Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Ảnh hưởng của bể nước mái có gắn tấm nổi lên kết cấu khung phẳng chịu tải trọng động

Sau đó, các nghiên cứu tập trung vào phát triển thiết bi TLD truyềnthống nhăm tăng thêm hiệu quả giảm chấn cho thiết bị ví dụ như việc sử dụng nhiều bể nước thay vì một bê, nhiều thí ngh

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

LE NGOC LINH

ANH HUONG CUA BE NUOC MAI CO GAN TAM NOI LEN

KET CAU KHUNG PHANG CHIU TAI TRONG DONG

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã sốngành : 60580208

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp Hỗ Chí Minh, tháng 1 — 2019

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINHCán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Trọng PhướcCán bộ châm nhận xét 1: PGS.TS Dao Đình Nhân

Cán bộ cham nhận xét 2: PGS.TS Lương Văn HảiLuận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai học Bách Khoa, DHQG Tp.Hồ Chí Minh,

ngày 20 tháng 01 năm 2019.

Thanh phần Hội đồng đánh giá dé cương luận văn thạc sĩ gồm:1 PGS.TS Chu Quốc Thắng

2 PGS.TS Đào Đình Nhân3 PGS.TS Lương Văn Hải

4 PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu

5 TS Cao Văn Vui

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

KY THUẬT XÂY DUNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIEM VỤ LUẬN VĂN THAC SĨ

Họ và tên học vién:Lé ngọc Linh MSHV: 1570101Ngày, thang, năm sinh: 24/05/1991 Noi sinh: Binh Thuan

Chuyén nganh: KTXD cong trinh dan dung va cong nghiép

Mã số: 60580208I TÊN DE TÀI:Ánh hướng của bể nước mái có gắn tam nỗi lên kết cấu khung

phăng chịu tải trọng độngI.NHIỆM VU VA NOI DUNG

1 Tìm hiểu mô hình TLD có lắp tam nỗi lên bể nước mai (Tuned Liquid Damper WithFloating Roof-TLDER) và tác động của tam nỗi lên phan ứng chất lỏng

2 Thiết lập mô hình chuyển động cho hệ kết câu-TLDFR.3 Xây dựng chương trình tính tương tác giữa kết cầu và TLDFR bang sự mô phỏng

Ansys từ đó đánh giá hiệu quả giảm dao động cho kết cấu.4 Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến hiệu quả giảm dao động của TLDFR bao gồm

lượng nước trong bê, ảnh hưởng của tâm nỗi dưới tác động của tải điêu hoa, tải

động đất.Ill NGAY GIAO NHIEM VU : 26/02/2018Iv NGAY HOAN THANH NHIEM VU : 02/12/2018V.HO VA TEN CAN BO HUONG DAN : PGS.TS Nguyễn Trọng Phước

Tp HCM, ngày 02 thang 12 năm 2016

CAN BỘ HƯỚNG DAN CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG NGÀNH

PGS.TS Nguyễn Trọng Phước

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

LOI CAM ON

Trước tiên, tôi xin bay tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người hướng dẫn luận van này,thay PGS.TS Nguyễn Trọng Phước Với sự tận tụy và nhiệt tình, Thay đã giúp tôiphát triển các ý tưởng, định hướng đề tải, hướng dẫn chỉ tiết và giúp đỡ tôi trong việctim tài liệu can thiết

Luận văn này được hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân cùng với không ít sự giúp

đỡ từ gia đình, ban bè và các cá nhan khác Tôi xin chân thành cảm ơn Anh (Chị) các

khóa trước, những luận văn mà Anh (Chị) để lại là nguồn tài liệu tham khảo quý giá, làsự định hướng cho Tôi thực hiện luận văn này Tôi cũng xin gửi lời cam ơn đến giađình và người thân, họ đã dành cho tôi những sự ủng hộ nhất định

Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thay Cô Khoa Kỹ Thuật Xây Dung, trường Dai hocBách Khoa Tp.HCM đã truyền đạt những kiến thức quý giá cho tôi; Luận văn này đãhoàn thành trong thời hạn với sự nỗ lực của ban thân, tuy vậy không thé tránh khỏinhững thiếu sót Kính mong quý Thay Cô chỉ dẫn thêm dé tôi b6 sung những kiến thức

và hoàn thiện bản thân mình hơn.

Tôi xin tran trọng cam on!

Tp HCM, ngay 02 thang 12 nam 2018

Lé Ngoc Linh

TOM TAT

Giam chan cho két cau bang can chat long ( Tuned Liquid Damper-TLD) ngaycàng pho biến trong những năm gan day TLD-FR bao gồm TLD truyền thống với việcbé sung mot tam cung nôi trên mặt nước, được thiết kế với một vật liệu mỏng, mật độnhỏ (giảm trọng lượng và nỗi trên chất lỏng) Ý tưởng đăng sau điều nay vì tam nồicứng hơn nhiều so với nước, nó sẽ ngăn chặn sóng vỡ, do đó làm cho phản ứng tuyếntinh hơn ngay cả ở biên độ lớn Tam nỗi cũng có thé bồ sung các thiết bị can (thụdong, bán chủ động hoặc chủ động) có thé tăng cường cản đáng kẻ

Mô hình kết cau trong luận văn này bao gồm kết cau bên dưới và bề nước có tấmnoi (Tuned Liquid Damper With Floating Roof -TLDFR) chịu tải trong động Kết cauchính được mô tả bởi sự rời rac hóa phan tử băng phương pháp phan tử hữu han trongANSYS Đặc trưng của tam nỗi được thé hiện thông qua độ cứng Chuyên vị của phantử nước bé mặt và phan tử tam là một Thông qua vi dụ số trên kết cau 7 tầng chịunhiều tai trọng động khác nhau, hiệu quả giảm chan được đánh giá thông qua kết quatính chuyền vị khi hệ chịu kích động của tải điều hòa và động dat

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THAC SĨ 2- <5 ° 552 se sESeEsESsEsesessrsessrsese |900.009) 01777 Ả -Ò H0) Os 0 3 IlLOT CAM DOAN 0010577 IV

1/9002 -Ò V

DANH MỤC HÌNH VỀ, << << E999 E9 99v cư cư cư g eeeeeeeeeesersoee VIIDANH MỤC BÁNG, << << 5 cư hư gu cu XDANH MUC KY HIƑU 2 2G << E55 55595999 v xxx eeeeevee XICHUONG 1 GIỚI TIHIỆU 2- 5-5-5 << << SE S5 xxx ££e£eEeeeeeeeeesese 11.1 DAT VAN DE , << Ghi 11.2 MỤC TIỂU NGHIÊN ỨYU -5 5° < SE * SE E99 99EeE 399v 61.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIEN 2-5-5 5-5 se xxx csesee 71.4 CAU TRÚC LUẬN VĂTN 5-5-5 cư ưu gu gegeeereesee 70;:10/9)102219)/059007/.902 77 92.1 GIỚI THIEU wu cccsccscscccsssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssesssesssssssseseseses 92.2 PHAN LOẠI CAN CHAT LỎNG <5 565 <9 E9 E2 xxx 92.2.1 Hệ cản cột chất LONG - << << << E999 9 9v ve eeeeeeeeeeseeeeseee 102.2.2 Hệ can sử dụng sóng chất lỏng TSÌD 5-5- 5-5-5 5 5s cxeseseeeeeeeeeeee 112.2.3 Cac công trình sử dung TLD dé giảm chấn -5-5 5 55s ssesesesee 132.3 TONG QUAN VE GIAM CHAN SỬ DỤNG CHAT LỎNG 17

