Giӟi thiӋu
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
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 biӃQWKLrQWăQJ dҫn 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
Hình 1.2 Cҫu Tacoma bӏ sөSÿә do gió mҥnh [4]
Hình 1.3 Bҧng quҧng cáo sөSÿә do gió thәi mҥnh [5]
Hình 1.4 Tháp truyӅQKuQK1DPĈӏnh bӏ quұt ngã do gió bão [6]
KӃt cҩu mҧnh
KӃt cҩu mҧQKÿѭӧc ӭng dөng rӝng rãi trong mӑLOƭQKYӵFWURQJÿӡi sӕng Các kӃt cҩu mҧnh bao gӗm ӕng khói, cӝWÿLӋQÿӃn các công trình phӭc tҥSQKѭFҫXGk\YăQJ tháp truyӅn hình Ngày nay, nhu cҫu vӅ nhà ӣ, viӉQWK{QJQJj\FjQJWăQJÿzLKӓi viӋc xây dӵng các tòa nhà chӑc trӡi phөc vө cho nhu cҫXÿӡi sӕng cӫDQJѭӡi dân Tiờu biӇu QKѭFiFWzDQKjFKӑc trӡL%XUM.KDOLID/DQGPDUNô Cỏc cụng trỡnh kӃt cҩu mҧnh vӯa mang lҥi giҧi pháp kiӃQWU~FÿӝFÿiRYӯa mang lҥi giá trӏ kinh tӃ Mӝt cҩu kiӋQÿѭӧc gӑi là mҧnh khi tӍ sӕ mҧnhOÿѭӧc nҵm trong vùng giӟi hҥQQKѭVDX [7]:
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
5 ÿѭӧc gӑi là kӃt cҩu mҧnh Tuy nhiên, khi lӵa chӑQNtFKWKѭӟc tiӃt diӋn cҫn chú ý kiӇm WUDÿӃQÿLӅu kiӋn әQÿӏnh cӫa công trình
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
Bҧng 1.1 Giá trӏ ÿӝ mҧnh vӟi các công trình có mһt bҵng hình trөÿDJLiFKuQKWUzQ
1 KӃt cҩX ÿD JLiF FKӳ nhұt, mҥng tinh thӇ:
Các giá tr͓ NKiFÿ˱ͫc [iFÿ͓nh b̹ng cách n͡i suy
Các giá tr͓ NKiFÿ˱ͫF[iFÿ͓nh b̹ng cách n͡i suy
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, nhiӅXSKѭѫQJ pháp 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 giúô&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
Vұn tӕc chuyӇQÿӝng y OjPWKD\ÿәLKѭӟng gió táFÿӝng mӝt gócD Lӵc cҧn và lӵc ngang cӫDNKtÿӝQJWKHRSKѭѫQJWiFÿӝQJYjSKѭѫQJYX{QJJyFÿѭӧc biӇu diӉQQKѭ sau [12]:
WURQJÿyF D , F L , là lӵc cҧn và lӵc nâng cӫa kӃt cҩu B, U, U , C D D , C L 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\ÿm trӣ 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:
WURQJÿyC L c D Ojÿҥo hàm hӋ sӕ lӵc nâng cӫa kӃt cҩu ĈLӅu kiӋn ÿӫ: vұn tӕc gió trung bình tӟi hҥn U cr ÿѭӧc thiӃt lұp bӣi công thӭc:
WURQJÿyU cr , m, :, ] lҫQOѭӧt là vұn tӕc gió trung bình tӟi hҥn, khӕLOѭӧng, tҫn sӕ vòng và tӍ sӕ cҧn cӫa kӃt cҧn cӫa kӃt cҩu
Trong luұQYăQQj\VӁ ÿLYjRFө thӇ các vҩQÿӅ trên trong viӋF[iFÿӏnh công thӭc tính vұn tӕc gió tӟi hҥn cӫa hiӋQWѭӧng galloping cho hӋ mӝt và hai bұc tӵ do trong hӋ tӑDÿӝ suy rӝng Tӯ ÿyYLӋc phân tích sӁ có kӃt quҧ cө thӇ YjFKtQK[iFKѫQ
Tình hình nghiên cӭu và tính cҩp thiӃt cӫDÿӅ tài
Cùng vӟi sӵ phát triӇn cӫa khoa hӑc công nghӋ, nhiӅXSKѭѫQJSKiS 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+DUWRJÿmÿѭDUD tiêu 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 cӫD3DUNLQVRQYj6PLWKÿmÿiQKJLi GDRÿӝQJELrQÿӝ 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\ÿmÿѭDUD lý 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-ZLQGYjSKѭѫQJYX{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 cӫD5REHUWVRQQăP và 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 ÿyFNJQJÿmÿѭӧFÿѭD ra Nghiên cӭu cӫD1LNLWDVYj0DFGRQDOGÿmFKӍ ra mӝt sӕ sai lҫm này [34] Mannimi và cӝng sӵ ÿmWәng hӧp các hiӋQWѭӧng galloping ± VIV nhҵPOjPU}FiFÿһFWUѭQJ OLrQTXDQÿӃn 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'RÿyYLӋc 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.
