Ảnh hưởng của các dạng dao động cao lên thành phần động của tải gió trong phân tích nhà nhiều tầng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - - VÕ TẤN DUY ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC DẠNG DAO DỘNG CAO Tai Lieu Chat Luong LÊN THÀNH PHẦN ĐỘNG CỦA TẢI GIÓ TRONG PHÂN TÍCH NHÀ NHIỀU TẦNG Chuyên ngành : Xây dựng Cơng trình dân dụng Cơng nghiệp Mã số chuyên ngành : 60 58 02 08 LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Trọng Phước Thành Phố Hồ Chí Minh, năm 2018 NHẬN XÉT VỀ VIỆC HOÀN THÀNH LUẬN VĂN Xác nhận Học Viên: Võ Tấn Duy, Lớp: XD5, Khóa: 2015-2017 Tên đề tài luận văn: Ảnh Hưởng Của Các Dạng Dao Động Cao Lên Thành Phần Động Của Tải Gió Trong Phân Tích Nhà Nhiều Tầng Đủ điều kiện bảo vệ luận văn TPHCM, Ngày tháng 04 năm 2018 PGS TS NGUYỄN TRỌNG PHƯỚC LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận văn “Ảnh Hưởng Của Các Dạng Dao Động Cao Lên Thành Phần Động Của Tải Gió Trong Phân Tích Nhà Nhiều Tầng” nghiên cứu tơi Ngoại trừ tài liệu tham khảo trích dẫn luận văn này, tơi cam đoan tồn phần hay phần nhỏ luận văn chưa sử dụng để nhận cấp nơi khác Khơng có sản phẩm/nghiên cứu người khác sử dụng luận văn mà không trích dẫn theo quy định Luận văn chưa nộp để nhận cấp trường đại học sở đào tạo khác Thành Phố Hồ Chí Minh, năm 2018 Võ Tấn Duy i LỜI CÁM ƠN Trong trình học tập rèn luyện trường Đại Học Mở TPHCM, học hỏi bổ sung tri thức bổ ích cho cơng việc sống luận cuối khóa kết hội tụ suốt trình học tập Đầu tiên tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn trực tiếp PGS TS Nguyễn Trọng Phước giúp định hướng đề tài ln tận tình hướng dẫn để tơi hồn thành luận văn với kết tốt Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Đại Học Mở TPHCM khoa Xây dựng tạo điều kiện tốt cho tơi q trình học tập hồn thành tốt cơng việc nghiên cứu khoa học Cảm ơn bạn bè người thân, người giúp đỡ, đóng góp ý kiến động viên tơi q trình hồn thành luận văn Dù cố gắng để hoàn thành luận văn thạc sĩ thời gian quy định, xong tránh thiếu sót Tơi mong nhận ý kiến đóng góp q thầy để luận văn thêm hoàn thiện Xin trân trọng cảm ơn! ii TĨM TẮT Luận văn phân tích ảnh hưởng dạng dao động cao (dạng 2, dạng 3, dạng 4) lên thành phần động tải trọng gió tác dụng vào kết cấu nhà nhiều tầng theo phương pháp tĩnh tương đương TCVN 2737:1995, TCXD 299:1999 phân tích động lực học Kết cấu nhà nhiều tầng mô tả hai dạng sơ đồ sơ đồ khối lượng tập trung sàn tầng cho phân tích động lực học sơ đồ chi tiết phần tử hữu hạn ba chiều Tải trọng gió mơ tả dạng xung vận tốc gió với thời gian tác dụng nhanh chậm khác Cơ sở lý thuyết hai phương pháp trình bày rõ ràng áp dụng vào mơ hình kết cấu với số tầng tương ứng từ 15 đến 45 tầng Công cụ để giải tốn lập trình tính tốn ngơn ngữ lập trình MATLAB cho tốn động lực học với mơ hình khối lượng tập trung phần mềm phần tử hữu hạn ETABS cho mô hình khơng gian ba chiều Đại lượng hệ số động dùng để phân tích ảnh hưởng dạng dao động cao lên thành phần động gió Kết số xét đến dạng cao từ kết cấu nhà 15, 25, 35 45 tầng cho thấy dạng dao động cao có tham ảnh hưởng tương đối đến thành phần