2.3.1 NGhién 00 008/12/1081 172.3.2 NGhién CUru 81/00/1000 19

2.4 KET LUẬN CHƯƠNG - G5 5 SE ưu gu geevee 20CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LY THUY ẾƑT 2-5-5° 555 S4 SsES2 4332 3332 3 3 s35 5 se- 22“m9 00:50 223.2 NGUYEN TAC HOẠT DONG CUA TLDFR - 5 5 5s se ssseses 223.2.1 Giới thiệu về bể nước mái có gắn tam nỗi TLD-EIR 55-55: 22

3.3 PHƯƠNG PHAP PHAN TU HỮU HẠN 2- << 5 5 ssssssesesesee 26

3.4 PHAN TU BE TONG VA PHAN TỬ NƯỚC TRONG ANSYS 30

3.5 BIEN DOI FOURIER FFT ccccssessssssessssssessscssessscssessssssesscessessseesssesssesseesseees 323.6 CÂU TRÚC CƠ BAN CUA AINSYS 5< sen 1x 131x151 se re 383.6.1 Một số nét co bản về phần mềm AINSYS 5.5-5 5 << <c<eeeeeeeeeesesese 383.6.2 Quy trình và phương pháp mô hình hệ kết cầu-TLDFR - 39

3.7 KET LUẬN CHƯƠNG - G5 G9 cư cư cư cư ưu gvgeevee 41CHƯƠNG 4 VI DU SỐ << << hư cư ưu gu geeeeeesee 42A.V €(0)009:11)10xÁÁẼẰỒIỒIỈỖ 42

4.2 KTIEM CHUNG MÔ HÌNH TÍNH -.- 2 ° 5-52 Ss£S2 s£se sex ssessssrsese 424.2.1 Bài toán dang dao động FIÊNØ 5 5 9.9 00 9999999599555 66658 424.2.2 Bài toán hệ kết cAu-TLD chịu tai động đất -5 << << <s<sesesesese 454.3 MỰC NƯỚC THAY TÔ [ << S555 9EEeEE xxx gxe 484.3.1 Chu ki no 7 48

4.3.2 Phân tích đáp ứng của hệ trên miền tân sỐ 5-5 5 5 < << <sesesesesese 494.3.3 Phân tích đáp ứng của hệ dưới tác động gia tốc nền Eleentro 50

4.3.4 Phân tích đáp ứng của hệ dưới tac động gia tốc nền tải động Sanfernando

¬ 554.4 KHAO SAT ANH HUONG CUA TAM NÓI -.5 5555 cscsesscscsee 604.4.1 Anh hướng của tam nỗi khi hệ chịu tai trọng điều hòa 60

4.4.2 Anh hưởng của tam nỗi khi hệ chịu tai trong động đất Eleentro 63

4.4.3 Anh hưởng của tam nỗi khi hệ chịu tai trong động đất Sanfersico 67

4.5 Ket 0/0), 1n s‹‹44313 71

CHƯƠNG 5 KET LUẬN VA HUONG PHAT TRIEN DE TÀI 725.1 KET LUẬN G5 SE cư gu cư ưu 725.2 HUONG PHAT TRIEN ccccccscssscsssssscessssssessssssessssssesscessessssesessssseesessseesesseesseecs 73TÀI LIEU THAM KHÁOO -5- << << S55 SE SE SeEeEeE + sscss s52 74LY LICH TRÍCH NGANG << << << 9999 999v vv Hư e eeeeeeeeeeeeeseee 79

PHU LUC 2-6 SE€©SS9€EE€€E+9€EEE E9 EEEEE4EE4EE459E39924992E922452262 80

DANH MUC HINH VE

Hình 1.1: Trận động đất mạnh 6,4 độ ở Đài Loan ngày 06-02-2018 - 3Hình 1.2: Tran động dat tại Tứ Xuyên mạnh 7,9 độ ngày 12-05-2008 3Hình 1.3: Động đất ở Mexico mạnh 8,1 độ ngày 07-09-2017 cccccscsrsrererererered 4Hình 2.1: Thiết bi TLD giữ thăng bằng sử dụng cho tau bè cccccrcrsrerererered 10Hình 2.2: Mô tả cho hệ can cột chất [(21/150BEEENNH4IẳẳẮÝỶẳẳẮẰỒẮ IlHình 2.3: Vi du hình anh sóng vỡ thực 12

Hình 2.4: Tháp hàng không Nagasaki, Nhật BđH ST eseeeeeeeeeeeeeenns 13Hình 2.5: Tháp Yokohama Marine tại Yokohama, Nhật Bản -.c c5 <5- 14Hình 2.6: Khách san Shi Yokohama Prince tai Yokohama, Nhat Bảm 14Hinh 2.7: Toa nha Once Wall Centre o Vancouver, British Columbia, Canada 15Hình 2.8: Toa nhà One Rincon Hill ở San Fransisco, California, USẢ 16

Hình 2.9: Cau Bãi Cháy, Quảng Ninh, Việt NAM vicccccccccccccccccscscscscsesscsssssssesvsvsveevees 17Hình 3.1 Sơ đô TLD-FR hình chữ nhậi ccccctctihtrhetrrrrrrrrrrrirrrrrrre 23Hình 3.2 Sơ đô của lưới trùng giữa chất long, tam nồi và ví dụ minh họa cho ma trận

2z7s7/28/722EPE7ẼẼ7Ẽ7R HH 24

Hình 3.3: Mô hình hệ kết cấu-TILDFTR s5 cctcEEtttErtEtrtttrrttrrrtrrrrrrrrrrrerrree 26Hình 3.4: Phan tử dâm Beam189 biến dạng tuyến tÍnh ccccccrerersrererererred 31Hình 3.5: Phan tử tam Shell181 biến dạng tuyến tinh.occccccccccccccccccscscssssssescsesvsvsvevevees 31Hình 3.6: Mô hình phan tử Fluid80 trong không GiAN cceccccccccscscscscscsvssssesesesesvevevevevees 32Hình 4.1: Chia lưới phân tử trong ANSYS ccc ng rg 43Hình 4.2: Chu kỳ dao động riêng của ket COU .ccccccccccscscscsssescsvsvevsvsvscsssssssvsvsvevsvevevenens 44Hình 4.3: Dang dao động riêng của kết cấu (Dang dao động 1,2,3,4,5,6) 44Hình 4.4: Dữ liệu gia tốc nên trận động /801(@2:111898NNNAẠAẠ)AẠAIA 45Hình 4.5: Phô năng lượng của trận động đất EÏC€HIfO ccccctctcretsrerererererrred 46Hình 4.6: Biếu do chuyển vị của hệ kết cấu-TLD 7 tang lm nước dưới tac động tranOng AGt EICCNIO BRERRREEEEREERERRR 46

Hình 4.7: Biéu do chuyén vị của hệ kết cấu-TLD 5 tang lm nước dưới tac động tranđộng AGt EVCONHHO coccccccceccccscsescsvsvsvecscssssesssvsvsvsveveveusvecssssssvavevsvsvsvsusususasacecevevavsvavavavevsee 47Hình 4.8: Biểu đô đáp ứng chu kỳ của hệ Kết cGU-TLDFR viceccccccccccscscssssesesvevevevsvsvevees 46Hình 4.9: So sánh đáp ứng tân số của hệ Kết cấu-TLDER -c-ccccccrsrsrererererred 49Hình 4.10: Bảng chuyên vị đỉnh cộng hưởng của hệ kết cấu-TLDFR diéu chinh = 30

