TS. Lѭѫng Văn Hҧi luongvanhaigmail.com ĈҤI HӐC QUӔC GIA THÀNH PHӔ HӖ CHÍ MINH TRѬӠNG ĈҤI HӐC BÁCH KHOA BÙI PHҤM ĈӬC TѬӠNG PHÂN TÍCH KHҦ NĂNG KHÁNG CHҨN CӪA CÔNG TRÌNH SӰ DӨNG CÁC Bӆ CHӬA TRONG ĈÓ CÓ XÉT ĈӂN SӴ TѬѪNG TÁC GIӲA CHҨT LӒNG VÀ THÀNH Bӆ CHUYÊN NGÀNH : XÂY DӴNG DÂN DӨNG VÀ CÔNG NGHIӊP MÃ SӔ NGÀNH : 60 58 20 LUҰN VĂN THҤC SƬ TP. HӖ CHÍ MINH, THÁNG 7 NĂM 2010 TS. Lѭѫng Văn Hҧi luongvanhaigmail.com
uDaiHoc.com TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com ĈҤI HӐC QUӔC GIA THÀNH PHӔ HӖ CHÍ MINH TRѬӠNG ĈҤI HӐC BÁCH KHOA -BÙI PHҤM ĈӬC TѬӠNG PHÂN TÍCH KHҦ NĂNG KHÁNG CHҨN CӪA CƠNG TRÌNH SӰ DӨNG CÁC Bӆ CHӬA TRONG ĈĨ CÓ XÉT ĈӂN SӴ TѬѪNG TÁC GIӲA CHҨT LӒNG VÀ THÀNH Bӆ CHUYÊN NGÀNH : XÂY DӴNG DÂN DӨNG VÀ CÔNG NGHIӊP MÃ SӔ NGÀNH : 60 58 20 LUҰN VĂN THҤC SƬ TP HӖ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2010 TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com CƠNG TRÌNH ĈѬӦC HOÀN THÀNH TҤI TRѬӠNG ĈҤI HӐC BÁCH KHOA ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP HӖ CHÍ MINH CÁN BӜ HѬӞNG DҮN KHOA HӐC: TS LѬѪNG VĂN HҦI CÁN BӜ CHҨM NHҰN XÉT 1: CÁN BӜ CHҨM NHҰN XÉT 2: Luұn văn thҥc sƭ ÿѭӧc bҧo vӋ tҥi HӜI ĈӖNG CHҨM BҦO Vӊ LUҰN VĂN THҤC SƬ TRѬӠNG ĈҤI HӐC BÁCH KHOA, Ngày tháng năm 2010 TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com TRѬӠNG ĈҤI HӐC BÁCH KHOA KHOA KӺ THUҰT XÂY DӴNG -CӜNG HOÀ XÃ HӜI CHӪ NGHIÃ VIӊT NAM Ĉӝc Lұp - Tӵ Do - Hҥnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm 2010 NHIӊM VӨ LUҰN VĂN THҤC SƬ Hӑ tên hӑc viên: BÙI PHҤM ĈӬC TѬӠNG Giӟi tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 20/12/1984 Nѫi sinh: Gia Lai Chuyên ngành: Xây dӵng dân dөng công nghiӋp MSHV: 02108500 1- TÊN Ĉӄ TÀI PHÂN TÍCH KHҦ NĂNG KHÁNG CHҨN CӪA CƠNG TRÌNH SӰ DӨNG CÁC Bӆ CHӬA TRONG ĈĨ CĨ XÉT ĈӂN SӴ TѬѪNG TÁC GIӲA CHҨT LӒNG VÀ THÀNH Bӆ 2- NHIӊM VӨ LUҰN VĂN: Khҧo sát mӝt cách tәng quát ÿһc trѭng riêng cӫa bӇ chӭa chҩt lӓng, ÿһc biӋt nhҩn mҥnh ÿӃn sӵ tѭѫng tác giӳa chҩt lӓng thành bӇ Qua ÿó, ӭng dөng vào viӋc phân tích khҧ kháng chҩn cӫa cơng trình sӱ dөng bӇ nѭӟc mái nhѭ thiӃt bӏ cҧn dҥng chҩt lӓng 3- NGÀY GIAO NHIӊM VӨ: 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIӊM VӨ: 5- HӐ VÀ TÊN CÁN BӜ HѬӞNG DҮN: TS LѬѪNG VĂN HҦI Nӝi dung ÿӅ cѭѫng Luұn văn thҥc sƭ ÿã ÿѭӧc Hӝi Ĉӗng Chuyên Ngành thông qua CÁN BӜ HѬӞNG DҮN TS LѬѪNG VĂN HҦI TRѬӢNG BAN QUҦN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com LӠI CҦM ѪN Ĉҫu tiên, tác giҧ muӕn gӣi lӡi cҧm ѫn chân thành ÿӃn tҩt cҧ thҫy ÿã nhiӋt tình giҧng dҥy tҥo ÿiӅu kiӋn nghiên cӭu thӡi gian tác giҧ hӑc tұp ӣ chѭѫng trình ÿào tҥo sau ÿҥi hӑc cӫa Khoa Kӻ Thuұt Xây Dӵng, trѭӡng Ĉҥi Hӑc Bách Khoa Thành Phӕ Hӗ Chí Minh Ĉây mӝt nhӳng cѫ hӝi quý báu nhҩt mà tác giҧ tӯng có ÿѭӧc Và hӃt, tác giҧ mong muӕn bày tӓ lòng biӃt ѫn sâu sҳc ÿӃn thҫy TS Lѭѫng Văn Hҧi ngѭӡi ÿã trӵc tiӃp hѭӟng dүn ÿi tác giҧ toàn bӝ chһng ÿѭӡng vӯa qua ÿӇ tác giҧ có thӇ hồn thành ÿѭӧc luұn văn Thҫy ÿã tҥo mӑi ÿiӅu kiӋn tӕt nhҩt nhanh chóng nhҩt giúp ÿӥ tác giҧ có tӯng tài liӋu tham khҧo cNJng nhѭ uӕn nҳn tӯng câu chӳ Và hӃt thҫy ÿã truyӅn thө mӝt tinh thҫn hăng say làm viӋc ÿӇ tác giҧ có thӇ tiӃp tөc cӕ gҳng cho nhӳng nghiên cӭu tѭѫng lai Cuӕi cùng, tác giҧ muӕn dành cho cha mҽ lịng kính trӑng thiӃt tha nhӳng cha mҽ ÿã hy sinh dành cho Nhӳng lӡi dҥy bҧo cӫa cha mҽ ÿã làm hành trang cho tác giҧ bѭӟc vào cuӝc sӕng vӟi nhӳng quyӃt tâm cao nhҩt ÿӇ ÿi ÿӃn ngày hôm Dүu rҵng luұn văn ÿã ÿѭӧc thӵc hiӋn vӟi tҩt cҧ sӵ nӛ lӵc cӫa bҧn thân cӝng vӟi sӵ giúp ÿӥ cӫa gia ÿình, bҥn bè ÿӗng nghiӋp Nhѭng kiӃn thӭc cịn hҥn chӃ chҳc chҳn khơng tránh khӓi nhӳng sai sót hay khiӃm khuyӃt Cho nên tác giҧ mong muӕn nhұn ÿѭӧc lӡi góp ý chân thành cӫa tҩt cҧ thҫy cô hay ÿӝc giҧ ÿӇ luұn văn có thӇ ÿѭӧc hồn thiӋn hѫn TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com TÓM TҲT LUҰN VĂN ThiӃt kӃ kháng chҩn ÿã ÿang rҩt ÿѭӧc quan tâm ÿӇ chӕng lҥi ҧnh hѭӣng cӫa gió hay ÿӝng ÿҩt, nhҩt ÿӕi vӟi cơng trình ngày cao tҫng nhѭ hiӋn ThiӃt bӏ kháng chҩn sӱ dөng chҩt lӓng vӟi nhiӅu ѭu ÿiӇm nhѭ giá thành rҿ, tӕn chi phí bҧo trì, dӉ lҳp ÿһt, khơng chiӃm không gian sӱ dөng, ӭng dөng ÿѭӧc cho hҫu hӃt loҥi cơng trình nhҩt có thӇ dùng làm bӇ chӭa nѭӟc mái ÿã ÿѭӧc áp dөng ӣ nhiӅu nѫi thӃ giӟi