Đang tải... (xem toàn văn)
(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu của công trình sử dụng hệ cản khối lượng chịu tải trọng động đất(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu của công trình sử dụng hệ cản khối lượng chịu tải trọng động đất(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu của công trình sử dụng hệ cản khối lượng chịu tải trọng động đất(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu của công trình sử dụng hệ cản khối lượng chịu tải trọng động đất(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu của công trình sử dụng hệ cản khối lượng chịu tải trọng động đất(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu của công trình sử dụng hệ cản khối lượng chịu tải trọng động đất(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu của công trình sử dụng hệ cản khối lượng chịu tải trọng động đất(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu của công trình sử dụng hệ cản khối lượng chịu tải trọng động đất(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu của công trình sử dụng hệ cản khối lượng chịu tải trọng động đất(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu của công trình sử dụng hệ cản khối lượng chịu tải trọng động đất(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu của công trình sử dụng hệ cản khối lượng chịu tải trọng động đất(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu của công trình sử dụng hệ cản khối lượng chịu tải trọng động đất(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu của công trình sử dụng hệ cản khối lượng chịu tải trọng động đất(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu của công trình sử dụng hệ cản khối lượng chịu tải trọng động đất(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu của công trình sử dụng hệ cản khối lượng chịu tải trọng động đất(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu của công trình sử dụng hệ cản khối lượng chịu tải trọng động đất(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu của công trình sử dụng hệ cản khối lượng chịu tải trọng động đất(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu của công trình sử dụng hệ cản khối lượng chịu tải trọng động đất(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu của công trình sử dụng hệ cản khối lượng chịu tải trọng động đất(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu của công trình sử dụng hệ cản khối lượng chịu tải trọng động đất(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu của công trình sử dụng hệ cản khối lượng chịu tải trọng động đất
LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Học viên Trần Duy Linh TP Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng năm 2015 ii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập thực luận văn, tận tình bảo, động viên thầy bạn bè để vượt qua khó khăn, tác giả hoàn thành luận văn theo định Phòng Đào Tạo Sau Đại Học Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật – Thành Phố Hồ Chí Minh Tơi xin trân trọng cảm ơn TS Phan Đức Huynh tận tình giúp đỡ, hướng dẫn cung cấp thơng tin cần thiết để tơi hồn thành luận văn thạc sĩ Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Khoa Xây Dựng Cơ Học Ứng Dụng trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Xin cảm ơn tất người thân gia đình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Vì kiến thức thời gian thực luận văn thạc sĩ có hạn nên khơng tránh khỏi hạn chế thiếu sót Tơi mong đóng góp q thầy giáo, bạn bè đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng năm 2015 iii TÓM TẮT LUẬN VĂN Ngày với biến đổi khí hậu tồn cầu, giới xảy số trận động đất với cường độ lớn gây hư hại cho nhiều cơng trình cao tầng, giải pháp chống động đất giới quan tâm nhiều Từ điều khiển dao động cơng trình kỹ sư ngày quan tâm nhằm tăng khả kháng chấn cho cơng trình Với hấp dẫn điều khiển kết cấu với số trận dư chấn nhỏ xảy Việt Nam thời gian gần thúc đẩy tác giả thực đề tài luận văn thạc sĩ Phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu cơng trình sử dụng hệ cản khối lượng(TMD) chịu