Hình 4.11; Dữ liệu gia tốc nên trận động I82I1217111WNNNNNMIAIA 50

Hình 4.12: Phô năng lượng của trận động đất EICCNHO voecceccccccccscscscscssssesesescsesvsveevees 51Hình 4.13: Kết quả phân tích chuyên vị của hệ kết cấu-TLDEFR -cccccccsesesei 51Hình 4.14: Kết quả phân tích chuyền vị của hệ kết cấu-TLDEFR -cccccccsesesei 52Hình 4.15: Kết quả phân tích chuyền vị của hệ kết cGu-TLDEFR oo.cecccccccccescsescseseeceeevees 53Hình 4.16: Kết quả phân tích chuyền vị của hệ kết cấu-TLDEFR -ccccccssesesei 53Hình 4.17: Kết quả phân tích chuyên vị của hệ kết cGu-TLDEPR oo.cccccccscsceseseseeeseececevees 53Hình 4.18: Kết quả phân tích chuyên vị của hệ kết cGu-TLDEFR oo.cecccccsccceseseseeeeeeveeevees 54Hinh 4.19: D6 giam chuyển vị tại đỉnh lớn nhất khi chịu động đất Elcenfro 52

Hình 4.20: Dữ liệu gia tốc nên trận động đất SanfernandO 56

Hình 4.21: Phô năng lượng của trận động đất Sanƒernandlo 5ÔHình 4.22: Kết quả phân tích chuyền vị của hệ kết cấu-TLDER -ccccccssesesei 57Hình 4.23: Kết quả phân tích chuyén vị của hệ kết cấu-TLDFR ves 37

Hình 4.24: Kết quả phân tích chuyền vị của hệ kết cấu-TLDFR cee vee vee 38Hình 4.25: Kết quả phân tích chuyên vị của hệ kết cấu-TLDFR 58

Hình 4.26: Kết quả phân tích chuyên vị của hệ kết cấu-TLDFR 39

Hình 4.27: Kết quả phân tích chuyên vị của hệ kết cấu-TLDFR 39

Hình 4.28: Độ giảm chuyển vị tại đỉnh lớn nhất khi chịu động đất Sanfernando 60

Hình 4.29: Đáp ứng của hệ kết cẩu-TLD trên miễn tan số 1Hz đến 3Hz 61Hình 4.30: Dap ứng biên độ của hệ kết cấu với 2 thiết bị TLDFR va thiết bi TLD khi

mực nước 0.25mHình 4.31:mực nước 0.5m

Đáp ứng biên độ của hệ kết cấu với 2 thiết bị TLDFR và thiết bị TLD khi

Hình 4.32: Đáp ứng biên độ của hệ kết cấu với 2 thiết bị TLDFR và thiết bị TLD khi

/77fz7719/80/0®51//7 E77 62

Hình 4.33: Dap ứng biên độ của hệ kết cấu với 2 thiết bị TLDFR và thiết bị TLD khibỂ NUOC MGV cecccccececcceccscsvsvsvsvsvsvsscssssvsvsvsvsveveveususasececevevavsvavsvevsusususasavacecavevecevevevsvavevavsee 62Hình 4.34: Kết quả phân tích chuyền vị của hệ kết CGU-TLD vecccccccccscscscssesesesvsvevevevevees 64Hinh 4.35: D6 giam chuyển vị tại đỉnh lớn nhất khi chịu động đất Elcenfro 64Hình 4.36: Kết quả phân tích chuyến vị của hệ kết cấu khi sử dung 2 thiết bị giảmchấn ở mực nước ().251 ca St ST 115111515155 tt TT HH HH ru 66Hình 4.37: Kết qua phân tích chuyén vị của hệ kết cấu khi sử dung 2 thiết bị giảm1) 808,/17:8,/7::.8/B1,PRRRNNEẽ.aa 66Hình 4.38: Kết quả phân tích chuyến vị của hệ kết cấu khi sử dung 2 thiết bị giảmchấn ở mực Hước ().ZÕI - sa Set ST 1151115155 t TH TT HH HH HH ru 67Hình 4.39: Kết quả phân tích chuyến vị của hệ kết cấu khi sử dung 2 thiết bị giảmchấn khi DE AGY NUGC.ecececcccccccccscscscscssssesescsvsvsvsevevesscsesessvevsvavsvsveususesisisacecevevevsvavsvensaee 67Hình 4.40: Kết quả phân tích chuyền vị của hệ kết CGU-TLD vecccccccccscscscssssesesvevevevevevees 68Hình 4.41: Kết quả phân tích chuyên vị của hệ kết cấu-TILD 5c ccsrsrersererered 69Hình 4.42: Kết qua phân tích chuyén vị của hệ kết cấu khi ste dung 2 thiết bị giảmchấn khi bể ().2511 16 Coeccccccccsccscscscesesvsvscssesesvsvscsevsvsvssecevsvsvssecevsvsvsusecevevsvssasevevsvseeses 69Hình 4.43: Kết quả phân tích chuyến vị của hệ kết cấu khi ste dung 2 thiết bị giảmchấn khi bể O.511 HHƯỚC SE EEx 1E EEEEE1E115111E12111111E1 1111111 ng 70Hình 4.44: Kết quả phân tích chuyến vị của hệ kết cấu khi sử dung 2 thiết bị giảmchấn khi bể ().7 511 HHƯỚC SE SE 1EEEEEEE111111E1211111111 1111111111111 En tri 70Hình 4.45: Kết qua phân tích chuyến vị của hệ kết cấu khi sử dung 2 thiết bị giảmchấn khi DE AGY NUGC.ecececcccccccccscscscscssssesescsvsvsvsevevesscsesessvevsvavsvsveususesisisacecevevevsvavsvensaee 71

DANH MỤC BANG

Bảng 1.1: Một số công trình nhà cao tầng hoàn thành ở Việt Nam - +: |Bảng 4.1 Thông số khung - - - E331 E1 11119113 111111111111 rreg 42Bảng 4.2 Thông $6 vật liệu (SE cvS9S1 1111115111111 1111111 rreg 42Bang 4.3 Thông số tính toán của ĐỀ TƯỚC - - - SE SE keEeEeEeEeEsrerxeeree 43Bảng 4.4: Kết quả phân tích chu kỳ dao động của công trình bằng ANSYS và ETABS

iiỒắầaiầaầầaẳaẳaẳaaaaaad CC 43Bang 4.5: So sánh chuyển vị lớn nhất tại đỉnh mái hệ kết cdu-TLD 1m nước 47Bảng 4.6: So sánh chuyển vị lớn nhất tại mái hệ kết cấu ¿2 se c+zsess£szsessz 47Bang 4.7: Kết quả phân tích chu kỳ dao động của hệ 2-2-6 + +x+E+x+xeeseseee 48Bảng 4.8: Kết qua phân tích Biên độ dao động của hệ kết cầu-TLDER 50Bảng 4.9: Kết quả phân tích biên độ dao động của hệ kết cẫu-TLD : 61Bang 4.10: Bảng độ giảm chuyên vi đỉnh cộng hưởng của hệ kết cau 64Bang 4.11: Bảng độ giảm chuyên vị đỉnh lớn nhất của hệ kết cau khi chịu tải động đất

EID CONtHO - c2 C00011 ng ng ve 68

Bang 4.12: Bảng độ giảm chuyên vị đỉnh lớn nhất của hệ kết cau khi chịu tải động đất

SAanÍFSICO Q1 0 1 0 1 9 1 1 1 1 5e 71

DANH MỤC KY HIỆUe Các chữ cái La Mã in đậm được sử dụng dé phan biệt vecto có hướng va

không in dam là vo hướng:?7 Tọa độ phụ trợ phân tửQ Thể tích chất longL Đặt trưng phân tử