Tuy thiӃt bӏ rҩt phù hӧp vӟi ÿiӅu kiӋn thӵc tӃ cӫa ViӋt Nam nhѭng hҫu nhѭ chѭa ÿѭӧc ӭng dөng công trình xây dӵng Luұn văn ÿã bѭӟc ÿҫu khҧo sát tәng quát ÿһc trѭng yӃu cӫa thiӃt bӏ kháng chҩn sӱ dөng chҩt lӓng nhѭ tҫn sӕ tӵ nhiên cӫa chҩt lӓng bӇ, biên ÿӝ dao ÿӝng cӫa sóng chҩt lӓng, sӵ tiêu tán lѭӧng lӵc cҳt ÿáy hình thành bӇ Và qua sӵ so sánh giӳa lý thuyӃt tính tốn bҵng lӡi giҧi giҧi tích vӟi phѭѫng pháp phҫn tӱ hӳu hҥn kӃt hӧp vӟi nghiên cӭu trѭӟc ÿây, kӃt quҧ cho thҩy thông sӕ ÿһc trѭng cӫa thiӃt bӏ kháng chҩn dҥng hồn tồn có thӇ ÿѭӧc ÿiӅu khiӇn kӃt cҩu chӏu tҧi trӑng bҩt kǤ Sӵ tѭѫng tác giӳa chҩt lӓng thành bӇ mӝt nhӳng ÿiӇm ÿѭӧc nhҩn mҥnh luұn văn Các nghiên cӭu trѭӟc ÿây thѭӡng bӓ qua tính chҩt ÿӇ ÿѫn giҧn tính tốn bҵng cách giҧ thiӃt thành bӇ tuyӋt ÿӕi cӭng giúp tiӋn lӧi cho viӋc thiӃt kӃ, nhiên ÿã có nhӳng tác hҥi khơng nhӓ xҧy thӵc tӃ sӵ tѭѫng tác Nhӳng hѭ hӓng kӃt cҩu xuҩt phát tӯ sӵ ÿѫn giҧn hóa ÿó trӣ thành mөc tiêu ÿӇ tѭѫng tác chҩt lӓng thành bӇ ÿѭӧc khҧo sát luұn văn Khҧ kháng chҩn cӫa cơng trình có sӱ dөng thiӃt bӏ kháng chҩn bҵng chҩt lӓng chӏu ÿӝng ÿҩt ÿѭӧc phân tích bҵng cách khҧo sát cơng trình sӱ dөng bӇ nѭӟc mái nhѭ thiӃt bӏ kháng chҩn ÿó có xét ÿӃn sӵ tѭѫng tác giӳa chҩt lӓng thành bӇ KӃt quҧ chӍ rҵng khơng nhӳng chuyӇn vӏ ÿӍnh, gia tӕc qn tính giҧm ÿi mà cҧ thành phҫn nӝi lӵc cơng trình cNJng ÿѭӧc giҧm mӝt cách ÿáng kӇ TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com MӨC LӨC TӘNG QUAN 1.1 Giӟi thiӋu vӅ thiӃt bӏ kháng chҩn bҵng chҩt lӓng TLD 1.2 Các nghiên cӭu ÿã thӵc hiӋn 1.3 Mөc ÿích hѭӟng nghiên cӭu 19 1.4 Tóm tҳt luұn văn 20 NGUYÊN LÝ LÀM VIӊC VÀ CÁC ĈҺC TRѬNG CӪA TLD 2.1 Cѫ chӃ hoҥt ÿӝng cӫa thiӃt bӏ TLD .21 2.2 Dao ÿӝng tҫn sӕ dao ÿӝng tӵ nhiên cӫa sóng chҩt lӓng bӇ 23 2.3 Các thông sӕ cҫn phân tích tính tốn thiӃt kӃ TLD 28 2.3.1 Biên ÿӝ dao ÿӝng sóng bӅ mһt cӫa chҩt lӓng 28 2.3.2 HӋ sӕ cҧn cӫa sóng chҩt lӓng 30 2.3.3 Lӵc cҳt ÿáy bӇ 32 2.4 Phân tích ÿһc trѭng ÿӝng lӵc hӑc cho chҩt lӓng bҵng phѭѫng pháp sӕ 34 2.5 Nhұn xét .45 SӴ TѬѪNG TÁC CHҨT LӒNG THÀNH Bӆ 3.1 Tәng quan vӅ sӵ tѭѫng tác chҩt lӓng thành bӇ 46 3.1.1 Sӵ khác giӳa bӇ cӭng bӇ mӅm 47 3.1.2 Ma trұn khӕi lѭӧng phө trӧ 50 3.1.3 Các tính chҩt ÿһc trѭng cӫa bӇ chӭa chҩt lӓng dҥng mӅm 52 3.2 Áp dөng phѭѫng pháp PTHH ÿӇ xét tѭѫng tác chҩt lӓng thành bӇ 56 3.3 Ҧnh hѭӣng cӫa sӵ tѭѫng tác chҩt lӓng thành bӇ ÿӃn tҫn sӕ tӵ nhiên chҩt lӓng .59 3.4 Ҧnh hѭӣng cӫa sӵ tѭѫng tác chҩt lӓng thành ÿӃn ÿһc trѭng khác cӫa bӇ 63 TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com 3.4.1 Khi bӇ khơng chӏu ngoҥi lӵc kích ÿӝng 65 3.4.2 Khi bӇ chӏu ngoҥi lӵc kích thích ÿiӅu hịa .67 3.4.3 Ҧnh hѭӣng cӫa sӵ tѭѫng tác chҩt lӓng thành bӇ ÿӃn momen nӝi lӵc 70 3.4.4 Ҧnh hѭӣng cӫa sӵ tѭѫng tác chҩt lӓng thành ÿӃn lӵc cҳt ÿáy bӇ .72 3.5 Nhұn xét .74 KHҦ NĂNG KHÁNG CHҨN CHO CƠNG TRÌNH SӰ DӨNG TLD 4.1 Tәng quan vӅ viӋc sӱ dөng TLD thiӃt kӃ kháng chҩn .76 4.2 Các nghiên cӭu ÿã thӵc hiӋn vӅ giҧm chҩn cho nhà cao tҫng .78 4.3 Các phѭѫng pháp sӕ ÿӇ phân tích ÿӝ ÿӝng lӵc hӑc kӃt cҩu .82 4.3.1 Phѭѫng pháp Runge Krutta .83 4.3.2 Phѭѫng pháp Newmark 86 4.3.3 Nhұn xét kӃt luұn vӅ phѭѫng pháp sӕ 88 4.4 Tӕi ѭu tham sӕ thiӃt kӃ thiӃt bӏ TLD 89 4.5 Ĉánh giá khҧ kháng chҩn cӫa TLD 92 4.5.1 Ví dө minh hӑa 94 4.5.2 Ĉáp ӭng dao ÿӝng ÿiӅu hịa cӫa cơng trình khơng sӱ dөng TLD .96 4.5.3 Phân tích ÿӝ cho khung chѭa sӱ dөng thiӃt bӏ kháng chҩn 97 4.5.4 Ĉáp ӭng dao ÿӝng ÿiӅu hịa cӫa cơng trình có sӱ dөng TLD 98 4.5.5 Phân tích ÿӝ cho khung sӱ dөng thiӃt bӏ kháng chҩn TLD 102 4.5.6 So sánh nӝi lӵc khung không sӱ dөng sӱ dөng TLD 105 4.5.7 Bài toán thiӃt kӃ thiӃt bӏ kháng chҩn TLD 112 4.6 Nhұn xét 115 KӂT LUҰN VÀ HѬӞNG NGHIÊN CӬU TIӂP THEO iii TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com CHѬѪNG TӘNG QUAN 1.1 Giӟi thiӋu vӅ thiӃt bӏ kháng chҩn sӱ dөng chҩt lӓng Vҩn ÿӅ thiӃt kӃ kháng chҩn cho nhà cao tҫng ÿѭӧc quan tâm rҩt nhiӅu ӣ nѭӟc thӃ giӟi nhiӅu thұp niên qua Ӣ ViӋt Nam, vҩn ÿӅ ngày ÿѭӧc kӻ sѭ cNJng nhѭ nhà nghiên cӭu trӑng nhiӅu hѫn nhӳng năm gҫn ÿây Vì lý dân sӕ mơi trѭӡng nên sӕ lѭӧng cơng trình cao tҫng ÿã tăng lên rҩt nhiӅu NӃu nhѭ trѭӟc ÿây ngѭӡi ta chӍ nghƭ tӟi viӋc tăng cѭӡng ÿӝ bê tông hay thép ÿӇ thӓa mãn ÿiӅu kiӋn chӏu lӵc