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
13 mҩt әQÿӏnh galloping nhҵm làm rõ vai trò cӫa dҥQJGDRÿӝng và sӵ liên kӃt cӫa các mode cӫa kӃt cҩu mҧnh
(4) KӃt quҧ cӫa các ví dө sӕ sӁ ÿѭDUDFiFNӃt luұn quan trӑng vӅ mҩt әQÿӏnh uӕn do gió cӫa kӃt cҩu mҧnh
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 dҥQJôVӁ ÿѭӧc xột trong bài toỏn Lý thuyӃt tớnh toỏn mӟLÿѭDUD sӁ ÿѭӧc mӣ rӝng thêm cho hӋ hai bұc tӵ do (2DOFs) trong hӋ tӑDÿӝ suy rӝng.
BiӃn thiên vұn tӕc gió theo chiӅu cao
Tҫng biên khí quyӇn
BӅ mһWWUiLÿҩWFyWiFÿӝng làm chұm chuyӇQÿӝng cӫa không khí thông qua lӵc ma sát, và khoҧQJNK{QJJLDQPj WURQJÿyFKX\ӇQÿӝng cӫDNK{QJNKtÿѭӧFÿһc 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
Hình 2.1 Mô hình tҫng biên khí quyӇn [41] vӟi: U G 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.
BiӃn thiên vұn tӕc gió trung bình theo chiӅu cao
Vӟi mô hình tҫng biên khí quyӇn trong hình trên, khi z d z G , vӟi z G 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
WURQJÿy: z e , U z( ) e và z o 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]:
HӋ sӕ ONJ\WKӯa E trong công thӭc trên tùy thuӝc vào dҥQJÿӏa hình, cùng chiӅu cao tҫng biên z G Khi zt z G , vұn tӕc gió trung bình là hҵng sӕ U G U z( G )
Hình 2.2 BiӃn thiên vұn tӕc gió theo chiӅu cao ӣ FiFÿӏa hình khác nhau [41]
+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 ÿm ÿѭӧc 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
Vӟi quy luұt trên có thӇ thҩy dҥng biӃn thiên vұn tӕc gió trung bình theo chiӅu cao phө thuӝc chính vào dҥQJÿӏa hình.
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\FDRô
&ѫVӣ lý thuyӃt 18 Ĉӏa hình dҥQJ%OjÿӏDKuQKWѭѫQJÿӕi trӕng trҧi, có mӝt sӕ vұt cҧQWKѭDWKӟt cao không quá 10m (vùng ngoҥi ô ít nhà, thӏ trҩn, làng mҥc, rӯQJWKѭDKRһc rӯng non, YQJWU{QJFk\WKѭDô Ĉӏa hình dҥQJ&Ojÿӏa hình bӏ che chҳn mҥnh, có nhiӅu vұt cҧn sát nhau cao tӯ 10m trӣ lờn (trong thành phӕ, vựng rӯng rұPô
Công trình ÿѭӧF[HPOjWKXӝFGҥQJÿӏDKuQKQjRQӃXWtQKFKҩWFӫDGҥQJÿӏDKuQK ÿyNK{QJWKD\ÿәLWURQJNKRҧQJFiFKKNKLKPYjNPNKLK!PWtQKWӯ PһWÿyQJLyFӫDF{QJWUuQKKOjFKLӅXFDRF{QJWUuQK
Trong khi ÿytheo tiêu chuҭn EN 1991-1-4 lҥLTX\ÿӏnh SKkQFKLDÿӏa hình làm 5 dҥng [11]
Các thông sӕ ÿһFWUѭQJYӅ chiӅu cao nhám z o và chiӅu cao nhӓ nhҩt z min ÿѭӧc TX\ÿӏnh trong bҧQJGѭӟLÿk\7URQJWӵ nhiên, dҥQJÿӏa hình chuҭQÿѭӧFTX\ѭӟc là dҥQJÿӏa hình II
%ҧQJ 2.2 /RҥLÿӏDKuQKYjFiFWK{QJVӕÿӏDKuQK [11]
0 - Ӣ biӇn hoһc khu vӵc giáp ranh vӟi biӇn 0.003 1
I - Ӣ hӗ hoһc khu vӵc nҵm ngang vӟi thҧm thӵc vұt chӏu che chҳQOjNK{QJÿiQJNӇ 0.01 1
II - Khu vӵc vӟi thҧm thӵc vұt thҩSQKѭFӓ và bӏ cô lұp (Cây, các tòa nhà) vӟi sӵ cách ly ít nhҩt là 20 lҫQÿӝ FDRFKѭӟng ngҥi vұt
III - Khu vӵc ÿѭӧc bao bӑc bӣi các thҧm thӵc vұt hoһc công trình vӟi khoҧng cách ly lӟn nhҩt là 20 lҫQÿӝ FDRFKѭӟng ngҥi vұWQKѭOjQJPҥc, vùng ngoҥi ô
IV - Khu vӵFWURQJÿytWQKҩt 15% bӅ mһt cӫDF{QJWUuQKÿѭӧc bao phӫ và che chҳn bӣi các công trình vӟLÿӝ cao trung bình trên 15m
7ѭѫQJӭng vӟi vӏ trí khu vӵc mà kӃt cҩu thuӝc quӕc gia và dҥQJÿӏa hình, ta chӑn SKѭѫQJiQ sӱ dөng tiêu chuҭn cho các thông sӕ phù hӧp Trong luұQYăQtiêu chuҭn
EN 1991-1-ÿѭӧc sӱ dөng cho các ví dө sӕ ÿѭӧc trình bày ӣ FKѭѫQJVDX.