P Ap suat chat long

Pp Dung trong riéng cua chat long? Vận tốc chất lỏng

I Thé cua luc bao toan

u,V Vecto chuyén viu,v Vecto van tộc

u,V Vecto gia tộcn Vecto phan tirỰ Hàm khối lượng

X,Z Truc tọa độ

N Vecto hàm nội suy tuyên tinhØ Gia tốc trọng trường

X Vecto chứa tọa độ x

8 y Là cosin chỉ phương của nút phân tử với mặt tương tácHy Lực tác dụng vào bề từng phân tử

hạ Tổng lực tác dụng vào bểd Chiêu rộng bể

Moment quan tinh

Chiều dài phan tử tương ứngMa trận sắp xếp thứ tự của cột iĐộ cứng phần tử

Khối lượng phan tửLực quán tính của phần tử

Lực cản

Lực đàn hồiÁp suất thủy tĩnh

Phan tử tại thoáng chất lỏngPhan tử tại đáy và thành bể

Tọa độ phụ trợ trong FEM

Chất lỏngTắm nổinền đấtThứ tự cột i của ma trận cản tam nỗiThiết bị giảm chan TLD-FR

Phan tử của két câu

GIỚI THIỆU

1.1 ĐẶT VAN DEVới xu hướng ngày càng phát triển, việc đô thị hóa là qui luật tất yếu của xã hội Tạicác thành phố lớn hoặc các khu đô thị mới, các tòa nhà văn phòng làm việc hay chung cưcó số tầng tương đối lớn luôn được ưu tiên xây dựng Các nha nhiều tang này làm tănghiệu quả sử dụng đất và cũng được coi như là một biéu tượng sức mạnh kinh tế cho khuvực đó Cùng sự phát triển kinh tế, đô thị ở Việt Nam hình thành ngày càng nhiều lên,mật độ các công trình xây dựng với số tầng tương đối nhiều là có xu hướng tăng lên, sốlượng và kế cả số tầng như trong bảng 1.1 Chưa kế hàng loạt những chung cư có số tangthấp hơn, khoảng từ 20-30 tầng xuất hiện với mật độ khá dày tại các đô thị lớn như Thànhphó Hỗ Chí Minh, Hà nội, Nha trang, Đà nẵng

Bảng 1.1: Một số công trình nhà cao tầng hoàn thành ở Việt Nam

STT Tòa nhà Chiều Số tầng Năm hoàn thành

| ToHS Chi mình 461.2m 81 Dang hoan thién

2 Keangnam - 336m 72 2011Landmark 72 Hanoi3 vor Non 265m 65 2014

5 | tower TP HaChiMinn | 206m | 33 2015

Trong lĩnh vực thiết kế kết cau các công trình xây dựng dang nhà nhiều tầng, thườngtài trọng ngang như gió bão và động đất có vai trò rất quan trọng và là sự thách thức vớicác kỹ su Dù các tiêu chuẩn ngành cũng kha day đủ, tuy nhiên việc tìm hiểu rõ hơn ứngxử của kết cầu nhà nhiều tang chịu tác nhân nay là rất cần thiết Đặt biệt, với hiện tượngbiến đối khí hau, các tác động gió bão va động đất diễn ra càng ngày càng phức tạp về cacường độ và tầm hoạt động Tuy Việt Nam không năm trong khu vực hoạt động mạnhcủa động đất nhưng nước ta từng phải chịu trên 1000 trận động dat có cường độ lớn nhỏkhác nhau, đặt biệt thời gian gần đây bat đầu xuất hiện nhiều trận động đất khá lớn Kểtới như khu vực Sơn La, Điện Biên năm 1983 từng ghi nhận trận động đất 6.8 độ richtertương đương độ lớn động đất ở Kobe làm chết 4400 người PGS TS Nguyễn HồngPhương, Phó giám đốc Trung tâm Báo tin động đất và cảnh báo sóng thần Việt Nam dựbáo có thể có động đất cực đại lên tới 7 độ richter Vùng có động đất mạnh nhất nằm ởkhu vực Tây Bắc.

Mặt khác, Việt Nam lại năm trong khu vực hoạt động mạnh của bão nhiệt đới và gióbão cũng là tác nhân nguy hiểm lớn cho các công trình xây dựng Thực tế, một số côngtrình bị phá hoại do động đất gây ra một số hình ảnh minh họa thiệt hại do động đất

Hình 1.2: Tran động dat tại Tứ Xuyên mạnh 7,9 độ ngày 12-05-2008

Khi kết cau chịu tải trọng ngang lớn, đặc biệt là tải trọng động gây ra dao động chokết cầu và có thé làm cho kết cau trở nên nguy hiểm hon; việc phân tích ứng xử động lựchọc phải được thực hiện để thu được ứng xử phù hợp hơn và có những giải pháp cần thiếtdé gia tăng độ an toàn cho kết cau Thường dé an toàn hơn khi chịu tải trọng ngang lớn,kết cau thường tăng tiết diện dé tăng độ bên, giam ứng suất và mức độ chịu đựng của cầukiện; tuy nhiên giải pháp này mang lại hiệu quả chưa cao do tăng tiết diện cấu kiện thìkhối lượng tăng điều đó dẫn đến lực quán tính cũng tăng theo khi hệ chịu tải trọng độngdo vậy cần có giải pháp khác hơn dé giải quyết bai toán này.

Giải pháp được đề xuất đó là giảm chan Dé đảm bao sự an toàn cho kết cau chịu lựcphương pháp thường sử dụng là sử dụng thiết bị làm giảm dao động Thiết bị làm giảmdao động cho kết câu được chia thành ba loại chính như sau:

sát trượt là loại thiết bị cách ly kết cấu với kích thích dưới nền móng như là độngđất và thường được đặt tại chan móng công trình.

e Hệ điều khiển chủ động & bán chủ động như là các thiết bị hệ giằng chủ động, hệcản khối lượng bán chủ động & chu động hệ có thé thay đôi độ cứng hoặc tínhcản, vật liệu thông minh Hệ điều khiến chủ động cần thuật toán điều khiến vanguồn cung cấp điện dé hoạt động Hệ bán chủ động cũng yêu cầu nguồn điện tuynhiên thấp hơn so với hệ chủ động Khi ngưng cung cấp điện, hệ bán chủ động

làm việc như hệ bị động.

e HỆ tiêu tán năng lượng bị động như là các thiết bị hệ cản kim loại, hệ cản ma sát,hệ cản đàn nhớt, hệ cản chất lỏng nhớt, hệ cản khối lượng, hệ cản chất lỏng Hệkhông can phụ thuộc thuật toán điều khiển cũng như nguồn điện cung cấp trongquá trình hệ kết cầu chịu nguyên nhân động

Chức năng chính của hệ tiêu tán năng lượng bị động là thay đổi đặc trưng của kết cầunhư tính cản và độ cứng Do dễ dàng lắp đặt và mang lại hiệu quả cao trong việc giảmdao động cho kết cau nên hệ tiêu tan năng lượng bị động thường được áp dụng trongngành xây dựng dân dụng Thiết bị giảm chan băng hệ cản chất lỏng (Tuned LiquidDampers, TLD) là loại thiết bị dạng hệ tiêu tán năng lượng bị động thuộc loại đơn giản,dễ dàng sử dụng và lắp đặt linh hoạt vào các công trình xây dựng đã hoản thành trước đóvới chỉ phí thấp Giải pháp này cũng đã xuất hiện trên thế giới khá lâu và được ứng dụngnhiều công trình thực tế Ngoài ra, bể chứa phan chat lỏng bên trong thường là nước nênnó có thể được sử dụng cho mục đích sinh hoạt hoặc chữa cháy khi cần thiết Tuy nhiên,cho đến này giải pháp này van đang là van dé thời sự trong lĩnh vực giảm chan cho kết

câu chịu gió bão và động dat.