xu thӃ nhӳng thұp niên vӯa qua ngѭӡi ta sӱ dөng vұt liӋu nhҽ hѫn, mҧnh hѫn ÿӇ cơng trình xây dӵng ÿѭӧc cao hѫn Tuy nhiên cơng trình ngày cao mà nhҽ ÿi lҥi dүn ÿӃn viӋc ҧnh hѭӣng cӫa tҧi trӑng ÿӝng tác dөng lên cơng trình tăng cao Do vұy thiӃt bӏ nhҵm giҧm chҩn ÿӝng nhѭ gió hay ÿӝng ÿҩt cҫn phҧi ÿѭӧc ÿѭa vào sӱ dөng Và tӯ ÿây ÿã mӣ mӝt chân trӡi nghiên cӭu mӟi ÿáp ӭng cho mөc tiêu ÿiӅu khiӇn dao ÿӝng cӫa kӃt cҩu (Yao, 1972) Các thiӃt bӏ kháng chҩn hiӋn có rҩt nhiӅu loҥi nhѭ thiӃt bӏ cách chҩn ÿáy, thiӃt bӏ kháng chҩn chӫ ÿӝng, thiӃt bӏ kháng chҩn bӏ ÿӝng, thiӃt bӏ kháng chҩn bán tӵ ÿӝng … (Soong & Spencer, 2002) ThiӃt bӏ kháng chҩn bҵng chҩt lӓng Tuned Liquid Dampers (TLD) nhѭ ӣ hình 1.1 mӝt nhӳng thiӃt bӏ kháng chҩn dҥng bӏ ÿӝng, tӭc không cҫn sӱ dөng thêm lѭӧng hay vұt ÿiӅu khiӇn trình hoҥt ÿӝng TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com Hình 1.1 – Thiit bb kháng chhn bbng chht llng ddng bb chͱa NӃu so sánh vӟi thiӃt bӏ kháng chҩn khác TLD có mӝt sӕ khía cҥnh ÿһc biӋt chҷng hҥn: Có thӇ kӃt hӧp sӱ dөng thiӃt bӏ TLD làm bӇ nѭӟc sinh hoҥt nhѭ ӣ hình 1.2 Tӕn rҩt chi phí ÿӇ xây dӵng bҧo trì so vӟi thiӃt bӏ khác Không chiӃm nhiӅu không gian sӱ dөng Thѭӡng ÿѭӧc lҳp ÿһt ӣ mái nên không làm ҧnh hѭӣng ÿӃn mӻ quan kiӃn trúc Ngoài viӋc lҳp ÿһt thiӃt bӏ dӉ dàng TLD ngày phә biӃn, ÿһc biӋt có thӇ ӭng dөng cho nhiӅu dҥng cơng trình có kích thѭӟc lӟn nhӓ khác bҵng cách thay ÿәi kích thѭӟc cӫa bӇ chӭa Trong ngành xây dӵng dân dөng cơng trình cao tҫng ÿҫu tiên thӃ giӟi ӭng dөng TLD cho thiӃt kӃ kháng chҩn One Wall Center ӣ Vancouver, British Columbia (hình 1.3) Cơng trình có 48 tҫng vӟi bӇ chӭa nѭӟc rҩt ÿһc biӋt, mӛi bӇ có khoҧng 50.000 gal (189.250 L) nѭӟc nҵm tҫng Penthouse cӫa cơng trình TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com Hình 1.2 – Tịa nhà One Rincon Hill cao 68 tt̯ng cơng trình ÿt̯u tiên ͧ Hoa KǤ s͵ ddͭng bb n˱˱ͣc sinh hodt nh˱ thiit bb kháng chhn Có nhiӅu cách ÿӇ phân loҥi TLD nhѭng mӝt cách phә biӃn phân theo cao ÿӝ mӵc chҩt lӓng Theo ÿó thiӃt bӏ TLD có thӇ ÿѭӧc phân làm hai loҥi chính: (1) mӝt loҥi dùng mӵc nѭӟc nơng (2) loҥi cịn lҥi dùng mӵc nѭӟc sâu Khi tӹ sӕ chiӅu cao mӵc chҩt lӓng bӅ rӝng bӇ theo phѭѫng kích thích cӫa ngoҥi lӵc nhӓ hѫn 0.15 lҫn xem nhѭ bӇ có mӵc nѭӟc nơng ngѭӧc lҥi bӇ có mӵc nѭӟc sâu TLD có mӵc nѭӟc nơng sӁ tiêu tán lѭӧng thông qua cѫ chӃ chuyӇn ÿӝng cӫa sóng ӣ bӅ mһt dүn ÿӃn hiӋn tѭӧng sóng vӥ Ĉӕi vӟi TLD có mӵc nѭӟc sâu vách ngăn (Baffle) hoһc (Screen) thѭӡng ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ ÿiӅu khiӇn dao ÿӝng sóng Do vұy sӵ tiêu tán lѭӧng TLD có mӵc nѭӟc sâu lҥi phө thuӝc vào cѫ chӃ hoҥt ÿӝng cӫa chҩt lӓng, vӏ trí cӫa vách ngăn, kích thѭӟc dҥng vách ngăn TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com Hình 1.3 – Tòa nhà One Wall Center ͧ Vancouver, Canada v˱ͣi TLD TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com TLD ÿѭӧc hình thành dӵa nguyên tҳc sӵ hҩp thө lѭӧng cӫa chҩt lӓng ӣ mһt thoáng sӁ tҥo dao ÿӝng sóng thay ÿәi ÿһc trѭng ÿӝng lӵc hӑc kӃt cҩu mөc tiêu tҥo cӝng hѭӣng ÿӇ tiêu tán lѭӧng kích ÿӝng vào cơng trình (Fujino et al., 1988) Ngoài sӵ tiêu tán lѭӧng kӃt cҩu cịn thơng qua cѫ chӃ khác là: tiêu tán lѭӧng tính nhӟt cӫa chҩt lӓng, tiêu tán lѭӧng sóng vӥ, tѭѫng tác chҩt lӓng – thành bӇ, ÿӝ nhám ÿáy bӇ cҧ dҥng hình hӑc cӫa bӇ Các tính chҩt cӫa TLD sӱ dөng mӵc nѭӟc nơng là: ChiӅu cao chҩt lӓng bӇ thҩp ÿӇ ÿҥt ÿѭӧc sӭc cҧn lӟn tҫn sӕ tӵ nhiên vӯa ÿӫ nhӓ ÿӇ phөc vө cho ngành xây dӵng dân dөng ӣ lƭnh vӵc ÿiӅu khiӇn dao ÿӝng Tuy nhiên chiӅu cao chҩt lӓng thiӃt bӏ kháng chҩn TLD thҩp nên chҩt lӓng có tính chҩt ӭng xӱ phi tuyӃn mҥnh mӁ, dүn ÿӃn lý thuyӃt phân tích tuyӃn tính khơng cịn áp dөng ÿѭӧc nӳa, gây rҩt nhiӅu khó khăn viӋc tìm lӡi giҧi nhҵm tiên lѭӧng xác chuyӇn vӏ cӫa chҩt lӓng ÿһc biӋt ӣ mһt thống Sӭc cҧn thơng qua dao ÿӝng cӫa sóng thơng sӕ ҧnh hѭӣng rҩt nhiӅu ÿӃn viӋc thiӃt kӃ mӝt TLD, vұy ÿây thông sӕ cҫn ÿѭӧc ÿҫu tѭ xem xét cҭn thұn HiӋn tѭӧng sóng vӥ có thӇ xuҩt hiӋn trình dao ÿӝng biên ÿӝ dao ÿӝng cӫa sóng lӟn Sӵ tiêu tán lѭӧng thơng qua hiӋn tѭӧng ÿѭӧc khҷng ÿӏnh bҵng thӵc nghiӋm khơng nhӓ nhѭng mơ hình tốn cho sóng vӥ nhiӅu bҩt cұp nên phҧi ÿѭӧc ÿҫu tѭ nghiên cӭu thêm 1.2 Các nghiên cӭu