Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Phân tích mất ổn định uốn do gió của kết cấu mảnh

ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP HӖ CHÍ MINH

&{QJWUuQKÿѭӧc hoàn thành tҥi: 7UѭӡQJĈҥi hӑc Bách Khoa ± Ĉ+4*-HCM

Cán bӝ hѭӟng dүn khoa hӑc 1: TS NguyӉn Huy Cung Chӳ Nê««««««

Cán bӝ hѭӟng dүn khoa hӑc 2: 3*676/ѭѫQJ9ăQ+ҧi Chӳ Nê««««««

Cán bӝ chҩm nhұn xét 1: TS NguyӉn TҩQ&ѭӡng Chӳ Nê««««««

Cán bӝ chҩm nhұn xét 2: TS Liêu Xuân Quí Chӳ Nê««««««

Luұn văn thҥFVƭÿѭӧc bҧo vӋ tҥL7UѭӡQJĈҥi hӑc %iFK.KRDĈ+4*7S+&0ngày 31 tháng 08 năm 2020

Thành phҫn HӝLÿӗQJÿiQKJLiOXұQYăQWKҥFVƭJӗm: 1 PGS.TS Hӗ Ĉӭc Duy

2 TS ĈRjQ1Jӑc Tӏnh Nghiêm 3 TS NguyӉn TҩQ&ѭӡng 4 TS Liêu Xuân Quí 5 TS NguyӉQ3K~&ѭӡng

Xác nhұn cӫa Chӫ tӏch HӝLÿӗQJÿiQKJLi/9Yj7Uѭӣng Khoa quҧn lý chuyên ngành sau khi luұQYăQÿmÿѭӧc sӱa chӳa (nӃu có)

KӺ THUҰT XÂY DӴNG

Chuyên ngành: Kӻ Thuұt Xây Dӵng

I 7Ç1Ĉӄ TÀI: Phân tích mҩt әQÿӏnh uӕn do gió cӫa kӃt cҩu mҧnh II NHIӊM VӨ VÀ NӜI DUNG

1 ThiӃt lұSFiFSKѭѫQJWUuQKÿӝng lӵc hӑc nhҵP[iFÿӏnh công thӭc tính toán mҩt әQÿӏnh uӕn cӫa kӃt cҩu mҧnh

2 Sӱ dөng lý thuyӃWÿӝng lӵc hӑc kӃt cҩu và bҩt әQÿӏQKNKtÿӝng ÿӇ thiӃt lұp

SKѭѫQJWUuQKFKӫ ÿҥo và xây dӵQJÿLӅu kiӋn bҩt әQÿӏQKNKtÿӝng lӵc hӑc

3 Phát triӇn thêm mӝt sӕ công thӭFÿӅ xuҩt cho các kӃt cҩu mҧnh cho mô hình 2DOFs và xét sӵ ҧQKKѭӣng cӫa biӃn thiên vұn tӕFJLyWKHRÿӝ FDRÿӃQÿLӅu

kiӋn mҩt әQÿӏnh galloping cӫa kӃt cҩu

4 KӃt quҧ cӫa các ví dө sӕ sӁ ÿѭDUDFiFNӃt luұn quan trӑng vӅ mҩt әQÿӏnh uӕn do gió cӫa kӃt cҩu mҧnh

III NGÀY GIAO NHIӊM VӨ : 11/02/2019 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIӊM VӨ : 03/08/2020 V HӐ VÀ TÊN CÁN BӜ +ѬӞNG DҮN:

TS NguyӉQ+X\&XQJ3*676/ѭѫQJ9ăQ+ҧi

Tp.HCM, ngày 03 tháng 08 QăP20

CÁN BӜ +ѬӞNG DҮN CHӪ NHIӊM BӜ 0Ð1Ĉ¬27ҤO

TS NguyӉn Huy Cung 3*676/ѭѫQJ9ăQ+ҧi

75ѬӢNG KHOA KӺ THUҰT XÂY DӴNG

ii

/Ӡ,&Ҧ0Ѫ1

LuұQ 9ăQ 7KҥF 6ƭ Kӻ thuұt Xây dӵng nҵm trong hӋ thӕng bài luұn cuӕi khóa nhҵm trang bӏ cho Hӑc viên cao hӑc khҧ QăQJWӵ nghiên cӭu, biӃt cách giҧi quyӃt nhӳng vҩQÿӅ cө thӇ ÿһt ra trong thӵc tӃ xây dӵQJĈyOjWUiFKQKLӋm, niӅm tӵ hào và là kӃt quҧ sau nhӳng ngày tháng miӋt mài cӫa mӛi hӑc viên cao hӑc

ĈӇ hoàn thành luұQYăQQj\QJRjLVӵ cӕ gҳng và nӛ lӵc cӫa bҧn thân, hӑc viên ÿmQKұQÿѭӧc sӵ JL~Sÿӥ và hӛ trӧ nhiӅu tӯ tұp thӇ và các cá nhân Hӑc viên xin ghi nhұn và bày tӓ lòng biӃWѫQÿӃn tұp thӇ, FiQKkQÿmGjQKFKRKӑc viên sӵ JL~Sÿӥ quý báu Sӵ ӫng hӝ cӫa mӑLQJѭӡLOjÿӝng lӵFÿӇ hӑc viên hoàn thành LuұQ9ăQ7KҥF6ƭ Ĉҫu tiên, hӑc viên xin bày tӓ lòng biӃWѫQVkXVҳFÿӃn thҫy TS NguyӉn Huy Cung và thҫ\3*676/ѭѫQJ9ăQ+ҧi Hai thҫ\ÿmÿѭDUDJӧLêÿҫXWLrQÿӇ hình thành ý Wѭӣng cӫDÿӅ WjLFNJQJQKѭFiFKQKұQÿӏQKÿ~QJÿҳn trong nhӳng vҩQÿӅ nghiên cӭu và cách tiӃp cұn có hiӋu quҧ trong suӕt quá trình làm

Nghiên cӭXQj\ÿѭӧc tài trӧ bӣi Quӻ Phát triӇn khoa hӑc và công nghӋ Quӕc gia 1$)267(' WURQJÿӅ tài mã sӕ 107.04-Ĉѭӧc tham gia mӝt phҫn trong ÿӅ WjLÿӇ phát triӇn luұQYăQHP[LQFҧPѫQVӵ hӛ trӧ cӫa Quӻ NAFOSTED