Đã có nhiều nghiên cứu về thiết bị TLD chủ yếu tập trung vao phát triển lý thuyết môtả ứng xử của TLD Sau đó, các nghiên cứu tập trung vào phát triển thiết bi TLD truyềnthống nhăm tăng thêm hiệu quả giảm chấn cho thiết bị ví dụ như việc sử dụng nhiều bể

nước thay vì một bê, nhiều thí nghiệm được thực hiện đê đưa ra mô hình của bê nước,

thêm màn ngăn vào nước tăng can cho nước hay là việc đặt nhiêu bê trên nhiêu tang khácnhau của công trình

Cho đến nay, một hướng nghiên cứu của TLD đó là thay đổi cau tạo của bé nước đểlàm tăng tính cản của bể, tạo ra sự tiêu tán năng lượng nhiều hơn dẫn đến kết câu chínhan toàn hơn được phát triển trong thời gian rất gần đây Như TLD có màn ngăn, cột chấtlỏng TLD, Trong các giải pháp này thì có một công bố liên quan đến TLD được trangbị tam nồi trên bề mặt TLD được cho thay là khá mới, từ một Luận án tiễn sĩ ở nướcngoài va các công bồ trên tạp chí cũng chưa nhiều Do đó luận van này theo hướngnghiên cứu nảy, đó là tìm hiểu hệ can chat long được lắp tam nỗi bên trên bé chứa (TunedLiquid Damper with Floating Roof) gọi tat là TLDFR gắn trên mái của kết câu khung nhanhiều tang Từ đó, đánh giá hiệu quả giảm dao động do TLDFR mang lại cho kết cấu

1.2 MỤC TIỂU NGHIÊN CUUMục tiêu của luận văn này là đánh giá hiệu quả giảm dao động của thiết bị TLDFRlên kết cau đang xét trong không gian chịu tác dụng của tải trọng động gồm có tải điều

hòa và gia toc nên động dat Cac nội dung chi tiệt của nghiên cứu được sơ lược như sau:

- Tìm hiểu co sở lý thuyết của thiết bi TLDFR, tương tác giữa chất lỏng, bể va tamnồi; tương tác giữa kết cấu và thiết bi TLDFR, mô hình mô tả thiết bị TLDFR va tác độngcủa tam nỗi lên phan ứng của chất lỏng, cơ chế tiêu tan năng lượng của thiết bị TLDFR

- Tìm hiểu dự đoán các thông số ảnh hưởng hiệu quả giảm chấn của kết cấu: Hệ kếtcầu khung bê tông không gian được chia nhỏ thành các phan tử nút và hệ lưới theophương pháp phân tử hữu hạn, liên kết giữa kết câu với đất là liên kết ngam cứng, phantử tam nổi cũng được chia nhỏ thành các phan tử nút, các phan tử nút nay trùng phan ứngvới các phan tử nước bề mặt, tam nối không liên kết với thành bẻ

- Dùng chương trình mã nguồn mở ANSYS để viết chương trình máy tính giải quyếtmục tiêu đặt ra và mã nguồn MATLAB để phân tích dữ liệu đầu vào của gia tốc nền động

mềm ANSYS, kiểm chứng chương trình - Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến hiệu quả giảm dao động của TLDFR bao gồm

mực nước, ảnh hưởng cua tâm nôi, dưới tac dụng tải điêu hòa và tải động dat

1.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆNPhương pháp thực hiện của luận văn được lựa chọn là lý thuyết Xây dựng cơ sở lýthuyết và tiễn hành mô hình bai toán dựa trên phương pháp phan tử hữu han và lý thuyếtđộng lực học, so sánh kết quả với các nghiên cứu khác để đánh giá độ tin cậy của lời giải.Công cụ dé thực hiện mô phỏng và phân tích hệ kết câu-TLDFR trong không gian là cáccông cụ mã nguồn mở trong ANSYS Chỉ tiết như sau:

- Thiết lập mô hình kết cấu-TLDER, dùng phan tử khối solid không gian để thuđược lời giải tin cậy nhất

- Khảo sát sự tương tác của thiết bi và kết cầu trong không gian bằng việc khảo sátmô hình được thiết lập trong không gian; phân tích các thông số ảnh hưởng tới tần sốdao động tự nhiên, đáp ứng động như chiều cao mực chat lỏng, tải trong, và kết hợp

với các tài liệu nghiên cứu trước đây đê lựa chọn thông sô này.

- Khảo sát ảnh hưởng của chiều cao mực nước, ảnh hưởng của tắm nỗi, từ đó xácđịnh ảnh hưởng cho việc nghiên cứu ứng dụng các thông số đặc trưng của thiết bịTLDER, trong thiết kế thiết bị kháng chan sử dụng chất lỏng cho công trình chịu tải trọng

động.

1.4 CÂU TRÚC LUẬN VĂN

Luận văn này được trình bày trong 5 chương với những nội dung sau:

Chương 1: Chương đầu tiên giới thiệu sơ lược về dé tài, nêu ra van dé giảm dao động

cho kêt cầu và lựa chọn đê tài.

Chương 2: Tổng quan về các hệ giảm chan chất lỏng Tìm hiểu về lịch sử hình thànhvà những nghiên cứu đã được thực hiện về các hệ giảm chan sử dụng chất lỏng Nhữngứng dụng của hệ giảm chấn sử dụng chất lỏng trong thực tế.

Chương 3: Cơ sở lý thuyết liên quan đến TLDEFR, mô tả cau tạo bé TLD, tắm nỗi, vàliên kết các thành phần của thiết bị Trình bày cơ sở lý thuyết áp dụng đối với hệ giảmchấn sử dụng chất lỏng Các phương pháp được sử dụng trong việc phân tích hệ kết cầu —chất lỏng trong không gian Lựa chọn mô hình tính toán phù hợp đối với việc phân tíchmô phỏng hệ giảm chấn sử dụng chất lỏng trong không gian

Chương 4: Kiểm chứng đánh giá chương trình tính, so sánh với các nghiên cứu trướcđây Phân tích và khảo sát các ví dụ số, rút ra được kết quả và so sánh Đánh giá hiệu quảgiảm chan của thiết bị TLDFR và kết cau trong không gian Khảo sát sự ảnh hưởng củathông số chiều cao mực nước, đánh giá khác biệt khi có tắm nỗi và không có tắm nỗi lên

khả năng giảm chân cho két câu.

Chương 5: Kết luận rút ra được từ luận văn, đánh giá được ứng xử của kết cau trongkhông gian chịu tác động của tải điều hòa và động đất Đánh giá sự ảnh hưởng của thiếtbị TLDFR đến khả năng kháng chan của công trình Đánh giá ảnh hưởng của thông sốmực nước bé, ảnh hưởng tam nỗi lên khả năng kháng chấn của thiết bị Đề xuất cáchướng nghiên cứu tiếp theo cho mô hình kháng chan sử dụng chất lỏng trong không gian

TONG QUAN

2.1 GIỚI THIEUChương nay trình bay tổng quan tình hình nghiên cứu liên quan đến dé tài của luậnvăn Trước hết, một số loại cản chất lỏng làm giảm dao động của kết cầu và sự ứng dụngcủa nó trong một số công trình thực tế trên thé giới được sơ lược qua Tiếp theo, tongquan về tinh hình nghiên cứu liên quan đến giảm chan bang can chat lỏng được dé cậptương đối chi tiết qua danh mục tài liệu tham khảo trong dé tài, ké cả các nghiên cứu

trong nước và ngoai nước Cuối cùng, sự khác biệt của luận văn với các nghiên cứu trích

dẫn cũng được phân tích trong chương này.2.2 PHAN LOẠI CAN CHAT LỎNG

Can chất lỏng đã được sử dụng trong ngành vận tải kế từ đầu thé kỷ 20 để ngăn cảnsự lắc lu của các tàu lớn Hình 2.1 thé hiện thiết bi chống lắc lư được sử dụng cho các tàubiển Nó bao gém hai bể chứa thông nhau bằng một ống dẫn nước ở dưới và một ống dẫnkhí ở trên, mỗi bé chỉ chứa một phan nước Đây có thé xem là ứng dụng dau tiên của hệcản cột chat lỏng (TLCD) Tác dụng của hệ TLD trên tàu bè là dé khống chế dao động dotác động của sóng biến và gió bão, bằng cách sử dung hai bể chứa chất lỏng được nối với

nhau và có tân sô dao động gân với tân sô dao động cơ bản của tàu.