ÿã thӵc hiӋn vӟi TLD ThiӃt bӏ kháng chҩn sӱ dөng chҩt lӓng thѭӡng sӱ dөng nhiӅu nhҩt hai lƭnh vӵc là: hàng hҧi xây dӵng Mһc dҫu ÿѭӧc nghiên cӭu bҵng lý thuyӃt vào nhӳng năm 30 cӫa thӃ kӹ trѭӟc nhѭng thӵc tӃ thiӃt bӏ dҥng ÿã ÿѭӧc sӱ dөng rҩt sӟm tӯ nhӳng năm 1800 Mөc TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com ÿích cӫa viӋc sӱ dөng TLD ÿó dùng ÿӇ khӕng chӃ dao ÿӝng cӫa tàu bè bҵng hai bӗn nѭӟc liên thông vӟi có tҫn sӕ dao ÿӝng gҫn vӟi tҫn sӕ dao ÿӝng cѫ bҧn cӫa tàu (hình 1.4) Hình 1.4 –Thiit bb s͵ ddͭng nguyên tt̷c kháng chhn bbng chht llng dùng cho tàu bè Còn ӭng dөng cho ngành xây dӵng dân dөng TLD ÿѭӧc ÿӅ xuҩt ÿҫu tiên bӣi Kareem Sun (1987) Modi et al (1987) Phҫn trình bày vӅ ba hѭӟng nghiên cӭu thѭӡng ÿѭӧc thӵc hiӋn ÿӕi vӟi viӋc nghiên cӭu thiӃt bӏ kháng chҩn sӱ dөng chҩt lӓng là: Phân tích ӭng xӱ cӫa sóng chҩt lӓng bên bӇ chӭa Tѭѫng tác cӫa sóng chҩt lӓng thành bӇ Ӭng dөng cӫa thiӃt bӏ TLD giҧm chҩn cơng trình cao tҫng 1.2.1 Phân tích ӭng xӱ cӫa sóng chҩt lӓng bên bӇ chӭa Dao ÿӝng sóng ÿѭӧc hình thành có ngoҥi lӵc tác dөng vào làm cho chҩt lӓng mҩt әn ÿӏnh dүn ÿӃn dao ÿӝng, tӯ ÿó kéo theo sӵ thay ÿәi ÿһc trѭng ÿӝng lӵc hӑc cӫa hӋ NӃu nhѭ có thӇ khӕng chӃ ÿѭӧc biên ÿӝ cNJng nhѭ tҫn sӕ cӫa sóng әn ÿӏnh cӫa kӃt cҩu xem nhѭ ÿѭӧc ÿiӅu khiӇn Vì vұy có thӇ xem sóng chҩt lӓng bӇ thơng sӕ quan trӑng nhҩt nghiên cӭu TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com vӅ TLD, ÿó thơng sӕ ÿѭӧc ÿҫu tѭ xem xét rҩt nhiӅu Các nhà khoa hӑc phát triӇn ba hѭӟng nghiên cӭu vӅ phân tích chuyӇn ÿӝng cӫa chҩt lӓng bӇ hѭӟng phân tích kiӇu Lagrangian, phân tích kiӇu Eulerian hoһc kӃt hӧp cҧ hai hѭӟng 1.2.1.1 Phân tích chuyӇn ÿӝng chҩt lӓng bҵng phѭѫng pháp Eulerian Phѭѫng pháp Eulerian ÿѭӧc sӱ dөng nhiӅu nhҩt phân tích chuyӇn ÿӝng cӫa chҩt lӓng nhӡ thuұn lӧi cӫa phѭѫng pháp biӃn dҥng lӟn ÿѭӧc kiӇm soát dӉ dàng nhѭng lҥi làm cho khӕi lѭӧng phѭѫng trình cҫn giҧi tăng lên nhiӅu hѫn viӋc tҥo lҥi lѭӟi phҫn tӱ sau mӛi bѭӟc thӡi gian tính tốn ÿӇ ÿҥt ÿѭӧc ÿӝ xác cho phép Thơng thѭӡng phѭѫng pháp Eulerian biӃn cҫn tìm áp suҩt ӣ nút cӫa chҩt lӓng (Zienkiewicz et al., 1983) Phѭѫng pháp Eulerian ÿӅ nghӏ bӣi Zienkiewicz Bettess, (1978) sӱ dөng áp suҩt làm biӃn cҫn tìm sau phân tích dүn ÿӃn viӋc giҧi quyӃt mӝt chuӛi ma trұn không ÿӕi xӭng, làm cho viӋc giҧi phѭѫng trình khơng ÿѫn giҧn Trong ÿó, Olson Bath (1985) lҥi xem thӃ vұn tӕc nhѭ biӃn cҫn tìm cịn áp suҩt thӫy ÿӝng biӃn phө miӅn chҩt lӓng ÿѭa toán vӅ dҥng ma trұn ÿӕi xӭng, giúp giҧi quyӃt phѭѫng trình dӉ hѫn nhiӅu, cҧ sӕ ҭn sӕ toán lӟn Bҵng cách giҧ thiӃt chҩt lӓng không nén ÿѭӧc, không nhӟt, không xoay, Aslam (1981) sӱ dөng phѭѫng pháp thӃ vұn tӕc (lҩy vұn tӕc làm ҭn) ÿӇ phân tích sóng chҩt lӓng cơng trình chӏu ÿӝng ÿҩt bӇ chӭa tuyӋt ÿӕi cӭng có dҥng ÿӕi xӭng trө Trong nghiên cӭu ÿó, Aslam ÿã ÿѭa vӅ cịn mӝt ҭn sӕ nhҩt khó khăn tốn viӋc phҧi giҧi quyӃt vҩn ÿӅ phi tuyӃn cӫa sóng ӣ mһt thống chҩt lӓng Aslam ÿã lӵa chӑn phѭѫng pháp Eulerian ÿѫn giҧn hóa bҵng cách bӓ qua mode bұc cao, nhiên cách chӍ có thӇ áp dөng cho sóng chҩt lӓng có biên ÿӝ khơng lӟn Ma trұn tѭѫng tác ÿó tӗn tҥi ÿҥo hàm theo thӡi gian cӫa vұn tӕc chҩt lӓng chuyӇn vӏ kӃt cҩu ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ mô phӓng ӭng xӱ tҥi mһt tѭѫng tác chҩt TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com lӓng – thành bӇ Phѭѫng pháp cӫa Aslam ÿѭӧc mӣ rӝng bӣi Babu Bhattacharyya (1996) ÿӇ xem xét ҧnh hѭӣng tѭѫng tác chҩt lӓng thành bӇ q trình dao ÿӝng cӫa sóng Phѭѫng pháp lһp ÿѭӧc ÿӅ xuҩt ÿӇ tính tốn chuyӇn vӏ cӫa sóng chҩt lӓng ngoҥi lӵc tác ÿӝng chuyӇn vӏ cӫa bӇ áp suҩt chҩt lӓng gây Theo hѭӟng tiӃp cұn khác, Kock Olson (1991) ÿӅ xuҩt phѭѫng pháp thӃ vұn tӕc phi tuyӃn vӟi khӕi lѭӧng thu gӑn ÿӇ tính tốn chuyӇn vӏ cӫa chҩt lӓng Mһc dù nghiên cӭu có nói ÿӃn khҧ ӭng dөng rӝng rãi cӫa phѭѫng pháp, nhѭng ví dө minh hӑa chӍ mӟi giӟi hҥn cho trѭӡng hӧp chuyӇn vӏ biên chҩt lӓng ÿӫ nhӓ 1.2.1.2 Phân tích chuyӇn ÿӝng chҩt lӓng bҵng phѭѫng pháp Lagrangian Bҵng cách sӱ dөng chuyӇn vӏ nhѭ biӃn cҫn tìm, phѭѫng pháp Lagrangian cho thҩy sӵ mơ tҧ rõ ràng hѫn cho mһt tѭѫng tác giҧi quyӃt vҩn ÿӅ dòng chҧy chi tiӃt hѫn Thuұn lӧi lӟn cӫa phѭѫng pháp Lagrangian so vӟi Eulerian khҧ tѭѫng