động tải gió iii MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu luận văn 1.3 Phương pháp thực 1.4 Phạm vi luận văn 1.5 Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN 2.1 Giới thiệu chương 2.2 Tình hình nghiên cứu nước 2.3 Tình hình nghiên cứu nước 11 2.4 Sự khác biệt đề tài 15 2.5 Kết luận chương 15 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 16 3.1 Giới thiệu 16 3.2 Phân tích theo TCVN 2737:1995 TCXD 229:1999 16 3.3 Phân tích động lực học 19 3.4 Mơ hình phần tử hữu hạn 30 3.5 Kết luận chương 31 CHƯƠNG KẾT QUẢ SỐ 32 4.1 Giới thiệu 33 4.2 Ảnh hưởng dạng dao động cao cho tốn mơ hình khối lượng tập trung sàn tầng 37 4.3 Ảnh hưởng dạng dao động cao cho tốn mơ hình khung không gian 52 4.4 Kết luận 77 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 79 5.1 Kết luận 79 5.2 Hướng phát triển 80 Tài liệu tham khảo 81 Phụ lục 84 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các dạng dao động cơng trình Hình 3.1 Sơ đồ tính kết cấu nhà theo TCVN 16 Hình 3.2 Sơ đồ tính kết cấu nhà theo lý thuyết Động lực học 19 Hình 3.3 Ma trận khối lượng thu gọn 20 Hình 3.4 Độ cứng tầng (Chopra, 2001) 20 Hình 3.5 Độ cứng tầng (Chopra, 2001) 21 Hình 3.6 Tải trọng xung đơn nửa hình sin 23 Hình 3.7 Tải trọng xung hình tam giác 24 Hình 3.8 Tải trọng xung hình chữ nhật 25 Hình 3.9 Sơ đồ lực tác dụng lên bậc tự 26 Hình 4.1 Sơ đồ tính tốn kết cấu nhà theo TCVN 32 Hình 4.2 Sơ đồ mặt tòa nhà ITASCO TOWER 35 Hình 4.3 Mơ hình khung khơng gian 35 Hình 4.4 Hệ số động – cơng trình 15 tầng – xung đơn hình sin 46 Hình 4.5 Hệ số động – cơng trình 25 tầng – xung đơn hình sin 46 Hình 4.6 Hệ số động – cơng trình 35 tầng – xung đơn hình sin 47 Hình 4.7 Hệ số động – cơng trình 45 tầng – xung đơn hình sin 47 Hình 4.8 Hệ số động – cơng trình 15 tầng – xung hình tam giác 48 Hình 4.9 Hệ số động – cơng trình 25 tầng – xung hình tam giác 48 Hình 4.10 Hệ số động – cơng trình 35 tầng – xung hình tam giác 49 Hình 4.11 Hệ số động – cơng trình 45 tầng – xung hình tam giác 49 Hình 4.12 Hệ số động – cơng trình 15 tầng – xung hình chữ nhật 50 Hình 4.13 Hệ số động – cơng trình 25 tầng – xung hình chữ nhật 50 Hình 4.14 Hệ số động – cơng trình 35 tầng – xung hình chữ nhật 51 Hình 4.15 Hệ số động – cơng trình 45 tầng – xung hình chữ nhật 51 v Hình 4.16 Mặt các kết cấu nhà khung khơng gian 53 Hình 4.17 Chuyển vị đỉnh thành phần tĩnh – kết cấu nhà 15 tầng 54 Hình 4.18 Chuyển vị đỉnh thành phần tĩnh – kết cấu nhà 25 tầng 55 Hình 4.19 Chuyển vị đỉnh thành phần tĩnh – kết cấu nhà 35 tầng 56 Hình 4.20 Chuyển vị đỉnh thành phần tĩnh – kết cấu nhà 45 tầng 58 Hình 4.21 Chuyển vị thành phần tĩnh động gây – dạng 59 Hình 4.22 Chuyển vị thành phần tĩnh động gây – dạng 1, dạng 60 Hình 4.23 Chuyển vị thành phần tĩnh động gây – dạng 62 Hình 4.24 Chuyển vị thành phần tĩnh động gây – dạng 2, dạng 62 Hình 4.25 Chuyển vị thành phần tĩnh động gây – dạng 1, dạng 64 Hình 4.26 Chuyển vị thành phần tĩnh động gây – dạng 3, dạng 65 Hình 4.27 Chuyển vị đỉnh thành phần tĩnh – kết cấu nhà 15 tầng 66 Hình 4.28 Chuyển vị đỉnh thành phần tĩnh – kết cấu nhà 25 tầng 67 Hình 4.29 Chuyển vị đỉnh thành phần tĩnh – kết cấu nhà 35 tầng 68 Hình 4.30 Chuyển vị đỉnh thành phần tĩnh – kết cấu nhà 45 tầng 68 Hình 4.31 Chuyển vị đỉnh lớn – kết cấu nhà 15 tầng, dạng 69 Hình 4.32 Chuyển vị đỉnh lớn – kết cấu nhà 25 tầng, dạng 70 Hình 4.33 Chuyển vị đỉnh lớn – kết cấu nhà 25 tầng, dạng 1+2 70 Hình 4.34 Chuyển vị đỉnh lớn – kết cấu nhà 35 tầng, dạng 71 Hình 4.35 Chuyển vị đỉnh lớn – kết cấu nhà 35 tầng, dạng 1+2 71 Hình 4.36 Chuyển vị đỉnh lớn – kết cấu nhà 35 tầng, dạng 1+2+3 72 Hình 4.37 Chuyển vị đỉnh lớn – kết cấu nhà 45 tầng, dạng 73 Hình 4.38 Chuyển vị đỉnh lớn – kết cấu nhà 45 tầng, dạng 1+2 73 Hình 4.39 Chuyển vị đỉnh lớn – kết cấu nhà 45 tầng, dạng 1+2+3 74 Hình 4.40 Chuyển vị đỉnh lớn – kết cấu nhà 45 tầng, dạng 1+2+3+4 74 Hình 4.41 Hệ số động – khung khơng gian 15 tầng – phân tích động 75 Hình 4.42 Hệ số động – khung khơng gian 25 tầng – phân tích động 75 vi Hình 4.43 Hệ số động – khung khơng gian 35 tầng – phân tích động 76 Hình 4.44 Hệ số động – khung khơng gian 45 tầng – phân tích động 76 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Bảng giá trị áp lực gió W0 17 Bảng 3.2 Bảng hệ số k 17 Bảng 4.1 Bảng thơng số hình học kết cấu nhà phân tích 33 Bảng 4.2 Chu kỳ dao động T(s) kết cấu nhà 34 Bảng 4.3 Bảng thông số kết cấu khung không gian 36 Bảng 4.4 Chu kỳ dao động T(s) – phân tích tĩnh theo phương Y 37 Bảng 4.5 Chu kỳ dao động T(s) – phân tích động theo phương Y 37 Bảng 4.6 Tải trọng gió tĩnh – kết cấu nhà 15 tầng 38 Bảng 4.7 Tải trọng gió tĩnh – kết cấu nhà 25 tầng 38 Bảng 4.8 Tải trọng gió tĩnh – kết cấu nhà 35 tầng 39 Bảng 4.9 Tải trọng gió tĩnh – kết cấu nhà 45 tầng 39 Bảng 4.10 Thành phần động tải trọng gió – kết cấu nhà 15 tầng 40 Bảng 4.11 Thành phần động tải trọng gió – kết cấu nhà 25 tầng 41 Bảng 4.12 Thành phần động tải trọng gió – kết cấu nhà 35 tầng 41 Bảng 4.13 Thành phần động tải trọng gió – kết cấu nhà 45 tầng 42 Bảng 4.14 Hệ số động xét đến dạng dao động cao – theo TCVN 45 Bảng 4.15 Hệ số động xét đến dạng dao động cao – tải xung nửa hình sin 47 Bảng 4.16 Hệ số động xét đến dạng dao động cao–tải xung tam giác 49 Bảng 4.17 Hệ số động xét đến dạng dao động cao–tải xung chữ nhật 51 Bảng 4.18 Bảng so sánh hệ số động xét đến dạng dao động cao 52 Bảng 4.19 Tải trọng gió tĩnh – kết cấu nhà 15 tầng 53 Bảng 4.20 Tải trọng gió tĩnh – kết cấu nhà 25 tầng 54 Bảng 4.21 Tải trọng gió tĩnh – kết cấu nhà 35 tầng 56 Bảng 4.22 Tải trọng gió tĩnh – kết cấu nhà 45 tầng 57 viii 148 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 -1 -1 0 0 0 0 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -1 0 0 0 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -1 0 0 0 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -1 0 0 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -1 0 0 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -1 0 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -1 0 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -1 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -1 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -1 0; 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -1 0; 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -1; 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 1]; % kN/m, Ma tran cung m=900*diag([1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 % T, Ma tran khoi luong % Phan tich Mode 0 0 0 -1 -1 0 0 0 0 0 0 -1 -1 0 0 0 0 0 0 -1 -1 0 0 0 0 0 0 -1 -1 0 0 0 0 0 0 -1 -1 0 0 0 0 0 0 -1 -1 0 0 0 0 0 0 -1 -1 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]); 149 A=k/(10^6)-lambda*(m/900); lambda_ar=solve(det(A),lambda); lambdaT=sort(lambda_ar); %% Tong dang dao dong phit=ones(45); %phi=[phi1;phi2;phi3;phi4;phi5;phi6;phi7;phi8;phi9;phi10;phi11; phi12;phi13;phi14;phi15;phi16;phi17;phi18;phi19;phi20;phi21;phi 22;phi23;phi24;phi25;phi26;phi27;phi28;phi29;phi30;phi31;phi32; phi33;phi34;phi35;phi36;phi37;phi38;phi39;phi40;phi41;phi42;phi 43;phi44;1] phi=[phi1, phi10, phi11, phi12, phi13, phi14, phi15, phi16, phi17, phi18, phi19, phi2, phi20, phi21, phi22, phi23, phi24, phi25, phi26, phi27, phi28, phi29, phi3, phi30, phi31, phi32, phi33, phi34, phi35, phi36, phi37, phi38, phi39, phi4, phi40, phi41, phi42, phi43, phi44, phi5, phi6, phi7, phi8, phi9, 1]; for mn=1:4 A1=k/(10^6)-lambdaT(mn)*(m/900); kt=size(A1); for i = : kt(1) Mt=0; for j=1 : kt(2) Mt=Mt+A1(i,j)*phi(j); end eq(i)=Mt; end [phit(1,mn),phit(2,mn),phit(3,mn),phit(4,mn),phit(5,mn),phit(6, mn),phit(7,mn),phit(8,mn),phit(9,mn),phit(10,mn),phit(11,mn),ph it(12,mn),phit(13,mn),phit(14,mn),phit(15,mn),phit(16,mn),phit( 17,mn),phit(18,mn),phit(19,mn),phit(20,mn),phit(21,mn),phit(22, mn),phit(23,mn),phit(24,mn),phit(25,mn),phit(26,mn),phit(27,mn) ,phit(28,mn),phit(29,mn),phit(30,mn),phit(31,mn),phit(32,mn),ph it(33,mn),phit(34,mn),phit(35,mn),phit(36,mn),phit(37,mn),phit( 38,mn),phit(39,mn),phit(40,mn),phit(41,mn),phit(42,mn),phit(43, mn),phit(44,mn)]=solve(eq(1),eq(2),eq(3),eq(4),eq(5),eq(6),eq(7 ),eq(8),eq(9),eq(10),eq(11),eq(12),eq(13),eq(14),eq(15),eq(16), eq(17),eq(18),eq(19),eq(20),eq(21),eq(22),eq(23),eq(24),eq(25), eq(26),eq(27),eq(28),eq(29),eq(30),eq(31),eq(32),eq(33),eq(34), eq(35),eq(36),eq(37),eq(38),eq(39),eq(40),eq(41),eq(42),eq(43), eq(44)); end omega=zeros(1,4); M=zeros(1,4); K=zeros(1,4); p=[128.299248 145.1108736 157.6247904 166.0938048 173.01438 178.228512 182.9528316 150 187.6455504 192.3382692 195.608952 198.7374312 201.8659104 204.9943896 208.1228688 211.251348 213.4950048 215.5806576 217.6663104 219.5386578 221.363604 223.1964504 225.0134964 226.8463428 228.6633888 230.29083 231.8550696 233.4193092 234.9835488 236.5477884 238.112028 239.455062 240.7032936 241.9673256 243.2155572 244.4637888 245.7120204 246.960252 248.2084836 249.4725156 250.7207472 251.9689788 253.2172104 254.4812424 255.729474 256.9777056]; for i=1:4 omega(i)=(lambdaT(i)*10^6/900)^0.5; end % PHUONG PHAP CHONG CHAT DANG (MODE SUPERPOSITION METHOD) % Ma tran khoi luong suy rong, Ma tran cung suy rong, Ma tran tai suy rong for i =1:4 M(i)=phit(:,i)'*m*phit(:,i); K(i)=M(i)*omega(i)^2; P(i)=phit(:,i)'*p; end % Dang dao dong thu % Vong lap 151 for j=0:.2:3 T=16.37; T1=j*T; dt=0.01; t=0:dt:T1; N=length(t); for i=1:N if i1*T/dt,i