Sau đó hệ giảm chấn chất lỏng được nghiên cứu và áp dụng vào lĩnh vực xây dựngnhăm giảm sự ảnh hưởng của tải trọng động như động đất và gió bão Hệ cản chất lỏngđược chia thành hai dạng chính: hệ can sử dụng sóng chất long (Tuned Sloshing Damper-TSD) và hệ can cột chất long (Tuned Liquid Column Damper-TLCD)

2.2.1 Hệ can cột chat longMô hình hệ cản cột chất lỏng (TLCD) có bé chứa dạng ống như Hình 2.2, hệ là sự kếthop của chuyền động của chất lỏng gây ra bởi trọng lực va lực can do áp suất van điềuchỉnh được đặt bên trong ống Ưu điểm của thiết bị này là: hình dạng bể chứa có thé điềuchỉnh linh hoạt để phù hợp với hình dạng kết cau đã xây dung; ứng xử của thiết bi cũngtương đối đơn giản; tính cản của thiết bị TLCD được kiểm soát nhờ điều chỉnh lỗ mở bêntrong ống: bằng cách điều chỉnh cột chất lỏng bên trong ống có thể điều chỉnh tần số của

TLCD cho phù hợp.

2.2.2 Hệ can sử dụng sóng chất lỏng TSDKhác với thiết bị TLCD chat lỏng chuyển động theo phương đứng, thiết bị TSD dựavào chuyên động theo phương ngang của chất lỏng dé làm giảm dao động.

Tiêu tán năng lượng của thiết bị cản chất lỏng TSD thông qua ma sát của chất lỏng vàthành bể, thông qua chuyên động của sóng bề mặt va thông qua hiện tượng sóng vỡ Sóngvỡ là hiện tượng một số phan tử chất lỏng rời khỏi bề mặt dao động do chuyên động chấtlỏng không ôn định, vận tốc của một số phần tử chất lỏng lớn hơn vận tốc truyền song,các phan tử này vượt khỏi mặt thoáng của chat lỏng Khi xảy ra hiện tượng nay các mô tatuyến tính không còn hợp lý nữa

Dua theo chiều cao chat lỏng thiết bi TLD có thé phân thành hai loại: nước nông vànước sâu Phân loại trên dựa vào tỷ số h/L Với h chiều cao mực nước và L chiều dài bểtheo phương chuyền động Theo nghiên cứu của Sun và các cộng sự năm 1992, Thiết bị

TLD thuộc loại nước nông khi h/L< 1/2; thuộc loại nước sâu khi h/L> 1/2.

Thiết bi TLD nước nông có xu hướng xảy ra sóng vỡ, do đó tính cản của thiết bi TLDnước nông cao hon, làm thay đối tần số riêng của chat long Do đó, hiện tượng sóng vỡrất khó kiểm soát do có tính chat phi tuyến Ngoài ra, thiết bi TLD nước nông đưa tớikhối lượng nước trong bể phải được không chế ở mức nhất định trong khi các nghiên cứuchỉ ra hiệu quả giảm dao động của thiết bị TLD tỉ lệ thuận khối lượng nước của nó Mộtsố nghiên cứu gan đây đưa ra hướng khắc phục bang cách tăng số lượng bể thay vi sửdụng một thiết bi TLD, điều này giúp thỏa điều kiện của thiết bi TLD nước nông và đưalại hiệu quả giảm chan cao hon 1 thiết bi TLD

Thiết bi TLD nước sâu mang lại hiệu quả không cao như thiết bi TLD nước nông,nhưng ưu điểm của nó là phan ứng tuyến tính hơn nên dễ kiểm soát hơn Thiết bi TLDkhông bị giới hạn về tỷ số khối lượng giảm tính chất phi tuyến của chất lỏng Ngoài ra,thiết bi TLD nước sâu có thé kết hợp thêm các công năng khác khi làm bể chứa nước sinhhoạt, chữa cháy, bé bơi

2.2.3 Cac công trình sử dung TLD dé giảm chanNăm 1987 tháp hàng không Nagasaki cao 42m tai Nagasaki, Nhật Ban có tần số giaođộng riêng là 1.07 Hz được lắp đặt thiết bi TLD giảm chan, 25 bể nước hình tròn.

Lap đặt 39 bé nước hình tròn giúp giảm chấn cho tháp Yokohama Marine cao 105mtại Yokohama, Nhật Bản có tần số giao động riêng là 0.55Hz vào năm 1987

Công trình tòa nha Once Wall Centre ở Vancouver, British Columbia, Canadavoi 48 tang, chiéu cao công trình 157.8m, hoành thành năm 2001 Đề chống lại sự dao

động điều hòa từ gió lớn, công trình sử dụng hai bể chứa có khoảng 189.250 lít nước đặtở tầng cao nhất của công trình Những bể này được thiết kế sao cho tan số riêng của nước

trong bê trùng với tân sô riêng của công trình.

Hình 2.7: Toa nhà Once Wall Centre ở Vancouver, British Columbia, Canada

Cong trinh toa nha One Rincon Hill 6 San Francisco, California, United States Gồm2 tòa tháp, tòa tháp cao hơn có 60 tầng cao 195m được hoan thành vào năm 2008 Tòatháp thấp hơn hoàn thành năm 2014 và cao 165m có 50 tầng

Đề hỗ trợ cho tháp chung cư cao 60 tầng, One Rincon Hill South Tower có nền móngcọc lớn dày 4m và được cắm sâu vào đá serpentine Lõi được gan vào các cột bên ngoàibăng các thanh giang băng thép chéo dau nút cho phép xoay, được thiết kế dé tiêu tannăng lượng trong trận động đất thông qua việc kiểm soát chuyển động của công trình.Loại hệ thông địa chan tiên tiễn này thực hiện theo cách tương tự như hệ thống giảm xóc

Trên đỉnh của tòa nha là một thiết bị giảm chan TLD lớn chứa tới 189.250 lit nước vanặng 185.440 kg Một bề chứa tương tự 189.250 lít được đặt ở tang ham cho muc dichchữa cháy Trong mỗi bề hai màn chan chất long dé kiểm soát dòng chảy của nước déchống lại sự ảnh hưởng từ những cơn gió mạnh ở Thái Bình Dương hơn nữa là bão

Hh)

HH

+‡111111111114£4

Hình 2.8: Toa nha One Rincon Hill ở San Fransisco, California, USA

Tai Viét Nam, cau Bai Chay nam trên quốc lộ 18, nối hai phân của thành phố Hạ

Long là Hon Gai và Bãi Cháy, hoàn thành vào ngày 02 tháng 12 năm 2006 Day là công

trình đầu tiên sử dụng thiết bị giảm chân TLD với 344 thùng chứa có các mực chất lỏngkhác nhau được lap đặt ở cả hai tháp của cau

2.3 TONG QUAN VE GIAM CHAN SU DỤNG CHAT LỎNG

2.3.1 Nghiên cứu ngoài nước

Kareem và Sun năm 1987 [1] với những nghiên cứu ban đầu về việc áp dụng thùngchứa chất lỏng để giảm dao động tự nhiên, s dụng lý thuyết dòng chảy thế xác định đặc

trưng cho hệ qua mô hình cơ học tương đương.