thích vӟi phҫn mӅm ÿѭӧc xây dӵng nӅn tҧng phѭѫng pháp PTHH bӣi hҫu hӃt phҫn mӅm ӭng dөng phѭѫng pháp PTHH ÿӅu lҩy chuyӇn vӏ làm ҭn sӕ Nhѭng vҩn ÿӅ cӫa phѭѫng pháp Lagrangian sai sӕ cӫa toán sӁ rҩt lӟn lѭӟi phҫn tӱ tҥo không tӕt Trong hѭӟng tiӃp cұn trѭӟc ÿây, Hunt (1970 1971) ÿã ÿӅ cұp ÿӃn lý thuyӃt phҫn tӱ chҩt lӓng sӱ dөng tính chҩt vұt lý kӃt hӧp trӵc quan ÿӇ phân tích ҧnh hѭӣng cӫa sóng chҩt lӓng sӭc căng bӅ mһt (structural theory of fluid using physical reasoning and intuition to account for the effect of sloshing, surface tension) (Cook et al., 1973) Trong phѭѫng pháp cӫa Hunt, tính chҩt không nén ÿѭӧc cӫa chҩt lӓng ÿã ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ thiӃt lұp ÿiӅu kiӋn ràng buӝc nhҵm loҥi trӯ mӝt sӕ biӃn không cҫn thiӃt Hunt chӍ rҵng mӝt sӕ kӃt quҧ tҫn sӕ bҵng zero, sóng chҩt lӓng ÿѭӧc kӇ thêm vào tính tốn sӕ tҫn sӕ bҵng zero sӁ bӏ giҧm ÿi Trên cѫ bҧn, phҫn tӱ chҩt lӓng phѭѫng pháp PTHH theo mơ hình chuyӇn vӏ (Displacement – based formulation) loҥi phҫn tӱ ÿàn hӗi liên tөc có moÿun kháng cҳt bҵng TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com zero có tính chҩt khơng nén ÿѭӧc (Zienkwick, 1978) Trong tốn phân tích ÿӝng lӵc sӱ dөng hàm dҥng, loҥi phҫn tӱ có lѭӧng chuyӇn vӏ bҵng zero module kháng cҳt cӫa chҩt lӓng bҵng “khơng” Các hàm dҥng nhѭ vұy có thӇ ÿѭӧc loҥi trӯ bҵng cách ràng buӝc phҫn tӱ chҩt lӓng khơng có chuyӇn vӏ xoay (Zienkiewickz Bettess, 1978) Dӵa ÿӏnh lý Hamilton, Debongie (1986) ÿã thiӃt lұp mӝt sӕ phѭѫng trình vӅ dao ÿӝng bao gӗm cҧ chuyӇn ÿӝng cӫa sóng chҩt lӓng lүn rung ÿӝng âm hӑc Tuy nhiên, phѭѫng trình chӍ có thӇ ӭng dөng trѭӡng hӧp sóng chҩt lӓng tuyӃn tính khơng xét ÿӃn ӭng xӱ phi tuyӃn cӫa phҫn tӱ Ĉӕi vӟi phҫn tӱ chҩt lӓng có chuyӇn vӏ lӟn Bathe Hahn, 1979 ÿӅ xuҩt phѭѫng pháp Updated Lagrangian ÿӇ phát triӇn phҫn tӱ ÿҷng tham sӕ 2D 3D vӟi sӕ nút khác bҵng cách sӱ dөng lý thuyӃt vӅ khӕi lѭӧng chҩt lӓng dҥng thu gӑn Trong phѭѫng pháp ÿó Bathe có chӍ rҵng sóng chҩt lӓng có biên ÿӝ dao ÿӝng lӟn viӋc tҥo lѭӟi phҫn tӱ có thӇ bӏ ҧnh hѭӣng khơng tӕt dүn ÿӃn giҧm mӭc ÿӝ xác cӫa tốn ViӋc cұp nhұt lѭӟi phҫn tӱ ÿã không ÿѭӧc xét ÿӃn nghiên cӭu tұp trung vào viӋc phân tích ÿӝ cho chҩt lӓng phi tuyӃn ӕng Mӝt khuynh hѭӟng khác cӫa phѭѫng pháp phân tích theo Lagrangian viӋc xem vұn tӕc ӣ nút nhѭ biӃn cҫn tìm (Johnson, 1979; Bach Hassager, 1985) kӃt hӧp phѭѫng pháp hiӋu chӍnh vұn tӕc (Kawahara Anjyu, 1988; Okamoto Kawahara, 1990) KӃt quҧ cӫa hӑ cho thҩy chuyӇn ÿӝng sóng chҩt lӓng vӟi biên ÿӝ lӟn có thӇ ÿѭӧc phân tích bҵng phѭѫng pháp Tuy nhiên, cách có khó khăn khơng kӃt hӧp ÿѭӧc vӟi phҫn mӅm viӃt cѫ sӣ phѭѫng pháp PTHH 1.2.1.3 Phân tích chuyӇn ÿӝng chҩt lӓng bҵng cách kӃt hӧp cҧ hai phѭѫng pháp Cҧ hai phѭѫng pháp Lagrangian hay Eulerian ÿӅu có nhӳng thuұn lӧi nhӳng bҩt lӧi riêng, hoһc khӕi lѭӧng tính tốn q lӟn hoһc lӡi giҧi xác hҥn chӃ vӅ mơ hình toán Cho nên mӝt phѭѫng pháp mӟi ÿѭӧc ÿӡi phѭѫng pháp kӃt hӧp Eulerian – Lagrangian TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com có tên gӑi Arbitrary Lagrangian – Eulerian (ALE) nhҵm tұn dөng ÿѭӧc ѭu ÿiӇm cӫa cҧ phѭѫng pháp Lagrangian Eulerian Phѭѫng pháp ÿѭӧc Hughes et al giӟi thiӋu lҫn ÿҫu năm 1981 giҧi quyӃt vҩn ÿӅ dao ÿӝng sóng chҩt lӓng bҵng phѭѫng pháp PTHH giҧ thiӃt chҩt lӓng nhӟt không nén ÿѭӧc dӵa nӅn tҧng tӯ phѭѫng pháp Eulerian cӫa Hughes ÿӅ xuҩt năm 1978 Trong phѭѫng pháp ALE, ÿӕi vӟi viӋc cұp nhұt lҥi lѭӟi phҫn tӱ, bên cҥnh miӅn không gian miӅn vұt liӋu, Hughes giӟi thiӋu thêm miӅn tham chiӃu ÿѭӧc thành lұp bҵng cách áp dөng hàm ánh xҥ Khi lӵa chӑn ÿúng miӅn tham chiӃu hàm ánh xҥ, viӋc mơ tҧ tính chҩt ÿӝng hӑc cӫa mһt thống chҩt lӓng vҩn ÿӅ tѭѫng tác cӫa Chҩt Lӓng – Thành bӇ sӁ ÿѭӧc giҧi quyӃt thӓa ÿáng Hàm nӝi suy tuyӃn tính phѭѫng pháp Eulerian trӣ thành phi tuyӃn phѭѫng pháp ALE Do ÿó, khӕi lѭӧng tính toán bӏ tăng lên rҩt nhiӅu Phѭѫng pháp ALE sau ÿѭӧc mӣ rӝng bӣi Belytschko Flanagan (1982) cho phân tích ÿӝ chҩt lӓng dӵa lý thuyӃt dòng chҧy nhӟt nén ÿѭӧc Các nghiên cӭu trѭӟc ÿây sӱ dөng thuұt ngӳ “Quasi Eulerian” ÿӇ nhҩn mҥnh rҵng cҩu trúc cӫa phѭѫng trình chӫ ÿҥo dao ÿӝng chҩt lӓng tѭѫng tӵ nhѭ phѭѫng pháp Eulerian Và ÿӇ giҧm lҥi khӕi lѭӧng tính tốn vҩn ÿӅ phi tuyӃn ÿã ÿӅ cұp