Tính toán khung gắn thiết bị tiêu tán năng lượng chịu tải trọng tĩnh

Bài viết Tính toán khung gắn thiết bị tiêu tán năng lượng chịu tải trọng tĩnh đề cập đến việc xây dựng ma trận độ cứng của phần tử có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng và khảo sát sự làm việc của khung với phần tử dầm trên chịu tải trọng tĩnh.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 TÍNH TỐN KHUNG GẮN THIẾT BỊ TIÊU TÁN NĂNG LƯỢNG CHỊU TẢI TRỌNG TĨNH Nguyễn Tiến Chương1, Phạm Thu Hiền1, Nguyễn Hải Quang2, Trường Đại học Thủy lợi, email: hienpt@tlu.edu.vn Trường Đại học Điện lực GIỚI THIỆU CHUNG: Mục tiêu việc thiết kế cơng trình chịu động đất bảo vệ sinh mạng người cải vật chất xã hội Theo quan niệm trước đây, để thực mục tiêu cơng trình xây dựng khơng phép bị phá hoại động đất xẩy Do đó, cơng trình xây dựng thiết kế với tác động động đất lớn dự kiến xảy làm việc hoàn toàn miền đàn hồi Tuy nhiên, qua quan sát thực tế, nội lực xuất kết cấu lớn nhiều lần nội lực xác định theo tiêu chuẩn kháng chấn hành cho trận động đất có cường độ Mặc dù nội lực gia tăng lớn cơng trình đứng vững sau trận động đất vượt cấp động đất thiết kế cho phép Có thể giải thích điều hình thành “khớp dẻo” số cấu kiện chịu lực hay khả phân tán lượng cấu kiện không chịu tải bị bỏ qua tính tốn kết cấu Chính việc quy định thiết kế cơng trình làm việc giai đoạn đàn hồi tác dụng động đất chưa hợp lý xem khơng kinh tế Theo quan điểm thiết kế kháng chấn đại, việc thiết kế kháng chấn cơng trình xây dựng cần đảm bảo hai tiêu chí liên quan chặt chẽ với nhau: bảo đảm kết cấu có khả chiu lực lớn miền đàn hồi có khả phân tán lượng động đất truyền vào, thông qua biến dạng dẻo giới hạn cho phép thiết bị hấp thu lượng Bài báo đề cập đến việc xây dựng ma trận độ cứng phần tử có gắn thiết bị tiêu tán lượng khảo sát làm việc khung với phần tử dầm chịu tải trọng tĩnh PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Xét phần tử hai đầu cứng, có chiều dài L, có gắn thiết bị tiêu tán lượng dầm, với hệ số đàn hồi C Kinh nghiệm tính toán hệ dầm khung cho ta thấy phần ảnh hưởng biến dạng dọc trục chuyển vị thường nhỏ nhiều so với phần ảnh hưởng biến dạng uốn biến dạng trượt thể qua mô men uốn lực cắt, thường bỏ qua 189 Hình Phần tử dầm có gắn thiết bị tiêu tán lượng Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 Sử dụng phương pháp lực để tìm ma trận độ cứng K phần tử, chuyển vị nút xác định theo công thức MaxwellMorh 1874: M M  km   R jk Z jm    k m ds (1) EI Trường hợp 1: Xét chuyển vị thẳng i 1, chuyển vị xoay i chuyển vị j i  i   j   j  Khi ta có biểu đồ nội lực trạng thái “k”,”m” biểu thức nội lực tương ứng sau: y M i  M j Rm  L Mi  M j xM        L  L      EI LC        1   Qi   L   M    i  0      EI LC  0   Qj           M j   L  L    0    EI LC          L2    EI  LC  Xét tương tự trường hợp lại, ta tìm ma trận độ cứng [K] có dạng:      L  L     EI CL      L2     K    EI CL      L  L    EI CL         L2    EI