Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Thiết kế tối ưu vị trí đặt hệ cản chất lỏng nhớt cho công trình chịu tải trọng động đất

zb1fiatenna inne er” E22, ee Hb NVTrong phan ví du tính toán minh họa, luận văn phân tích đáp ứng động lựchọc của các bài toán kết cầu mẫu ứng 9 tầng va 20 tầng được lam bang thép khi có

CH ƠNGI TONG QUAN DE TÀI

Ngày nay, quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa đang chuyến biến một cách mạnh mẽ dé đáp ứng nhu cau phát triển của xã hội Bên cạnh đó, dân số tăng nhanh và tập trung đông đúc ở các thành phố lớn đòi hỏi phải có những giải pháp thích hợp để giải quyết các vấn đề an sinh xã hội và đặc biệt là nhu cầu chỗ ở cho người dân Vì vậy, các công trình nhà cao tầng ngày càng xuất hiện nhiều để giải quyết các vấn đề trên Tuy nhiên, sự phát triển của xã hội lại có những tác động tiêu cực đến môi trường, quá trình biến đổi khí hậu đi kèm với những thảm hỏa thiên nhiên xuất hiện với tần suất ngày càng cao Yêu cầu đặt ra cho các kỹ sư thiết kế là thiết kế các công trình cao tầng thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật và có khả năng chịu được các tác động của tự nhiên, các thảm hỏa do biến đối khí hậu gây ra đặc biệt là động đất và sóng thần Chính vì vậy, lĩnh vực điều khiển dao động đã và đang được đưa vào các thiết kế thực tế để tăng khả năng kháng chan cho công trình trên khắp thế giới. Đất nước Việt Nam không thuộc khu vực chịu ảnh hưởng nhiều từ các trận động đất Những trận động đất xảy ra trong qua khứ tập trung chủ yếu ở Bắc bộ và một số khu vực của Trung bộ Vì vậy, việc thiết kế các công trình chống động đất trong quá khứ chưa được chú trọng nhiều Tuy nhiên, trong những năm gan đây Việt Nam cũng chịu ảnh hưởng du chân mạnh của các trận động đất mạnh từ các quốc gia lân cận như Phillipines, Thailand, Myanmar, Indonesia, ảnh hưởng và làm hư hại một số công trình tại nước ta Vì vậy, theo xu thế phát triển, việc nghiên cứu vả ứng dụng các biện pháp chống động đất trong công trình nhà nhiều tầng là một xu hướng tất yếu. Để thiết kế công trình chống lại các tác động bên ngoài như gió, động dat,

Chúng ta có hai phương pháp sau Phương pháp thứ nhất là phương pháp truyền thống, nhăm tăng độ cứng của công trình, bằng cách kết hợp các cấu kiện với nhau như tường cứng, giăng, sàn cứng Ngoài ra, các yêu tô như đặc trưng dat nên, hình

LUẬN VAN TOT NGHIỆP dang công trình hay việc chọn vật liệu cho công trình cũng ảnh hưởng đến khả năng chống lại các tác động bên ngoai của công trình Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là dựa vào các đặc trưng động lực học của bản thân công trình (khối lượng, độ cứng và vật liệu) khi động đất xảy ra công trình sẽ bị hư hại hoặc sụp đồ một phân nhất định nao đó của công trình Vì vậy, phương pháp được nghiên cứu và sử dụng phô biến hiện nay là phương pháp thứ hai, đó là sử dụng các thiết bị điều khiển nhằm hỗ trợ cho kết cấu trong quá trình tiêu tan năng lượng của tải trọng ngoài tác động vào công trình Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật ở nhiều lĩnh vực chuyên sâu như năng lượng, co học, vật liệu, kha nhiều giải pháp giảm dao động đã được nghiên cứu, phát triển và ứng dụng trong thực tiễn Khi xét về cách thức giảm dao động thì có thé phân thành hai loại sau:

Giải pháp cách chấn: dao động được lan truyền trong đất nền, nên cách hiệu quả nhất để chống dao động là tách han công trình ra khỏi nền Nhưng trên thực tế, chúng ta không thể hoàn toàn tách được công trình khỏi nền, nên người ta bồ trí các thiết bị đặc biệt giữa công trình và đất nền gọi là cac thiết bị cách chấn (isolater) Do thiết bị này có độ cứng thấp nên khi nền dao động nó có biến dạng lớn, nhờ vậy công trình bên trên (có quán tính lớn) chỉ chịu dao động nhỏ Loại hệ cản điển hình này là hệ cô lập móng (Base isolation). limmer stoalgl ate

