Phân tích động lực học của bể nước ngầm chịu gia tốc nền động đất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ∞0∞ ĐẶNG DUY LINH PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA BỂ NƯỚC NGẦM CHỊU GIA TỐC NỀN ĐỘNG ĐẤT Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số chuyên ngành: 58 02 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG Giảng viên hướng dẫn: PGS TS NGUYỄN TRỌNG PHƯỚC TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc GIẤY XÁC NHẬN Tôi tên là: Đặng Duy Linh Ngày sinh: 22/09/1985 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã học viên: 1885802080007 Tôi đồng ý cung cấp tồn văn thơng tin luận văn tốt nghiệp hợp lệ quyền cho Thư viện trường đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh Thư viện trường đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh kết nối tồn văn thơng tin luận văn tốt nghiệp vào hệ thống thông tin khoa học Sở Khoa học Cơng nghệ Thành phố Hồ Chí Minh Ký tên Đặng Duy Linh CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Ý KIẾN CHO PHÉP BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Trọng Phước Học viên thực hiện: Đặng Duy Linh Ngày sinh: 22/09/1985 Lớp: MCON018B Nơi sinh: Quảng Ngãi Tên đề tài: Phân tích động lực học bể nước ngầm chịu gia tốc động đất Ý kiến giáo viên hướng dẫn việc cho phép học viên: Đặng Duy Linh bảo vệ luận văn trước Hội đồng: Học viên Đặng Duy Linh hoàn thành nội dung luận văn thạc sỹ; phần kết công bố 01 báo đăng Tạp chí Xây dựng Tơi đồng ý để Học viên Linh bảo vệ Luận văn trước Hội đồng chấm Luận văn Trường Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng năm 2021 Người nhận xét Nguyễn Trọng Phước LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận văn “Phân tích động lực học bể nước ngầm chịu gia tốc động đất” nghiên cứu tơi Ngoại trừ tài liệu tham khảo trích dẫn luận văn này, tơi cam đoan toàn phần hay phần nhỏ luận văn chưa công bố sử dụng để nhận cấp nơi khác Khơng có sản phẩm/nghiên cứu người khác sử dụng luận văn mà khơng trích dẫn theo quy định Luận văn chưa nộp để nhận cấp trường đại học sở đào tạo khác TP Hồ Chí Minh, năm 2021 Đặng Duy Linh i LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tác giả muốn gởi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Cơ nhiệt tình giảng dạy tạo điều kiện nghiên cứu thời gian tác giả học tập chương trình đào tạo thạc sỹ Ngành Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại Học Mở TP Hồ Chí Minh Đây hội quý báu mà tác giả có Và hết, tác giả mong muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Nguyễn Trọng Phước người trực tiếp hướng dẫn tác giả toàn chặng đường vừa qua để tác giả hồn thành luận văn Thầy tạo điều kiện tốt nhanh chóng giúp đỡ tác giả có tài liệu tham khảo uốn nắn câu chữ Và hết thầy truyền thụ tinh thần hăng say làm việc để tác giả tiếp tục cố gắng cho nghiên cứu tương lai Cuối cùng, xin ghi nhận giúp đỡ gia đình ln bên cạnh động viên khuyến khích suốt thời gian học tập vừa qua Xin chân thành cảm ơn! TP Hồ Chí Minh, năm 2021 Đặng Duy Linh ii TÓM TẮT Nghiên cứu phân tích ứng xử động bể nước ngầm chịu tác động tải trọng động có xét tương tác nước kết cấu Kết cấu bể nước ngầm nước chứa bể đất bên xung rời rạc hóa phương pháp phần tử hữu hạn khối chất rắn lỏng chất rời, có xét đến tượng tương tác động đa mơi trường phần mềm ANSYS có can thiệp mô đun khác Tải trọng động dùng tải điều hịa có tần số thay đổi bao phủ tần số riêng hệ; gia tốc động đất chọn có phổ tần số trội gần với tần số riêng kết cấu Bài toán dao động tự nhiên, chuyển động chịu tải trọng động giải mơ đun phân tích động ANSYS với tần số thay đổi cho đáp ứng động kết cấu miền tần số Để đạt kết phân tích cần nhiều tài nguyên xử lý máy tính số lượng ẩn số chuyển vị toán lớn lên đến hàng chục triệu Kết cấu phân tích mơ hình chi tiết phần tử hữu hạn khối nên có ý nghĩa mô tả ứng xử thật hệ Kết số cho thấy mực nước bể tăng tần số dao động riêng giảm đáng kể, tức hệ mềm giảm gần tuyến tính với mực nước bể chứa; Ngồi ra, chuyển vị động tăng lên đáng kể