ӣ hai tác giҧ ÿã áp dөng thuұt tốn tích phân cҫu mӝt ÿiӇm, nhiên vҩn ÿӅ viӋc tҥo lѭӟi phҫn tӱ vүn chѭa giҧi quyӃt triӋt ÿӇ Liu Ma, (1982) trình bày vӅ ӭng dөng cӫa phѭѫng pháp ALE viӋc khҧo sát chuyӇn vӏ ӭng xӱ ÿӝng lӵc cӫa chҩt lӓng bӇ chӭa chӳ nhұt Trong phѭѫng pháp này, áp suҩt chѭa biӃt cӫa chҩt lӓng nhӟt ÿѭӧc loҥi bӓ nhӡ giҧ thiӃt không nén ÿѭӧc cӫa chҩt lӓng Ӭng dөng ÿѭӧc cho thành công nhҩt cӫa phѭѫng pháp ALE phân tích dao ÿӝng sóng chҩt lӓng vӟi biên ÿӝ lӟn ÿѭӧc thiӃt lұp bӣi Huerta Liu năm 1988 Trong nghiên cӭu cӫa hӑ, phѭѫng pháp kӃt hӧp áp suҩt – vұn tӕc cӝng thêm phѭѫng pháp dòng chҧy tҫng ÿӇ cұp nhұt lѭӟi phҫn tӱ có thӇ dùng mơ phӓng mһt thống chҩt lӓng sóng bӅ mһt vӟi biên ÿӝ lӟn TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com Vҩn ÿӅ yӃu phѭѫng pháp ALE làm cách ÿӇ tìm ÿѭӧc thuұt tốn thích hӧp ÿӇ miêu tҧ chuyӇn ÿӝng khác cӫa miӅn tham chiӃu, ÿó sӵ tҥo lѭӟi phҫn tӱ ÿѭӧc hình thành liên tөc nhҵm mơ phӓng xác chuyӇn ÿӝng bӅ mһt ÿӇ trì thѭӡng xuyên biӃn dҥng cӫa phҫn tӱ chҩt lӓng Housner (1967) ÿӅ nghӏ phân bӇ chӭa hình trө trịn làm loҥi bӇ dҥng thҩp bӇ dҥng cao, bӇ dҥng thҩp có H f / R d 0.15 cịn bӇ dҥng cao có H f / R ! 0.15 , ÿó H f chiӅu cao cӫa mӵc chҩt lӓng bӇ R bán kính cӫa bӇ chӭa Vӟi loҥi bӇ cao Housner xem nhѭ chӍ có 0.15R phҫn chҩt lӓng bên dѭӟi dao ÿӝng ÿӗng thӡi vӟi bӇ phҫn bên xem nhѭ dao ÿӝng riêng biӋt Bҵng cách sӱ dөng nghiên cӭu cӫa Housner Epstein (1976) ÿã vӁ ÿѭӡng cong thiӃt kӃ ÿӇ ѭӟc lѭӧng biӃn dҥng momen cӵc ÿҥi cho bӇ dҥng trө tròn dҥng chӳ nhұt Housner (1967) hay Epstein (1976) ÿӅu dӵa giҧ thuyӃt bӇ chӭa tuyӋt ÿӕi cӭng tѭѫng tác cӫa chҩt lӓng – thành ÿѭӧc bӓ qua Tuy nhiên, chҩt lӓng bӇ ӭng xӱ phӭc tҥp hѫn rҩt nhiӅu, nên nӃu xem thành bӇ tuyӋt ÿӕi cӭng kӻ sѭ ÿã thiӃt kӃ bӇ khơng an tồn ÿһc biӋt hiӋn tѭӧng cӝng hѭӣng xҧy Các nghiên cӭu ÿѭӧc phát triӇn tiӃp vӟi sӵ tұp trung vӅ vҩn ÿӅ kích thѭӟc cNJng nhѭ hình dҥng bӇ Sayar Baumganter (1982) ÿã trình bày nghiên cӭu cho cҧ sóng chҩt lӓng dao ÿӝng tuyӃn tính lүn phi tuyӃn cho bӇ chӭa hình trịn dӵa mơ hình Con Lҳc (Pendulum Model) ÿѭӧc ÿӅ xuҩt bӣi hӑ năm 1981 Bauer (1984) giӟi thiӋu mơ hình TLD mӟi cho bӇ chӭa chӳ nhұt vӟi mơ hình tҧi trӑng dҥng lị xo dӵa giҧ thiӃt bӇ chӭa dài vơ hҥn Modi ÿӗng nghiӋp (1987 1989) thӵc hiӋn mӝt chuӛi thí nghiӋm nghiên cӭu bҵng phѭѫng pháp giҧi tích vӅ “thiӃt bӏ kháng chҩn tӵ nhiên” vӟi bӇ chӭa hình vành khuyên chӏu tҧi trӑng ÿӝng Hӑ ÿã khҧo sát cѫ chӃ tiêu tán lѭӧng cӫa thiӃt bӏ kháng chҩn dҥng bҵng cách sӱ dөng lý thuyӃt vӅ hàm thӃ vұn tӕc phi tuyӃn kӃt hӧp vӟi viӋc hiӋu chӍnh ÿiӅu kiӋn biên Và tӯ TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com nghiên cӭu trên, kӻ sѭ ÿã ӭng dөng cho cơng trình sân bay Haneda Narita, Nhұt Bҧn (1991) Sau ÿó Kwok Samali (1990) khҧo sát ҧnh hѭӣng cӫa thiӃt bӏ kháng chҩn bҵng cӝt chҩt lӓng (TLCD) ÿѭӧc ÿӅ xuҩt bӣi Sakai cNJng nhѭ Kareem năm 1989 kӃt hӧp vӟi thiӃt bӏ kháng chҩn bҵng khӕi lѭӧng (TMD) nhѭ truyӅn thӕng KӃt quҧ mӝt mô hình mӟi hiӋu quҧ hѫn có tên gӑi thiӃt bӏ kháng chҩn bҵng khӕi lѭӧng dҥng cӝt chҩt lӓng (TLCMD) ÿѭӧc ÿӡi bҵng phân tích dao ÿӝng tӵ cӫa thiӃt bӏ Ӣ Nhұt Bҧn, Fujino et al (1988) nghiên cӭu TLD sӱ dөng mӵc nѭӟc nông mơ hình tốn hӑc ÿã ÿѭӧc Sun Limin (1992) giҧi quyӃt triӋt ÿӇ cho kӃt quҧ rҩt tӕt so vӟi thí nghiӋm bҵng bàn lҳc tiӃn hành bӣi Sun KӃt quҧ thí nghiӋm gҫn nhѭ trùng vӟi kӃt quҧ tính tốn bҵng lý thuyӃt Phѭѫng pháp cӫa Sun LM phѭѫng pháp bán giҧi tích (Semianalytical) có tên gӑi SOLA-VOF ÿã mơ phӓng ÿѭӧc tính chҩt phi tuyӃn cӫa chҩt lӓng bӇ nhѭng vӟi mơ hình vҩn ÿӅ sóng vӥ vүn chѭa ÿѭӧc giҧi quyӃt thӓa ÿáng Sun Limin (1992) ÿã không tiên lѭӧng ÿѭӧc hiӋn tѭӧng sóng vӥ xҧy nhѭng bҵng cách ÿѭa vào mơ hình hai hӋ sӕ phө chӍ rҵng hiӋn tѭӧng sóng vӥ xҧy kӃt cҩu vүn làm viӋc an tồn Các nhà nghiên cӭu khác cNJng có nhӳng cách tiӃp cұn riêng nhҵm tránh viӋc quan niӋm bӇ tuyӋt ÿӕi cӭng, chҷng hҥn Veletsos Yang (1974, 1976 1977) ÿã giҧ thiӃt rҵng q trình sóng nѭӟc dao ÿӝng bên bӇ bӇ sӁ có chuyӇn vӏ nhҩt ÿӏnh ÿó Yang (1976) tәng hӧp lҥi nghiên cӭu vӅ lӵc thӫy ÿӝng hình thành bên bӇ cho kӃt cҩu chӏu tҧi trӑng kích ÿӝng theo phѭѫng ngang ĈiӅu kiӋn biên cho miӅn chҩt lӓng cNJng ÿѭӧc nghiên cӭu lҥi bӣi Veletsos (1974) cѫ sӣ cӫa Jacobsen (1949) Trong nghiên cӭu ÿó, Veletsos xem nhѭ vұn tӕc cӫa chҩt lӓng ӣ mһt tѭѫng tác bҵng vұn tӕc chuyӇn ÿӝng cӫa thành bӇ ÿó cѫ sӣ cho tốn nghiên cӭu ҧnh hѭӣng trѭӡng cһp ÿôi (Coupling effect) cӫa BӇ Chӭa – KӃt Cҩu lӵc TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com thӫy ÿӝng khơng cịn giӕng nhѭ giҧ thiӃt bҵng khӕi lѭӧng nhân vӟi gia tӕc chuyӇn ÿӝng nӅn Nghiên cӭu ÿѭӧc Veletsos Tang (1987) giҧi quyӃt cho cҧ hai loҥi bӇ chӭa xem nhѭ tuyӋt ÿӕi cӭng lүn bӇ chӭa dҥng mӅm Năm 1997, Jin Kyu Yu ÿã giҧi quyӃt vҩn ÿӅ phi tuyӃn cӫa sóng chҩt lӓng bӇ chӭa bҵng cách xây dӵng mơ hình lý thuyӃt ÿi tӯ thӵc nghiӋm ÿѭa phѭѫng pháp Nonlinear Stiffness Method (Phѭѫng pháp ÿӝ cӭng phi tuyӃn) Random Choice Method (Phѭѫng pháp chӑn ngүu nhiên) ÿӇ xét hӃt khía cҥnh tính chҩt phi tuyӃn cӫa sóng chҩt lӓng bӇ chӭa 1.2.2 Các nghiên cӭu vӅ sӵ tѭѫng tác giӳa chҩt lӓng – thành bӇ Hҫu hӃt nghiên cӭu trѭӟc thұp niên 1980 chӫ yӃu tұp trung vào viӋc phân tích ÿӝng lӵc cӫa sóng chҩt lӓng cho cung cҩp cho kӻ sѭ mӝt công cө ÿѫn giҧn nhѭng ÿӫ ÿӝ xác ÿӇ thiӃt kӃ bӇ chӭa Bҵng cách giҧ thiӃt rҵng bӇ chӭa chҩt lӓng tuyӋt ÿӕi cӭng, chҩt lӓng bên ÿѭӧc xem nhѭ dao ÿӝng ÿӗng thӡi vӟi bӇ bӓ qua ҧnh hѭӣng ÿѭӧc tҥo sӵ tѭѫng tác cӫa Chҩt lӓng – Thành sѫ ÿӗ tính rҩt ÿѫn giҧn nhҵm tiӋn cho viӋc thiӃt kӃ nhanh chóng bӇ chӭa nѭӟc hay xăng dҫu vào thӡi ÿiӇm ÿó (Housner, 1967) Tuy nhiên, sau hѭ hӓng cӫa bӇ cơng trình trҧi qua ÿӝng ÿҩt ÿã làm ÿӝng lӵc thúc ÿҭy kӻ sѭ thiӃt kӃ nhà nghiên cӭu phҧi xem xét lҥi giҧ thiӃt trѭӟc ÿây Bӣi vì, dao ÿӝng bӇ, chҩt lӓng không dao ÿӝng ÿӗng thӡi vӟi bӇ mà toàn bӝ phҫn chҩt lӓng ÿѭӧc chia làm hai phҫn, phҫn chҩt lӓng bên dѭӟi dao ÿӝng ÿӗng thӡi vӟi bӇ phҫn bên dao ÿӝng tách rӡi so vӟi bên dѭӟi phҫn ÿó ÿѭӧc gӑi “sóng chҩt lӓng bӅ mһt” (Sloshing), phҫn sóng chҩt lӓng bӅ mһt dao ÿӝng không nhӳng không ÿӗng thӡi vӟi phҫn chҩt lӓng bên dѭӟi mà gây tѭѫng tác giӳa chҩt lӓng – thành bӇ dүn ÿӃn sӵ thay ÿәi ÿһc trѭng ÿӝng lӵc cӫa bӇ ngồi cịn tiêu tán mӝt phҫn lѭӧng kích thích thơng qua sӵ tѭѫng tác TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com Sun et al (1992) thiӃt lұp mơ hình tốn cho phân tích TLD vӟi bӇ chӭa chҩt lӓng có mӵc nѭӟc nơng có xét ÿӃn khҧ xuҩt hiӋn cӫa hiӋn tѭӧng sóng vӥ bҵng cách ÿѭa thêm vào thông sӕ xác ÿӏnh tӯ thí nghiӋm bàn lҳc có kӇ ÿӃn ҧnh hѭӣng cӫa tѭѫng tác chҩt lӓng – thành bӇ Nghiên cӭu vӅ sӵ tѭѫng tác giӳa chҩt lӓng – thành bӇ ÿѭӧc nghiên cӭu bӣi Chaiseri et al., 1989 dӵa nghiên cӭu trѭӟc ÿó cӫa Fujino Sun LM, 1988 vӅ mơ hình tốn hӑc Trong nghiên cӭu cӫa Chaiseri TLD ÿѭӧc gҳn vào cơng trình chӏu tҧi trӑng tác ÿӝng ÿiӅu hòa, thӵc nghiӋm ÿѭӧc tiӃn hành lҥi ÿӇ xác ÿӏnh tính hiӋu quҧ cӫa TLD cNJng nhѭ ҧnh hѭӣng cӫa tѭѫng tác chҩt lӓng – thành bӇ ÿӃn ÿһc trѭng ÿӝng lӵc cӫa hӋ Nhӡ sӵ phát triӇn ngày mҥnh cӫa cơng nghӋ máy tính, phѭѫng pháp sӕ ÿѭӧc ӭng dөng nhiӅu hѫn ÿӇ giҧi toán kӻ thuұt Phѭѫng pháp PTHH (Phҫn tӱ hӳu hҥn) trӣ nên vô mҥnh mӁ nhӡ cơng nghӋ máy tính ngày nhiӅu cơng trình nghiên cӭu vӅ TLD bҵng phѭѫng pháp PTHH ÿѭӧc ÿӡi, vҩn ÿӅ tѭѫng tác chҩt lӓng thành bӇ ÿѭӧc mô phӓng dӉ dàng hѫn nhiên hiӋn tѭӧng vүn cҫn ÿѭӧc xem xét kӻ hѫn nӳa ÿӇ có thӇ ӭng dөng áp dөng thӵc tӃ Swaroop K.Yalla Ahsan Kareem, 2001 ÿã có thêm nhӳng nghiên cӭu mӟi vӅ cách tiӃp cұn hiӋn tѭӧng thông qua ma trұn khӕi lѭӧng cӫa hӋ liên hӧp kӃt cҩu – chҩt lӓng Và mӝt kӃt luұn thú vӏ ÿã ÿѭӧc rút sӭc cҧn cӫa TLD ÿҥt ÿӃn ngѭӥng ÿó hiӋn tѭӧng tѭѫng tác khơng cịn tӗn tҥi nӳa sӵ hӧp nhҩt tҫn sӕ cӫa chҩt lӓng kӃt cҩu thành tҫn sӕ chung nhҩt Gҫn ÿây nhҩt ӣ hӝi nghӏ quӕc tӃ lҫn thӭ vӅ ÿӝng ÿҩt tә chӭc ӣ Ĉài Bҳc, Ĉài Loan ngày 12-13 tháng 10 năm 2006, Hanjun Li Yingmin ÿã dùng phҫn mӅm ADINA ÿӇ mô phӓng cơng trình có sӱ dөng TLD chӏu ÿӝng ÿҩt Tѭѫng tác cӫa chҩt lӓng thành bӇ cNJng ÿѭӧc gán vào thơng qua ÿiӅu kiӋn biên sҹn có KӃt quҧ hӑ rút ÿѭӧc kӃt luұn vӅ sӵ tѭѫng TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com quan giӳa tӹ lӋ khӕi lѭӧng tӹ lӋ tҫn sӕ riêng mà tҥi ÿó TLD phát huy tӕi ÿa khҧ giúp cho viӋc thiӃt kӃ ÿѭӧc dӉ dàng thuұn lӧi 1.2.3 Ӭng dөng cӫa thiӃt bӏ TLD viӋc kháng chҩn cho nhà cao tҫng Mӝt vài cơng trình sӱ dөng TLD ÿã ÿѭӧc xây dӵng tӯ rҩt sӟm ӣ Nhұt Bҧn, ví dө ÿiӇn hình tịa