Laminated natural rubber Lead plug

Base isolation system Laninated fupber containing @ feac plug

Hình 1-1: Hệ cô lập móng (Base isolation)

Giải pháp giám chấn: Trong trường hop tai trọng gió, tai trọng dạng xung (cháy, nổ) tác dụng lên công trình, năng lượng của tải trong này sẽ được truyền trực tiếp vào kết cấu bên trên của công trình ma không có khả năng cách ly Do vậy, người thiết kế phải tăng độ cứng của công trình để khống chế dao động, phải nhờ vào độ cản của bản thân công trình để tiêu tán năng lượng tải trọng này, hoặc bồ trí các thiết bị giảm chan được điều khiến bị động, chủ động hay ban chủ động dé phat sinh lực nhăm điều khiến công trình có được đáp ứng như mong muốn Khi xét về mặt năng lượng cung cấp cho thiết bị, ta có thé phân các thiết bị giảm chan thành các loại sau:

+ Điều khiến bị động (passive control): Thiết bị được điều khiến bi động là loại thiết bị không cần nguồn năng lượng cung cấp cho nó Thiết bị này sử dụng chính dao động của ban thân kết cau dé tạo ra chuyển động tương đối bên trong thiết bị và tiêu tán năng lượng Các loại thiết bị điều khiến bị động được phân loại dựa vào kha năng tiêu tán năng lượng của chúng Năng lượng có thể tiêu tán dưới dạng nhiệt năng của hiện tượng ma sát như hệ can ma sát (Friction damper), biễn dạng dẻo của kim loại (Buckling restrained brace, Stiffened shear panel), tinh cản nhớt như hệ can chất lỏng nhớt (Viscous fluid damper) hoặc độ can thủy lực (Oil damper); hệ cản cột chất lỏng (Liquid column dampers), hệ cản khối lượng (Mass dampers)

LUẬN VAN TOT NGHIỆP connection transition yielding segment ie al ơi — buckling restrained mechanism unbonding material

Hình 1-2: Điều khiến bị động với Buckling Restrained Brace

METAL SOCKET ROD GUIDE PISTON PLASTIC SOCKET

ROD OIL SEAL O-RING LOWER CAP te hi i al

Hình 1-4: Điều khiến bi động với Tuned Mass Dampers

Hình 1-5: Điều khiến với Tuned Liquid column dampers Bracing members #4ằ

New construction of the Salt Lake City Public Safety Building, a post-disaster performance level steel moment building frame using fluid viscous dampers (Holmes Culley, San Francisco).

Hình 1-7: Điều khiến bị động với Viscous Fluid Dampers

+ Điều khiến chủ động (active control): Thiết bị này sử dụng ngu6n năng lượng rat lớn dé vận hành thiết bị nham tạo ra lực điều khiến Loại thiết bị nay có

LUẬN VAN TOT NGHIỆP khả năng thích ứng với các loại tải trọng khác nhau va dễ điều khiến được dao động của công trình Tuy nhiên, do phải sử dụng nguồn năng lượng dé tạo ra lực điều khiến lớn từ bên ngoài nên độ tin cậy của thiết bị không cao khi có động đất xảy ra (do có kha năng mat nguồn năng lượng cung cấp) và chi phí vận hành, bảo trì cũng nhiều hơn các thiết bị khác.

TAI TRONG TÁC DONG we |

- DIEU KHIEN - - - — ĐÁP ỨNG ĐẤU RA

BŨ SINH LỰC CỔNG TRINH —kử Đ0 DAC CÁM BIEN

Hình 1-8: Những thành phần cơ bản của vòng lặp trong điều khiến chú động.

+ Điều khiến bán chu động (semi — active control) là loại thiết bị không đưa trực tiếp lực điều khiến từ bộ sinh lực (actuator) vào công trình để kiểm soát mà chỉ cần cung cấp năng lượng từ bên ngoài như: điện, khí nén, Thông qua các cảm biến, thông tin về tải trọng, về dao động của công trình được đưa vào bộ xử lý trung tâm Bộ điều khiển trung tâm sẽ xử lý tín hiệu và phát lệnh cho bộ phận thi hành dé thực hiện việc tăng độ cản và phát lực điều khiến chống lại dao động, làm thay đổi trạng thái cơ học (chuyền vị, vận tốc, gia tốc) của hệ cản dé từ đó hệ cản sinh ra lực điều khiến như mong muốn Vì vậy, năng lượng cung cấp cho thiết bị sinh lực trong điều khiển bán chủ động là nhỏ hơn nhiều so với điều khiển chủ động mà vẫn giữa được ưu điểm của thiết bị chủ động đó là kiểm soát được đáp ứng của kết cầu trong từng bước thời gian cũng như ứng với từng giai đoạn tai trọng khác nhau.