hệ chịu tải trọng điều hịa nhiều tình gia tốc động đất, thiên hướng làm cho kết cấu trở nên nguy hiểm có xét tượng tương tác động iii ABSTRACT This study analyzes the dynamic behavior of underground water tanks under the harmonic loads and ground acceleration of earthquakes considering water and structural interactions The structure of the underground water tank and the water in the tank and soil of the foundation are discretized by the finite element method with solid and liquid elements, taking into account the phenomenon of multienvironment interactions using ANSYS software The loads are applied as variable frequency harmonic loads depending on the natural frequency of the structure and ground acceleration of earthquakes peak frequency nearly chosen with the system The good numerical results heavily require computer processing resources because the number of displacement unknowns in the problem is approximately tens of millions With the model by finite element method, the solutions are convergent to the true behavior of the dynamic response of the system The numerical results show that the water level has a significant effect on the dynamic characteristic of the structural system and the dynamic response of water tank interaction under the dynamic loads and ground acceleration almost have more increasing dynamic displacements than others without the effect of the interaction Therefore, it can be seen that the study has meaning practice iv MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Tóm tắt iii Abstract iv Mục lục v Danh mục bảng biểu hình vẽ vii CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu luận văn 1.3 Phương pháp thực 1.4 Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN 2.1 Giới thiệu chương 2.2 Các nghiên cứu tương tác chất lỏng - kết cấu bể 2.3 Một số nghiên cứu bể chứa chất lỏng 2.4 Kết luận chương 19 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20 3.1 Giới thiệu chương 20 3.2 Lý thuyết đặc trưng chất lỏng 20 3.3 Lý thuyết tương tác chất lỏng thành bể 24 3.4 Phần mềm sử dụng để mơ phân tích kết cấu 29 3.5 Phần tử tương tác phần mềm Ansys 32 3.6 Kết luận chương 36 CHƯƠNG PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC BỂ NƯỚC NGẦM 37 4.1 Giới thiệu chương 37 4.2 Các thông số bể chứa nước ngầm 38 v 4.3 Dao động tự bể chứa nước ngầm 41 4.3.1 Bể không chứa nước 42 4.3.2 Kiểm chứng lời giải phần tử nước 43 4.3.2 Ảnh hưởng mực nước đến dao động riêng 46 4.4 Bể chịu tải điều hòa 49 4.4.1 Trường hợp bể nước ngầm không chứa nước 49 4.4.2 Trường hợp bể nước ngầm có mực nước thay đổi 50 4.5 Bể chịu gia tốc động đất 54 4.6 Bàn luận kết 58 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 59 Tài liệu tham khảo 61 Bài báo công bố 64 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 4.1 Thông số hình học mơ hình bể chứa nước ngầm cần phân tích 39 Bảng 4.2 Thông số đặc trưng vật liệu 39 Bảng 4.3 Thơng số thể tích khối lượng thành phần kết cấu 40 Bảng 4.4 Bảng chia phần tử mơ hình 41 Bảng 4.5 Sáu tần số dao động riêng bể không nước 43 Bảng 4.6 Tần số riêng bể khơng nước, bể chứa nước (1cm) so với 1m 2m 44 Bảng 4.7 Kết phân tích tần số bể chứa mực nước thay đổi 46 Bảng 4.8 Chênh lệch tần số dao động bể chứa mực nước thay đổi 47 Bảng 4.9 Độ tăng chuyển vị đỉnh cộng hưởng bể chứa mực nước 53 Bảng 4.10 Bảng độ tăng chuyển vị lớn thành bể chứa mực nước 57 vii Luan van Linh Ver 02 08 2021 Nguyen T Phuoc Ngày Nộp: 02-thg 8-2021 08:59SA (UTC+0700) ID Bài Nộp: 1626714486 Tên Tập tin: 13._5_chuong_de_kiem_tra_dao_van_LINH_DA_SUA.pdf (3.04M) Đếm từ: 18289 Đếm ký tự: 61987 Luan van Linh Ver 02 08 2021 BÁO CÁO ĐỘC SÁNG 25 % CHỈ SỐ TƯƠNG ĐỒNG 23% NGUỒN INTERNET 13% ẤN PHẨM XUẤT BẢN % BÀI CỦA HỌC SINH NGUỒN CHÍNH www.goldenbase.vn 5% tailieu.vn 4% VNUA 2% www.ctu.edu.vn 1% luanvan.co 1% loga.vn 1% ibst.vn 1% www.scribd.com 1% Hanoi Pedagogycal University 1% Nguồn Internet Nguồn Internet Xuất Nguồn Internet Nguồn Internet Nguồn Internet Nguồn Internet Nguồn Internet Xuất 10 vi.wikipedia.org