết cấu.
Summary: Cable stayed bridges, applied widely around the world, have many
advantages but also some disadvantages. One of the disadvantages is the dynamic response
that dampers are new devices for improvement. Now, the most popular application for cable
stayed bridges is on cables, but not pylons and girders.
There are some approaches to evaluate the effect of dampers, in which using computer
software has many good points. MIDAS Civil is one of the popular structural analysis
programmes that can modeling dampers on structures.
Through an example of an actual cable stayed bridges with tuned mass dampers (TMD)
under wind load, the results shows good effects in improving vibration and displacement

động để cô lập nguồn gây ra dao động hoặc cách ly bộ phận khỏi nguồn gây ra dao động đã trở
thành một phương thức phổ biến hơn cả để khống chế dao động của kết cấu.

Hình 1. Cấu tạo của một giảm chấn Hình 2. Lắp ráp giảm chấn ma sát trên dây văng
của cầu Kiền - Hải Phòng
TCT1
Bố trí thiết bị giảm chấn là một giải pháp kinh tế cho bài toán ổn định dao động của công
trình cầu dưới các tác dụng động lực học. Có rất nhiều hệ thống giảm chấn khác nhau đã ra đời
nhưng đều tuân theo nguyên lý dao động cơ bản. Tương ứng với ba dạng điều khiển ứng xử
động lực học cơ bản, có ba dạng hệ thống giảm chấn chính là giảm chấn chủ động, giảm chấn bị
động và giảm chấn bán chủ động.
Có rất nhiều thiết bị giảm chấn như TMD, TLD, TLCD, MRD, v.v… đã được ứng dụng
cho nhiều dạng kết cấu xây dựng khác nhau. Trên cầu dây văng, có thể bố trí thiết bị giảm chấn
trên các dây văng, trong dầm chủ hay cột tháp cầu. Tuy nhiên, ứng dụng phổ biến nhất vẫn là
cho các dây văng, tại vị trí liên kết dây với dầm chủ và với cột tháp. Đối với dầm chủ và cột
tháp cầu, việc bố trí giảm chấn vẫn còn chưa thực sự rộng rãi.
2. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ GIẢM CHẤN
Hiện nay, để đánh giá hiệu quả làm việc của thiết bị giảm chấn khi được gắn lên kết cấu, có
ba phương pháp chính:
- Sử dụng công cụ toán học, cơ học, v.v… để xây dựng các công thức về lý thuyết
- Sử dụng chương trình máy tính để mô phỏng sự hoạt động của hệ, - Tiến hành thí nghiệm trên các mô hình.
Các phương pháp này được áp dụng song song với nhau, các kết quả được dùng để bổ trợ,
đối chiếu, kiểm chứng độ chính xác của nhau. Nguyên nhân là do mỗi phương pháp đều tồn tại
những đặc thù riêng, có những ưu điểm và nhược điểm riêng.
MIDAS Civil là một chương trình phân tích kết cấu mạnh, có nhiều tính năng phong phú,
chuyên dùng để phân tích các dạng kết cấu theo các mô hình khác nhau. Đây là một chương
trình dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn tổng quát, có khả năng phân tích tĩnh và động học,