Các loại thiết bị thường dùng là: hệ cản độ cứng thay đổi (controlled- stiffness dampers), hệ can điều chỉnh khối lượng (semi-active tuned mass dampers), hệ cản điều chỉnh cột chat lỏng (tuned liquid column dampers), hệ cản ma sát biến thiên (variable friction dampers), hệ cản chất lỏng nhớt biến thiên (variable viscous fluid dampers)

+ Điều khiến hỗn hợp (Hybrid control) là hệ thống kết hop giữa hệ cản chủ động và hệ cản bị động, hoặc kết hợp giữa hệ cản bán chủ động và hệ cản bị động.

Khi lực kích thích nhỏ (động đất yếu) thì hệ làm việc như hệ bị động, khi chịu lực kích thích lớn thì hệ chuyển sang làm việc như hệ ban chủ động.

Hình 1-9: Điều khiến hỗn hop giữa chú động hoặc bán chủ động va cách ly dao động Ngày nay, người ta còn sử dụng kết hợp thiết bị giảm chan với thiết bị cách chân cũng như đưa thêm các thiết bị sinh lực chủ động vào kết cau dé tăng thêm hiệu quả giảm đáp ứng của công trình.

Xét về cách thức giảm dao động, điều khiến kết cấu có thé phân thành các loại theo sơ đồ sau: ĐIỀU KHIỂN KẾT CẤU Ƒ

—| ĐIỀU KHIỂN BỊ DONG DIEU KHIEN CHỦ ĐỒNG DIEU KHIEN HON HOP

VA BAN CHU DONG (CHU ĐỒNG + BỊ DONG)

FD (Hệ can ma sát)

TMD (Hệ can đều chính khối ígng) | CSD (Hệ cản có độ cưng thay đổi) | Let THIẾT BỊ TIÊU TAN NĂNG LƯỢNG

Hình 1-10: Sơ đô tông quan về điêu khiên kêt cầu

1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Trên thê giới có nhiêu nghiên cứu về hiệu quả của các hệ cản cũng như việc sử dụng các loại hệ cản khác nhau để điều khiến tác động của động đất Rất nhiều

LUẬN VAN TOT NGHIỆP nghiên cứu đã được đưa vào áp dụng trong các công trình thực tế: Base Isolation Systems (Hệ cô lập dao động), Tuned Mass Dampers (Hệ cản điều chỉnh khối lượng), Controlled Stiffness Dampers (Hệ cản có độ cứng thay đổi), Viscous Fluid Dampers (Hệ cản chất lỏng nhớt), Các bài báo quốc tế về điều khiến dao động có thể kế đến như: e Hé cản điểu chỉnh khối lượng: K.C.S Kwok, B Samali — Performance of tuned mass dampers under wind loads [6]. e Hệ can chat lỏng nhớt: Robert J MCNAMARA and Douglas P Taylor —

CH ƠNG2 CƠ SỞ LÝ THUYET

2.1 Hệ cản chất lỏng nhớt (Viscous Fluid Damper — VFD) 2.1.1 Tổng quan hệ cản VFD

Trên thế giới, hiện nay hệ cản VFD từ lâu được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng Theo [21], hệ cản VFD của hãng Taylor Devices đã được su dụng trong 484 công trình (dân dụng va cau) tập trung ở các nước thường xuyên phải chịu các trận động đất như Nhật, Mỹ, Đài Loan, Trung Quốc.

Bang 2-1 Một số công trình điển hình sử dụng hệ can VFD hiện nay ơ Loại và số lượng hệ cản Tải

Tên công trình Quoc gia Nam

Taiwan Farglory H93 Taiwan, New | Taylor Vicous Dampers | 2013 | Seismic

Jiangxi Jiujiang China Taylor Vicous Dampers | 2012 | Seismic Bridge Total: 8

Yahoo Phase 2 USA, Santa Taylor Vicous Dampers | 2012 | Seismic

Mocia, CA Total: 70 Oasis Hotel Haiti Taylor Vicous Dampers | 2012 | Seismic

Hình 2-2: Công trình San Francisco Civic Center

Tuy hệ cản VFD được sử dụng nhiều trên thế giới nhưng trong nước VFD chỉ được sử dụng một cách khiêm tốn Các công trình xây dựng ở Việt Nam mà có sử dụng hệ can VFD chỉ tập trung vào các công trình cầu. ơ

