Phân tích ứng xử của dầm chịu khối lượng chuyển động có xét đến ảnh hưởng của đất nền và lực hướng tâm

iv TĨM TÁT LUẬN VẢN Bài tốn phân tích động lực học dầm chịu vật chuyển động toán nhiều nhà khoa học quan tâm có nhiều nghiên cứu ngồi nước công bố Tuy nhiên, nghiên cứu trước quan tâm đến vấn đề đánh giá mức độ ảnh hưởng đất đến kết cấu dầm chịu vật chuyển động, mà chủ yếu xem phần móng dầm liên kết với đất thông qua liên kết ngàm gối tựa Do nghiên cứu hình thành với mong muốn tìm hiểu đánh giá mức độ ảnh hưởng tương tác kết cấu dầm đất đến ứng xử động dầm sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn Trong đó, vật có khối lượng chuyển động dầm mơ phần tử chuyển động dọc theo chiều dài dầm Cho nên trọng lượng thân, vật chuyển động cịn gây lực qn tính, lực hướng tâm lực Coriolis, gây ảnh hưởng đến ứng xử động dầm Ngoài ra, kết cấu dầm liên kết với đất thơng qua lị xo có độ cứng cản nhằm tính tốn cách xác ứng xử dầm liên kết với đất loại móng khác Các phân tích số triển khai nhằm đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến hệ dầm vật chuyển động như: độ cứng chiều dài nhịp dầm, vận tốc, gia tốc, khối lượng vật chuyển động, kích thước, độ sâu chơn móng hay đặc trưng loại đất Các kết nghiên cứu hy vọng giúp kỹ sư có thêm tài liệu tham khảo hữu ích q trình thiết kế vận hành kết cấu dạng dầm chịu vật thể chuyển động V MỤC LỤC GIẤY XÁC NHẬN i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT LUẬN VÁN iv MỤC LỤC V DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIÊU X MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT xi CHƯƠNG TỒNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Cẩu trúc luận văn CHƯƠNG Cơ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Phương trình chuyển động hệ 2.2 Thiết lập ma trận khối lượng, cản, độ cứng phần từ dầm mang vật chuyển động 2.3 Thiết lập ma trận khối lượng, cản, độ cứng phần tử dầm 14 2.3.1 Thiết lập ma trận độ cứng phần tử dầm phương pháp phần tử hữu hạn 15 2.3.2 Thiết lập ma trận khối lượng phần tử dầm phương pháp phần tử hữu hạn 19 2.4 Thiết lập phương trình chuyển động cân hệ kết cấu .19 2.5 Các đặc trưng động lực học đất 22 vi 2.5.1 Module kháng cắt động 23 2.5.2 Hệ số Poisson đất 26 2.5.3 Hệ sổ độ cứng đàn hồi đất 26 2.5.4 Hệ số cản đất 29 2.6 Phân tích dầm chịu khối lượng chuyển động có xét đến ảnh hưởng tương tác SSI lực hướng tâm 30 2.6.1 Các giả thuyết tính tốn 30 2.6.2 Thiết lập lại ma trận khối lượng, độ cứng, cản hệ có xét SSI 31 2.7 Giải phương trình chuyển động hệ phương pháp Newmark 35 2.8 Sơ đồ khối giải thuật toán 37 CHƯƠNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN 38 3.1 CÁC BÀI TOÁN KIẾM CHỨNG 38 3.1.1 Bài toán 1: Dầm chịu tải trọng di động với vận tốc khơng đổi có xét tương tác SSI 38 3.1.2 Bài tốn 2: Dầm chịu vật có khối lượng chuyển động với vận tốc khơng đổi có xét tương tác SSI 43 3.1.3 Bài tốn 3: Dầm chịu vật có khối lượng chuyển động với vận tốc thay đổi có xét tương tác SSI 46 3.2 CÁC BÀI TOÁN KHẢO SÁT 50 3.2.1 Bài toán 4: Khảo sát ảnh hưởng tỉ số cản I// đến ứng xử động dầm có xét tương tác SSI 50 3.2.2 Bài toán 5: Khảo sát ảnh hưởng độ cứng dầm đến ứng xử động dầm có xét tương tác SSI 52 3.2.3 Bài toán 6: Khảo sát ảnh hưởng chiều dài dầm đến ứng xử động dầm có xét tương tác SSI 53 3.2.4 Bài toán 7: Khảo sát yếu tố ảnh hưởng vật đến ứng xử động dầm có xét tương tác SSI 55 3.2.5 Bài toán 8: Khảo sát ảnh hưởng lực gây vật chuyển động đến ứng xử động dầm có xét tương tác SSI 59 vii 3.2.6 Bài toán 9: Khảo sát ảnh hưởng kích thước móng đến ứng xử động dầm có xét tương tác sSI 62 3.2.7 Bài toán 10: Khảo sát ảnh hưởng chiều sâu móng đến ứng xử động dầm có xét tương tác SSI 65 3.2.8 Bài toán 11: Khảo sát ảnh hường lớp đất đến ứng xử động dầm có xét tương tác SSI 68 CHƯƠNG KẾT LUẬN 72 4.1 Kết luận 72 4.2 Kiến nghị 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC 77 A Dữ liệu tính tốn 77 B Chương trình tính tốn lập phần mềm Matlab 77 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 89 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Dầm chịu vật di động với vận tốc thay đổi Hình 2.2 Rời rạc phần tử dầm cân lực nút, chuyển vị phần tử dầm thứ Hình 2.3 Phần tử dầm chịu uốn 15 Hình 2.4 Phần tử dầm chịu kéo, nén dọc trục 17 Hình 2.5 Phần tử dầm chịu kéo nén uốn đồng thời 18 Hình 2.6 Giá trị Kữ theo Brooker Ireland (1965) [27] 24 Hình 2.7 Hình dạng móng hình chữ nhật 28 Hình 2.8 Lý tưởng hóa điều kiện biên hệ 31 Hình 3.1 Chuyển vị tĩnh điểm dầm với điều kiện biên khác 40 Hình 3.2 Dầm chịu tải trọng di động 41 Hình 3.3 Hệ số động nhịp dầm tải trọng di chuyển gây (Raid, 1999) [34] 42 Hình 3.4 Hệ số động nhịp dầm tải trọng di chuyển gây 42 Hình 3.5 Dầm chịu vật có khối lượng chuyển động 44 Hình 3.6 Chuyển vị nhịp dầm vật chuyển động gây (Wu, 2005) [4] Hình 3.7 Chuyển vị nhịp dầm vật chuyển động gây có xét SSI 45 Hình 3.8 Dầm chịu vật có khối lượng chuyển động biến đổi .47 Hình 3.9 Chuyển vị dầm vật di chuyển với gia tốc dương gây (Pu Liu, 2010) [6] 47 Hình 3.10 Chuyển vị dầm vật di chuyển với gia tốc âm gây (Pu Liu, 2010) [6] 48 Hình 3.11 Chuyển vị dầm vật di chuyển với gia tốc dương gây 49 Hình 3.12 Chuyển vị dầm vật di chuyển với gia tốc âm gây 49 Hình 3.13 Chuyển vị nhịp dầm tỉ số cản thay đổi 51 Hình 3.14 Hệ số động nhịp dầm độ cứng dầm thay đổi 53 ix Hình 3.15 Hệ số động nhịp dầm chiều dài dầm thay đổi 54 Hình 3.16 Hệ số động nhịp dầm gia tốc vật trịn thay đổi 56 Hình 3.17 Hệ số động nhịp dầm vận tốc vật tròn thay đổi 57 Hình 3.18 Hệ số động nhịp dầm khối lượng vật tròn thay đổi 58 Hình 3.19 Độ võng dâm xét đên ảnh hưởng lực với —y- = 0.1.60 Hình 3.20 Độ võng dâm xét đên ảnh hưởng lực với —7- = 0.25 60 Hình 3.21 Độ võng dâm xét đên ảnh hưởng lực với —y- = 0.5.61 ' , , , , mp Mh Hình 3.22 Chuyển vị nhịp dầm kích thước móng thay đổi 63 Hình 3.23 Vận tốc nhịp dầm kích thước móng thay đổi 63 Hình 3.24 Gia tốc nhịp dầm kích thước móng thay đổi 64 Hình 3.25 Chuyển vị nhịp dầm chiều sâu móng thay đơi 66 Hình 3.26 Vận tốc nhịp dầm chiều sâu móng thay đổi 66 Hình 3.27 Gia tốc nhịp dầm chiều sâu móng thay đổi 67 Hình 3.28 Chuyển vị nhịp dầm đặc trưng lớp đất thay đổi 69 Hình 3.29 Vận tốc nhịp dầm đặc trưng lớp đất thay đổi 69 Hình 3.30 Gia tốc nhịp dầm đặc trưng lớp đất thay đổi 70 X DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Tỉ sổ cản ứng với loại vật liệu hệ kết cấu 21 Bảng 2.2 Đặc trưng đất với giá trị SPT 24 Bảng 2.3 Giá trị SPT tương ứng đất sét 26 Bảng 2.4 Hệ số Poisson ứng với loại đất 26 Bảng 3.1 Chuyển vị tĩnh điểm dầm 39 Bảng 3.2 Chuyển vị dầm gối tựa đơn vật di chuyển vớigia tốc dương 48 Bảng 3.3 Chuyển vị dầm gối tựa đơn vật di chuyển với gia tốc âm 48 Bảng 3.4 Đặc trưng loại đất theo TCVN 9386 (2012) [37] 68 xi MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT Chữ viết tắt DOF Bậc tự (Degree of Freedom) FEM Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method) MEM Phương pháp phần tử chuyển động (Moving Element Method) SSI Tương tác kết cấu đất (SSI - Soil Structure Interaction) Ma trận vécto’ c Ma trận cản phần tử dầm mang vật chuyển động C(r) Ma trận cản tổng thể tức thời hệ f Véctơ lực nút F(0 Véctơ ngoại lực tổng thể tức thời K Ma trận độ cứng tổng thể dầm K(0 Ma trận độ cứng tổng thể tức thời hệ k Ma trận độ cứng phần tử dầm mang vật chuyển động IB Ma trận khối lượng phần tử dầm mang vật chuyển động M Ma trận khối lượng tổng thể dầm M(0 Ma trận khối lượng tổng thể tức thời hệ Q.ỶS7 Véctơ gia tốc hệ có xét SSI Qss/ Véctơ vận tốc hệ có xét SSI Qw Véctơ chuyển vị hệ có xét SSI Ù Véctơ gia tốc phần tử u Véctơ vận tốc phần tử u Véctơ chuyển vị phần tử xii ọ Véctơ mode dao động Ký hiệu A Diện tích mặt cắt ngang dầm am Gia tốc chuyển động cùa vật có khối lượng ứ(/) Hệ số cơng thức Rayleigh b Bề rộng dầm £>(/) Hệ số công thức Rayleigh D Hệ số động E Module đàn hồi (modulus of elasticity) Ngoại lực vật chuyển động J si f Lực nút g Gia tốc trọng trường h Chiều cao dầm I Mơmen qn tính L Chiều dài dầm / Chiều dài phần tử mp Khối lượng vật có khối lượng chuyển động Mb Khối lượng dầm Nị Hàm dạng n Số phần tử s'h Phần tử thứ s T Chu kỳ dao động t Thời gian Chuyển vị v0 Vận tốc ban đầu cùa vật chuyển động vmO Vận tốc chuyển động vật có khối lượng xiii w7 Công w(x,z) Độ võng dầm x0 Vị trí ban đầu vật chuyển động Vị trí vật chuyển động tọa độ tổng VO Vị trí vật chuyển động tọa độ địa phương A* Khối lượng đơn vị chiều dài dầm p Trọng lượng riêng