Modi và Seto năm 1997 [14] đã giới thiệu nghiên cứu phương pháp số trên hệ TLDhình chữ nhật,tính toán năng lượng phân tán từ các hiệu ứng phi tuyến bao gồm hiệu ứngtại khu vực biên của chất lỏng và thành bề, tương tác giữa các vật nôi trên bề mặt và hiệntượng sóng vỡ Tuy nhiên, với mực chất lỏng thấp phương pháp số này có sai số khá lớngiữa thực nghiệm và kết quả tính

Sun và cộng sự năm 1995 [3] đề xuất mô hình cơ học tương đương cho TLD, dưới tácđộng của tải điều hòa các mô hình thí nghiệm hình chữ nhật, hình tru, hình vành khuyênđược mô tả đặt trưng về thông số khối lượng, độ cứng và tính cản

Yu và cộng sự năm 1999 [4] dựa vào nghiên cứu của Sun va cộng sự năm 1995, điềuchỉnh thông số thực nghiệm và dé xuất mô hình mới cho TLD Mô hình này mô ta TLDnhư một TMD tương đương với độ cứng va tinh cản phi tuyến, có thé mô tả ứng xử củaTLD dưới kích động có biên độ lớn và có kế đến sóng vỡ

Modi và Munsi năm 1998 [5] trình bày hướng nghiên cứu thực nghiệm chứng minh

sự hiệu quả của thiết bi TLD bang việc xem xét một hệ cản hai chiều, kết quả thu đượccho thay hiệu quả giảm chấn với hệ TLD trên làm tiêu tán 60% năng lượng truyén vao

Kaneko và S.Ishikawa năm 1999 [6] trình bay một mô hình TLD được nghiên cứu dat

trên đỉnh trụ cầu dây văng do áp dụng mô hình chất lỏng trên cơ sở lý thuyết sóng nướcnông phi tuyến

Gardarsson va cộng sự năm 2001 [7] nghiên cứu ứng xử của TLD có đáy dốc 300 ởcả hai đầu bé dé đánh giá sự gia tăng khối lượng chất lỏng tham gia dao động đồng thờikết hop với mô hình NSD được dé xuất bởi Yu và cộng sự năm 1999

Li và cộng sự năm 2002 [8] sử dụng phương pháp phan tử hữu han dé tính toánphương trình liên tục và phương trình động lượng của chất lỏng có mực nước nông Dựatrên việc đơn giản hóa bài toán ba chiều thành bài toán theo một phương, điều này manglại nhiều thuận lợi trong quá trình tính toán Tuy nhiên, nghiên cứu này không được kiểm

nghiệm.

P.Banerji và các cộng sự năm 2000 [9] nghiên cứu TLD kiểm soát phản ứng kết caudưới tác động động đất với thiết bị giảm chan là bể TLD hình chữ nhật nước cạn, tần sốtuyến tính của bề điều chỉnh theo tan số co bản của kết cấu, qua đó so sánh tỉ lệ nướcnhiều ít phù hợp kích thích dự đoán của động đất

P.Banerji và P.Samanta năm 2011[10] nghiên cứu về một thiết bị TLD kiểm soát

rung động băng cơ chê dựa vào việc xả nước bên trong bê dé tiêu hao năng lượng.

S.M Zahrai, S.Abbasi, B.Samali và Z.Vrcelj năm 2012 [11] khảo sát về việc dùngTLD cho các tòa nha 5 tầng gan thêm các tâm ngăn tự xoay trong bề nước dé tiêu tán

năng lượng.

Malekghasemi và cộng sự năm 2013 [12] đề xuất mô hình số sử dụng đồng thờiphương pháp thé tích hữu hạn cho chat long và phương pháp phan tử hữu han cho bểchứa và kết câu Mô hình được kiểm chứng băng thực nghiệm và với một số mô hình đãđược dé xuất trước đó Kết quả cho thay mô hình mô ta gan như chính xác ứng xử củaTLD dưới tác dụng của kích động điều hòa và động đất

Rafael O.Ruiz, D.Lopez-Gsrcia và Alexandros A.Taflanidis năm 2015 [13] nghiên

cứu về một thiết bi TLD-FR là kết hop giữa thiết bi TLD va tam cứng thả nỗi mặt nước.Thiết bị này có nhiều ưu điểm là tăng cản cho chất lỏng, ngăn cản hiện tượng sóng vỡlàm chuyển động của nước tuyến tính hơn, đặt biệt có thể dùng cải tạo, thay đôi tănggiảm cản cho các công trình gan thiết bị bang cách gan thêm thiết bị cản vào tam nồi.Nhược điểm của nghiên cứu này là chưa đưa ra được công thức số đơn giản, nghiên cứudựa trên các co sở lý thuyết và thực nghiệm dé đánh giá kết quả

2.3.2 Nghiên cứu trong nước

O Việt Nam cũng có nhiều nghiên cứu về hệ can chat lỏng Một sô tác giả và một sônghiên cứu được thực hiện gân đây:

Nguyễn Đức Thị Thu Định, luận án tiễn sĩ năm 200151401 Nghiên cứu ứng dụng hệgiảm chan chất lỏng trong kiểm soát dao động cho cau dây văng tại Việt Nam Phươngpháp nghiên cứu là sự kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, phân tích lý thuyết và đốichiếu kết quả với thực tế Phân tích lý thuyết chủ yếu dựa trên lý thuyết động học kết cấu.Các phân tích nhăm mục đích thiết kế hệ thống giảm chan dùng chất lỏng (TLD) Kết quanghiên cứu nhằm đánh giá giá trị của mô hình MTLD trong tiến trình phân tích lý thuyếtvà có đối chứng thông qua thí nghiệm mô hình trên bàn rung Việc phân tích lý thuyết môhình giảm chan chất long đa tan số MTLD được tính toán áp dụng cho công trình cau BãiCháy Các ứng dụng kết quả nghiên cứu đem lại : Nghiên cứu hệ STLD đã lắp đặt, thay

đối cách bố trí các TLD trong hệ STLD để đánh giá tính hợp lý trong cách bố trí lắp đặthệ, nghiên cứu trong trường hợp thay thế hệ STLD băng hệ MTLD sử dụng các tham sốdé xuất Việc nghiên cứu này được thực hiện trong cả 2 trường hợp sử dụng tan số daođộng của tháp cầu lấy từ kết quả phân tích bằng phần mềm va sử dụng tan số từ thínghiệm rung lắc Các kết luận này là cơ sở cho các kỹ sơi Việt Nam ứng dụng thiết kế hệTLD cho kết cau dạng tháp

Nguyễn Thành Trung, luận văn thạc sĩ năm 2017[43] Phân tích ảnh hưởng của nướctới khả năng kháng chấn của công trình tháp nước trong không gian ba chiều Tìm hiểumô hình tương tác gitra nước và kết cau, thực hiện khảo sát hệ dưới tác động của tải trọngđộng ở nhiều mực nước khác nhau Kết qua thu được ảnh hưởng của nước tới chuyển vị,vận tốc, gia tốc và lực cắt của tháp Nhược điểm của hệ là chua phân tích và mô tả ứng xử

phi tuyên của nước khi xảy ra hiện tượng sóng vỡ.