2.1.2 Cau tạo hệ cản chất long nhót (Viscous Fluid Dampers-VFD)

Wind Restraint Mechanism Clevis with Spherical

Piston head & with orifices 2 into sin sion Chamber 2 bers ’ :

= Rod make-up Ì 3 ye So es =

: accumulator ng" or bouncing ic ; : ý

= 2 rolpoces oy) che SH seski/ P916 VTẢ ye VỤ fad

Hình 2-3: Nguyên lý hoạt động của hệ can VFD Hình 2-4: Cấu tạo hệ cản VED

Hệ cản chất lỏng nhớt là hệ cản sử dụng

Air Spring _ 4 chất lỏng silicone Chất lỏng này

: Pare Siesta chuyên động với van toc cao qua lỗ trên

IL | CYCLE CYCLE ` „ me Vi } dau piston tao ra chénh ap suat va sinh ta A ra luc can Luc can sinh ra trong VFD Ái L

Trong đó, C là hệ sô can của thiệt bi cản nhớt; ¡ là vận tốc tương đối giữa 2 đầu pit tong: ala hệ số mũ (0.3 indicates moment resisting connection. wo tans $8 =+ = a (48) = = indicates a simple (hinged) connection,

Story ga A = N (42) all measurements are center line;

3rd ôi 25) + (26) (27) $(28) — ‡(29) - Ist —8th level heights 3.96 m(13'-0"); ý | bay widths (all) 9.15 m (30'-0").

2nd —_—_|19) š (20) J¿ (22) (23) lấy Seismic Mase: ist SPA) : Ta (1?) teen Sr eA framing, te Ỹ | Ist level 1.01X10° kg;

Ground 7) š|48) (9) (0) — |(1) “2k8 2nd - §th level 9.89X10° kg;

B-1 m je IN i a a sie level ~~ 1.0710 kg:

A A A XQ entire structure (above ground)9.00X10° kg s

Hình 3-1: Công trình 9 tầng Thông số tiết diện được lay theo tiêu chuẩn Mỹ, tất cả cả nhịp khung phang bang 9.15 m, các đặc trưng mat cắt đầm và cột kết cau:

Bảng 3-1: Đặc trưng của kết cau 9 tang

Tang (m) cột trong | quán tinh trone tan quan bn I 10°

m*) 5 tans (mì) (x10°kg)

Ì Ị | ! i th | | ! 1 i Ai te ately

Hình 3-7: Dap ứng gia tốc tầng đỉnh khi điều khiến

Hình 3-8: Dap ứng lực cắt chân cột khi không điều khiến

` 0 HỆ | h Al NA crac Reel Pn Aa oC | Nyy / \ :

Hình 3-9: Dap ứng lực cắt chân cột khi điều khiến

5 in dy arabe-os | (CAU ner

05 (FEM) yor - Ÿ gà lui, heh

Hình 3-10: Đáp ứng moment chân cột khi không điều khiến

Hình 3-11: Đáp ứng moment chân cột khi điều khiến x 10

0.5 sd NT ta de x ae rye tong fYFOw

Hình 3-12: Dap ứng lực can theo thời gian x10”

Hình 3-13: Dap ứng chu trình tiêu tan năng lượng VFD

Hình 3-14: Đáp ứng chuyền vị lón nhất | Hình 3-15: Đáp ứng chuyền vị lớn nhất các tầng khi không điều khiến các tầng khi điều khiến

30 ( ÌNCT F† 30

= 25 + = 25 = ——®—-(GAP)Nor = S 2o 5 20 s 15 3 15 iH Đ 10 Đ 10 ——#—(FEM)cap -

Do dat tang Do dat tang

Hình 3-16: Đáp ứng độ dạt tầng Hình 3-17: Đáp ứng độ dạt tầng khi khi không điều khiến điều khiến

LUẬN VAN TOT NGHIỆP Đề đánh giá sai số giữa đại lượng chuyền vị tầng đỉnh và gia tốc tầng đỉnh các mô hình, luận văn sử dụng phương pháp đánh giá sai số Root Mean Square được thê hiện như sau:

Bảng 3-2: Bảng sai số giữa các mô hình với mô hình FEM ĐẠI KHÔNG DIEU KHIỂN CO DIEU KHIỂN

Sai số về đáp ứng chuyển VỊ Và gia tốc giữa mô hình (FEM)ncr và mô hình (CAL)ncr lần lượt là 0.0006% và 0.0022%, đây là sai số rất nhỏ, điều này chứng minh khi phân tích với mô hình FEM của bài toán sẽ cho kết quả gần đúng với mô hình thực tế.