TiӃSÿӃn, hӑc viên xin chân thành cҧPѫQTXê7Kҫy Cô Khoa Kӻ Thuұt Xây dӵng, WUѭӡQJĈҥi hӑc Bách Khoa 7S+&0ÿmWUX\Ӆn dҥy nhӳng kiӃn thӭc quý báu cho hӑc YLrQÿyFNJQJOjQKӳng kiӃn thӭc không thӇ thiӃXWUrQFRQÿѭӡng nghiên cӭu khoa hӑc và sӵ nghiӋp cӫa hӑc viên sau này

Cuӕi cùng, hӑc viên xin cҧPѫQJLDÿuQKEҥQEqF{QJW\ÿmӫng hӝ, hӛ trӧ vӅ vұt chҩt lүn tinh thҫQÿӇ hӑc viên có thӇ hoàn thành tӕt LuұQ9ăQ7KҥF6ƭQj\

LuұQYăQ7KҥF6ƭÿm ÿѭӧc hoàn thành trong thӡLJLDQTX\ÿӏnh, tuy nhiên không thӇ tránh khӓi nhӳng thiӃu sót Kính mong quý Thҫy Cô chӍ dүn và góp ý WKrPÿӇ hӑc viên bә sung kiӃn thӭc và hoàn thiӋn bҧQWKkQPuQKKѫQ

Xin trân trӑng cҧPѫQ

Tp.HCM, ngày 03 tháng 08 QăP20

7UѭѫQJĈuQK7jL

iii

7Ï07Ҳ7/8Ұ19Ă17+Ҥ&6Ƭ

Ngày nay biӃQÿәi khí hұu diӉn ra ngày càng phӭc tҥp Cùng vӟLÿyVӵ phát triӇn cӫa khoa hӑc, kӻ thuұt, công nghӋ làm xuҩt hiӋn ngày càng nhiӅXFiFWzDQKj³FKӑc trӡL´'RÿyPӛLQJѭӡLNƭVѭÿzLKӓi phҧi có sӵ ÿҧm bҧo an toàn vӅ mһWNƭWKXұt khi thiӃt kӃ mӝt công trình VҩQÿӅ JLyWiFÿӝQJOrQF{QJWUuQKÿѭӧc quan tâm ngày càng nhiӅu nhҵm hҥn chӃ nhӳng sӵ cӕ công trình do gió gây ra Vì vұy, ӣ LuұQYăQQj\hӑc viên chӫ yӃu nghiên cӭu sӵ mҩt әQÿӏnh uӕQGRJLyWiFÿӝng lên kӃt cҩu mҧnh Tӯ các lý thuyӃt nghiên cӭu trên thӃ giӟLÿmFyVҹn, LuұQYăQSKiWWULӇn và mӣ rӝng thêm lý thuyӃt mҩt әQÿӏnh JDOORSLQJOrQF{QJWUuQKĈk\OjYҩQÿӅ mӟLFKѭDFyQKLӅu nghiên cӭu ӣ ViӋt Nam Mһt khác, khҧo sát và vұn dөng lý thuyӃt vào mӝt kӃt cҩu thӵc tӃ ÿӇ kiӇm chӭng lý thuyӃt và thӵc tiӉn, tӯ ÿyVRViQKYӟi các tiêu chuҭn hiӋn hành trên thӃ giӟLÿӇ ÿѭDUDNӃt quҧ tӕWKѫQ&iFNӃt quҧ nghiên cӭu trong LuұQYăQhy vӑng có thӇ là mӝt trong nhӳng tài liӋu tham khҧo hӳu ích nhҵm tҥRÿLӅu kiӋn thuұn lӧi cho công viӋc thiӃt kӃ các công trình cao tҫQJWURQJWѭѫQJODL

iv

$%675$&7

With the appearance of climate change and the advent of science and high WHFKQRORJ\DKXJHQXPEHURIVN\VFUDSHUV´ have appeared, leading that every civil engineer should meet the safety requirement when designing a project Among several factors affecting the building, wind has primarily been considered due to its cause of incidents Consequently, this thesis will focus on galloping instability of slender structures ± a new issue which has not been researched in Vietnam before On the other hand, the theory and practice will be estimated and compared with the current worldwide standards to give the best result by surveying and applying the theory into the practical structure Hopefully, the research results in this thesis will be one of the useful references to create favorable conditions for high-building design in the future

v

/Ӡ,&$0Ĉ2$1

7{L[LQFDPÿRDQÿk\OjF{QJYLӋc do chính tôi thӵc hiӋQGѭӟi sӵ Kѭӟng dүn cӫa TS NguyӉn Huy Cung và 3*676/ѭѫQJ9ăQ+ҧi

Các kӃt quҧ trong LuұQYăQOjÿ~QJVӵ thұt Trong quá trình thӵc hiӋn nghiên cӭu

cho luұQYăQQj\Pӝt sӕ kӃt quҧ ÿmÿѭӧc công bӕ tҥi [1] [2] [3]

