Nghiên cứu xác định tải trọng gió lên kết cấu pano tấm lớn trong điều kiện việt nam

NHỮNG ĐÓNG GÓP KHOA HỌC MỚI CỦA LUẬN ÁN 1) Đã chọn được thông số mô phỏng trong phần mềm Ansys Fluent, làm rõ ảnh hưởng của tham số gió và kích thước bảng quảng cáo đến hệ số khí động, lực gió và độ lệch tâm của lực gió thông qua mô phỏng số bằng phần mềm Ansys Fluent. Đồng thời đề xuất quy trình thí nghiệm và thí nghiệm mô hình thu nhỏ bảng quảng cáo trong ống thổi khí động nhằm xác định bộ số liệu giá trị lực cắt đáy và mô men đáy cũng như giá trị hệ số lực; 2) Đề xuất được giá trị hệ số lực Cf,x và độ lệch tâm ey của lực gió so với trọng tâm pano trên cơ sở bộ số liệu thu được, có thể áp dụng đối với việc tính toán tải trọng gió lên pano bảng quảng cáo bọc kín loại hai mặt song song; 3) Trên cơ sở bảng tính WSB trong môi trường Excel do tác giả luận án lập theo một số tiêu chuẩn (TCVN 2737:1995, TCVN 2737:2023, ASCESEI 716 và EN 199114), đã khảo sát nhằm làm rõ giá trị lực gió, độ lệch tâm của lực gió và lực tại chân cột đỡ pano. Xây dựng một số file UDF mã nguồn mở dùng để mô phỏng profile vận tốc gió trong phần mềm Ansys Fluent.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG NGUYỄN LỆ THỦY NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ LÊN KẾT CẤU PANO TẤM LỚN TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT HÀ NỘI - 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG NGUYỄN LỆ THỦY NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ LÊN KẾT CẤU PANO TẤM LỚN TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ SỐ: 9580201 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN HỒNG SƠN TS VŨ THÀNH TRUNG HÀ NỘI - 2023 LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tập thể người hướng dẫn khoa học PGS TS Nguyễn Hồng Sơn, TS Vũ Thành Trung tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cho nhiều dẫn khoa học có giá trị nhằm giúp cho nghiên cứu sinh hoàn thành luận án này, nâng cao lực khoa học, phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Khoa học công nghệ xây dựng, Viện Chun ngành kết cấu cơng trình xây dựng, Trung tâm Kết cấu thép Xây dựng tạo điều kiện giúp đỡ nghiên cứu sinh hoàn thành luận án Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn nhà khoa học ngồi Viện Khoa học cơng nghệ xây dựng tận tình chia sẻ, trao đổi kiến thức, động viên giúp đỡ nghiên cứu sinh trình thực luận án Cuối cùng, nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng cảm ơn người thân gia đình, bạn bè, đồng nghiệp thơng cảm, động viên chia sẻ khó khăn với nghiên cứu sinh suốt thời gian nghiên cứu thực luận án Nghiên cứu sinh Nguyễn Lệ Thủy ii LỜI CAM ĐOAN Tôi Nguyễn Lệ Thủy xin cam đoan luận án cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình Các nguồn thông tin số liệu sử dụng luận án trích dẫn rõ ràng Nghiên cứu sinh Nguyễn Lệ Thủy iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii LỜI CAM ĐOAN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT xi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU xii MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài nghiên cứu Mục đích nghiên cứu .2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu Cấu trúc luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Kết cấu bảng quảng cáo 1.2.1 Khái niệm chung phân loại 1.2.2 Đặc điểm kết cấu chịu lực 1.2.3 Các hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng 1.3 Gió tải trọng gió lên bảng quảng cáo 12 1.3.1 Khái quát gió .12 1.3.2 Tiêu chuẩn tính tốn tải trọng gió .13 1.3.3 Tải trọng gió lên kết cấu theo điều