Mҩt әQÿӏnh galloping cho hӋ mӝt bұc tӵ do (1DOF) suy rӝng
Trong mөFQj\ÿLӅu kiӋn mҩt әQÿӏnh galloping cho hӋ mӝt bұc tӵ do suy rӝng (1DOF) sӁ ÿѭӧc thiӃt lұp cho kӃt cҩu mҧnh
Xét mӝt kӃt cҩu mҧnh thҷQJÿӭng có chiӅu cao H chӏXWiFÿӝng cӫa tҧi trӑng phân bӕ ( , )g z t ÿѭӧc biӇu diӉQQKѭKuQK3:
Hình 2.3 Tҧi trӑng g z t, WiFÿӝng lên kӃt cҩu
3KѭѫQJWUuQKGDRÿӝng cӫa kӃt cҩXÿѭӧc biӇu diӉQQKѭVDX [12]:
EI z m z g z t z t w w w w (2.3) tURQJÿy: E, I, m, q, z, t, g(z,t) lҫQOѭӧWOjP{ÿXQÿjQKӗi, moment quán tính, khӕi OѭӧQJWUrQÿѫQYӏ chiӅu dài, chuyӇn vӏÿӝ cao, thӡi gian và tҧi trӑng gió cӫa kӃt cҩu Sӱ dөQJSKѭѫQJSKiSSKkQ tích mode, chuyӇn vӏ cӫa hӋ có thӇ ÿѭӧc biӇu diӉn
&ѫVӣ lý thuyӃt 20 bӣi tә hӧp các dҥng mode (mode shape) và chuyӇn vӏ trong tӑDÿӝ suy rӝQJQKѭVDX [12] :
WURQJÿyy n , I n lҫQOѭӧt là chuyӇn vӏ trong tӑDÿӝ suy rӝng và dҥQJGDRÿӝQJWѭѫQJ ӭng vӟi mode n ĈLӅu kiӋn trӵc giao cӫDFiFPRGHÿѭӧc cho bӣi [12]:
H n j n nj mI zI z dz mG ³ (2.5)
WURQJÿy : n , G nj lҫQOѭӧt là tҫn sӕ vòng và hàm Delta Dirac cӫa kӃt cҩu
7KD\SKѭѫQJWUuQK (2.4YjRSKѭѫQJWUuQKYjVӱ dөng (2.5), (2.6), pKѭѫQJ trình chuyӇn ÿӝng (2.3) cӫa hӋ mӝt bұc tӵ do suy rӝQJÿѭӧc viӃt:
Mһt khác khi xét các kӃt cҩu mҧQK[HPQKѭOjÿӗng nhҩt, pKѭѫQJWUuQKFKX\Ӈn ÿӝng cho hӋ liên tөc vô hҥn bұc tӵ GRFy[pWÿӃn hӋ sӕ cҧn ] ÿѭӧc biӇu diӉn theo hӋ tӑDÿӝ tәQJTXiWWѭѫQJӭng vӟi tӯQJPRGHGDRÿӝng QKѭVDX [12-43], [44]:
WURQJÿym n ,] và G n (t) lҫQOѭӧt là các khӕLOѭӧng suy rӝng, tӹ sӕ cҧn và lӵc NKtÿӝng
WѭѫQJӭng mode n vӟi dҥQJGDRÿӝng I n cӫa kӃt cҩu:
(2.9) Ĉӕi vӟi kӃt cҩu mҧnh, các mode WKѭӡng tách rӡi nhau [45].KLÿyÿӇ [iFÿӏnh ÿLӅu kiӋn mҩt әQÿӏnh, tҧi trӑQJJLyÿѭӧc biӇu diӉQQKѭVDX [46]:
WURQJÿy C D &ả L , U , B và UlҫQOѭӧt là hӋ sӕ lӵFÿҭ\NKtÿӝng hӑc (drag coefficient), ÿҥo hàm cӫa hӋ sӕ QkQJNKtÿӝng (lift coefficient), vұn tӕc gió trung bình, bӅ rӝng tiӃt diӋn kӃt cҩu và khӕLOѭӧng riêng cӫa không khí
Thay thӃ (2.10) vào (2.8), SKѭѫQJ WUuQK FKX\ӇQ ÿӝng mӟi cӫa hӋ có dҥng:
Sӱ dөng FiFÿLӅu kiӋQÿӝng lӵc hӑFFNJQJQKѭ chuyӇn vӃ rút gӑn, công thӭc (2.11) ÿѭӧc biӇu diӉQGѭӟi dҥng tәng quát:
WURQJÿy J( ),z J( )z e là các hàm gió ӣ ÿӝ FDRWѭѫQJӭng z, z e và tuân theo các qui luұWQăQJOѭӧng hoһc qui luұt logarit [47]
: ăăâ : ááạ ÿyQJYDLWUzOjWKjQK phҫn cҧn (damping) Khi thành phҫQQj\GѭѫQJWKuELrQÿӝ GDRÿӝng cӫa kӃt cҩu giҧm dҫn theo thӡLJLDQQJѭӧc lҥi, khi thành phҫQQj\kPWKuELrQÿӝ cӫa kӃt cҩu
WăQJGҫn và bӏ mҩt әQÿӏnh [12] 'RÿyNӃt cҩu bӏ mҩt әQÿӏnh (galloping) khi thành phҭn cҧn là âm [34] [36], tӭc là:
Trong công thӭc (2.16), ngoҥi trӯ sӕ hҥng c a thì các sӕ hҥQJNKiFOjGѭѫQJ'R ÿyÿLӅu kiӋn cҫQYjÿӫ (2.16) xҧy ra lҫQOѭӧt là: a 0 c (2.17)
VӃ phҧi cӫDÿyQJYDLWUzOjYұn tӕc tӟi hҥn, tӭc là vұn tӕc mà khi vұn tӕc gió lӟQKѫQQyWKu[ҧy ra, hay nói cách khác là kӃt cҩu bӏ mҩt әn ÿӏnh galloping
Tӯ (2.18) vұn tӕc tӟi hҥn này có thӇ ÿѭӧFÿӏQKQJKƭDEӣi công thӭc sau:
Trong công thӭc (2.19), U cr n , z e là vұn tӕc tӟi hҥQWѭѫQJӭng vӟLÿӝ cao z e ӭng vӟi mode thӭ QĈӕi vӟi kӃt cҩu mҧnh thҷQJÿӭQJPRGHÿҫu tiên có tҫn sӕ thҩp nhҩt NӃu các mode tách rӡi nhau, U cr n , z e cho giá trӏ nhӓ nhҩt (bҩt lӧi nhҩWÿӕi vӟi kӃt cҩu) tҥLPRGHÿҫXWLrQ'RÿyNKLWtQKÿLӅu kiӋn mҩt әQÿӏQKGRJDOORSLQJÿӕi vӟi các kӃt cҩu này thì có thӇ [pWPRGHÿҫu tiên cӫa kӃt cҩXOjÿӫ.
Tiêu chuҭn Den-Hartog
Mһt khác, công thӭc (2.19) ÿѭӧc thiӃt lұp cho kӃt cҩu có tiӃt diӋn, khӕLOѭӧng riêng và hӋ sӕ NKtÿӝng hӑFWKD\ÿәi dӑc theo trөc kӃt cҩXÿӗng thӡi xem xét sӵ WKD\ÿәi vұn tӕc gió dӑFWKHRÿӝ cao Khi các thông sӕ này là hҵng sӕ, (2.19) trӣ thành:
Công thӭc (2.20) chính là tiêu chuҭn Glauert-'HQ+DUWRJÿѭӧc sӱ dөng rӝng rãi trong các tiêu chuҭn kӃt cҩu hiӋn hành 'HQ+DUWRJÿmÿѭDUDFiFÿLӅu kiӋQÿѫQJLҧn vӅ әQÿӏQKQKѭVDX:
'RÿyF{QJWKӭc (2.19) ÿѭӧc xem là công thӭc mӣ rӝng cӫDÿLӅu kiӋn Den Hartog ÿӇ WtQKWRiQÿLӅu kiӋn mҩt әQÿӏnh galloping cӫa kӃt cҩu Trong thӵc tӃ, các kӃt cҩu thҷQJÿӭng có hӋ sӕ NKtÿӝng hӑFWKD\ÿәi dӑc theo kӃt cҩu và vұn tӕFJLyFNJQJWKD\ ÿәi, vì vұy công thӭc (2.20) chӍ cho kӃt quҧ xҩp xӍ và có thӇ dүn tӟi kӃt quҧ không chính xác gây bҩt lӧi cho kӃt cҩu.