Tôi xin chӏu trách nhiӋm vӅ công viӋc thӵc hiӋn cӫa mình

Tp.HCM, ngày 03 tháng 08 QăP20

7UѭѫQJĈuQK7jL

1.1.3 Mҩt әQÿӏnh galloping cӫa kӃt cҩu mҧnh 8

1.2 Tình hình nghiên cӭu và tính cҩp thiӃt cӫDÿӅ tài 10

1.3 Mөc tiêu, nӝLGXQJYjSKѭѫQJSKiSQJKLrQFӭu 12

&+ѬѪ1*&Ѫ6Ӣ LÝ THUYӂT 14

2.1 BiӃn thiên vұn tӕc gió theo chiӅu cao 14

2.1.1 Tҫng biên khí quyӇn 14

2.1.2 BiӃn thiên vұn tӕc gió trung bình theo chiӅu cao 15

2.1.3 Phân chia dҥQJÿӏa hình 17

2.2 Mҩt әQÿӏnh galloping cho hӋ mӝt bұc tӵ do (1DOF) suy rӝng 19

2.3 Tiêu chuҭn Den-Hartog 22

3.3 Vұn tӕc tӟi hҥQFKRWUѭӡng hӧp mӝt bұc tӵ do (1DOF) 40

3.4 Vұn tӕc tӟi hҥQFKRWUѭӡng hӧp hai bұc tӵ do (2DOFs) 47

&+ѬѪ1*.ӂT LUҰN VÀ MӢ RӜ1*+ѬӞNG PHÁT TRIӆN 49

4.1 KӃt luұn 49

4.2 Mӣ rӝQJKѭӟng phát triӇn 50

KӂT QUҦ CÔNG BӔ TӮ LUҰ19Ă1 51

TÀI LIӊU THAM KHҦO 54

LÝ LӎCH TRÍCH NGANG 59

viii

'$1+0Ө&&È&+Î1+9Ӏ

Hình 1.1 ĈiSӭng cӫa kӃt cҩu chӏu tác dөng cӫa gió 2

Hình 1.2 Cҫu Tacoma bӏ sөSÿә do gió mҥnh 3

Hình 1.3 Bҧng quҧng cáo sөSÿә do gió thәi mҥnh 3

Hình 1.4 Tháp truyӅQKuQK1DPĈӏnh bӏ quұt ngã do gió bão 4

Hình 1.5 Steinway Tower 5

Hình 1.6 Cӝt viӉn thông 5

Hình 1.7 ĈjLWѭӣng niӋm Washington 6

Hình 1.8 Mô hình phân tích mҩt әQÿӏnh galloping 8

Hình 2.1 Mô hình tҫng biên khí quyӇn 15

Hình 2.2 BiӃn thiên vұn tӕc gió theo chiӅu cao ӣ FiFÿӏa hình khác nhau 16

Hình 2.3 Tҧi trӑng g z t , WiFÿӝng lên kӃt cҩu 19

Hình 2.4 /ѭXÿӗ tìm giá trӏ Ucr( )ze cho hӋ 2DOFs 26

Hình 3.1 CӝW³(QGOHVV&ROXPQ´ thӵc tӃ 28

Hình 3.2 Cҩu trúc tháp Brancusi 29

Hình 3.3 Vӏ trí xung quanh cӫa cӝt: (a) công viên; (b) khu vӵc lân cұn 29

Hình 3.4 Ĉѭӡng hҫm gió CRIACIV 31

Hình 3.5 Mô hình mһt cҳt cӫa cӝt trong hҫm gió CRIACIV 32

Hình 3.6 6ѫÿӗ cҩu tҥo cӫa cӝt thép thí nghiӋm 33

Hình 3.7 Mô hình mһt cҳt cӫa phҫn tӱ OăQJWUө vuông trong hҫm gió 34

Hình 3.8 Mô hình mһt cҳt cӫa phҫn trên cùng cӫa cӝt sӕng trong thí nghiӋm hҫm gió 35

Hình 3.9 Phác hӑa hӋ thӕQJÿӏnh vӏ cҧm biӃn tҧi trӑng lên tháp Brancusi 35

Hình 3.10 Mһt cҳt ngang hӋ thӕQJÿӏnh vӏ cҧm biӃn tҧi trӑng 36

Hình 3.11 Mô phӓng vұn tӕFJLyWѭѫQJӭng vӟLFiFJyFWiFÿӝng lên tháp 36

Hình 3.12 Hình vӁ biӇu diӉn CDtheo D 38

Hình 3.13 Hình vӁ biӇu diӉn CLtheo D 38

ix

Hình 3.14 Hình vӁ biӇu diӉn CD CL' theo D 39 Hình 3.15 Vұn tӕc gió Ucr( )ze theo D WѭѫQJӭng vӟi WUѭӡng hӧp trên 42 Hình 3.16 Vұn tӕc gió Ucr( )ze theo D cho hӋ các bұc tӵ do khác nhau 48

x

'$1+0Ө&&È&%Ҧ1*%,ӆ8

Bҧng 1.1 Giá trӏ ÿӝ mҧnh vӟi các công trình có mһt bҵng hình trөÿDJLiFKuQKWUzQ

Bҧng 2.1 HӋ sӕ ONJ\WKӯa D và chiӅu cao tҫng biên 17

Bҧng 2.2 LoҥLÿӏa hình và các thông sӕ ÿӏa hình 18

Bҧng 3.1 Thông sӕ kӃt cҩu cӝW³(QGOHVV&ROXPQ´ 30

Bҧng 3.2 HӋ sӕ NKtÿӝng hӑc WѭѫQJӭQJJyFWiFÿӝng 37

Bҧng 3.3 Vұn tӕc gió tӟi hҥn Ucr( )ze WѭѫQJӭQJFKRWUѭӡng hӧp 41

Bҧng 3.4 Vұn tӕc gió tӟi hҥn Ucr( )z so sánh vӟi các nghiên cӭu khác 43eBҧng 3.5 ThDQJTX\ÿәi cҩp gió Beaufort 45