CL  L2  EI CL L  3EI CL2 L  L     EI  12 EI CL2   2 L  EI CL  L2  L     EI CL   L2  EI CL  L2  L     EI CL  L  EI CL2 L  L     EI  12 EI CL2   L  EI CL L2  EI CL L  EI CL2 L  L   EI  12 EI CL2  L  EI CL L  3EI CL2 L  L   EI  12 EI CL2                         L Khi C = ∞  12 EI   L  EI  K    L   12 EI  L3   EI  L2 y1   x EI L2 EI L EI  L EI L  12 EI  L3 EI L2 12 EI  L3 EI L2 EI   L2  EI  L   EI   L   EI  L  KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU: Xét khung bê tông cốt thép ( có module đàn hồi E = 21000 MPa) kích thước tiết diện dầm cột hình 3, dầm có gắn thiết bị tiêu tán lượng với ma trận độ cứng K trên, khung chịu tải trọng ngang hình sin R1  1   y2  1   R2  Hình Biểu đồ nội lực phần tử Xét, L R R M M1 dx  m  EI C i   (2) L R R M M dx  m  EI C i   (3) Từ (2) & (3), ta có: Hình Khung bê tông cốt thép 190 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 Moment (KN.cm) Bảng thể kết tính tốn khung với dầm chưa gắn thiết bị tiêu tán lượng, phần mềm SAP2000 chương trình tính tốn dựa tảng Mathlab Dựa vào kết nội lực chuyển vị đỉnh theo thời gian, thấy xác chương trình tính lập 12000 9000 6000 3000 -3000 -6000 -9000 -12000 Bảng So sánh kết phần mềm Mathlab Time (s) Shear (KN) Displacement (cm) Displacement (cm) Chuyển vị ngang đỉnh (cm) 1.2 0.8 0.4 -0.4 -0.8 -1.2 Time (s) Moment (KN.cm) Moment (KN.cm) Time (s) Time (s) Time (s) Lực cắt dầm (KN) 40 Shear (KN) -20 20 -20 -40 -40 Displacement (cm) Shear (KN) 20 Time (s) Time (s) 2 -1 -2 Time (s) Hình Kết tính tốn khung với dầm có gắn thiết bị tiêu tán lượng 40 Lực cắt dầm (KN) 9000 6000 3000 -3000 -6000 -9000 Time (s) 30 20 10 -10 -20 -30 Momen chân cột (KN.cm) 9000 6000 3000 -3000 -6000 -9000 Mô men chân cột (KN) SAP2000 1.2 0.8 0.4 -0.4 -0.8 -1.2 Chuyển vị ngang đỉnh (cm) KẾT LUẬN: Bài báo trình bày cách tìm ma trận độ cứng K phần tử có gắn thiết bị tiêu tán lượng thông qua phương pháp lực; Dựa vào kết khảo sát khung bê tông cốt thép tầng nhịp với dầm phần tử (Hình 4), thấy dầm có gắn thiết bị tiêu tán lượng: chuyển vị ngang đỉnh khung tăng (0,96cm tăng lên 1,47cm), nội lực khung có thay đổi: lực cắt dầm giảm (từ 30,07KN giảm xuống 20,31 KN) mômen chân cột tăng (8382,59 KN.cm tăng lên 10421,51 KN.cm) TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Lều Thọ Trình 2000 Cơ học kết cấu Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 191 ... phần tử có gắn thiết bị tiêu tán lượng thông qua phương pháp lực; Dựa vào kết khảo sát khung bê tông cốt thép tầng nhịp với dầm phần tử (Hình 4), thấy dầm có gắn thiết bị tiêu tán lượng: chuyển... CỨU: Xét khung bê tơng cốt thép ( có module đàn hồi E = 21000 MPa) kích thước tiết diện dầm cột hình 3, dầm có gắn thiết bị tiêu tán lượng với ma trận độ cứng K trên, khung chịu tải trọng ngang... có: Hình Khung bê tơng cốt thép 190 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 Moment (KN.cm) Bảng thể kết tính tốn khung với dầm chưa gắn thiết bị tiêu tán lượng,