nhà Gold Tower ӣ Chiba, Nhұt sӱ dөng MCC Aqua Damper (hình 1.5) ÿó bӇ chӭa nѭӟc dҥng khӕi vӟi lѭӟi sӧi thép ÿѭӧc bӕ trí dӑc theo dịng chҧy chҩt lӓng bên bӇ Lӵc kháng chҩn ÿѭӧc hiӋu chӍnh bҵng cách sӱ dөng mӝt sӕ lѭӧng bӇ chӭa chҩt lӓng Cө thӇ ӣ tòa nhà Golden Tower ngѭӡi ta dùng 16 bӇ chӭa dҥng ӣ tҫng mái cơng trình (cao ÿӝ 158m) vӟi tәng khӕi lѭӧng chҩt lӓng lên ÿӃn 10 tҩn bҵng 1/100 khӕi lѭӧng cӫa tồn bӝ cơng trình Hình 1.5 – Thiit bb MCC Aqua Damper ͧ tòa nhà Chiba Sau thiӃt bӏ kháng chҩn ÿѭӧc gán vào công trình ngѭӡi ta ÿo ÿѭӧc phҧn ӭng cӫa kӃt cҩu trѭӟc tác ÿӝng cӫa tҧi trӑng ÿӝng ÿã giҧm ÿi khoҧng 50-60% so vӟi không sӱ dөng thiӃt bӏ kháng chҩn TLD TLD ӭng dөng khách sҥn Shin Yokohama Prince ӣ Nhұt Bҧn gӗm bӇ chӭa chҩt lӓng có ÿѭӡng kính 2m chiӅu cao 22cm, chiӅu cao tәng cӝng 2m ÿã giúp cho cơng trình giҧm ÿѭӧc 50-70% dao ÿӝng vұn tӕc gió 20m/s giúp giҧm hѫn nӳa nӃu tӕc ÿӝ gió cao TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com hѫn Gia tӕc cơng trình khơng sӱ dөng TLD 0.01(m / s ) cịn có TLD 0.006(m / s ) ThiӃt bӏ TLD dҥng cịn ÿѭӧc ӭng dӵng cơng trình ӣ sân bay quӕc tӃ Nagasaki, sân bay quӕc tӃ Tokyo, tịa nhà Yokohama (Tamura et al., 1985) Hình 1.6 – Thiit bb TLD ͧ Shin Yokohama Tower (Tamura et al., 1995) Ngồi cịn có rҩt nhiӅu cơng trình khác sӱ dөng thiӃt bӏ kháng chҩn chҩt lӓng nhѭng dҥng cӝt chҩt lӓng (Tuned Liquid Column Damper) chҷng hҥn nhѭ khách sҥn Cosima ӣ Tokyo cơng trình bҵng thép cao 26 tҫng vӟi ÿӝ cao mái 106.2m Cơng trình có tӹ sӕ chiӅu cao chiӅu rӝng lӟn vұy rҩt nhҥy cҧm vӟi tҧi gió ÿӝng Ӣ cơng trình này, ngѭӡi ta ÿã sӱ dөng mӝt TLCD nһng 58 tҩn có tên MOVICS (hình 1.7) ÿӇ kháng gió cho cơng trình Theo kӃt quҧ ÿo ÿҥc ÿѭӧc gia tӕc cӫa cơng trình ÿã giҧm ÿi 50-70% nhӡ thiӃt bӏ (Shimizu Tezura, 1994) TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com Hình 1.7 - Thiit bb TLCD cơng trình khách sdn Cosima, Tokyo Thêm vào ÿó, có thӇ thҩy TLD có ӭng dөng rҩt rӝng rãi kӇ cҧ kӃt cҩu dҥng ӕng khói hay cơng trình ngồi khѫi Hình 1.8 - ͘ng khói có s͵ ddͭng TLD ÿb kháng chhn TS Lѭѫng Văn Hҧi - luongvanhai@gmail.com Tóm lҥi, thơng qua viӋc tóm tҳt cơng trình nghiên cӭu trѭӟc, có thӇ rút tóm tҳt ÿã thӵc hiӋn ÿӕi vӟi TLD ÿӇ tӯ ÿó ÿһt hѭӟng nghiên cӭu sӁ thӵc hiӋn luұn văn là: Thӭ nhҩt nghiên cӭu chӫ yӃu tұp trung vào lý thuyӃt phân tích tuyӃn tính cӫa chҩt lӓng ӣ mһt thống tӭc biên ÿӝ dao ÿӝng cӫa sóng xem nhѭ ÿӫ nhӓ, mơ hình tốn ÿӇ phân tích tính chҩt phi tuyӃn cӫa sóng vүn chѭa ÿѭӧc tӕi ѭu ĈӇ tránh ÿѭӧc sӵ phӭc tҥp phân tích phi tuyӃn sóng chҩt lӓng ,mӝt sӕ nghiên cӭu giҧ thiӃt chӍ xem TLD nhѭ TMD nhiên ÿiӅu không thӓa ÿáng chӍ áp dөng ÿѭӧc ӣ mӝt mӭc ÿӝ tѭѫng ÿӕi Thӭ hai phân tích thѭӡng dӵa vào thӵc nghiӋm ÿӇ xây dӵng mӝt mơ hình sӕ sau ÿó giҧi quyӃt vҩn ÿӅ bҵng phѭѫng pháp giҧi tích ĈiӅu dүn ÿӃn sӵ ÿҫu tѭ rҩt nhiӅu vӅ tìm hiӇu tốn hӑc thuҫn túy mà ÿôi sӵ phӭc tҥp – ÿһc biӋt viӋc giҧi quyӃt ÿiӅu kiӋn biên làm cho phѭѫng pháp giҧi tích khơng có khҧ tìm ÿѭӧc nghiӋm thӵc Các nghiên cӭu vӅ thiӃt bӏ kháng chҩn sӱ dөng chҩt lӓng ÿã rҩt phong phú tӯ phân tích vӅ hình dҥng bӇ chӭa, chҩt lӓng sӱ dөng thiӃt bӏ, phѭѫng pháp tìm chuyӇn vӏ cӫa sóng chҩt lӓng, sӵ tiêu tán lѭӧng tính nhӟt cӫa chҩt lӓng, ҧnh hѭӣng cӫa góc nghiêng ÿáy bӇ ÿӃn dao ÿӝng cӫa sóng hay phӭc tҥp hѫn xét sӵ tѭѫng tác giӳa chҩt lӓng thành bӇ hoһc dӵ ÿốn vӅ hiӋn tѭӧng sóng vӥ … Tuy nhiên cịn rӡi rҥc rҩt nghiên cӭu xét mӝt cách tồn diӋn ӭng xӱ cӫa cơng trình có sӱ dөng TLD ÿһc biӋt có xét ÿӃn hiӋu ӭng tѭѫng tác ĈiӅu ÿó làm cho thӵc tӃ sӱ dөng TLD ÿӇ kháng chҩn rҩt giӟi hҥn, khó ÿѭӧc ÿѭa vào tiêu chuҭn thiӃt kӃ Sóng vӥ ÿѭӧc khҷng ÿӏnh hiӋn tѭӧng làm tiêu tán mӝt phҫn lѭӧng không nhӓ truyӅn vào TLD nhѭng viӋc tiên lѭӧng hiӋn tѭӧng xҧy mơ hình tốn vүn chѭa ÿѭӧc xác ÿӏnh Cuӕi nghiên cӭu trѭӟc ÿây chѭa xét hӃt tính chҩt cӫa TLD chҷng hҥn tѭѫng tác chҩt lӓng vӟi thành bӇ hay tѭѫng tác bӇ vӟi kӃt cҩu chӍ mӟi ÿѭӧc nghiên cӭu gҫn ÿây viӋc ӭng dөng tính chҩt vào thiӃt kӃ TLD chӍ dӯng lҥi ӣ giai ÿoҥn lý thuyӃt TaiLieuDaiHoc.com ... phә biӃn phân theo cao ÿӝ mӵc chҩt lӓng Theo ÿó thiӃt bӏ TLD có thӇ ÿѭӧc phân làm hai loҥi chính: (1) mӝt loҥi dùng mӵc nѭӟc nơng (2) loҥi cịn lҥi dùng mӵc nѭӟc sâu Khi tӹ sӕ chiӅu cao mӵc chҩt