kiện Việt Nam 13 1.4 Công cụ mơ số thí nghiệm bảng quảng cáo .13 1.4.1 Mô số phần mềm 13 1.4.2 Thí nghiệm ống thổi khí động 14 1.5 Các nghiên cứu gần nước bảng quảng cáo 18 1.5.1 Trong nước .18 iv 1.5.2 Ngoài nước .18 1.6 Vấn đề nghiên cứu đạt hướng nghiên cứu 30 1.7 Kết luận chương .32 CHƯƠNG TÍNH TỐN TẢI TRỌNG GIĨ LÊN PANO TẤM LỚN THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN 33 2.1 Đặt vấn đề 33 2.2 Các vấn đề thơng số gió hệ số chuyển đổi vận tốc gió 33 2.2.1 Profile vận tốc gió 33 2.2.2 Profile độ rối 34 2.2.3 Chiều dài rối .35 2.2.4 Hệ số chuyển đổi vận tốc gió theo chu kỳ lặp 35 2.3 Tính tốn tải trọng gió lên pano bảng quảng cáo 36 2.3.1 Hệ số khí động lực gió theo số tiêu chuẩn 36 2.3.2 Xây dựng quy trình tính tốn 38 2.3.3 Lập bảng tính ví dụ tính tốn .45 2.4 Kết luận chương .54 CHƯƠNG KHẢO SÁT THAM SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG VÀ LỰC GIĨ BẰNG PHẦN MỀM ANSYS FLUENT .55 3.1 Đặt vấn đề 55 3.2 Cơ sở lý thuyết quy trình mơ số CFD 56 3.2.1 Cơ sở lý thuyết 56 3.2.2 Quy trình mơ số CFD 56 3.2.3 Cụ thể hóa mơ số Ansys Fluent 63 3.3 Lựa chọn thông số mô phần mềm Ansys Fluent .65 3.3.1 Lựa chọn kích thước vùng khơng gian mơ 66 3.3.2 Lựa chọn mơ hình dịng chảy rối 67 3.3.3 Lựa chọn mô tả hàm tường 68 3.3.4 Lực gió tác động lên pano 70 3.4 Khảo sát tham số ảnh hưởng đến hệ số khí động lực gió 72 3.4.1 Mẫu thử nghiệm số 72 3.4.2 Ảnh hưởng tỉ lệ mẫu 74 3.4.3 Ảnh hưởng mơ hình chảy rối .76 3.4.4 Ảnh hưởng dạng địa hình 78 3.4.5 Ảnh hưởng profile vận tốc gió 79 3.4.6 Ảnh hưởng hướng gió 81 v 3.4.7 Nhận xét kết tính .84 3.5 Kết luận chương .85 CHƯƠNG THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH BẢNG QUẢNG CÁO TRONG ỐNG THỔI KHÍ ĐỘNG THEO ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM 87 4.1 Đặt vấn đề 87 4.2 Xây dựng quy trình thí nghiệm 87 4.3 Thiết lập thí nghiệm mơ hình 93 4.3.1 Thiết lập mơi trường gió 93 4.3.2 Thiết lập mơ hình thí nghiệm 93 4.3.3 Thí nghiệm ghi kết 96 4.4 Kết thí nghiệm bàn luận .113 4.4.1 Kiểm chứng kết thí nghiệm .113 4.4.2 Ảnh hưởng hướng gió đến lực gió .114 4.4.3 Ảnh hưởng độ cao đặt pano đến lực gió 114 4.4.4 Nhận xét kết 115 4.5 Đề xuất giá trị Cf,x tỷ số ey/b áp dụng cho bảng quảng cáo 115 4.6 Kết luận chương 117 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI VỀ KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN .118 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 119 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO 121 CÁC PHỤ LỤC 131 vi DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Chương Hình 1.1 Các phương tiện quảng cáo trời [97] Hình 1.2 Minh họa việc phân loại bảng quảng cáo [17] Hình 1.3 Sự cố đổ cột bảng quảng cáo Tp Hồ Chí Minh [17] Hình 1.4 Minh họa hư hỏng bảng quảng cáo thường gặp [17] 10 Hình 1.5 Mơ hình thí nghiệm Ziauddin S M (2016) [83] 19 Hình 1.6 Mơ hình thí nghiệm Li Z., cộng (2018) [60] 20 Hình 1.7 Mơ hình thí nghiệm Wang D., cộng (2016) [88] 20 Hình 1.8 Mơ hình thí nghiệm Delong Zuo cộng (2014) [42] .22 Hình 1.9 Mơ hình thí nghiệm Meyer cộng (2017) [64] .25 Hình 1.10 Mơ hình thí nghiệm Warnitchai, P et al (2009) [86] 27 Hình 1.11 Phân bố hệ số lực bề mặt pano [86] .27 Hình 1.12 Ứng suất chuyển vị ngang lớn [27] 30 Chương Hình 2.1 Ký hiệu kích thước vị trí lực tác động [13] 42 Hình 2.2 Lực tập trung quy đổi tác động lên pano [23] .44 Hình 2.3 Cấu tạo kết cấu bảng quảng cáo 46 Hình 2.4 Kích thước hình học vị trí lực gió tác động .46 Hình 2.5 Kết hệ số giật Gf (hệ số kết cấu cscd) 49 Hình 2.6 Kết lực chân cột hệ số giật 50 