Để kiểm chứng khả năng mô hình hoá thiết bị giảm chấn của MIDAS Civil, lựa chọn một
công trình cầu dây văng thực tế là cầu Bãi Cháy để mô hình hoá thiết bị giảm chấn khối lượng
điều chỉnh (Tuned mass damper) bố trí tại các vị trí có chuyển vị lớn nhất của kết cấu. Cụ thể
gồm các trường hợp:
- gắn trong dầm chủ,
- gắn trên đỉnh cột tháp cầu,
- gắn trong lòng cột tháp cầu,
- gắn trong dầm chủ và trên đỉnh cột tháp cầu.
Kết cấu cầu gồm có 6 nhịp liên tục với sơ đồ (35,0 + 86,0 + 129,5 + 435,0 + 129,5 + 86,0)
m với hai trụ tháp P3 và P4 chịu tác dụng của tĩnh tải bản thân kết cấu và tải trọng gió.
Hình 5. Mô hình kết cấu trên phần mềm
MIDAS Civil
Hình 6. Tốc độ gió và tải trọng gió tác dụng lên
trụ tháp cầu
TCT1
Lựa chọn loại liên kết đặc trưng là giảm chấn nhớt đàn hồi (Viscoelastic damper) theo mô
hình phần tử Kelvin (Voigt) và mode dao động đầu tiên của kết cấu làm mode khống chế để
thiết kết thiết bị giảm chấn, có được các thông số cơ bản của thiết bị như sau:
Trọng lượng (kN) Hệ số giảm chấn Tần số góc (rad/s)
Độ cứng k
d
(KN/m)
Độ giảm chấn c
d
(KN.s/m)
7900,96380 0,06 1,53802 476,34248 74,33076
3.1. Các thông số dao động đặc trưng

-6.00
-4.00
-2.00
0.00
2.00
0
86
150
217
285
349
435
Chiều di nhịp (m)
Chuyển vị Dz (10
-1
m)
Không có giảm chấn
Giảm chấn dọc trong cột
tháp (m=0.01)
Giảm chấn trong dầm chủ
(m=0.01)
Giảm chấn trên đỉnh cột
tháp (m=0.01)
Giảm chấn trên đỉnh cột
tháp v trong dầm chủ
(m=0.01)

chuyển vị của dầm chủ nhịp p3-p4 theo phơng ngang cầu (mode 1)
0.00
0.01

2.50
3.00
3.50
4.00
0
16
33
42
47
52
56
61
67
70
75
81
84
90
Chiều cao cột tháp (m)
Chuyển vị Dx (m)
Không có giảm chấn
Giảm chấn dọc trong
cột tháp (m=0.01)
Giảm chấn trong dầm
chủ (m=0.01)
Giảm chấn trên đỉnh
cột tháp (m=0.01)
Giảm chấn trên đỉnh
cột tháp v trong dầm
chủ (m=0.01)

Giảm chấn dọc trong
cột tháp (m=0.01)
Giảm chấn trong dầm
chủ (m=0.01)
Giảm chấn trên đỉnh
cột tháp (m=0.01)
Giảm chấn trên đỉnh
cột tháp v trong dầm
chủ (m=0.01)

i vi ct thỏp cu P4:
chuyển vị của cột tháp p4 theo phơng dọc cầu (mode 1)
-4.00
-3.50
-3.00
-2.50
-2.00
-1.50
-1.00
-0.50
0.00
0.50
0
16
33
42
47
52
56
61

0.050
0
16
33
42
47
52
56
61
67
70
75
81
84
90
Chiều cao cột tháp (m)
Chuyển vị Dy (m)
Không có giảm chấn
Giảm chấn dọc trong
cột tháp (m=0.01)
Giảm chấn trong dầm
chủ (m=0.01)
Giảm chấn trên đỉnh
cột tháp (m=0.01)
Giảm chấn trên đỉnh
cột tháp v trong dầm
chủ (m=0.01)

trình. Tài liệu tham khảo
[1]. Nguyễn Viết Trung, Vũ Văn Toản, Phạm Hữu Sơn. Cơ sở thiết kế chống gió cho cầu dây văng nhịp
lớn. Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội, 2007.
[2]. Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Hữu Hưng. Phân tích kết cấu cầu cong và cầu dây văng bằng SAP 2000.
Nhà xuất bản Giao thông vận tải, Hà Nội, 2003.
[3]. Ngô Đăng Quang, Trần Ngọc Linh, Nguyễn Trọng Nghĩa, Bùi Công Độ. Mô hình hoá và phân tích
kết cấu cầu bằng phần mềm MIDAS – Civil (Tập 1). Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội, 2005.
[4]. Lê Đình Tâm, Phạm Duy Hoà. Cầu dây văng. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2001.
[5]. Phan Văn Cúc, Nguyễn Lê Ninh. Tính toán và cấu tạo kháng chấn các công trình nhiều tầng. Nhà
xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1994♦