tải trọng động đất Phương pháp TimeNewmark sử dụng để tính đáp ứng kết cấu xét đến ứng xử ngồi miền đàn hồi, có khơng có hệ cản khối lượng Xun suốt luận văn, tác giả đưa sở lý thuyết tính tốn, ví dụ minh họa cho khung nhà thép chịu tải trọng động đất lẫn miền đàn hồi vật liệu ứng với trận động đất khác Từ thấy tác dụng hệ cản khối lượng ảnh hưởng đến kết cấu động đất xảy iv MỤC LỤC: LÝ LỊCH CÁ NHÂN i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT LUẬN VĂN iv DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU vii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỂN DAO ĐỘNG 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Điều khiển bị động: 1.1.2 Điều khiển chủ động bán chủ động : 1.1.3 Điều khiển hỗn hợp (Hybrid control) : 1.2 Mục tiêu cần thiết luận văn 1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2.2 Mục đích đề tài : 1.2.3 Nhiệm vụ giới hạn đề tài : 1.2.4 Phương pháp nghiên cứu : CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái quát hệ cản khối lượng : 2.2 Mơ hình giả thiết tính tốn 2.2.1 Mơ hình tính 2.2.2 Các đặc trưng vật liệu 10 2.2.3 Các đặc trưng của tiết diện thép chữ I 12 2.3 Phương trình vi phân hệ 13 2.4 Thuật tốn giải phương trình chuyển động: 15 CHƯƠNG 3: VÍ DỤ TÍNH TỐN 19 3.1 Khung nhà tầng 19 3.1.1 Đáp ứng kết cấu ứng với dao động tự : 20 3.1.2 Đáp ứng kết cấu tải trọng động đất Elcentro: 22 3.2 Kết cấu chín tầng: 31 v 3.2.1 Đáp ứng kết cấu tải trọng động đất Hachinole: 32 3.2.2 Đáp ứng kết cấu tải trọng gió: 41 3.3 Khung nhà hai mươi tầng 45 3.3.1 Đáp ứng kết cấu chịu tải trọng động đất Kobe 47 3.3.2 Đáp ứng kết cấu chịu tải trọng gió: 51 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 55 4.1 Kết luận 55 4.2 Kiến nghị 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 PHỤ LỤC 59 vi DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU M, K , C Ma trận khối lượng ,độ cứng ma trận cản m, md Khối lượng kết cấu, khối lượng TMD x, x, x Vecto chuyển vị, vận tốc, gia tốc xg Gia tốc Fs Vecto lực đàn hồi P Vecto ngoại lực Wp Moment kháng uốn dẻo t Bước thời gian Tần số góc Thơng số cản T Chu kỳ dao động E Mô đun đàn hồi kp Độ cứng dẻo Tỷ số khối lượng TMD kết cấu Mx, My Mơment uốn Wi Áp lực gió L Chiều dài I Moment quán tính Một số ký hiệu khác thể rõ nội dung luận văn vii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỂN DAO ĐỘNG 1.1 Giới thiệu chung - Điều khiển dao động cơng trình nhánh ngành động lực học cơng trình lãnh vực khoa học Trên giới, lãnh vực điều khiển dao động nghiên cứu đưa vào sử dụng thực tế cách mạnh mẽ gần thập kỷ gần tính ưu việt tính giảm chấn cho cơng trình - Điều khiển dao động gắn liền với loại hệ cản mà cơng trình trang bị Mỗi loại hệ cản điều có đặc trưng hay ưu khuyến điểm riêng loại tải trọng (tải trọng gió, tải trọng động đất, hay tải trọng dạng xung), dạng cơng trình (cao thấp tầng) hay cách thức điều khiển hệ cản - Việt Nam nằm khu vực chịu ảnh hưởng động đất Các trận động đất mạnh xảy lịch sử thường tập trung tỉnh miền núi trung du phía Bắc Tuy nhiên, năm gấn Việt Nam chịu ảnh hưởng trận dư chấn mạnh từ động đất Philippines,Thailand, Myanmar… Bên cạnh đó, trước xu hướng phát triển đô thị đại với tòa nhà cao tầng nhiều chức năng, việc nghiên cứu ứng dụng giải pháp chống động đất trở thành địi hỏi cần thiết - Chính ngun nhân mà hàng loạt chuyên đề nói giải pháp tăng cường khả chống động đất cho cơng trình ngày nhiều Dựa sở luận văn có, tác giả thực chun đề phân tích đáp ứng động lực học có xét đến phi tuyến vật liệu cơng trình sử dụng hệ cản khối lượng(TMD)chịu tải trọng động đất - Có hai giải pháp cho cơng trình chịu tác động loại tải trọng động( gió, động đất…) : + Dựa kết hợp độ cứng cấu kiện hệ cột, lõi cứng, dầm sàn…, ngồi theo lý thuyết học hình dáng cơng trình, vật liệu xây dựng góp phần đáng kể vào khả chống lại tải trọng động bên ngồi Tuy nhiên phải chấp nhận cơng trình bị nứt, hư hại hay sụp đổ có tải trọng động đặc biệt tải trọng động đất tác động vào + Sử dụng thiết bị điều khiển nhằm hỗ trợ trình tiêu tán lượng kết cấu tải trọng tác động vào cơng