xi

0Ӝ76Ӕ.é+,ӊ89,ӂ77Ҳ7 Chӳ viӃt tҳt

1 DOF 1 bұc tӵ do 2 DOFs 2 bұc tӵ do

Tәng Quan 1

&+ѬѪ1*7Ә1*48$1 1.1 Giӟi thiӋu

1.1.1 Tәng quát hóa các hiӋQWѭӧng vӅ gió

Gió là mӝt hiӋQWѭӧng tӵ nhiên hình thành do sӵ chuyӇQÿӝng cӫa không khí Các trұn gió vӟi tӕFÿӝ cao gây ra dông lӕc hoһFFiFFѫQEmR WKѭӡng xuyên gây hҥLÿӃn ÿӡi sӕng cӫDFRQQJѭӡi Khoa hӑc càng ngày càng phát triӇn, các yêu cҫu vӅ kiӃn WU~FF{QJQăQJVӱ dөng cӫa các công trình xây dӵng phӭc tҥSÿһc biӋt là các kӃt cҩu thanh mҧnh ngày càng nhiӅXÿzLKӓLFiFNƭVѭÿѭDUDFiFELӋn pháp thiӃt kӃ chӕng gió phù hӧp Nghiên cӭu vӅ gió là mӝt quá trình phӭc tҥp Nhӳng thành tӵXYѭӧt bұc vӅ ӭng dөng công nghӋ hiên nay ÿmJL~SFRQQJѭӡi có thӇ dӵ EiRÿѭӧc phҫn nào tác ÿӝng cӫDJLyOrQF{QJWUuQK&iFOƭQKYӵc chӫ yӃu hiӋn nay trong ngành gió bao gӗm WtQKWRiQÿӝng lӵc hӑFOѭXFKҩt, nghiên cӭu kӻ thuұt tính toán gió 'ѭӟLWiFÿӝng cӫa gió, ÿiSӭng cӫa công trình tác ÿӝng theo ba SKѭѫQJSKѭѫQJÿӭng, SKѭѫQJGӑc gió, SKѭѫQJYX{QJJyF vӟLKѭӟQJJLy'DRÿӝQJQJDQJKѭӟng gió gӑi là hiӋQWѭӧng tӵ GDRÿӝng NӃu tӵ GDRÿӝng dүQÿӃn mҩt әQÿӏQKWKuÿѭӧc gӑi là mҩt әQÿӏQKNKtÿӝng

Có 4 dҥng mҩt әQÿӏQKNKtÿӝng chӫ yӃXWiFÿӝng lên công trình: VIV, m̭t ͝Qÿ͓nh galloping, m̭t ͝Qÿ͓nh flutter, buffeting HiӋQWѭӧng vortex shedding xҧy ra khi các

xoáy phía sau vұt cҧn kӃt cҩu gây ra mҩt әQÿӏnh.KLÿyGDRÿӝng cӫa kӃt cҩu ngày

càng lӟn và trӣ thành mӝt nguӗQQăQJOѭӧQJJk\QJX\FѫPӓi kӃt cҩu VIV là hiӋn

Wѭӧng cӝQJKѭӣng phía sau cӫa công trình Khi vұn tӕFJLyYѭӧt qua khӓi mӕc cӝng

Kѭӣng mӝt khoҧng nhҩWÿӏnh thì hiӋQWѭӧng mӟi chҩm dӭt Buffeting là trҥng thái phҧn ӭng thông WKѭӡng cӫa kӃt cҩu M̭t ͝Qÿ͓nh galloping Jk\QJX\Fѫ[ҧy ra sӵ gãy ÿә ӣ nhӳng công trình thanh mҧnh M̭t ͝Qÿ͓nh flutter là hiӋQWѭӧng mҩt әQÿӏnh uӕn

xoҳn kӃt hӧp

Tәng Quan 2

Hình 1.1 ĈiSӭng cӫa kӃt cҩu chӏu tác dөng cӫa gió

Hình 1.1 thӇ hiӋQELrQÿӝ GDRÿӝng cӫa kӃt cҩu khi vұn tӕc gió biӃQWKLrQWăQJdҫn Các hiӋQWѭӧng vӅ JLyÿѭӧc giӟi thiӋXWѭѫQJӭng theo trҥQJWKiLWăQJGҫn biên

ÿӝ GDRÿӝng trong hình Nghiên cӭu vӅ mҩt әQÿӏnh uӕn galloping cӫa kӃt cҩu mҧnh

giúp QJѭӡi nghiên cӭu có thêm tài liӋu bә sung công tác thiӃt kӃ chӕng gió cho

công trình Các hình 1.2, 1.3, 1.4 minh hӑa cho sӵ ҧQKKѭӣng cӫa gió gây hҥLÿӃn

công trình

3

Hình 1.2 Cҫu Tacoma bӏ sөSÿә do gió mҥnh [4]

Hình 1.3 Bҧng quҧng cáo sөSÿә do gió thәi mҥnh [5]

Tùy theo mӛi quӕFJLDÿӝ mҧnh cӫa cҩu kiӋn sӁ ÿѭӧFÿѭDUDWURQJWӯng tiêu chuҭn khác nhau Ӣ ViӋt Nam, tӍ sӕ mҧQKÿѭӧFTXLѭӟFÿӕi vӟi cӝWQKjOjÿӕi vӟi các cҩu kiӋn khác là 52 [7] Theo tiêu chuҭn Nhұt, mӝt kӃt cҩXÿѭӧc xem là mҧnh khi tӍ sӕ mҧnh tӯ 6 trӣ lên [8] Ӣ nhiӅXQѫLWUrQWKӃ giӟi, kӃt cҩu có tӍ sӕ mҧnh tӯ 10 - 12 sӁ

Tәng Quan 6

Hình 1.7 ĈjLWѭӣng niӋm Washington [10]

Các giá trӏ ÿӝ mҧQKÿѭӧF[iFÿӏQKWKHRNtFKWKѭӟc, cҩu trúc và vӏ trí cӫa công trình Giá trӏ ÿӝ mҧQKÿѭӧc trình bày trong bҧng 1.1 cho mӝt cӕ cҩu kiӋn

O (lҩy giá trӏ EpKѫQ 

Các giá tr͓ NKiFÿ˱ͫc [iFÿ͓nh b̹ng cách n͡i suy

Tәng Quan 8

1.1.3 Mҩt әQÿӏnh galloping cӫa kӃt cҩu mҧnh

Galloping là hiӋQWѭӧng mҩt әQÿӏnh uӕn do gió, WKѭӡng xҧ\UDÿӕi vӟi các kӃt cҩu mҧnh QKѭFӝWÿLӋQWKiSăQJ ten, cҫu BiӇu hiӋn cӫa hiӋQWѭӧng mҩt әQÿӏnh uӕn là F{QJWUuQKGDRÿӝng ngang bӣLWiFÿӝng cӫa gió, làm ELrQÿӝ WăQJmҥnh, có khi làm công trình bӏ sөSÿә Cùng vӟi sӵ phát triӇn cӫa khoa hӑc công nghӋ, nhiӅXSKѭѫQJpháp bao gӗPSKѭѫQJSKiSVӕ YjSKѭѫQJSKiSJLҧLWtFKÿѭӧc thiӃt lұSÿӇ tính toán ÿiSӭng mҩt әQÿӏnh uӕn do gió cӫa kӃt cҩu mҧnh

Nghiên cӭXÿѭӧc thӵc hiӋn bҵng nhiӅu công cө, bao gӗm: công thӭc toán hӑc, SKѭѫQJSKiSJLҧLWtFKSKѭѫQJSKiSVӕ FNJQJQKѭWKtQJKLӋm hҫm gió«&KtQKYuVӵ ҧQKKѭӣng lӟQÿӃn kӃt cҩu công trình, vҩQÿӅ Qj\ÿmQKұQÿѭӧc sӵ quan tâm cӫa các nhà nghiên cӭXWURQJYjQJRjLQѭӟc Tuy nhiên, vҩQÿӅ này vүn còn là mӝWOƭQKYӵc có sӭc hút lӟQÿӕi vӟi các nhà nghiên cӭu

Hình 1.8 Mô hình phân tích mҩt әQÿӏnh galloping

Hình 1.8 ÿmP{Wҧ mô hình phân tích mҩt әQÿӏnh uӕn cӫa gió Xét mӝt dòng gió ÿӅu U chuyӇQÿӝQJWKHRSKѭѫQJ\WiFÿӝng lên kӃt cҩu vӟi khӕLOѭӧng m, bӅ rӝng B

9

Vұn tӕc chuyӇQÿӝng yOjPWKD\ÿәLKѭӟng gió táFÿӝng mӝt gócD Lӵc cҧn và lӵc ngang cӫDNKtÿӝQJWKHRSKѭѫQJWiFÿӝQJYjSKѭѫQJYX{QJJyFÿѭӧc biӇu diӉQQKѭsau [12]:

2

2

WURQJÿyFD, FL, là lӵc cҧn và lӵc nâng cӫa kӃt cҩu B, U, U , CD D , CL D lҫn Oѭӧt là bӅ rӝng, khӕLOѭӧng riêng, vұn tӕc gió trung bình, hӋ sӕ lӵFÿҭy và lӵc nâng cӫa kӃt cҩu

Ĉӕi vӟi viӋc phân tích mҩt әQÿӏnh uӕn cӫa kӃt cҩu mҧnh thì viӋF[iFÿӏnh hình dҥng cӫa kӃt cҩu và vұn tӕc chuyӇQÿӝng là vô cùng quan trӑng Các vҩQÿӅ Qj\ÿmtrӣ WKjQKÿӅ tài cӫa nhiӅu nhà nghiên cӭu trên thӃ giӟi Tuy nhiên, các nghiên cӭu này vүQFzQFKѭDKRjQWKLӋn Nghiên cӭu nәi tiӃng cӫa Den Hartog ÿmÿѭDUD tiêu chuҭn vӟi FiFÿLӅu kiӋn cho hiӋQWѭӧng mҩt әQÿӏnh uӕn galloping QKѭVDX [13]:

ĈLӅu kiӋn cҫQÿӇ xҧy ra hiӋQWѭӧng mҩt әQÿӏnh galloping là:

WURQJÿyCLc D Ojÿҥo hàm hӋ sӕ lӵc nâng cӫa kӃt cҩu

ĈLӅu kiӋn ÿӫ: vұn tӕc gió trung bình tӟi hҥn Ucrÿѭӧc thiӃt lұp bӣi công thӭc:

: 

10

1.2 Tình hình nghiên cӭu và tính cҩp thiӃt cӫDÿӅ tài

Cùng vӟi sӵ phát triӇn cӫa khoa hӑc công nghӋ, nhiӅX SKѭѫQJ SKiS EDR Jӗm SKѭѫQJSKiSVӕ YjSKѭѫQJSKiSJLҧLWtFKÿѭӧc thiӃt lұSÿӇ WtQKWRiQÿiSӭng phân tích mҩt әQÿӏnh uӕn do gió cӫa kӃt cҩu mҧnh

Nghiên cӭu vӅ mҩt әQÿӏnh uӕn do gió ÿѭӧFÿӅ cұp lҫQÿҫu tӯ nhӳQJQăPÿҫu cӫa thӃ kӍ 20 trong nghiên cӭu cӫa Lanchester TiӃSÿy*ODXHUWYj'HQ+DUWRJÿmÿѭDUDtiêu chuҭQÿҫu tiên vӅ mҩt әQÿӏnh uӕn do gió cho hӋ mӝt bұc tӵ do, dӵa vào các hӋ sӕ NKtÿӝng cӫa tiӃt diӋn [13] [14] Sau khi công bӕ tiêu chuҭQQj\ÿmFyUҩt nhiӅu nghiên cӭXÿӅ xuҩt mӣ rӝng và cҧi tiӃn trên nhiӅu mô hình khác nhau vӟi các tiӃt diӋn khác nhau Nәi bұWÿҫu tiên là các nghiên cӭu cӫD3DUNLQVRQYj6PLWKÿmÿiQKJLiGDRÿӝQJELrQÿӝ cӫa mӝWOăQJNtQKYX{QJFKӏu tҧi trӑQJJLyÿӅu [15] TiӃp nӕi là các nghiên cӭu cӫD1RYDNÿm[HP[pWVӵ ҧQKKѭӣng cӫa cӫa các thông sӕ QKѭNKӕLOѭӧng, NtFKWKѭӟFÿӝ cӭng và giҧP[yFÿӃn galloping tҥi mӝWJyFWiFÿӝQJWѭѫQJӭng tҥo thành mӝWÿѭӡQJFRQJÿӝFÿiR[16] [17]6DXÿyQJKLrQFӭu cӫD6NDUHFN\ÿmÿѭDUDlý thuyӃt mҩt әQÿӏnh galloping mӣ rӝng sӵ ҧQKKѭӣng cӫa cáFJyFWiFÿӝQJÿӃn các kӃt cҩu mҧnh [18] Các thí nghiӋm thӵFÿӏDÿѭӧc tiӃn hành nhҵm hҥn chӃ ELrQÿӝ JDOORSLQJWUrQFiFÿѭӡng truyӅn dүQFNJQJÿmÿѭӧc thӵc hiӋn trên nhiӅu nghiên cӭu cӫa [19] [20] Các nghiên cӭu vӅ cáp nghiêng lҫQÿҫXÿѭӧc thӵc hiӋQWURQJFiFÿѭӡng hҫm gió ӣ Nhұt Bҧn bӣi Saito [21] YjVDXÿyÿmÿѭӧFÿѭDYjRiSGөng trong các thӱ nghiӋPÿѭӡng hҫm gió khác trên mӝt mһt cҳt vӟi kích thӭc thӵc cӫa dây cáp trong nghiên cӭu cӫa Cheng [22]

Càng vӅ cuӕi thӃ kӍ XX, các nghiên cӭu vӅ hiӋQWѭӧQJJDOORSLQJÿѭӧc xuҩt hiӋn nhiӅXKѫQ1KLӅu nghiên cӭu bҵng lí thuyӃt lүn thí nghiӋPÿm ÿѭӧc thӱ nghiӋm Ngoài SKѭѫQg pháp thí nghiӋm hҫm gió, nhà nghiên cӭXFNJQJGӵDYjRFiFÿLӅu kiӋn giҧm [yFNKtÿӝng lӵc hӑFÿӇ xét sӵ mҩt әQÿӏQKGRJLyJk\UDÿӕi vӟi các kӃt cҩu mҧnh Thí nghiӋm nәi tiӃng cӫa -RQHVQăPvӟi viӋc mô phӓng sӵ liên kӃt giӳa FiFFѫQUXQJÿӝng gió YjJLyQJDQJÿӇ ÿѭDUD ÿLӅu kiӋn galloping cho hai bұc tӵ do (2DOF) [23] Nghiên cӭXVDXÿyFӫD3LFFDUGRÿmÿѭDUDOêWKX\Ӄt mӟi vӅ galloping áp dөng cho các loҥLGk\FiSÿӗng thӡi nhҩn mҥnh tҫm quan trӑng các khӟp nӕi giӳa hai loҥi JLySKѭѫQJJLyDORQJ-ZLQG YjSKѭѫQJYX{QJJyFYӟi gió (cross-wind) [24] Yu

11

cùng cӝng sӵ ÿmQJKLrQFӭu sӵ ҧQKKѭӣng cӫa tҫn sӕ ÿӃn hiӋQWѭӧng galloping cho các dây truyӅn tҧLÿLӋn [25] WaQWDEHVDXÿyÿmP{Wҧ vai trò cӫDNKtÿӝng hӑc giҧm chҩQÿӕi vӟi các tòa nhà cao tҫQJYjOăQJNtQK[26] VӅ sau, ÿҫu thӃ kӍ XXI, nghiên cӭu cӫD.UHQNÿmÿѭDUDOêWKX\ӃWÿӇ minh hӑa vai trò cӫa các mode giҧm chҩn phӭc tҥp trong FiFUXQJÿӝng cӫa cáp và dҫm [27] Nghiên cӭu cӫD5REHUWVRQQăPvà cӝng sӵ ÿmÿѭDOêWKX\Ӄt vӅ sӵ luân chuyӇn và mҩt әQÿӏnh cho cҩu kiӋn hình chӳ nhұt [28] Trong thӡi gian này, Luongo và Piccardo ÿmWuPUDOӡi giҧi thích cho nghiên cӭu cӫa Jones bҵng giҧi pháp ÿiQJJLi hiӋQWѭӧng cӝQJKѭӣng YjFѭ[ӱ NK{QJÿLӅu kiӋn [29] Mӝt nghiên cӭu nәi bұt khác cӫD0DFGRQDOGYj/DURVHÿmNKiLTXiWÿLӅu kiӋn galloping và áp dөng nó cho các dây cáp nghiêng [30] Tuy nhiên, mô hình này chӍ ӭng dөng cho hӋ mӝt bұt tӵ GRWѭѫQJӭng vӟi mӝt mһt phҷng nhҩWÿӏnh Bҵng viӋc sӱ dөQJNKtÿӝng lӵc hӑF.LPÿmÿѭDUDQKӳng kӃt luұn vӅ chúng lên các tòa nhà cao tҫng [31] Nghiên cӭu bҵng thӵc nghiӋm cӫD*XQăPFNJQJFKӍ ra nhӳng ҧQKKѭӣng vӅ giҧm chҩQNKtÿӝng lӵc hӑFÿӕi vӟi các tòa nhà siêu cao tҫng có mһt cҳt hình vuông [32] Mӝt mô hình vӅ giҧm xóc nәi tiӃng cӫa Spencer vӅ các kӃt cҩu thanh mҧQKQKѭWzDQKjFDRWҫQJÿmÿѭӧc dӵng ra [33] Tuy nhiên, nhiӅu quan niӋm sai lҫm trong viӋc sӱ dөng lý thuyӃt tiêu chuҭn Den Hartog tӯ ÿyFNJQJÿmÿѭӧFÿѭDra Nghiên cӭu cӫD1LNLWDVYj0DFGRQDOGÿmFKӍ ra mӝt sӕ sai lҫm này [34] Mannimi và cӝng sӵ ÿmWәng hӧp các hiӋQWѭӧng galloping ± VIV nhҵPOjPU}FiFÿһFWUѭQJOLrQTXDQÿӃn hai hiӋQWѭӧQJWUrQÿӗng thӡi phác thҧo các biӋn pháp nhҵm hҥn chӃt hiӋQWѭӧng mҩt әQÿӏnh cho cҩu kiӋn hình trө [35] Tәng hӧp các nghiên cӭu vӅ hiӋn WѭӧQJJDOORSLQJÿmÿѭӧFÿӅ cұp ӣ [36]Ĉk\FKtQKOjFiFQJKLrQFӭu có liên quan WUѭӟFÿk\YӅ mҩt әQÿӏnh cӫa kӃt cҩu mҧnh

Hҥn chӃ chung cӫa các nghiên cӭXWUѭӟFÿk\OjGӵa trên mô hình mà các hӋ sӕ NKtÿӝng hӑc, tӕFÿӝ gió trung bình, khӕLOѭӧng trên mӝWÿѫQYӏ chiӅXGjLNtFKWKѭӟc cӫa mһt cҳWNK{QJÿәi dӑc theo chiӅu dài kӃt cҩu Tӯ ÿyҧQKKѭӣng cӫa thông sӕ ÿӝng hӑFQKѭGҥQJGDRÿӝng (mode shape) cӫa kӃt cҩu bӏ bӓ qua Tuy nhiên các kӃt cҩu trong thӵc tӃ luôn không thӓa mãn giҧ thiӃWWUrQ'R ÿyYLӋc tính toán có thӇ thiӃu chính xác, ҧQKKѭӣQJÿӃn khҧ QăQJәQÿӏnh cӫa kӃt cҩu

12

Ӣ ViӋt Nam, viӋc nghiên cӭu hiӋQWѭӧng mҩt әQÿӏQKNKtÿӝng chӍ ÿѭӧFÿӅ cұp ÿӃn trong mӝt vài nghiên cӭu gҫQÿk\/Xұn án cӫD7K{QJÿmPӣ rӝng phҥm vi khҧo sát hiӋQWѭӧQJNtFKÿӝng xoáy nhӡ ÿySKiWKLӋQÿѭӧc các trҥng thái mҩt әQÿӏnh khí ÿӝng khác ngoài trҥng thái cӝQJKѭӣQJÿmÿѭӧc nghiên cӭu, phát hiӋn ra các hiӋu ӭng bә VXQJFKRÿLӅu kiӋn әQÿӏnh và mҩt әQÿӏnh dҥQJNtFKÿӝng xoáy [37] Nghiên cӭu cӫD/LrPÿmQJKLrQFӭu vӅ mҩt әQÿӏQKNKtÿӝQJ*DOORSLQJÿӕi vӟi tháp cҫu chӏu tác ÿӝng cӫa gió và ӭng dөng cho tháp cҫu Trҫn Thӏ Lý - 73Ĉj1ҹng [38] Trong tiêu chuҭn tính toán tҧi trӑng gió cho công trình, TCVN 2737-1995 ÿѭӧc sӱ dөng hiӋn hành chӍ ÿӅ cұSÿӃQFiFWiFÿӝQJWKHRSKѭѫQJGӑc gió [39]'RÿyWLrXFKXҭn xây dӵQJUDÿӡi nhҵPÿiSӭng yêu cҫu cho mӝt sӕ kӃt cҩu riêng biӋt ChӍ dүn tính toán ӣ Phө Lөc C cӫa [40] FyÿѭDUD\rXFҫu tính toán cho công trình cao và kӃt cҩu mӅm vӅ hiӋQWѭӧng này Tuy nhiên, hҥn chӃ cӫa tiêu chuҭn xây dӵng này là sӱ dөQJWUѭӡng hӧp tәng quát, sӱ dөng lҥLFiFÿLӅu kiӋn cӫa Den Hartog bҩy lâu nay HiӋn nay, ӣ ViӋt Nam vүQFKѭDFyQJKLrQFӭu cө thӇ [pWÿӃn hình dҥng công trình và vұn tӕc gió tӟi hҥn trung bình gây ra bӣi mҩt әQÿӏQKJDOORSLQJ'RÿyYLӋc nghiên cӭXÿӅ tài mҩt әQÿӏnh uӕn cho kӃt cҩu mҧnh hiӋn còn rҩt mӟi mҿ

1.3 Mөc tiêu, nӝLGXQJYjSKѭѫQJSKiSQJKLrQFӭu

ĈӇ làm rõ vai trò và tҫm quan trӑng cӫa các nhұn xét trên, luұQYăQQj\SKiWWULӇn mӝt khung lý thuyӃt (phҫn 2) nhҵPÿiQKJLiFiFÿLӅu kiӋn mҩt әQÿӏnh uӕn galloping cho cҩu trúc mҧnh thҷQJÿӭng LuұQYăQQj\ phát triӇn và mӣ rӝng lý thuyӃt mҩt әn ÿӏQK'HQ+DUWRJÿӗng thӡi xét sӵ ҧQKKѭӣng cӫa biӃn thiên vұn tӕFJLyWKHRÿӝ cao ÿӃQÿLӅu kiӋn mҩt әQÿӏnh galloping cӫa kӃt cҩu mҧnh

Các vҩQÿӅ nghiên cӭu cө thӇ trong phҥm vi LuұQYăQQj\bao gӗm:

(1) ThiӃt lұSFiFSKѭѫQJWUuQKÿӝng lӵc hӑc nhҵP[iFÿӏnh công thӭc tính toán mҩt әQÿӏnh uӕn (1DOF) cӫa kӃt cҩu mҧnh

(2) Sӱ dөQJSKѭѫQJJLҧLWtFKÿӇ thiӃt lұSSKѭѫQJWUuQKFKӫ ÿҥo

(3) Phát triӇn thêm mӝt sӕ công thӭFÿӅ xuҩt cho các kӃt cҩu mҧnh vӟi mô hình 2DOFs và xét sӵ ҧQKKѭӣng cӫa biӃn thiên vұn tӕFJLyWKHRÿӝ FDRÿӃQÿLӅu kiӋn

&ѫVӣ lý thuyӃt 14

&+ѬѪ1*&Ѫ6Ӣ/é7+8<ӂ7

7URQJFKѭѫQJQj\WUuQKEj\FiFF{QJWKӭFÿӝng lӵc hӑc và thiӃt lұp bài toán mҩt әQÿӏnh galloping cho hӋ mӝt bұc tӵ do (1DOF) ӣ hӋ tӑDÿӝ suy rӝng (generalized coordinated system) Các yӃu tӕ WKѭӡng bӏ bӓ TXDQKѭQKѭVӵ biӃn thiên vұn tӕc gió WKHRÿӝ cao, hàm dҥQJ«VӁ ÿѭӧc xét trong bài toán Lý thuyӃt tính toán mӟLÿѭDUD sӁ ÿѭӧc mӣ rӝng thêm cho hӋ hai bұc tӵ do (2DOFs) trong hӋ tӑDÿӝ suy rӝng

2.1 BiӃn thiên vұn tӕc gió theo chiӅu cao

2.1.1 Tҫng biên khí quyӇn

BӅ mһWWUiLÿҩWFyWiFÿӝng làm chұm chuyӇQÿӝng cӫa không khí thông qua lӵc ma sát, và khoҧQJ NK{QJ JLDQ Pj WURQJ ÿy FKX\ӇQ ÿӝng cӫD NK{QJ NKt ÿѭӧF ÿһc WUѭQJ Eӣi dòng khí rӕi do ҧQK Kѭӣng bӣi lӵc ma sát gӑi là tҫng biên khí quyӅn

(atmospheric boundary layer) Tҫng biên khí quyӇn có chiӅu cao tӯ 20-1000 m và

bên trên chiӅu cao này, chuyӇQÿӝQJJLy[HPQKѭOjGzQJFKҧy tҫng vӟi vұn tӕc là mӝt hҵng sӕ Mӝt mô hình tҫng biên khí quyӇQÿLӇQKuQKÿѭӧFWUuQKEj\QKѭKuQK2.1 Các nhà nghiên cӭu ghi nhұn các vұn tӕc gió trong tҫng biên khí quyӇn bҵng các thiӃt bӏ chuyên dөng gӑi là phong kӃ ÿѭӧc gҳn trên cӝWÿRJLy9ӟi mӝWÿӝ cao nhҩt ÿӏnh, trong khoҧng thӡi gian nhҩWÿӏnh, phong kӃ sӁ ghi lҥi sӵ biӃn thiên vұn tӕc gió tҥi mӝWFDRÿӝ nhҩWÿӏnh

&ѫVӣ lý thuyӃt 15

Hình 2.1 Mô hình tҫng biên khí quyӇn [41]

vӟi: UG là vұn tӕc gió chҧy tҫng phía trên tҫng biên khí quyӇn; ( , )

U z t là vұn tӕc gió tӭc thӡi tҥi thӡLÿLӇm t và ӣ ÿӝ cao z trong tҫng biên khí

quyӇn; ( )

U z là vұn tӕc gió trung bình ӣ ÿӝ cao z trong tҫng biên khí quyӇn

2.1.2 BiӃn thiên vұn tӕc gió trung bình theo chiӅu cao

Vӟi mô hình tҫng biên khí quyӇn trong hình trên, khi zdzG, vӟi zG là chiӅu cao tҫng biên, vұn tӕc gió tҥi 1 vӏ WUtÿѭӧc biӇu diӉQQKѭWәng cӫDÿҥLOѭӧng:

- Giá trӏ trung bình biӃn thiên theo chiӅu cao

- 'DRÿӝng quanh giá trӏ trung bình vӟLÿһFWUѭQJFӫa dòng khí rӕi

Trong khi dòng rӕi tҫng biên có tính chҩt cӫa mӝt quá trình ngүu nhiên, các quan sát thӵc tӃ cho thҩy vұn tӕc gió trung bình lҥi có quy luұt biӃn thiên nhҩWÿӏnh Vұn tӕc gió biӃn thiên theo chiӅXFDRÿѭӧc tuân theo quy luұWORJDULWQKѭVDX

&ѫVӣ lý thuyӃt 16

ln( )( )

§ ·¨ ¸© ¹§ ·¨ ¸© ¹

(2.1)

WURQJÿy: ze, U z( )e và zo lҫQOѭӧt là chiӅu cao tham chiӃu, vұn tӕFJLyÿRWҥi chiӅu cao tham chiӃu và chiӅu cao nhám bӅ mһt ChiӅu cao nhám bӅ mһWWKD\ÿәi tùy theo dҥQJÿӏa hình

Mӝt quy luұt xҩp xӍ biӃn thiên vұn tӕc gió trung bình theo chiӅu cao bӣi KjPONJ\thӯa Quy luұWÿѭӧc biӇu diӉQQKѭVDX [41]:

( )( )ee

zU z

§ · ¨ ¸

&ѫVӣ lý thuyӃt 17

+uQKÿmPLQKKӑa sӵ biӃn thiên vұn tӕc gió theo chiӅXFDRWѭѫQJӭng vӟi FiFÿӏa hình khác nhau Hình 2.2a, vұn tӕFJLyWKHRÿӝ FDRÿѭӧFÿRӣ ÿӏa hình thành phӕ Hình 2.2b, vұn tӕFJLyÿѭӧFÿRӣ ÿӏa hình khu vӵc ÿӗng bҵng bҵng phҷng Hình 2.2c, vұn tӕFJLyÿѭӧFÿRӣ ÿӏa hình mһt biӇn trӕng trҧi NK{QJFyFKѭӟng ngҥi trên bӅ mһt Ӣ ÿӏa hình mһt biӇn trӕng trҧi, vұn tӕc gió chӍ WKD\ÿәLWURQJÿRҥn rҩt ngҳn sát mһt biӇn và sӟPÿҥWÿӃn giá trӏ hҵng sӕ, ӭng vӟi chiӅu cao tҫng biên nhӓ 1Jѭӧc lҥi, ӣ nhӳQJYQJÿ{WKӏ nhiӅu vұt cҧn, vұn tӕc gió có sӵ biӃQWKLrQÿiQJNӇ, trong phҥm vi chiӅu cao tҫng biên lӟn HӋ sӕ ONJ\WKӯa E và chiӅu cao tҫng biên ÿmÿѭӧc phân chia theo dҥQJÿӏDKuQKWѭѫQJӭng ӣ bҧng 2.1

Bҧng 2.1 HӋ sӕ ONJ\WKӯa E và chiӅu cao tҫng biên [42] DҥQJÿӏa hình

9QJÿ{WKӏ hay khu vӵc rӯng rұm

BӅ mһWWѭѫQJÿӕi trӕng, vұt cҧn cao ” 9.1m

Trӕng trҧi, mһt Qѭӟc

2.1.3 Phân chia dҥQJÿӏa hình

Mӛi tiêu chuҭQNKiFQKDXÿӅu có sӵ phân chia dҥQJÿӏa hình khác nhau Các tiêu chuҭQWKѭӡQJÿѭӧc sӱ dөng trong lý thuyӃt tính toán kӃt cҩu ӣ ViӋt Nam sӁ ÿѭӧc ÿӅ cұp ErQGѭӟi

Ӣ TCVN ViӋt Nam, [39] ÿmSKkQFKLDGҥQJÿӏa hình thành 3 dҥng A, B và C Ĉӏa hình dҥng A là dҥQJÿӏa hình trӕng trҧi, không có hoһc có rҩt ít vұt cҧn cao không quá 1,5m (bӡ biӇn thoáng, mһt sông, hӗ lӟQÿӗng muӕLFiQKÿӗng không có Fk\FDR«