Một Phương Pháp Đánh Giá Mức Độ An Toàn Của Kết Cấu Khung Chịu Tải Trọng Động Theo Lý Thuyết Tập Mờ.pdf

Untitled Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Tr­êng ®¹i häc x©y dùng  Lª c«ng duy MéT ph­¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña kÕt cÊu khung chÞu t¶I träng ®éng theo lý thuyÕt tËp mê Chuyªn ngµnh Kü thuËt x©y dùng[.]

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học xây dùng - - Lê công MộT phương pháp đánh giá mức độ an toàn kết cấu khung chịu tảI trọng động theo lý thuyết tập mờ Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng công nghiệp Mà số 62.58.02.08 luận án tiến sỹ kỹ thuật Hà Nội 2014 Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học xây dựng - - Lê công MộT phương pháp đánh giá mức độ an toàn kết cấu khung chịu tảI trọng động theo lý thuyết tập mờ Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng công nghiệp Mà số 62.58.02.08 luận án tiến sỹ kỹ thuật Người hướng dẫn khoa học Gs.Ts lê xuân huỳnh Hà Nội 2014 Mở đầu ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cøu ý nghÜa khoa häc: Trong tÝnh to¸n kÕt cấu thường gặp đại lượng đầu vào thuộc kết cấu tác động hàm chứa thông tin ngẫu nhiên, không rõ ràng, xác hóa, đại lượng gọi đại lượng không chắn Từ trước đến thường tính toán kết cấu công trình theo ứng suất cho phép theo trạng thái giới hạn Tính toán theo phương pháp chưa phản ánh toàn diện làm việc kết cấu chưa kể đến ảnh hưởng yếu tố mang tính chất ngẫu nhiên, mang tính không rõ ràng hay nói cách khác chưa kể đến yếu tố mang tính chất không chắn tác động đến kết cấu, nhiều trường hợp thực tế công trình xảy hư hỏng tính toán kết cấu công trình với hệ số an toàn tương đối lớn Để mô tả đại lượng không chắn, người ta dùng số khoảng, đại lượng ngẫu nhiên, số mờ, đại lượng ngẫu nhiên-mờ Những đại lượng không chắn biểu diễn dạng đại lượng ngẫu nhiên tính toán theo mô hình ngẫu nhiên Phân tích đánh giá kết cấu theo mô hình ngẫu nhiên lý thuyết độ tin cậy đà có nhiều nghiên cứu Trong trường hợp đại lượng không chắn mô tả dạng số mờ, việc phân tích đánh giá phải thực theo mô hình mờ Mô hình lĩnh vực xây dựng đà có kết bước đầu Tuy vậy, tính chất hình thức mô tả đại lượng không chắn gần với thực tế nên mô hình nhà nghiên cứu quan tâm phát triển Đề tài luận án liên quan đến hai nội dung mô hình này, phân tích trạng thái kết cấu đánh giá mức độ an toàn kết cấu trường hợp số đại lượng không chắn đầu vào toán mô tả dạng số mờ ý nghĩa thực tiễn: Mức độ an toàn kết cấu vấn đề đặc biệt quan tâm công tác thiết kế tính toán kết cấu công trình Hiện giới Việt Nam công trình nhà nhiều tầng xây dựng ngày nhiều mà dao động công trình làm ảnh hưởng đến việc sử dụng sinh hoạt người Vì việc nghiên cứu phương pháp đánh giá mức độ an toàn cho kết cấu nói chung khung nhà nhiều tầng nói riêng vấn đề cần quan tâm Trên sở đánh giá mức độ an toàn kết cấu tham khảo để điều chỉnh tham số thiết kế cho dao động công trình thỏa mÃn tiêu chuẩn kỹ thuật tiêu chuẩn sử dụng người Mục tiêu nội dung nghiên cứu đề tài a Mục tiêu nghiên cứu đề tài Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tập mờ, đề xuất cách giải phương trình phương pháp PTHH có tham số đầu vào mờ, đồng thời vận dụng chứng