trình Hình 1.1: Sơ đồ tổng quan điều khiển kết cấu 1.1.1 Điều khiển bị động: Các hệ thống điều khiển bị động có khả hấp thu tiêu tán lượng, từ làm giảm phản ứng mức độ hư hại kết cấu Thiết bị điều khiển bị động loại thiết bị không cần nguồn lượng cung cấp Các loại thiết bị điều khiển bị động thường dùng là: hệ cản khối lượng (Mass dampers), hệ cản chất lỏng nhớt (Viscous fluid dampers), hệ lập móng (Base isolation)… Hình 1.2: Điều khiển bị động với Tuned Mass Dampers(Buri Khalifa) Hình 1.3: Điều khiển kết cấu với Base Isolation 1.1.2 Điều khiển chủ động bán chủ động : - Điều khiển chủ động hiểu hệ điều khiển bị động trang bị thêm tác động( actuators), tác động cung cấp nguồn lượng định Dưới tác động tải trọng động bên ngoài, kết cấu có phản ứng định, phản ứng thu nhận qua cảm biến(sensors) bố trí kết cấu Các thơng tin đưa vào điều khiển(controller), điều khiển phát tín hiệu cho tác động để tác động lại phản ứng kết cấu để tối thiểu hóa hư hỏng kết cấu - Điều khiển bán chủ động, nguyên tắc không khác điều khiển chủ động, có nguồn lượng cung cấp thấp nhiều so với điều khiển chủ động 1.1.3 Điều khiển hỗn hợp (Hybrid control) : Điều khiển hỗn hợp cách thức kết hợp thông minh hệ cản chủ động bị động Khi lực kích thích nhỏ hệ làm việc hệ bị động, lực kích thích lớn hệ làm việc điều khiển hệ bán chủ động 1.2 Mục tiêu cần thiết luận văn 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước Các nghiên cứu giới điều khiển dao động đa dạng chủng loại hệ cản Rất nhiều nghiên cứu đưa vào áp dụng cơng trình thực tế: Base Isolation Systems ( Hệ cô lập dao động), Tuned Mass Dampers (Hệ cản điều chỉnh khối lượng), Controlled Stiffness Dampers (Hệ cản có độ cứng thay đổi), Viscous Fluid Dampers (Hệ cản chất lỏng nhớt Các báo quốc tế điều kiển dao động kể đến như: Hệ cản điều chỉnh khối lượng: K.C.S Kwok, B Samali – Performance of tuned mass dampers under wind loads Hệ cản chất lỏng nhớt: Robert J MCNAMARA and Douglas P Taylor – Fluid viscous dampers for high-rise buildings Hệ cản ma sát: Servio Tulio de la Cruz Chaùidez – Contribution to the Assessment of the Efficiency of Friction Dissipators for Seismic Protection of Buildings Hệ điều chỉnh khối lượng: Chi- Chang Lin, Jin-Min Ueng - Seismic response reduction of irregular buildings using passive tuned mass dampers Nghiên cứu thiết kế đơn giản hệ cản khối lượng: Rahul Rana and T T Soong Parametric study and simplified design of tuned mass dampers Khảo sát hệ giảm chấn khối lượng: T Pinkaew, P Lukkunaprasit, P Chatupote Seismic effectiveness of tuned mass dampers for damage reduction of structures Khảo sát kết cấu với hệ giảm chấn khối lượng : Y.Q Guo, W.Q Chen - Dynamic analysis of space structures with multiple tuned mass dampers Các nghiên cứu nước : title('\bf k_p=60%k') xlabel('\bf Time (s)','Color','b'); ylabel('\bf Displacement (cm)','Color','r') %% clear clc commandwindow close all %% MDF n=2; m1=10000; H1=5; %% Stiffness E_material=2.1e4; % kN/cm^2 Ib=3e100; % cm^4 Ic=4610; % cm^4 H=500; % cm L=1000; % cm km=12*E_material*(6*Ib*Ic*H+Ic^2*L)/(H^3*(3*Ib*H+2*Ic*L)); % kN/cm km=km*1e5; nuy=0.02; m2=nuy*m1; fk=1/(1+nuy)*sqrt((2-nuy)/2); fc=sqrt(3*nuy/(8*(1+nuy)))*sqrt(2/(2-nuy)); omega=sqrt(km/m1); kd=(fk)^2*omega^2*m2; cd=2*fc*fk*omega*m2; %% Mass ms=[m1 m2]'; % kg ks=[km kd]'; cs=zeros(n,1); %% Mass,stiffness,damping Matrix [Ms,Ks,Ds]=connection_matrices(ms,cs,ks,n); [V,eigenvalue]=eig(Ks,Ms); omega_n=diag(eigenvalue.^0.5) ; T_n=(2*pi)./omega_n; %% Evaluate the damping matrix with Rayleigh method zeta_s=ones(2,1)*0.05; % Damping ratios for first and second modes a_0=zeta_s(1)*(2*omega_n(1)*omega_n(2))/(omega_n(1)+omega_n(2)); a_1=zeta_s(1)*2/(omega_n(1)+omega_n(2)); Ds=a_0*Ms+a_1*Ks; %% Column Properties f_p=[10.32 1023]'*10^4; % N k_p=0.8*ks+zeros(n,1); xs_limit=f_p/ks*ones(n,1); Mp=[3.8 3800]'*10^5; %Nm C_pro=[ks k_p f_p xs_limit Mp]; %% Time steps t_s=0.0; t_f=20; delta_t=0.00125; t=t_s:delta_t:t_f ; 64 nt=((t_f-t_s)/delta_t)+1 ; %% Input load % ElCentro_data_00125 load ElCentro_data_00125 if length(ElCentro)