Chương Hình 3.1 Quy trình cho người sử dụng mô CFD 57 Hình 3.2 Tóm lược quy trình kiểm tra kiểm nghiệm CFD 57 Hình 3.3 Mẫu pano bảng quảng cáo chia lưới Ansys Fluent 65 Hình 3.4 Vùng khơng gian mơ Ansys Fluent 65 Hình 3.5 Giá trị hệ số khí động theo kích thước khơng gian mơ 66 Hình 3.6 Phân bố vận tốc chảy tầng chảy rối Ansys Fluent 67 Hình 3.7 Giá trị hệ số khí động theo mơ hình dịng chảy rối 68 Hình 3.8 Giá trị vận tốc theo khoảng cách đến lớp biên 68 Hình 3.9 Giá trị hệ số khí động theo mơ tả hàm tường 69 Hình 3.10 Phân bố áp suất mặt sau pano chảy tầng chảy rối 71 vii Hình 3.11 Phân bố áp suất mặt trước pano chảy tầng chảy rối 71 Hình 3.12 Kích thước hình học mẫu hướng gió 72 Hình 3.13 Hệ số khí động Cp,x ứng với mẫu (TL 1:10) 75 Hình 3.14 Hệ số khí động Cp,x ứng với mẫu (TL 1:30) 75 Hình 3.15 Lực gió Fx 03 mẫu (TL 1:10) 76 Hình 3.16 Lực gió Fx 03 mẫu (TL 1:10) 77 Hình 3.17 Hệ số khí động Cp,x pano 78 Hình 3.18 Lực gió Fx 03 mẫu (TL 1:10) 79 Hình 3.19 Lực gió Fx 03 mẫu (186) m (TL 1:10) 80 Hình 3.20 Hệ số khí động Cp,x ứng với hướng gió b/c = 2,8 .81 Hình 3.21 Độ lệch tâm tương đối ey/b ứng với hướng gió b/c = 2,8 82 Hình 3.22 Lực gió Fx ứng với hướng gió b/c = 2,8 83 Hình 4.1 Phân bố theo chiều cao vận tốc gió độ rối 90 Hình 4.2 Mơ hình hầm gió dụng cụ hỗ trợ .90 Hình 4.3 Thanh chắn, hàng rào cục tạo nhám 90 Hình 4.4 Ký hiệu kích thước, quy ước chiều lực góc hướng gió 94 Hình 4.5 Thiết bị JR3 ký hiệu chiều cho thành phần lực .95 Hình 4.6 Sơ đồ ống thổi khí động Viện KHCN Xây dựng 96 Hình 4.7 Hình ảnh mẫu sau chế tạo .98 Hình 4.8 Hình ảnh mẫu thí nghiệm M1 đến M6 ống thổi khí động 98 Hình 4.9 Kết thí nghiệm mẫu M1 đến M6 99 Hình 4.10 Kết thí nghiệm lực hệ số lực cho mẫu M1 101 Hình 4.11 Kết thí nghiệm lực hệ số lực cho mẫu M2 102 Hình 4.12 Kết thí nghiệm lực hệ số lực cho mẫu M3 103 Hình 4.13 Kết thí nghiệm lực hệ số lực cho mẫu M4 104 Hình 4.14 Kết thí nghiệm lực hệ số lực cho mẫu M5 105 Hình 4.15 Kết thí nghiệm lực hệ số lực cho mẫu M6 106 Hình 4.16 Minh họa kết Fx theo TN, VN95 VN23 114 Hình 4.17 Minh họa giá trị Cf,x ey/b 116 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Chương Bảng 1.1 Thơng số thiết bị JR3 17 Bảng 1.2 Kết hệ số lực ứng với dạng pano [41] 21 Bảng 1.3 Hệ số khí động pano bảng quảng cáo [53] .23 Bảng 1.4 Hệ số khí động trung bình Cf [58] 24 Bảng 1.5 Kích thước mẫu tỷ số hình học [64] 24 Bảng 1.6 Kết hệ số lực Cf [64] 26 Bảng 1.7 Hệ số xoắn CM,z tỷ số độ lệch tâm r/b [64] .26 Bảng 1.8 Hệ số khí động Cp [86] 26 Chương Bảng 2.1 Hệ số khí động theo AS/NZS 1170.2:2011 [30] 37 Bảng 2.2 Các hệ số zg , zmin  [13] 40 Bảng 2.3 Giá trị hệ số cho dạng địa hình [13] 42 Bảng 2.4 So sánh kết tính tốn 45 Bảng 2.5 Thông số bảng quảng cáo .46 Bảng 2.6 Kết tính theo tiêu chuẩn (Phương án 1) 48 Bảng 2.7 Kết tính theo tiêu chuẩn (Phương án 2) 49 Bảng 2.8 Lực chân cột hệ số giật .51 Bảng 2.9 Kết hệ số khí động theo TCVN 2737:1995 TCVN 2737:2023 .52 Bảng 2.10 Kết hệ số lực theo EN 1991-1-4 ASCE/SEI 7-16 .53 Chương Bảng 3.1 Phổ giá trị đánh giá số Orthogonal Quality Skewness .59 Bảng 3.2 Chỉ số Skewness Orthogonal Quality q trình mơ .60 Bảng 3.3 Một số thơng số mơ hình kết tính .64 Bảng 3.4 Các kích thước không gian mô (TL 1:10) 66 Bảng 3.5 Giá trị hệ số khí động theo mơ hình dịng chảy rối 67 Bảng 3.6 Hệ số khí động theo mơ tả hàm tường 69 Bảng 3.7 Kết lực, mô men xoắn độ lệch tâm 70 Bảng 3.8 Kích thước mẫu bảng quảng cáo (m) 72 Bảng 3.9 Hệ số khí động Cp,x 06 mẫu (TL 1:10 1:30) .74 Bảng 3.10 Hệ số khí động Cp,x ứng với mơ hình dịng rối tỉ lệ mẫu 75 ix