minh công thức đánh giá độ tin cậy mờ kết cấu áp dụng tính toán khung nhiều tầng chịu tải trọng động trường hợp yếu tố tác động đến kết cấu độ cản kết cấu, đặc trưng vật liệu đặc trưng tải trọng động (biên độ tần số) xét dạng số mờ tam giác b Nội dung nghiên cứu đề tài Vận dụng sở lý thuyết tập mờ, thuật toán hỗ trợ cho việc tính toán số mờ, kết hợp với phần mềm Maple.13 tính toán số mờ Nghiên cứu phân tích phương pháp đánh giá mức độ an toàn cho kết cấu theo quan điểm ngẫu nhiên lý thuyết xác suất quan điểm lý thuyết tập mờ, từ triển khai chứng minh công thức đánh giá mức độ an toàn cho kết cấu theo lý thuyết tập mờ Nghiên cứu phương pháp phần tử hữu hạn trường hợp có tham số mờ, đồng thời đề xuất cách giải phương trình đại số tuyến tính có tham số mờ ứng dụng cách giải để giải phương trình phương pháp phần tử hữu hạn phân tích kết cấu chịu tải trọng tĩnh có tham số đầu vào dạng số mờ tam giác Nghiên cứu mô hình tính kết cấu khung chịu tải trọng động, thiết lập phương trình dao động cho kết cấu khung phẳng nhiều tầng chịu tải trọng động trường hợp có tham số đầu vào mờ ứng dụng công thức triển khai để đánh giá mức độ an toàn cho kết cấu khung trường hợp yếu tố đầu vào kết cấu đặc trưng vật liệu, khối lượng, độ cản kết cấu đặc trưng tải trọng động mô số mờ dạng tam giác; việc tính toán so sánh kết với số phương pháp đánh giá khác trình bày luận án Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với ứng dụng tính toán số máy tính Về lý thut, thu thËp tµi liƯu n­íc vµ n­íc vấn đề tính mức độ an toàn cho kết cấu theo mô hình ngẫu nhiên mô hình mờ Nghiên cứu áp dụng lý thuyết tập mờ mô tải trọng động hệ số cản kết cấu số mờ Nghiên cứu lý thuyết áp dụng giải toán chịu tải trọng động trường hợp có tham số mờ Sử dụng phần mềm Maple.13 để xây dựng bước giải phương trình đại số tuyến tính có tham số mờ áp dụng giải toán phân tích tĩnh động kết cấu phương pháp PTHH có tham số mờ Cấu trúc luận án Luận án gồm có : Phần mở đầu, chương, phần kết luận, danh mục tài liệu tham khảo phụ lục tính toán Trong phần mở đầu luận án trình bày ý nghĩa khoa học , ý nghĩa thực tiễn đề tài nghiên cứu, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu cấu trúc luận án Chương trình bày tổng quan lý thuyết đánh giá mức độ an toàn kết cấu giới Việt Nam, đồng thời phân tích số mô hình đánh giá mức độ an toàn kết cấu công trình đà công bố theo quan điểm ngẫu nhiên lý thuyết xác suất theo quan ®iĨm mê cđa lý thut tËp mê, tõ ®ã định hướng giới hạn phạm vi cho việc nghiên cứu giải mục tiêu đà xác định luận án Chương trình bày nội dung vỊ lý thut tËp mê, c¸c tht to¸n cđa sè học mờ dùng để tính toán số mờ Từ đề xuất cách giải phương trình đại số có tham số mờ đồng thời áp dụng cách giải để giải phương trình phương pháp phần tử hữu hạn có tham số mờ ứng dụng tính toán kết cấu phẳng chiều khung phẳng chịu tải trọng tĩnh với tham số mờ đặc trưng hình học, đặc trưng vật liệu đặc trưng tải trọng tác động xét dạng số mờ tam giác Chương trình bày ý tưởng vận dụng triển khai công thức đánh giá mức độ an toàn kết cấu theo lý thuyết tập mờ Công thức đánh giá triển khai chứng minh trường hợp tổng quát với hai tập mờ dùng để đánh giá có hàm thuộc dạng bất kỳ, trường hợp hai tập mờ có hàm thuộc dạng tam giác Chương trình bày số phương pháp xây dựng hàm thuộc cho đại lượng mờ sở lý thuyết tập mờ, ứng dụng phương pháp xây dựng hàm thuộc cho đặc trưng tải trọng động hệ số cản kết cấu theo lý thuyết tập mờ Chương trình bày mô hình tính kết cấu khung chịu tải trọng động trường hợp có tham số mờ, ứng dụng công thức đề xuất để đánh giá mức độ an toàn cho kết cấu khung phẳng nhiều tầng chịu tải trọng động trường hợp yếu tố đầu vào kết cấu đặc trưng vật liệu, khối lượng, độ cản kết cấu đặc trưng tải trọng động xét dạng tập mờ tam giác, đồng thời tính toán so sánh kết với vài phương pháp đánh giá khác trình bày luận án Trong phần kết luận nêu lên kết đóng góp luận án Cuối kết luận nêu định hướng nghiên cứu Phần phụ lục trình bày bước tính toán chi tiết phần ứng dụng luận án, giới thiệu chương trình máy tính bổ trợ cho việc tính toán kết luận án CHƯƠNG TổNG QUAN vấn đề nghiên cứu 1.1 Tổng quan lý thuyết đánh giá mức độ an toàn kết cấu Mức độ an toàn hay độ tin cậy kết cấu công trình nói riêng sản phẩm nói chung vấn đề quan trọng hàng đầu Công trình hay sản phẩm phải đáp ứng tiêu chuẩn tiêu chí đặt nhằm đảm bảo chất lượng cho sản phẩm hay công trình không bị hư hỏng, không bị phá hỏng đưa vào sử dụng trình sử dụng Mức độ an toàn hay độ tin cậy công trình tiêu chí chÊt l­ỵng quan träng cđa bÊt kú hƯ thèng kü thuật Vì vậy, đánh giá mc lm vic an ton ca kt cu công trình l mt nhng nhim v quan trng nht ca công tác thit kế chẩn đo¸n kỹ thuật Nội dung đ¸nh gi¸ dẫn đến dạng to¸n so s¸nh hai tập hợp Tp th nht (Q) cha thông tin c trng cho trạng th¸i làm việc kết cấu th­êng gäi tập hiệu ứng tải trọng kết cấu v th hai (R) cha thông tin c trng nng lc ca kt cu thường gọi tập khả kết cấu, c thit k theo mt tiêu chun cht lng no ó Đánh giá mức độ an toàn hay độ tin cậy kết cấu xác định thử nghiệm [37] Các phận hệ toàn hệ thử nghiệm xuất cố hư hỏng, phá hđy Thêi gian xt hiƯn sù cè h­ háng, lo¹i cố hư hỏng thời gian gia cố sữa chữa lưu lại Các thông tin thời gian sử dụng thông thường lưu lại đưa vào sở liệu Sau trình phân tích thống kê sử dụng để xác định độ tin cậy toàn hệ, ước lượng rủi ro nâng cao độ tin cậy cho hệ Thực tế thiết kế kỹ thuật đà có bước phát triển đáng kể đà có phương pháp tính toán thiết kế phương pháp thiết kế theo độ tin cậy với hỗ trợ phương pháp mô tổng hợp đại Theo phương pháp độ tin cậy tính toán thông qua công thức trình mô máy tính để xác định trạng thái h­ háng cđa hƯ kÕt cÊu Tuy nhiªn, tïy thc vào điều kiện cho phép thực tế, để đánh giá mức độ an toàn cho hệ kết cấu ta kết hợp hai phương pháp phân tích độ tin cậy theo mô hình kiểm nghiệm, thử nghiệm theo mô hình mô tính toán máy tính kết tính toán phản ¸nh s¸t thùc sù lµm viƯc thùc tÕ cđa hƯ kết cấu Bài toán đánh giá mức độ an toàn kết cấu đến đà thực với ba mô hình tính toán khác nhau, mô hình tiền định, mô hình ngẫu nhiên mô hình mờ Trong việc đánh giá mức độ an toàn kết cấu theo mô hình tiền định thực cách đơn giản thông qua tỷ số n = R/Q hc hiƯu sè M = R- Q Theo cách đánh giá mô hình tiền định kết cấu nói riêng hay sản phẩm nói chung hoàn toàn không bị hư hỏng hay phá hủy n>1 M>0, nghĩa kết cấu hay sản phẩm an toàn đảm bảo 100% chất lượng Ngược lại n