Bui Pham Đức Tường luận văn thạc sĩ năm 201041] Phân tích khả năng khan chancủa công trình sử dung các bề chứa trong đó có xét tính tương tac giữa chat lỏng va thànhbể Luận văn này nhằm mục đích khảo sát một cách tong quát về hầu hết các đặc trưngcủa TLD từ tần số dao động tự nhiên của chất lỏng, dao động sóng bé mặt, lực tác dụnglên thành bể, đến hệ số tiêu tán năng lượng trong bể do sóng chất lỏng tạo ra

Nguyễn Ngọc Viên, luận văn thạc sĩ năm 2016 [42] Thực hiện nghiên cứu đánh giáhiệu quả giảm dao động cho kết cấu khung phăng nhiều tang bang bể chứa chất lỏng(TLD) đặt tại tầng đỉnh của kết cau Dưới tác dụng của tải trọng động đánh giá hiệu quagiảm dao động cho kết cau thông qua phân tích tương tác kết cau-TLD từ việc khảo sátmột sốt các thông số ảnh hưởng đến hiệu quả giảm dao động của TLD

2.4 KÉT LUẬN CHƯƠNGCác nghiên cứu đã có thấy răng loại thiết bị này được sự quan tâm của nhiều nhà

nghiên cứu trên thế giới, và có sự ứng dụng mạnh mẽ vào thực tế Sự phát triển lý thuyết,

các mô hình ứng xử TLD dé mô tả thực nhất về ứng xử của TLD dưới tác động của kích

thích động.

Song song với phat triển lý thuyết va mô hình ứng xử TLD, việc phát triển va cải tiễnmô hình cũ cũng có nhiều bước phát triển Nhiều nghiên cứu dựa trên mô hình lý thuyếtcũ dé khảo sát thiết bị cải tiễn với sự thay đối hình dạng bể, nghiên cứu ảnh hưởng tươngtác nước và thành bề, tăng cản cho thiết bị TLD, tăng độ dốc cho đáy bé,

Gan đây các nghiên cứu bat dau quan tâm hon về sự làm việc hệ kêt cau-TLD thay vinghiên cứu riêng ứng xử cua TLD như trước Từ đó, luận văn thực hiện nghiên cứu dé tai

“Ung xử bê nước mái có gan tâm nôi chịu tải trọng động lên kêt cầu khung không gian

chịu tải trọng động” Dựa theo nghiên cứu của tác gia Rafael O.Ruiz năm 2015.

CHƯƠNG 3

CƠ SỞ LY THUYET

3.1 GIỚI THIỆUChương nay trình bày co sở lý thuyết của dé tai Đầu tiên, tổng quan về thiết bịgiảm chan bể nước có tam nổi TLDFR với cấu tạo chỉ tiết và tương tác giữa các thànhphan của tam nổi với nước Nguyên lý hoạt động của hệ, co sở cho mô hình tính dùng déphân tích hiệu quả giảm chấn của thiết bi TLDFR cũng được giới thiệu Tiếp theo, co sởlý thuyết cho biến đổi Fourier FFT để xác định tần số trội từ chuỗi thời gian của kíchđộng nên được mô tả Xây dựng mô hình tính cho hệ kết cau có sử dụng thiết bị TLDER,Thiết lập phương pháp giải và thuật toán biết đối Fourier FFT lựa chọn kích thích gia tốcnền phù hợp mô hình để tiến hành nghiên cứu Phương pháp phần tử hữu hạn trong

ANSYS với mã nguôn mở đê mô tả ứng xử động của hệ được đề cập.

3.2 NGUYÊN TAC HOẠT ĐỘNG CUA TLDFR3.2.1 Giới thiệu về bé nước mái có gắn tam nỗi TLD-FR

TLD-FR bao gồm TLD truyền thống với việc bố sung một tam cứng nỗi trên mặtnước, được thiết kế với một vật liệu nhẹ, mật độ nhỏ (giảm trọng lượng và nôi trên chấtlỏng) Ý tưởng đăng sau điều này vì tam nổi cứng hơn nhiều so với nước, nó sẽ ngănchặn sóng vỡ, do đó làm cho phản ứng tuyến tính hơn ngay cả ở biên độ lớn Tam nổicũng có thé bổ sung các thiết bị cản (thụ động, bán chủ động hoặc hoạt động) có thé tang

cường can dang kê.

Sơ đồ TLD-FR được trình bay trong Hình 3.1, g6m ba phan chính: bể chứa chat lỏng,tắm nổi và nguồn giảm xóc bên ngoài Thiết bị mang đặt tinh của một TLD và TLCD,

TLD-FR mang các đặc điểm mong muốn của cả hai hệ thống Hơn nữa, nó thể hiện sự

phụ thuộc thấp hơn vao biên độ kích thích hơn TLD và TLCD (hành vi của nó thực tế làhoan toàn tuyến tính)

Floating Roof

ba)

Tuned Liquid Damper

with Floating Roof Floating Roof Liquid Storage Tank

Hình 3.1 So dé TLD-FR hình chữ nhậtPhat triển mô hình số cho TLD-FR, chất lỏng va tam nổi được lập mô hình riêng biệtvà sau đó được kết hợp bởi áp suất nội tạo ra tại mặt phăng chất lỏng Chuyển động lỏngđược mô hình hóa bằng các nguyên lý bảo toàn khối lượng va moment, các vách ngăn vàđáy bể được coi là tuyệt đối cứng Chất lỏng giả định là không nhớt, không nén được vàkhông chảy xoáy, cho phép chuyển động của nó hoàn toàn được xác định bởi một hàmthé vận tốc ọ Ngoài ra, lực tương tác và chuyền động phi tuyến được giả định bỏ qua

Vì thiết bị TLD-FR có sự hiện diện của tâm nồi tạo ra áp suất khác không ở bề mặt tựdo Do đó, phương trình (3.1) được thêm áp lực trong giao diện chất lỏng / nổi mái:

F = F,d = —pdAn, — pdBu, (3.2)

Tam noi được mô phỏng linh hoạt như dầm Bernoulli thông qua FEM sử dung cácphân tử 2D được tạo thành bởi 2 nút và 4 mức độ tự do (xoay vòng trên mỗi nút) Theosơ dé này, ma trận độ cứng của dầm tỷ lệ thuận với EI / P; với E, I và 1 tương ứng với mô

Trong đó M, và K, là các ma trận khối lượng va độ cứng của tam nổi Ma trận khốilượng M, phụ thuộc vào hình học (mặt cat ngang) và vat liệu cua tắm nỗi trong khi matrận độ cứng K, tang tuyến tính với EI và giảm tỷ lệ thuận với chiều dài tam nổi Các

môđun đàn hồi và moment quán tính có thê được lựa chọn độc lập.

Hình 3.2 Sơ đồ của lưới trùng giữa chát lỏng, tam nội và vi dụ mình họa cho ma trận can

của hệ

Ma trận cản C, có thê được xác định băng bộ giảm chan ngoải nôi với tam nôi Nêu

Cdamperi là hệ sô giảm chân của i" và Ra là ma trận sắp xếp thứ tự của cột i ma trận C,thu được là:

Mjï +C,n, + K,n, =—R,Ú, (3.6)

Các ma trận tăng cường liên quan được định nghĩa là:

M, =[p(M,)+G”M, |

3.3 PHƯƠNG PHAP PHAN TỬ HỮU HAN

Hình 3.3: Mô hình hệ kết cấu-TLDERHệ kết cau chính được rời rac hóa thành n phan tử có phương trình dao động được viết

như sau:

[M]i+[C]u+[K Ju ={t.| (3.8)Trong đó [M];[C]:[K] valf, | lần lượt là ma trận khối lượng, ma trận cản, ma trận độcứng và ma trận ngoại lực tác dụng vào hệ Các ma trận này được trình bày như sau: