Sự ảnh hưởng của các thông số đặc trưng cho từng phương phápđiều khiến như thông số khối lượng của TMD, tham số cản của TMD bán chủđộng, lực điều khiến chủ động hay bán chủ động lên phản
Trang 1TRUONG ĐẠI HỌC QUOC GIA THÀNH PHO HO CHÍ MINH
TRUONG DAI HOC BACH KHOA
Trang 2Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TPHCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS NGUYÊN TRONG PHUOC
5 TS Nguyễn Văn Hiếu.
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.
Trang 3Họ và tên: Lê Đình Trọng Vũ
Ngày tháng, năm sinh: 02/01/1989
Noi sinh: Lâm Đồng
Địa chỉ liên lạc: 79 Phú Định, Phường 16, Q8, TP.HCM
Email: ledinhtrongvu[9S9@smail.com
QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:2007 — 2012: Dai học - Trường Đại học Mở Thanh pho Hồ Chí Minh2013 — 2015: Thạc sỹ - Trường Dai học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh
QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC:Từ 2012 đến 2015: Nhân viên công ty Hitachi Zosen Vietnam.
Trang 4Trước tiên tôi xin cảm ơn chân thành và sâu sắc đến TS Nguyễn TrọngPhước, Thay đã luôn tận tâm hướng dan, động viên và tao mọi điều kiện cho tôiđược học tập Những tài liệu tham khảo và kiến thức quý báu do Thay mang lạigiúp tôi có được cách nhận định đúng đắn trong những van dé nghiên cứu.
Bên cạnh đó tôi xin cảm ơn quý Thầy Cô trong Khoa đảo tạo sau đại học
ngành Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp - Trường Đại Học Bách KhoaTP.HCM đã truyền đạt những kiến thức quý giá trong quá trình giảng dạy, đồngthời cảm ơn các anh chị đồng khóa học đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập suốt
thời gian qua.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn tất cả những người thân, gia đình, thầy cô, bạn bèđã luôn bên cạnh động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian học tập nghiêncứu và thực hiện đề tài này.
Mặc dù tôi rất cô gang hoàn thiện Luận van với tat cả năng lực có thể củamình, nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót và chưa sâu, kính mong nhậnđược sự chỉ bảo của Thây Cô.
Tôi xin chân thành cam on!
Trang 5Tôi xin cam đoan Luận văn này do tôi tìm hiểu và phát triển dựa vào các tài
liệu tham khảo đã được trích dẫn.
Các thông tin, kết quả nghiên cứu của người khác sử dụng trong luận vănnày điều được trích dẫn đúng quy định Kết quả trong Luận văn hoàn toàn trungthực và chưa được công bố ở nghiên cứu khác.
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về công việc thực hiện của mình.
Tác giả luận văn
Lê Đình Trọng Vũ
Trang 6ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIEM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨHọ và tên học viên: LÊ ĐÌNH TRONG VŨ MSHV: 13210177Ngày, tháng, năm sinh: 02/01/1989 Nơi sinh: Lâm ĐồngChuyên ngành: Xây Dựng Cong Trình DD&CN Mã số: 60580208
2 Thiết lập và giải quyết bài toán kết câu 1 bậc tự do động lực học có gan 1 hệcan TMD, 2 hệ can TMD bị động kết hop, hệ can TMD bị động - bán chủ độngkết hợp, hệ can TMD bị động - chủ động kết hợp chịu ảnh hưởng gia tốc nênđộng đất; Giải các bài toán động lực học băng công cụ mô phỏng Simulink trongphần mềm MATLAB.
3 Đánh giá sự hiệu qua của các hệ can.II.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 19-01 - 2015IV.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU : 14 - 06 - 2015V CÁN BỘ HƯỚNG DÂN : TS NGUYÊN TRỌNG PHƯỚC
Tp HCM, ngày 06 tháng 09 năm 2015
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ TỊCH HỘI DONG NGANH
TS Nguyễn Trọng Phước PGS.TS Bùi Công Thành
TRƯỚNG KHOA KT XÂY DỰNG
TS Nguyễn Minh Tâm
Trang 7TOM TAT
Luận văn phân tích hiệu qua giảm chan của bang hệ cản khối lượng (Tuned MassDamper, TMD) bị động và bán chủ động kết hợp lắp trong kết cấu chịu gia tốc nềnđộng đất Kết cau chính được mô tả như hệ một bậc tự do động lực học và các hệcản gan thêm gồm có dang bi động, thông số không đổi; dạng bán chủ động vớithông số thay đổi từng phan và ké cả dạng chủ động với các cách lắp đặt khácnhau trên kết cầu chính Phương trình chuyên động của cả hệ gôm kết cau chính vàcác hệ cản chịu gia tốc nền được thiết lập và giải băng thuật toán mô phỏngSimulink với mã nguồn chương trình được viết trong phần mém MATLAB Phảnứng động của hệ kết cầu chính được khảo sát chỉ tiết cho thay mức độ hiệu quả cuacác hệ cản này Sự ảnh hưởng của các thông số đặc trưng cho từng phương phápđiều khiến như thông số khối lượng của TMD, tham số cản của TMD bán chủđộng, lực điều khiến chủ động hay bán chủ động lên phản ứng động của hệ đượckhảo sát chỉ tiết.
Trang 8CHƯƠNG1 GIỚI THIỆU - 5 5-2 se se esesseesesesee |
1.I Đặt vẫn đề CS TT 1 15111211 12111111112 11211111110 11111 rre |1.2) Mục tiêu của luận văn c2 2221111111231 1111111111111 1 1111 xe2 5
13_ Câu trúc luận Văn -.-cS St SE 1111151115111 115115111 1111511 1111111111111 teE 5
CHƯƠNG2_ TỎNG QUAN -o<5-< so csseEsEsesseseseEseserseseeersesersesee 6
2.1 Giới thiệu -.-cSk HT E12 211112 111211111111111 2111121112111 kr re 6
2.2 Hệ cản khối lượng TMD (52-52221223 121521212121 1212121 211 xe 623 Điều khiển chủ động TMD 5-5525 S121 222122121211 2121 212122 eecrk 1024 Điều khiển bị động - chủ động kết hợp TMD 255 52cccccs2 122.5 Điều khiển bán chủ động TMD ¿525522222223 £22EtEzErrrrrrrrkd 142.6 KẾt luận -c cà S2 T111211121 2111111111121 2111101111121 l6
CHƯƠNG3 CƠ SỞ LÝ THUYÊT 2-< se se cseseeseesesecsesers 17
3.1 Giới thiệu -cSc St Ề E1 T1 21111 2111121 1111111111111 trở 17
3.2 Mô hình hệ cản khối lượng - - ¿+ 22+ +2E2E£EE2E£2EeErkerrrrsrrred 1733 Mô hình kết cau sử dụng hệ cản TMD bị động <5: 183.4 Mô hình kết cau sử dụng hệ can TMD chủ động -<5- 203.5 Mô hình kết cau sử dụng hệ can TMD bán chủ động 233.6 Mô hình kháo sát ¿5-5 SE E91511115111111111111111E1111 1111111 r2 24
3.7 Phương pháp giải, thuật toán, SImulInK - 5 55s s+sseeeesss 30
3.8 Kếtluận - c2 1 HH E1 111111212111 21121111110 1212101111101 tru 31
CHUONG 4 THÍ DU SỐ - 5° se se sex sex xe emeseseeecsevee 28
AL Giới thiệu c-c- Sẻ ỀEEEx 1E 1112111111112 1121111111101 gt1eer 28
4.2_ Phân kiểm chứng ¿- 5£ SE+S2SE*E9EE2EEEE2EE32121212112121 21211 1e tr 28443 Khảo sát hiệu quả giảm chấn ¿52255 E2EEE2EEE2EeEEEerrrerrred 33AA KẾtluận Sen 1 1 1 1512 1112111112111211111111111212 121011101011 Hreu 48
CHUONGS5 KET LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIEN -°- 49
5.1 KKẾtluận CT1 1 111212 21111111111211211111111111 22111111 495.2_ Hướng phát triỂn -¿- 525522 E21 2EE2121212122121211 112111111 1e re 50(8ì ì0/)/ 004/1 51
Trang 9DANH MỤC HÌNH VE
Hình 1.1 Động đất ở Chile 20 100 - <2 S2 <2 SE S33 E E111 111151 tee, 2
Hình 1.2 Động đất ở Nepal 201 5, - 2 E552 E2 SE E215 E1 12111 xcxrkd 2
Hình 2.1 TMD gốc của Frahim ¿2+ 2222 2E2ESEEEEEEEEEEEErrkrkrkrrrrerree 7
Hình 2.2 TMD của OrmoCrOV( - <5 6 <1 E111 19930 1199 1g vn re 7
Hình 2.3 Taipei Financial CÍ@Tif€TF - <5 6E 3 19901119930 1199 1n ng re 8
Hình 2.4 TMD in Taipei Financial Center - - <5 5< x12 ESesseeessseees 9
Hình 2.5 Shanghai World Financial C@nf@T- - - s55 s13 +ssskessseees 9
Hình 2.6 John Hancock 'ÏOW€T - cv re 9
Hình 2.7 TMD chủ động . - Ă S112 HH re 10Hình 2.8 Thiết bị truyền động chủ động + 2 55 +22 £2£E+Ezezrerered 12
Hình 3.1.Mô hình điều khiển TMD o cseeeseeseesseesseesseesseesseerseecseenseenseenneensees 17
Hình 3.2 Hệ một bậc tự do với TMD bị động 5S SSSSSSssssseeeee 18
Hình 3.3 Hệ một bậc tự do với TMD chủ động - 75 << << ss+s<seess2 21
Hình 3.4 Hệ một bậc tự do với TMD bán chủ động - -«<+ + 23
Hình 3.5 Hệ một bậc tự dO - - 11H HH re 25Hình 3.6 Cân băng i00 — 25
Hình 3.7 Hệ một bậc tự do với TMD bị động 5S SSSSSSssseseeee 25Hình 3.8 Cân băng i00 — 26
Hình 3.9 Cân bang lực hệ TMD - 5-52 S222 3S 2E 1212151112121 111 1 ecxrk 25
Hình 3.10 Hệ một bậc tự do với 2 TMD bị động - 77 <SSsss+ssseesse 24
Trang 10Hình 3.11 Hệ một bậc tự do với | TMD bị động, | TMD bán chủ động 28
Hình 3.12 Hệ một bậc tự do với 1 TMD bị động, 1 TMD chu động 29
Hình.4.1 Hệ một bậc tự do với TMD bị động - 5-5 5S se 32Hình 4.2 Đồ thị gia tốc nên Elcentro 19⁄40 - + 2 s+s+s+£+££s£Ezezeerrsred 32
Hình 4.3 Sơ đồ mô phỏng Simulink - ¿5-5 2 55+SS+£s+E+Ezevxerererrereee 33
Hình 4.4 Chuyển vi mp [4] - + ¿+ 252 SE‡ESEEEEEEEEEEEEEEEEEkEkrrkrrrrrrrrree 34
Hình 4.5 Chuyển vị mp [luận văn] - - ¿2 5+ *+++£££e+x+Eezxexerersrerreee 34
Hình 4.6 Hệ TMD bị động — chủ động kết hop - + 2 555+c+cs£z£scs¿ 35
Hình 4.7 Hệ TMD bị động — bán chủ động kết hợp - se, 35
Hình 4.8 Gia tốc nền Northidge ¿5-5-5222 3E EEErErkrrkrkrkrreee 35
Hình 4.9 Biéu đồ chuyển VỊ Ms theo t(S) Ăn 333 x2 36
Hình 4.10 Biểu đồ chuyển VỊ Ms theo t(S) - Ăn s s33 s2 36
Hình 4.11 Biểu đồ chuyển VỊ Ms theo t(S) - Ăn s s33 s2 36
Hình 4.18 Phố P-w của gia tốc nền Northridge -.- ¿5-5 2 5s+sss+s+esescsee 39
Hình 4.19 Biểu đồ chuyển VỊ Ms theo t(S) - Ăn s s33 s2 40
Hình 4.20 Giá tric theo f(S) - n9 9999999999 ng ng ng ng, 40
Hin 4.21 User theo t(S) iŨẮŨỖẮỒỔÁỔẮẲỔẲÁẲỔẮẲỔẲỘIiiẳđaaiũiiiẳiẳI 40
Hình 4.22 Giá tric, Cmax = 200 NS€C/M wc ccccccsseeseeeccccccccseseeeesssessseeesccceseeees 41
Hình 4.23 u „¡, -1500 < usemi < 1500 N eee ccecsneeceessneeeeeseneeeceeesaeeeeeeenees 4]Hinh 4.24 Biéu dé chuyén VỊ Ms theo t(S) cccccccccccccssssssssseeeecccceeeeeeceseeseseeeeees 41
Hình 4.25 Ugetive > OOOO ÌN Q QQQ TH HH HH 43
Trang 11Hình 4.26 -1500 < u „¡ < 1500 N cccsccssccsesssecsscssesssessuessesssesssessesssesstessesssecssesses 43Hình 4.27 Biểu đồ chuyển VỊ Ms theo t(S) - Ăn s s33 s2 44
Hình 4.28 Giá tric theo {(S) S999 999999999 ng ng ng ng re, 44
Hình 4.29 User theo t(S) ccccccccccccccccccccccccceeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeees 44
Hình 4.30 Giá tric, Cmax = 500 NS€C/M ccc cece ccessessssececcccccseceeeeesesssseeesccceeeeees 45
Hình 4.31 u „;, -3000 < usemi < 3000N HH n HH HH HH HH HH nghe, 45Hình 4.32 Biểu đồ chuyển vi Ms theo {(S) 5-5-5252 t2 Ectrkrkererrered 45
Hình 4.33 Unetive > 6000 ÌN SH nHHg HH HH re 47
Hình 4.34 -3000 < u „¡ < 3000 ẦN QQQQ Q0 n HH HH HH HH nhe, 47Hình 4.35 Gia tốc nền ElCen(7O ¿- 2-52 5222 2E*E+E2EEEEEEEEE 2E EEEEEeErErrrrrred 48
Hình 4.36 P-w của gia tốc nền ElcentrO + + s+5++s+x+£+£x+xerezxererecree 46
Hình 4.37 Biểu đồ chuyển vi Ms theo †(S) 5-5-5222 tt Erkekrrerrered 49
Hình 4.38 Giá tric theo {(S) ĐH SH ng ng ng ng ng re, 49
Hinh 6V theO (00 49
Hình 4.40 Giá tric, c„¿„ = LOO Nsec/m - S323 £cereres 50
Hình 4.41 u „; -50 < usemi < 50N HH HH HH HH HH HH HH ng ng ng ng ng nen 50Hình 4.42 Biéu đồ chuyển VỊ Ms theo t(S) - Ăn s s33 s2 50
Hình 4.48 Giá tric, Cmax = 300 Nsec/m nghe, 53
Hình 4.49 u „¡, -200 < u¿¿„¡ < 200 N Q QQQQQQQ HH HHnH HH ng re, 53Hình 4.50 Biểu đồ chuyển vi Ms theo {(S) - - 252523 tr rkrkekrrerrree 53
Hình 4.51 Unetive > S00 ÌN - SH HH HH re 55
Hình 4.52 -200 < u¿c„¡ < 200 N QQQQQQ HH 55
Trang 12DANH MỤC BANG BIEUBang 4.1.Đặc trưng vật lí của hỆ .- - - - c1 1111 1 1111111 kg 34Bảng 4.2 So sánh chuyển vị dinh ¿5-5-5 2 S2 SE 2E£E+E£EEE£E£EeEeErErkrsrerree 34
Bang 4.3 Đặc trưng kết cấu và TMD 5-5: St t2 22 11x crrrreg 36
Bảng 4.4 Đặc trưng kết cau và TMD với b= Ö.01 - 555 cccc+csccccsreceee 39
Bảng 4.5 Giá trị chuyên vị tại tầng đỉnh - ¿5-5 +52 SE SE tr rkrkrkererrrred 42
Bảng 4.6 Đặc trưng kết cau và TMD với p= Ú.2 5555 cccccscsrrrercee 43
Bang 4.7 Thống kê các chuyển vị đỉnh ¿- + 2 5s+c+S+cx+xerzerrerererrees 46
Bang 4.8 Đặc trưng kết cấu và TMD với p= Ö.01 5555 ccc+cscsccereccee 48
Bảng 4.9 Thống kê các chuyển vị đỉnh ¿-¿- - 2 5+s+S+ce+xerzxrrerersrreee 51
Bang 4.10 Đặc trưng kết cầu và TMD với i = Ú.02 5 5- 5c cccsceccee 52
Bảng 4.11 Thống kê các chuyền vị đỉnh - ¿5552 5s+csececeerersrsee 54
Trang 13Chương 1 Giới thiệu
Chương 1.GIỚI THIỆU
11 ĐẶT VẤN ĐÈ
Động đất hay địa chan là sự rung chuyển của mặt đất do kết quả của sự giảiphóng năng lượng ở lớp vỏ Trái Đất Trên thế giới, động đất xảy ra hằng ngày vớisự rung chuyển có cường độ nhỏ, vừa phải nhưng hau hết không đáng chú ý vàkhông gây ra thiệt hại với các công trình xây dựng Tuy vậy, một số trận động đấtlớn có thé gây thiệt hại trầm trọng cho các công trình xây dựng và gây thươngvong nhiều nhân mạng trong các công trình xây dựng Trong lịch sử, có khá nhiềutrận động đất xảy ra trên thế giới đã được ghi nhận tuy nhiên chỉ có số ít gây nguyhiểm cho kết cấu công trình xây dựng: thí dụ như ở Nhật bản mỗi năm có hon10000 trận động đất lớn nhỏ nhưng chỉ khoảng vai trận là có tác động lớn và gâynguy hiểm, có thể rất nguy hiểm Các trận động đất có sức mạnh phá hoại các côngtrình xây dựng tương đối lớn và chúng có thể xuất hiện ở bất cứ lúc nào và ở đâu;các nhà nghiên cứu về địa chấn cũng chưa thể trả lời chính xác khi nào xảy ra và ởđâu mà chỉ băng các cách dự đoán gần đúng Lịch sử cũng đã ghi nhận đây là mộtdạng thảm họa đôi với của con người.
Ở nhiều nước trên khắp thế giới, động đất đã và có thể sẽ xảy ra, các mảnglục địa như Nam Mỹ, Bắc Mỹ, Đông và Đông Nam Châu A, Tay A, Chau Au,Chau Uc, Chau Phi déu da xay ra dong đất lớn và rất lớn Các trận động đất dạngnày gây ra nhiều ton thất cho xã hội về tiền của có thé tới hàng tỷ đô la và nhânmạng có thể lên vải chục ngàn người Dưới đây là minh họa một số hình ảnh tưliệu về hai trận động đất rất lớn gây thương vong nhiều đã xảy ra trong thời giantương đối gần đây:
Trang 14Chương 1 Giới thiệu
Còn ở Việt Nam, động đất đã và có thé sẽ xảy ra trong tương lai Trongnhững năm gan đây có rất nhiễu trận động đất vừa và nhỏ xảy ra Theo thống kêtrong năm cả nước xảy ra 27 trận động đất có độ lớn từ 2,5 đến 4,7 độ richter.Huyện Bắc Trà My (Quảng Nam) là khu vực có tần xuất động đất nhiều nhất với
Trang 15Chương 1 Giới thiệu
11 trận; Sơn La 9 trận; Điện Biên 2 trận; các địa phương Thừa Thiên - Hué, LàoCai, Nghệ An, Quảng Ngãi mỗi tỉnh một trận gãy như Mường Lay - Bắc Yên, CaoBăng-Tiên Yên, đứt gãy sông Mã, Sông Cả Một vài số liệu cụ thể gân đây:3/4/2014 tại tỉnh Quảng Nam đã xảy ra một trận động đất có độ lớn 3,4 độ richter;15/5/2014, tại huyện miền núi A Lưới, tỉnh Thừa Thiên Hué, Viện Vật lý Dia cauViệt Nam đã có thông báo đó là trận động đất có cấp độ 4,7 độ richter; Điều đócho thay răng vỏ trai dat Việt Nam cũng không hoàn toàn 6n định.
Qua các sơ lược như trên, có thê thây răng sự tác động của động đất lên cáccông trình xây dựng là rat nguy hiểm, gây ra nhiều thiệt hại về người và tài sản Cónhiêu nghiên cứu về địa chân học để dự báo động đất sẽ xay ra VỚI cap độ baonhiêu ở khu vực nào, tuy nhiên chưa thê đạt được độ chính xác cao được Do đóviệc đầu tư cho các kế hoạch và biện pháp nhăm giảm nhẹ thiệt hại do động đâtgay ra dang trở thành một van đề cap bách tại nhiều quốc gia trên thé giới nóichung, cũng như ở Việt Nam nói riêng Quan trọng hơn, các kế hoạch này nênđược thực hiện khi động đất còn chưa xay Ta, nêu không muỗn phải trả cho nhữngchi phí lớn hơn rất nhiều lần cho các hoạt động cứu hộ trong quá trình xảy ra độngdat hay các hoạt động tái thiết và phục hôi sau động dat.
Trên khía cạnh công trình xây dựng, thì khi động đất xảy ra gây ra lực quántính (kết cầu có khôi lượng và nên rung có gia tốc do động đất) tác động lên kếtcâu có vai trò như là ngoại lực tác động lên kết cầu Lực này phụ thuộc chủ yếuvào độ lớn của trận động dat đó và vì vậy nêu động dat lớn thì lực này lớn chínhnó gây ra nguy hiểm các công trình có khá nhiêu nghiên cứu liên quan đến kỹthuật xây dựng là tìm ra giải pháp kết cầu mới dé chúng ứng xử tốt hơn với độngdat Trong bài toán kết cau chịu động đất, phương trình chuyên động của hệ kếtcau khi có động đất xảy ra được mô ta dạng sơ lược (sẽ bàn luận chi tiết phươngtrinh nay trong các chương sau) như sau:
Mx + Cx + Kx =—Mx (1.1)
§
Chi tiết phương trình này sẽ dé cập đến trong các chương tiếp theo, tuy nhiên cóthể hiểu đơn giản là ngoại lực tác động chính là lực quán tính do động đất (về phảicủa phương trình) phân chia cho các thiết bị cản chịu một phân và chính bản thân
Trang 16Chương 1 Giới thiệu
hệ kết câu phải chịu một phân Nếu phân do ban thân hệ chịu càng lớn thi sinh ranội lực lớn và ít an toàn Như vậy câu hỏi đặt ra cho các nhà nghiên cứu băng cáchnào để giảm hư hại do động đất tác dụng lên kết cấu, một số giải pháp được đềxuât như sau:
Băng cách tăng tiết diện của câu kiện chịu lực dé chịu được nội lực lớn;như vậy dẫn đến tăng khối lượng của cả hệ lại tăng lực quán tính, đócũng chính là giải pháp kháng chan truyền thông nhưng lại bộc lộ mộtsố hạn chế sau: Tăng chính lực quán tính là ngoại lực, Tăng chi phí xâydựng, do tăng tiết diện chịu lực làm tăng khối lượng làm cho giá thànhtăng nhưng hiệu quả vẫn chưa được như mong muốn Giải pháp naycũng có thé phát triển nữa bang cách tăng độ bên (giới hạn bên của vậtliệu) tức là vật liệu chịu lực tốt hơn và chấp nhận có biến dạng lớnnhưng thực ra cũng tôn khá nhiêu chi phí.
Băng cách lắp thêm một số thiết bị nhăm hap thụ và tiêu tán năng lượngdo động đất truyền vào, thiết bị đó sé sinh ra một lực f như ở phương
trình (1.2)
Mx+Cx+ Kx =—Mx, + ƒ (1.2)
Mục dich của các thiết bi này là giảm chuyển vị tât nhiên giam noi lựccủa kết cau trong quá trình động dat băng cách chúng sé hap thu bớtmột phân lực quán tính bên ngoài và vì vậy kết câu chính sẽ trở nên antoàn hơn Cho đến nay, hướng này đã đạt được hiệu quả khá khả quan,băng chứng là có rất nhiều công trình trên thê giới đang sử dụng cácthiết bị điều khiến kết câu, bởi vì nó đã đem đến sự an toàn và tiết kiệmhơn trong thiết kê các công trình dân dụng và công nghiệp Có khánhiêu dạng thiết bị được đưa thêm vào; như hệ cản khối lượng (đã đượcnghiên cứu khá nhiều và vẫn tiếp tục hoàn chỉnh và cũng đã ứng dungtương đôi; hệ cản lưu biên; hệ can chat lỏng:
Luận văn này theo hướng thứ 2 là gan thêm thiết bi dé làm giảm chuyền vịvà nội lực của hệ khi chịu dong dat.
Trang 17Chương 1 Giới thiệu
1.2 MỤC TIỂU CUA LUẬN VAN
Luận văn phân tích hiệu quả của hệ cản khối lượng TMD, hệ nhiều TMD bịđộng kết hợp, hệ TMD bị động kết hợp với TMD chủ động, hệ TMD bị động kếthợp bán chủ động được lắp đặt thêm lên hệ kết cau khi chịu động đất Các côngviệc chỉ tiết hơn được sơ lược như sau:
= Tìm hiểu về mô hình ứng xử của các hệ cản khối lượng
= Xây dựng mô hình kết cấu, thiết lập phương trình chuyển động vàphương pháp giải; mô phỏng để phân tích ứng xử động lực học của hệkhi chịu gia tốc nền của động đất.
=» Thuc hiện việc tính toán sô đê khảo sát hiệu quả của các phương ángiảm chan dùng hệ can khối lượng được dé xuất.
13 NỘI DUNG LUẬN VĂN
Trong luận văn này, sơ đồ hệ kết cấu 1 bậc tự do cho hệ chính, 2 bậc tự dođối với hệ chỉ gắn TMD bị động, hệ gồm 3 bậc đối với hệ nhiều TMD bị động kếthợp, hệ TMD bị động kết hợp với TMD chủ động, hệ TMD bị động kết hợp bánchủ động được dé xuất và phân tích Thiết lập phương trình chuyển động của cả hệkhi chịu gia tốc nên của động đất Bai toán động lực học được giải bang mô phỏngSimulink trên miền thời gian với mã nguồn tự viết Cau trúc luận văn gồm 5chương như sau: Chương 1 giới thiệu về dé tài, nội dung và mục tiêu luận văn;Tổng quan về tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài của hệ cản TMD đượctrình bảy trong chương 2; Chương 3 mô tả cơ sở lý thuyết và đưa ra mô hình tínhtoán, thiết lập phương trình và phương pháp giải để phân tích đáp ứng của hệ; Cácví dụ tính toán để khang định hiệu qua cua mô hình này được trình bay trongchương 4 và cuối cùng Chương 5 nêu lên các nhận xét, và hướng phát triển của đềtai; phan cudi cùng của luận văn trình bày danh mục tài liệu tham khảo va mãnguôn chương trình đề giải bài toán này.
Trang 18Chuong2 Tổng quan
Chương 2.TONG QUAN
2.1 GIOLTHIEU
Chương này giới thiệu tong quan về tình hình nghiên cứu liên quan đến détài Cụ thể hơn, những nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước về thiết bịcan khối lượng TMD va các phương pháp điều khiến cho hệ này đều được trìnhbày sơ lược Các nghiên cứu này phân lớn được trích dẫn từ các tài liệu tham khảolàm cơ sở đê đưa ra hướng thực hiện của luận văn này.
2.2 HỆ CÁN KHOI LƯỢNG TMD
Hệ cản khối lượng, được kí hiệu là TMD, gồm có một lò xo, cản nhớt vàkhối lượng gan thêm lên hệ kết cau chính được mô tả như trên hình 2.1 Khi cóđộng đất hoặc nguyên nhân tác động khác, cả kết cấu chính và hệ TMD đềuchuyển động và hệ TMD này tác dụng lên kết câu chính một lực tong hợp từ lực lòxo va lực cản của cản nhớt; lực nay đóng vai trò là ngoại lực lên kết cấu chính và
thường là khác pha với ngoại lực bên ngoài nên có khuynh hướng làm giảmchuyển vị cho kết câu chính nên kết cầu chính an toàn hơn Hệ này được giới thiệutừ khá sớm và cũng đã có nhiều ứng dụng trong thực tiễn và hiện nay đang tiếp tụcđược nghiên cứu về thông số của nó Năm 1909, TMD được biết đến như 1 thiết bịhấp thụ rung động được đề xuất bởi Frahm; trong mô hình TMD của Frahm khôngcó bộ phận giảm xóc; đây được xem như là một trong những nghiên cứu dau tiênvề TMD Sơ lược về các nghiên cứu liên quan TMD sau này như sau:
Năm 1957, Ormodroyd và Den Hartog [1] nghiên cứu và chứng mình rằngnếu được gắn thêm một thiết bị giảm xóc vào TMD sẽ tăng đáng ké khả năng điềukhiên kêt câu Kê từ đó nó nhận được nhiêu sự quan tâm của các tác giả trong và
Trang 19Chuong2 Tổng quan
ngoài nước tim mọi cách dé tìm hiểu tối ưu các thông số trong hệ Có hàng nghìnnghiên cứu liên quan TMD và phát triển nó dưới nhiều dạng khác nhau Thậm chíhiện nay chúng cũng đã được ứng dụng khá rộng rãi trong thực tế Hiện nay, cácnghiên cứu về TMD cũng tiếp tục được công bố trong thời gian gan và rat gần liêntục trên những diễn đàn khoa học Dưới góc nhìn của Luận văn này, chỉ một sốkhía cạnh của hệ TMD được đề cập là việc đánh giá hiệu quả giảm chan của cácphương pháp điều khiến khác nhau.
mm
Năm 2009, Roman Lewandowski, Justyna Gr zymis †awska [19] phân tíchứng xử của nhiều hệ cản TMD trước tải trọng gió và lực kích thích, từ việc phântích tính toán số liệu tác giả đã thiết lập công thức tính toán các hệ số tối ưu và ứngxử của hệ nhiều TMD bị động.
Trang 21Chuong2 Tổng quan
Nam 1999 hệ cản khối lượng được lắp tang trên tòa nha Taipei FinancialCenter Hình 2.8, điểm đặc biệt ở công trình này trong khi hau hết thiết bi cản điềuđược giấu ở một nơi nào đó trong công trình, nhưng hệ TMD, có hình dạng nhưmột quả cầu màu vàng nặng 728 tan được bố trị từ tầng 58 đến tang 60, và được
Trang 22Chuong2 Tổng quan
trưng bảy ra bên ngoài Ngoài ra hệ cản khối lượng cũng được lắp ở Shanghai
World Financial Center Hình 2.5, John Hancock Tower Hình 2.6
Qua các trích dẫn trên, có thể thấy rằng việc nghiên cứu ứng xử của TMDtheo hướng đặc tính của chính TMD ngày càng phát triển và hoàn thiện dan, có thétiếp tục là các thí nghiệm kiểm chứng kết quả Đây là những nghiên cứu tốn nhiềucông sức và tiền của nhưng cũng mang đến sự tin cậy cao của thiết bị TMD và sẽđưa vào áp dụng trong thực tế Một hướng nghiên cứu khác của TMD được cácnhà nghiên cứu tìm hiểu đó là sử dụng hệ cản khối lượngTMD với nhiều phươngpháp điều khiến khác nhau để đánh giá sự hiệu quả giảm chan cho kết cau chính.
2.3 DIEU KHIỂN CHỦ DONG TMD.
Vì muốn cải thiện hiệu quả cua TMD bị động trong 1 SỐ trường hợp; Do đó,năm 1973, Karnoop và Morison [2] đã đề xuất phương pháp điều khiển TMD chủđộng, kha năng giảm chan của kết cau được tăng lên bằng việc cung cấp | lực điềukhiến chủ động tác động trực tiếp nham làm tăng ứng xử động cho TMD Lực điềukhiến nay được sinh ra từ một thiết bị truyền động: Có rất nhiều nghiên cứu có liênquan đến phương pháp điều khiến này và phát triển nó dưới nhiều dạng khác nhau.Nhưng chủ yếu vẫn là các nghiên cứu để tối ưu việc tính toán lực chủ động đối vớiphương pháp điều khiển chủ động này.
Trang 23Chuong2 Tổng quan
Năm 1980, Chang and Soong [3] nghiên cứu quy luật điều khiến tối ưu bậc2 để xác định hệ số phản liên xấp xi tuyến tính của TMD chủ động Tuy nhiên,nghiên cứu đã không tối ưu hệ số TMD.
Nam 1992, Isao Nishimura, Takuji Kobori, Mitsuo Sakamoto, NorihideKoshika, Katsuyasu Sasaki and Satoshi Ohrul [5] dé xuất xem hệ số phản liên củathuat toan la tuyén tinh voi gia tốc của hệ chính va nó được tối ưu trong miễn tầnsố dưới kích thích điều hòa.
Năm 1995 C C Chang và Henry T Y Yang [9] đã đề xuất thuật toán điềukhiến phản hồi vòng lặp kín cho kết cau sử dụng phương pháp điều khiến chủ động.Lực điều khiển chủ động được tính từ ứng xử gia tốc, vận tốc và chuyển vị của hệchính và hệ cản khối lượng chủ động Nghiên cứu cho thấy rằng hiệu quả điềukhiến của TMD chủ động được dựa trên phản hồi vận tốc thì phụ thuộc đặc tínhcủa thiết bị điều khiến bị động Nghiên cứu cũng đã chỉ ra với việc tối ưu các đặctính, TMD bị động cũng sẽ giảm được chuyển vị của kết cầu và lực điều khiếncũng là nhỏ hơn.
Năm 2001, Ichiro Nagashima [14] đề xuất luật điều khiển phản hỏi tối ưuchuyển vị Các hệ số phản hồi được xác định như là nghiệm của phương trìnhRicatti Dựa trên giải pháp này thấy rằng độ cứng của TMD được điều chỉnh đểthỏa mãn một điều kiện nhất định Quy luật điều khiến này được giản thể để xácđịnh các hệ số phản hồi chỉ cho chuyển vị của kết câu và vận tốc của khối lượng
phụ được xem như là điều khiên phản hôi tôi ưu chuyên vi.
11
Trang 24Chuong2 Tổng quan
Ô“ + TRụcx-KHÓI LƯỢNG ATMD
TRỤC X - BO PHAN DAN ATMD
TRUC X - KHUNG ATMD
Năm 2010, Chunxiang Li, Jinhua Li, Yan Qu [21] dé xuất phương phápthiết kế tối ưu cho phương pháp điều khiến chủ động hệ cản khối lượng TMD chokêt câu đôi xứng.
2.4 DIEU KHIEN BỊ ĐỘNG - CHU DONG KET HỢP TMD
Năm 1993, Koshika N và nhóm nghiên cứu [6] đã dé xuất mô hình TMD bịđộng và chủ động kết hợp.
Mục đích của TMD chủ động trong mô hình kết hợp là cải thiện hiệu quảcủa TMD bị động dựa trên lực quán tính của khói lượng bên trên mà không cần sử
dụng | lượng năng lượng lớn như trong mô hình chỉ có TMD chủ động.
12
Trang 25Chuong2 Tổng quan
Và
y yu)ks
H+ 772.Cs HHÈ ee a:
13
Trang 26Chuong2 Tổng quan
Năm 1998, N Yang, C M Wang và T Balendra [11] khảo sát diéu khiénhệ TMD bi động và chủ động kết hop dưới anh hưởng của tai gió Nghiên cứu nàyđã chỉ ra rằng hiệu quả của hệ kết hợp này thì tốt hơn hệ điều khién TMD chủđộng Kết quả cho thay việc giảm chuyển vị thì tốt hơn với hệ TMD kết hợp nếuhệ số cản và thông số điều khiến được chọn phù hơp Điều quan trọng hơn lànhững kết quả này có thể đạt được với một khối lượng nhỏ hơn và lực điều khiến
Hinh 2.11 : Nanjing TV Tower Hình 2.12 : Shinjuku Park Tower
Qua các trích dẫn trên, có thé thay rang việc nghiên cứu ứng xử của TMDtheo hướng đặc tính của chính TMD ngày càng phát triển và hoàn thiện dan, có thétiếp tục là các thí nghiệm kiểm chứng kết quả.
2.5 DIEU KHIEN BAN CHU DONG TMD
Do những han ché trong diéu khién TMD cha động nên Davorin Hrovat [4](1983) đã dé xuất phương pháp điều khiến bán chủ động Nguyên lý TMD bán chủđộng là sử dụng một nguồn năng lượng nhỏ để điều chỉnh tham số cản Kết quacho thay rang hệ TMD bán chủ động cho kết quả tốt hơn TMD bị động Tuy kết
14
Trang 27Chuong2 Tổng quan
quả không tốt hơn TMD chủ động nhưng ưu điểm là sử dụng một nguồn năng
lượng nhỏ hơn TMD chủ động.
Hình 2.14 : Thiết bị truyền đông bán chủ động.
Năm 2007, Satish Nagarajaiah, M.ASCE và Ertan Sonmez [18], bài bao naydé xuất ứng dụng của hệ 1 hay nhiều TMD bán chủ động với tham số độ cứngtrong điều khiển kết cấu đưới nhiều loại tải trọng Một thuật toán điều khiến bánchủ động mới được phát triển dưa trên việc theo dõi tần số thời gian thực bằngchuỗi Fourier Việc nghiên cứu tham sỐ cũng được khảo sát dựa trên miễn tần sốđể khảo sát đặc tính động và tác động của TMD bán chủ động.
Năm 2012, F Palacios-Quinoneroa, J Rubio-Massegua, J.M Rossell, H.R.Karimi [25] trình bày nghiên cứu về điều khiến rung động kết cau cho hệ thong kết
15
Trang 28Chuong2 Tổng quan
cấu nhiều hệ chính Hệ thông điều khiến được thiết kế và vận hành, sử dụng thiết
bị bán chủ động với khả năng dẫn động giới hạn.
Năm 2013, Cristian Pastia và Septimiu — George Luca [29], trong bài báonày kết cau 3 tầng với TMD bị động va bán chủ động dưới ảnh hưởng gia tốc nềnthì được khảo sát Do các đặc tính động của kết câu được biết như là tần số thìkhông thống nhất với TMD bị động Đó là nguyên nhân TMD bán chủ động vớitham số cản được nghiên cứu Việc giới hạn điều khiến các tham số cũng đượctrình bay dé tối ưu ứng xử của TMD bán chủ động.
Chao Sun và Satish Nagarajaiah [32], (2014), TMD bán chủ động với thamsố cản và độ cứng thì được khảo sát dưới ảnh hưởng của gia tốc nên Sự biến doicủa hệ số cản của TMD bán chủ động được thực hiện thông qua việc theo dõichuyển vị của TMD bán chủ động Độ cứng của TMD cũng được thay đổi thôngqua chuyền vị của hệ chính Kết quả cho thấy răng TMD bán chủ động với tham sốcan và tân sô có thê làm giảm ứng xu tot hơn so với TMD bị động.
2.6 KẾT LUẬN
Chương này đã trình bày sơ lược về tổng quan các nghiên cứu liên quan đếnluận văn vé thiết bi TMD và các dạng điều khiến của nó Các nghiên cứu cho thayrằng thiết bị này đang được áp dụng và cũng còn tiếp tục nghiên cứu trong thờigian rất gần đây và có thể vẫn còn được nghiên cứu trong tương lai Trên cơ sở kếthừa những thành quả nghiên cứu các hệ cản khối lượng TMD Luận văn dé xuấthai mô hình kết cấu với sự kết hợp các phương pháp điều khiển TMD khác nhau,từ đó đưa ra kết luận chung về hiệu quả làm việc cho từng trường hợp cụ thể.
16
Trang 29Chuong 3 Cơ sở lý thuyết
3.2 MÔ HÌNH HE CAN KHOI LƯỢNG
4 k,| AMM\
[ELiC
d
Hình 3.1 Mô hình của hệ cản khối lượng
Hệ cản khối lượng là một thiết bị gồm có một khối lượng là mạ được gắnvào kết cau chính qua một lò xo có độ cứng kg và cản nhớt cg như trên hình 3.1.Trong thực tế, các công trình xây dựng thường được mô hình bởi các khối lượngsàn tầng và hệ cản khối lượng thường được lắp đặt trên tầng mái của tòa nhà Khi
Đánh giá khả năng giảm chắn của kết cầu 17
Trang 30Chuong 3 Cơ sở lý thuyết
hoạt động, kết cau chính dao động dưới tác dụng động đất thì theo dạng dao độngchính tầng trên có chuyền vị lớn thì hệ TMD thường sinh ra lực tương tác khác phavới ngoài lực và với chiều chuyển động: vì vậy giúp hệ kết cau giảm bớt chuyền vịtuyệt đối Dé hiệu quả của hệ TMD được phát huy đáng kế thi tần số của hệ canthường được chọn là xấp xỉ tần số riêng của dạng dao động thứ nhất của hệ kết cau
3.3 MÔ HÌNH KET CAU CÓ HỆ CAN TMD DẠNG BỊ ĐỘNG
Theo qui trình làm việc giảm chan của TMD đã được trình bày tại mục 3.2.Năng lượng của hệ chính sẽ được tiêu tán bằng chuyển động tương đối, ngượcchiều của TMD so với hệ chính Hiệu quả giảm chan của TMD như đã trình bày sẽđược khảo sát dựa trên mô hình 2 bậc tự do bao gồm kết cau chính và TMD dướiảnh hưởng của ngoại lực f như hình 3.2 TMD có khối lượng M> được gắn vào hệchính khối lượng M, độ cứng K;, hệ số cản C¡ thông qua một lò xo có độ cứng Ko,
can nhớt C>.
Hình 3.2 Hệ mot bác tu do voi TMD
Đánh giá khả năng giảm chắn của kết cầu 18
Trang 31Chuong 3 Cơ sở lý thuyết
Việc xác định các đặc trưng vật lý của TMD là rất quan trọng vì tần số củaTMD ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả giảm chan cho hệ chính Do đó, dé tối ưuhóa hiệu quả giảm chan của TMD, các đặc trưng vật lí của TMD được xác địnhbăng các công thức như sau
Phương trình chuyển động của kết cầu và hệ cản chịu tác dụng của ngoạilực động f như hình 3.2 được dựa trên nguyên lí cân bằng động Có thé hiểu đơn
giản răng -M, x ,-M, X, là ngoại lực tác động lần lượt lên hệ can TMD và hệ
chính, hai phương trình nay được thé hiện như sau:
M, X,+C, X,+K,X, =C, Y+K,Y+f (3.3)M,Y+C,Y +K,Y =-M,X, (3.4)trong đó: bề Xx X, lần lượt là gia tốc, vận tốc, chuyển vị hệ kết cấu chính, và
X,.X,.X, lần lượt là gia tốc, vận tốc, chuyển vị TMD, Y = Y(t) = X¿(Ð - X¡(Ð là
chuyển vị tương đối giữa TMD và kết cau chính Giải hệ phương trình (3.3) và(3.4) thu được ứng xử động lực học của hệ với các thông số đầu vào và ngoại lựcđã biết trước Đây được xem như là dạng bị động của thiết bị TMD vì hoàn toànphụ thuộc vào các thông số đã có và không can thiệp gì trong quá trình hệ chịu tải
và chuyên động.
Đánh giá khả năng giảm chắn của kết cầu 19
Trang 32Chuong 3 Cơ sở lý thuyết
Như kết quả của các bài báo trước đã khảo sát, hiệu quả giảm chan củaTMD bị động là rất rõ ràng Tuy nhiên, TMD bị động vẫn còn ton tại nhiều nhượcđiểm Do đó, phương pháp điều khiến chủ động được dé xuất Nội dung củaphương pháp điều khiến này được trình bày trong phan tiếp theo của luận văn saukhi kế đến những điểm yếu của TMD bị động như sau:
(1) Ảnh hưởng của TMD phụ thuộc vào tỉ số khối lượng w.
(2) Khi » dẫn đến tỉ số cản #, nhỏ thì thời gian dé TMD dat được điều kiện
ứng xử trạng thái ôn định cần lâu hơn Do đó, tại thời điểm bắt đầu chịu ảnh hưởngcủa ngoại lực, hiệu quả giảm chan của TMD cho hệ chính là không lớn.
(3) Khi z, ý, nhỏ thi ứng xử của TMD càng lớn bởi vì khối lượng của
TMD không dừng nhanh được khi chỉ số cản nhỏ Dao động tự do sẽ tiếp tục trongmột thời gian dài thậm chí là ngay cả khi kích động bên ngoài đã dừng lại Vì vậy,ứng xử động không can thiết của TMD là không thé tránh khỏi.
3.4 MÔ HÌNH KET CÁU SỬ DUNG TMD CHỦ DONG
Đề khắc phục các nhược điểm đã nêu trên của hệ cản khối lượng TMD bịđộng, TMD chủ động được đề xuất Một bộ phân truyền động sẽ được lắp đặt thêmgiữa hệ chính và hệ cản TMD nhăm phát sinh lực chủ động u(t) tác động trực tiếplên TMD với mục đích tăng phản ứng động của TMD Do đó, sẽ tăng cường khảnăng kháng chan cho kết cau trong suốt quá trình hệ chịu ảnh hưởng của ngoại lựcf Dé khảo sát phương pháp điều khiển chủ động TMD, một hệ kết cấu như hình3.3 được dé xuất.
Đánh giá khả năng giảm chắn của kết cầu 20
Trang 33Chuong 3 Cơ sở lý thuyết
Phương trình động lực học của hệ chịu tác dụng của ngoại lực động f đượcthiết lập tương tự như hệ cản TMD bị động Tuy nhiên, trong hệ phương trình sẽxuất hiện thêm lực chủ động u(t) tác động lên TMD và hệ chính, các phương trìnhnày được thé hiện như sau
M, X, +C, X, +K,X,=C, Y+K,Y +f - u(t) (3.5)M, Y +C, Y+K,Y=u() -M, X, (3.6)
Trong đó M¡ K;¡, C¡ lần lượt là khối lượng, độ cứng, hệ số cản của hệ chính Ms,
Kạ, C lần lượt là khối lượng, độ cứng, hệ số cản của TMD; X,.X,.X, lần lượt làgia tốc, vận tốc, chuyển vị hệ chính; X, X, X, lần lượt là gia tốc, vận tốc, chuyển
vị TMD; Y = Y(t) = Xz¿(Ð) - X¡(Ð là chuyển vi tương đối giữa TMD va két cau
chinh.
Lực chủ động u(t) trong phương pháp điều khiển chủ động hệ cản khốilượng TMD là một đại lượng biến thiên theo thời gian có độ lớn phụ thuộc vàotrạng thái của hệ ngay thời điểm khảo sát, đặc tính của TMD và hệ chính Phươngpháp xác định lực chu động u(t) được thé hiện như sau
u(t) = G 2(t) (3.7)
trong đó
Đánh giá khả năng giảm chắn của kết cầu 21
Trang 34Chuong 3 Cơ sở lý thuyết
° ° 1 x 2
® z(t) = x Y X, ï| là ma trận trạng thái bao gôm chuyên vị, vận
tốc của hệ chính và chuyển vị, vận tốc tương đối của TMD so với hệ chính.
« G=-R'B' P=[G, GG; G | (3.8)
Với P là một ma trận đối xứng được biết đến như là ma trận Riccati thỏa mãn
phương trình Riccati như sau
PA-—PBR'B'P+AˆP+Q=0 (3.9)
Cac đại lượng trong phương trình Riccati được ghi chú như sau: A là Ma trậnđộng lực vòng lặp; B là Ma trận phân bó điều khiến; Q là Ma trận khối lượng trạngthái; R là thông số khối lượng lực điều khiến Các đại lượng này được xác địnhnhư sau:
| 0 0 1 0 |0 0 0 1
B = -—— ; Q= : R=l0 ,R=I0
M, 00 1 0| | 000 0
—— + — = =
| M, M, |
Mac dù hiệu qua kháng chan của TMD chủ động là tốt hơn so với TMD biđộng Tuy nhiên, TMD chủ động vẫn còn tồn tại những nhược điểm như là khóđiều khiến, sử dụng nguồn năng lượng lớn dẫn đến lãng phí về kinh tế Dé khắcphục những nhược điểm của TMD chủ động, TMD bán chủ động được dé xuất vàđược trình bày cụ thé trong mục tiếp theo của luận văn.
Đánh giá khả năng giảm chắn của kết cầu 22
Trang 35Chuong 3 Cơ sở lý thuyết
3.5 MÔ HÌNH KET CÂU SỬ DUNG TMD BAN CHỦ ĐỘNG
Điểm khác biệt lớn nhất trong TMD bán chủ động so với TMD bị động vàchủ động là hệ số cản trong hệ TMD bán chủ động có giá trị thay đối theo thờigian trong suốt quá trình kết cau chịu ảnh hưởng của ngoại lực Đề điều chỉnh giátrị hệ số cản này, một ngoại lực sẽ được sinh ra thông qua thiết bị truyền động vàtác dụng trực tiếp lên bộ giảm xóc của hệ cản TMD Do đó, nguồn năng lượngđược sử dụng để điều chỉnh chỉ số cản cho bộ giảm xóc là nhỏ hơn nhiều so vớiphương pháp điều khiển chủ động hệ can TMD Các thành phan trong hệ canTMD bán chủ động thì tương tự như TMD bị động Tuy nhiên, trong trường hợpnày chỉ số cản C, của TMD là một tham số có giá trị thay đối theo thời gian Hình3.4 thể hiện mô hình TMD bán chủ động.
Hình 3.4: TMD bán chu động
Dựa trên hệ phương trình động lực học của hệ TMD bị động, phương trìnhcủa hệ TMD bán chủ động chịu tac dung của ngoại lực động f được thiết lậptương tự theo nguyên lý Dalambe nhưng chỉ số cản C› của TMD trong trường hopđiều khiến bán chủ động là đại lượng biến thiên theo thời gian Phương trình độnglực học như sau:
Trang 36Chuong 3 Cơ sở lý thuyết
Các thành phan tham gia trong các phương trình trên bao gồm M, Kj, C¡ làkhối lượng độ cứng, hệ số cản của hệ chính M> Ko, C(t) là khối lượng, độ cứng,
hệ số cản tham số của TMD X,.X,.X, là gia tốc, vận tốc, chuyển vị hệ chính.
X,,X,,X, là gia tốc, vận tốc, chuyển vị TMD Y = Y(t) = X,(t) - X;( là chuyển
vị tương đối giữa TMD và kết cau chính.
Tham số cản C,(t) sẽ được giới han Cmịn < Co(t) < Cmạx dé dam bao su 6nđịnh của nguồn năng lượng được cung cap để điều khiến tham số này Giá trị tốiưu Cụ» của C,(t) là một đại lượng biến thiên phụ thuộc vào vận tốc tương đối của
TMD so với hệ chính được xác định như sau:
U, ive (O)
Đánh giá khả năng giảm chắn của kết cầu 24
Trang 37Chuong 3 Cơ sở lý thuyết
Các phương trình động lực của các mô hình cũng được thiết lập để làm cơ sở choviệc khảo sát hiệu quả giảm chấn sẽ được trình bày trong chương 4.
Cân băng lực tác động lên hệ chính va TMD:
Đánh giá khả năng giảm chắn của kết cầu 25
Trang 38Chuong 3 Cơ sở lý thuyết
K po XPpCro Xep
Cs Xs Me X, Cep X pp MeoX.
Hình 3.S : Hệ chính Hình 3.9: TMD
Có thé hiểu don giản rang - M, X, là lực quán tính sinh ra dưới ảnh hưởng cua gia
tốc nền u và được xem như một ngoại lực tác động lên hệ chính Phương trình
động lực của kết cầu và hệ cản chịu ảnh hưởng của gia tốc nên được thiết lập bởi
M, X + X + KsX: =Cu Xếp + KjmXmp + Msg u, (3.16)
Mop Xp + Cop Xp + KppXpp =- Mop X, (3.17)
PD “ `PDb PD “ PD
trong đó: Ms Ks, Cs là khối lượng, độ cứng, hệ số cản của hệ chính; Mpp Kpp, Cpp
là khôi lượng, độ cứng, hệ sô can của TMD; X, ,X, ,X, là gia toc, vận toc, chuyên
vị hệ chính; X,,,,X,,.X,,, là gia toc, van toc, chuyên vi tương đôi TMD; u là giatốc nền.
Trang 39Chuong 3 Cơ sở lý thuyết
Phân tích cân bằng động tương tự như kết cấu gắn TMD bị động Phươngtrình động lực của kết cầu găn 2 hệ can TMD bị động chịu ảnh hưởng của gia tốcnên được thiết lập như sau
Mg X, + Cy X + KX = Cop Xu + KXm, + Coo Y„,+KppYm, + Mụu, 3.18)
My Xep + Cụ, Xpy + KooXip == Mn XU 3.19)Moy Ypy + Cr Yon + Kip Yon =- Mục X, (3.20)
Trong dé Ms Kg, Cs là khối lượng, độ cứng, hệ số cản của hệ chính ; Mpp Kpp, Cpp
là khối lượng, độ cứng, hệ số cản của TMD; X, X, ,X là gia tốc, vận tốc, chuyểnvị hệ chính; X X X„„ là gia tốc, vận tốc, chuyển vi tương đối của TMD 1;
Đánh giá khả năng giảm chắn của kết cầu 27
Trang 40Chuong 3 Cơ sở lý thuyết
nhiên, hệ số cản Csp của TMD thứ nhất là một đại lượng biến thiên theo thời giant Phương trình động lực học của hệ được thiết lập như sau
là gia tốc, vận tôc, chuyên vi tương đôi TMD 1; X, xX, ,X,,, la gia téc, vận tôc,
chuyển vi tương đối TMD 2: Cop(t) : tham số cản tối ưu ; u là gia tốc nên.