Mӣ rӝng cho hӋ hai bұc tӵ do (2DOFs) suy rӝng
Trong mөc 2.3, giҧ thuyӃWÿѭӧc sӱ dөng là các mode tách rӡi nhau Giҧ thuyӃt này ÿѭӧc sӱ dөng rӝng rãi trong nhiӅu nghiên cӭu và các tiêu chuҭn tính toán thiӃt kӃ kӃt cҩu mҧnh chӕng gió [11] [36] [42] [45] Tuy nhiên, thӵc tӃ thì các mode liên kӃt vӟi nhau và sӵ liên kӃt này có thӇ quan trӑQJ'RÿyPөc tiêu cӫa mөc 2.4 này là mӣ rӝQJÿLӅu kiӋn mҩt әQÿӏnh galloping khi có xét sӵ liên kӃt giӳa các mode Trong giӟi hҥn cӫa luұQYăQVӵ liên kӃt cӫDKDLPRGHÿҫXWLrQÿѭӧc xét tӟi Vai trò cӫa sӵ liên kӃWQj\ÿӕi vӟi viӋFWtQKWRiQÿLӅu kiӋn mҩt әQÿӏnh galloping sӁ ÿѭӧc minh hӑa trong ví dө sӕ ÿѭӧc trình bày ӣ FKѭѫQJ
Giҧ sӱ hӋ FyKDLPRGHÿҫu tiên liên kӃt vӟLQKDXYjÿyQJJySFKtQKYjRFKX\Ӈn vӏ tәng thӇ cӫa hӋ.KLÿyQJRҥi lӵc g(z,t) (tҧi trӑng gió) là tә hӧp cӫa các mode cӫa hӋ 2DOFsQJKƭDOjSKѭѫQJWUuQKÿѭӧc mӣ rӝQJQKѭVDX [43-47], [48]:
2 D L g z t UBU z C z êơ C z ºẳêơI z y t I z y t ºẳ (2.24) Thay (2.24) vào (2.12SKѭѫQJWUuQKÿӝng lӵc hӑc cho hӋ hai bұc tӵ GRÿѭӧc thiӃt lұp:
Tӯ FiFSKѭѫQJWUuQKSKѭѫQJWUuQKFKX\ӇQÿӝng tәng quát cho hӋ nhiӅu bұc tӵ GRÿѭӧc viӃt lҥLGѭӟi dҥng ma trұn: a 0
MG t C C G t KG t (2.27) WURQJÿyM, C, K, C a là các ma trұn (2x2) khӕLOѭӧng, cҧn tәng thӇÿӝ cӭng cӫa hӋ, ma trұn cҧQNKtÿӝQJÿѭӧc biӇu diӉQWѭѫQJӭng
3KѭѫQJWUuQKÿӝng lӵc hӑc (2.22ÿѭӧc viӃt lҥi trong không gian ӣ dҥng hai chiӅXQKѭVDX:
3KѭѫQJWUuQKOjÿLӅu kiӋQÿӇ xҧy ra hiӋQWѭӧQJJDOORSLQJ'RÿySKѭѫQg trình (2.27) ÿѭӧc viӃt lҥi cө thӇ:
Flà trӏ riêng cӫa ma trұn W khi và chӍ khi:
Mһt khác, nghiӋm trӏ riêng Fcӫa ma trұQÿѭӧc viӃWGѭӟi dҥng: j a j ib j
HiӋQWѭӧng galloping xҧy ra khi và chӍ khi phҫn thӵc các trӏ riêng trong SKѭѫQJ trình (2.31) cӫa ma trұn W OjGѭѫQJ [48]
Các trӏ riêng cӫDSKѭѫQJWUuQKW sӁ ÿѭӧc xӱ lí bҵQJSKѭѫQJSKiSVӕ KӃt hӧp công thӭc (2.15FQJÿLӅu kiӋn tӯ công thӭc (2.38), tӯ ÿyWuPUDYұn tӕc gió tӟi hҥn
U z cho hӋ hai bұc tӵ do Hình 2.4 sӁ mô tҧ lҥi quá trình thiӃt lұp bài toán tìm
Hình 2.4 /ѭX ÿӗ tìm giá trӏ U cr ( )z e cho hӋ 2DOFs
Nhұp các thông sӕ ÿҫu vào vào B, H, C D , C L ôcӫa kӃt cҩu
+ Ma trұn khӕLOѭӧng M + Ma trұn cҧn C
KiӇPWUDÿLӅu kiӋn mҩt әQÿӏQKNKtÿӝng hӑc ĈÒ1*
&+ѬѪ1*9Ë'Ө6Ӕ ĈӇ minh hӑa cho phҫQFѫVӣ lý thuyӃt ӣ FKѭѫQJFKѭѫQJQj\WUuQKEj\YLӋc áp dөng lý thuyӃWÿmQrXÿӇ phân tích bҩt әn cho mӝt kӃt cҩu thӵc tӃÿyOj tháp Brancusi.
Tháp Brancusi
Vӟi tên gӑLNKiFOj³(QGOHVV&ROXPQ´Wӑa lҥc ӣ thành phӕ Targul Jiu, Romani, ÿѭӧc tҥo ra bӣLQKjÿLrXNKҳF&%UDQFXVLQăP7iFSKҭPÿLrXNKҳc có chiӅu cao 29m bao gӗm 15 module theo chiӅu dӑc Các module có mӝt hình dáng thú vӏ QKѭKDLKuQKQyQJLӕng hӋt nhau cӫa kim tӵ tháp và lӗng mӝWÿѭӡng cong ngoài 2% ӣ các góc kӃt nӕi Mӛi module FyNtFKWKѭӟc 180 cm (chiӅXFDRFPÿӃ nhӓ) và FPÿӃ lӟn), mang lҥi sӵ ÿӕi xӭng cҩu trúc dӉ chӏu Bên trong cӝt có mӝt trөc sҳt cӫa phҫn hình vuông, hӛ trӧ các module trên toàn bӝ chiӅu cao cӫa nó Ӣ ÿҫXGѭӟi, trөFÿѭӧFNpRGjLGѭӟLOzQJÿҩWÿѭӧc gҳn vào nӅn móng bê tông 4,5 m ~ 5 m ĈLӇm ÿiQJFK~êFӫa kӃt cҩu này ӣ chӛ dù rҩt mҧnh mai (tӍ lӋ H/B=44QKѭQJJҫn 1 thӃ kӹ trôi qua, kӃt cҩu này vүQFKѭDFKӏu sӵ mҩt әQÿӏnh nào Trong nhӳQJQăPTXDWKiS Brancusi tҥRWKjQKÿӕLWѭӧng cho nhiӅu nghiên cӭXÿLӅXWUDYjEiRFiRÿѭӧc thӵc hiӋn bӣi mong muӕn cӫa viӋc bҧo vӋ di tích lӏch sӱ này NhiӅXQJѭӡi trong sӕ hӑ ÿӅ cұSÿӃn hành vi hiӋn tҥi cӫDWKiSÿӕi vӟi các ӭng suҩWWƭQKYjVӵ vұQÿӝng cӫa tháp Các nhà nghiên cӭX6RIURQLHYj6DIWDÿmFRLWKiSOjPLӉn dӏch vӟi hiӋu ӭng gió do ÿһFÿLӇm hình dҥQJYjWtQKÿӕi xӭng cӫa nó[iFÿӏQKQyFyÿһFWtQKÿӕi nghӏch vӟi luӗng không khí do gió gây ra [49] [50]*DEEDLÿmQJKLrQFӭu sӵ miӉn nhiӉm vӅ tác ÿӝQJNKtÿӝng lӵc hӑc cӫa tháp bҵQJTXDQÿLӇPGDRÿӝng gió xoáy [51]
+uQKÿmghi lҥi hình dҥng tháp Brancusi và hình 3.2 miêu tҧ cҩu trúc cӫa tháp Ĉӏa hình cӝt nҵm ӣ Rumani - ký hiӋu vùng Targu Jiu, vұn tӕc gió tham chiӃXFѫVӣ
U = 25,3 m /s (trung bình trên 10 phút, ӣ ÿӝ cao z = 10 m, ÿӏDKuQKÿӗng nhҩt bҵng phҷng vӟLÿӝ dài gӗ ghӅ z0 = 0,05 m và thӡi gian hoàn trҧ 5 QăP CӝWÿѭӧFÿһt trong mӝt công viên vӟi cӓ cҳWÿѭӧc bao quanh bӣi cây và hàng rào Phía tây là trung tâm cӫa Targu Jiu; phía bҳFSKtDÿ{QJYjSKtDQDPOjNKXYӵc ngoҥi ô (hình 3.3) Sӱ
Ví dө sӕ 28 dөng tiêu chuҭn EN 1991-1-4 [11], cӝt nҵm trong ÿӏa hình loҥi II, vӟLÿӝ GjLÿӝ nhám
Hình 3.3 Vӏ trí xung quanh cӫa cӝt: (a) công viên; (b) khu vӵc lân cұn [45]
Dӵa vào kiӃn thӭFÿӝng lӵc hӑc, nghiӋm giҧi tích hàm dҥng cӫDF{QJWUuQKÿѭӧc biӇu diӉQGѭӟi dҥng tәng quát [12]:
Tham khҧo các tài liӋu vӅ các giá trӏ alpha cho hӧp lí Hàm dҥng cӫDWKiSÿѭӧc
I [45] Các thông sӕ tiӃt diӋn hình hӑc cӫDWKiSÿmÿѭӧc trình bày ӣ bҧng 3.1 [45-53]
Ký hiӋu Giá trӏ Ghi chú
M (kg) 31000 KhӕLOѭӧng kӃt cҩu f 1 (Hz) 0.513 Tҫn sӕ GDRÿӝng riêng thӭ 1 f 2(Hz) 2.519 Tҫn sӕ GDRÿӝng riêng thӭ 2
U (T/m 3 ) 1.225 10 u 3 Tӹ trӑng không khí z o (m) 0.05 ChiӅu cao nhám bӅ mһt z e (m) 10 ChiӅu cao tham chiӃu
LuұQYăQVӱ dөng các thông sӕ khí cҧQYjQJDQJÿѭӧc lҩy tӯ thí nghiӋm hҫm gió [53].
HӋ sӕ NKtÿӝng lӵc hӑc
ĈӇ [iFÿӏnh hӋ sӕ NKtÿӝng hӑc C D , C L cӫa kӃt cҩu, thí nghiӋm hҫPJLyÿѭӧc tiӃn hành trên các cӝt lҫQÿҫXÿѭӧc thӵc hiӋQYjRWKiQJQăPWURQJÿѭӡng hҫm gió mӣ CRIACIV tҥi Prato (Florence), vӟL ÿӝ dài các cҥnh thӱ nghiӋm 2,4 × 1,6 m Ĉѭӡng hҫm thuӝc loҥi mӣ và mөc tiêu cӫa tӕFÿӝ gió (trong phҥm vi 0 ÷ 35 m/s) thu ÿѭӧc bҵQJFiFTX\ÿӏnh vӅ ÿӝ cao cӫa 10 cánh quҥt tҥo thành quҥt và tӕFÿӝ quay cӫa chúng Mһt cҳt ngang cӫa hҫm gió là mӝt hình chӳ nhұt có các cҥnh 2,2 m x 1,6 m,
Ví dө sӕ 31 khác nhau tӯ ÿҫXYjRÿӃn phҫn làm viӋc, vӟi mӝt phҫn hình chӳ nhұt 2,4 x 1,6 m ChiӅu dài cӫDÿѭӡng hҫm (tӯ ÿҫXYjRÿӃn cuӕi bӝ khuӃch tán) khoҧng 24 m
Các thӱ nghiӋPÿѭӧc thӵc hiӋn trong dòng chҧ\WUѫQWUXWUrQP{hình mһt cҳt cӭng 1:6:5 bao gӗm ba module vӟi chiӅu dài nhӏp 900 mm 0{KuQKÿѭӧFÿһt theo chiӅu dӑFÿӕi vӟi dòng chҧ\ÿѭӧc duy trì giӳDKDLÿi\KuQKFKӳ nhұt nhҵPFyÿѭӧc mӝt luӗng tiӃp cұn không có hiӋu ӭng 3-'ÿiQJNӇ Cҩu trúc mô hình bao gӗm mӝt cánh tay thép tròn cӭQJÿѭӧc che phӫ bҵng cách sӱ dөng các bӅ mһt cong Plexiglas, cӕ ÿӏnh vӟLFiFVѭӡn Plexiglas cӭQJ&iQKWD\ÿӥ ÿѭӧc hҥn chӃ bҵng 6 vì kèo thép ÿѭӧc nӕi vӟi nhiӅu cҧm biӃn tҧi trӑng Các tín hiӋu tӯ 6 cҧm biӃQÿѭӧc thu nhұn vӟi tuҫn suҩt lҩy mүu 1000 Hz nhҵPWKXÿѭӧc các giá trӏ tӭc thӡi cho các hӋ sӕ lӵFÿҭy, nâng và xoҳn cӫa kӃt cҩu
Hình 3.4 Ĉѭӡng hҫm gió CRIACIV [53]
Hình 3.5 Mô hình mһt cҳt cӫa cӝt trong hҫm gió CRIACIV [45]
Các thí nghiӋm trên cӝWNK{QJFyPRGXOHÿѭӧc thӵc hiӋn trong hҫm gió kín cӫa Khoa Kӻ thuұt Xây Dӵng thuӝFĈҥi hӑc Genova, vӟi thí nghiӋm 1,7 × 1,35 m Hai P{KuQKÿmÿѭӧFÿѭD ra:
(1) Mӝt phҫn tӱ KuQKOăQJWUө có tiӃt diӋn vuông, gӗm các mһt cҳt A-A, B-B và C-
(2) Mӝt phҫn cӫa cӝt ӣ mһt cҳt D-'ÿѭӧc dӵng bӣi 4 thanh chӳ /ÿѭӧc nӕi vӟi nhau bҵng các tҩm batten
&iFÿһFWtQKNKtÿӝng hӑc cӫa phҫn tӱ KuQKOăQJWUө YX{QJÿmÿѭӧc ghi nhұn ӣ mӝt sӕ bài báo khoa hӑc tӯ cuӕLQăPÿӃQÿҫXQăPWURQJFKLӃn dӏch thí nghiӋm gió nhҵm làm rõ vai trò cӫa các góc tròn Các thí nghiӋPQj\ÿmÿѭӧc thӵc hiӋn trên cҧ hai mô hình dòng chҧ\WUѫQWUXYjKӛn loҥn trên các mһt cҳt cӭQJÿѭӧc lҳp ráp bҵng các tҩm nhôm; các mô hình có chiӅu dài nhӏSPPYjÿѭӧc gҳn cҩu hình dòng chҧy ngang trên cân bҵng lӵFÿѭӧc thӵc hiӋn bӣi 6 cҧm biӃn tҧi trӑng Các bҧQELrQÿѭӧc lҳSÿһt ӣ các cӵc cӫa mô hình nhҵPGX\WUuFiFÿLӅu kiӋn cӫa dòng chҧy hai chiӅu
Hình 3.7 Mô hình mһt cҳt cӫa phҫn tӱ OăQJWUө vuông trong hҫm gió
Tӯ thí nghiӋPÿӇ ÿROѭӡng lӵFÿҭy và lӵc nâng, các hӋ sӕ lӵFÿҭy, lӵc nâng khí ÿӝng,cӫa hӋ sӕ lӵFQkQJÿѭӧF[iFÿӏQKQKѭVDX[12] [45]:
WURQJÿyC D , C L , F D , F L lҫQOѭӧt là hӋ sӕ lӵFÿҭy, lӵc nâng, lӵc cҧn và lӵc nâng cӫDNKtÿӝng B, U, f, U lҫQOѭӧt là bӅ rӝng, khӕLOѭӧng riêng, tҫn sӕ và vұn tӕc trung bình cӫa kӃt cҩu Trong luұQYăQQj\FiFKӋ sӕ lӵFÿҭy C D , lӵc nâng C L khí ÿӝng sӁ ÿѭӧc vӁ lҥi sӱ dөng phөc vө cho viӋc tính toán vұn tӕc gió tӟi hҥn
Hình 3.8 Mô hình mһt cҳt cӫa phҫn trên cùng cӫa cӝt sӕng trong thí nghiӋm hҫm gió [45]
TӕFÿӝ JLyÿѭӧc thӵc hiӋn rҩWÿDGҥng trong khoҧQJÿӃQPVÿӇ kiӇm tra hiӋu ӭng Reynold có thӇ xҧ\UD*yFWiFÿӝQJWѭѫQJÿӕi cӫDJLyÿѭӧFWKD\ÿәi bҵng cách xoay mô hình trong khoҧng tӯ -55 o ÿӃn + 55 o vӟi mӛLEѭӟc 5 o &iFEѭӟc nhӓ KѫQFKRJyFWiF ÿӝQJÿmÿѭӧc áp dөng trong phҥm vi gҫn vӟLJyFWiFÿӝng tҥi 2 vӏ trí
0 o và 45 o nhҵm kiӇm tra khҧ QăQJVӱ dөng sai cӫa mô hình
Hình 3.9 Phác hӑa hӋ thӕQJÿӏnh vӏ cҧm biӃn tҧi trӑng lên tháp Brancusi [53]
Hình 3.10 Mһt cҳt ngang hӋ thӕQJÿӏnh vӏ cҧm biӃn tҧi trӑng [53]
Hình 3.11 Mô phӓng vұn tӕFJLyWѭѫQJӭng vӟLFiFJyFWiFÿӝng lên tháp Các thông sӕ NƭWKXұt cӫDNKtÿӝQJWѭѫQJӭng vӟLJyFWiFÿӝQJÿѭӧc biӇu thӏ Gѭӟi bҧQJQKѭVDX
Bҧng 3.2 HӋ sӕ NKtÿӝng hӑc WѭѫQJӭQJJyFWiFÿӝng [53]
Vӟi `các thông sӕ trên, sӱ dөng phҫn mӅm Matlab, các hình vӁ biӇu diӉn
C ,C ,C D C L theo D ÿѭӧc biӇu diӉn ӣ FiFKuQKErQGѭӟi:
Hình 3.12 Hình vӁ biӇu diӉn C D theo D [53]
Hình 3.13 Hình vӁ biӇu diӉn C L theo D [53]
Hình 3.14 Hình vӁ biӇu diӉn C D C L ' theo D
Hình 3.12 thӇ hiӋn sӵ biӃn thiên C D theo D Có thӇ nhұn thҩy rҵng, C D WăQJGҫn trong các khoҧng tӯ -55 0 ÿӃn -45 0 và tӯ 10 0 ÿӃn 55 0 Trong khoҧng giá trӏ D tӯ -10 0 ÿӃn 10 0 , C D tWWKD\ÿәi giá trӏ Trong các khoҧng còn lҥi, C D giҧm dҫn C D ÿҥt giá trӏ cӵFÿҥi khi D 50 o Hình 3.13 thӇ hiӋn sӵ biӃn thiên C L theo D Các giá trӏ C L có sӵ WăQJGҫn trong khoҧng tӯ -55 0 ÿӃn -10 0 C L ÿҥt giá trӏ cӵFÿҥi khiD 10 o Tӯ 10 0 ÿӃn 10 0 , C L giҧm dҫn (0 khi D WăQJtӯ 55 0 ÿӃn -7 0 và 9 0 ÿӃn
55 0 Tӯ -7 0 ÿӃn 9 0 , C D C L '