Ta nhận thấy khi sai số về đáp ứng chuyển vị và gia tốc giữa mô hình (FEM)ncr và mô hình (GAP)ncr lần lượt là 1.5571% và 0.7480%, trong khi đó khi xét với mồ hình FEM bài toán có 162 bậc tự do, trong khi xét mô hình GAP kết cầu chỉ có 63 bậc tự do Vì vậy luận văn dé xuất sử dụng mô hình GAP thay cho FEM cho bài toán nhiều bậc tự do để đơn giản khối lượng tính toán. Đối với giữa mô hình (FEM)ncr và mô hình (SAP)ncr , sự sai khác về đáp ứng chuyển vị và gia tốc lần lượt là 0.0963% và 1.9271%, kết quả chuyển vị giữa hai phương pháp là tương đương và sai số về gia tốc không nhiều, điều này xác định tính đúng đăn của bài toán.

Khi cau kiện chịu tải trong động đất Elcentro, mô hình FEM cho kết chuyển VỊ lớn hơn mô hình GAP, điều này chứng tỏ mô hình GAP cứng hơn mô hình FEM Vì vậy, khi thiết kế kết cấu, sử dụng mô hình FEM sẽ cho kết quả đúng với ứng xử thực tế của kết cầu và an toàn hon Thật vậy, khi có điều khiển bằng VFD ta thay rằng khi đặt vào số lượng và giá trị hệ cản như nhau, mô hình (GAP)vrp cho kết quả chuyển vị va gia tốc bé hon mô hình (FEM )gap lần lượt là 1.0340% và 0.5504%.

Kêt quả chuyên vi lớn nhât của các tang có sự sai khác rõ rang giưa hai mo hình, trong đó mô hình GAP cho kết quả chuyển vị lớn nhất bé hơn mô hình FEM là

Cùng gia tri > Cự = 5.94x10’ Ns /m nhưng khi đặt theo hai cách khác nhau, ta thay kết quả giữa hai mô hình (FEM )gap va (FEM )ssa có sự sai khác Trong đó, mô hình (FEM )ssq cho kết quả chuyền vị và gia tốc bé hơn mô hình (FEM )gap lần lượt là 0.0964% và 0.1702% Các kết quả đáp ứng về lực cắt, moment chân cột, chu trình tiêu tán năng lượng, độ dạt tầng cho kết quả đều có sự sai khác Tuy sai khác là không nhiều nhưng cách bố trí hệ cản theo (FEM )ssa nhìn chung cho kết quả tốt hon các bố trí hệ cản theo (FEM )gap Vì vậy, van dé được đặt ra để giải quyết là chúng ta có thé tim cách đặt hệ cản vào kết cầu dé cho kết quả đáp ứng tốt hon.

Khi kết cau được điều khiến với VED, ta có kết quả chuyển vị giảm 26.6975%, lực cắt và moment lớn nhất chân cột giảm lần lượt là 53.8772% và 53.2324% Khi kết cau sử dụng hệ cản VFD, độ dat tang của kết cầu giảm ro rệt và không có bước nhảy lớn giữa các tầng hay VFD làm cho độ dat tầng của các tang trong kết câu đều nhau hơn Điều này cũng có nghĩa là hệ cản VFD phân phối lại nội lực giữa các tâng.

3.1.3 Tối ưu vị trí đặt can với tải trong động đất Elcentro

Ta thay rang, việc đặt các hệ can tại các vị trí khác nhau sẽ cho các kết quả đáp ứng khác nhau, vì vậy tác giả sử dụng thuật toán SSSA tìm vị trí tối ưu để đặt từng hệ cản vào từng tầng Bài toán được khảo sát và so sánh đối với các trường hợp sau:

(FEM)xcr: mô hình phan tử hữu han (FEM) cho kết cau không điều khiến.

(FEM)cap: mô hình phan tử hữu hạn (FEM) được điều khiển bang VFD, giá trị của hệ cản được điều khiến theo [20] Trong đó > Cvep = 5.94x10’ Ns /m, có tat ca 45 hé can.

(SSA)vrp: mo hình phan tử hữu han (FEM), với > Cvep =5.94x10’ Ns /m trong đó các hệ can đã được tối ưu vị trí đặt, gdm 45 hệ can Số lượng hệ cản được đặt vào từng tang và thứ tự ưu tiên dé đặt từng hệ cản vào từng tang được đánh số từ 1 đến 45 tương ứng với 45 hệ cản, được thé hiện trong bảng sau:

Bảng 3-3: Thứ tự ưu tiên đặt hệ cản

` Số lượng hệ % Tổng hệ

Tang đặt | Thứ tự ưu tiên đặt hệ can „ can số can

(SSA)j9: mô hình phan tử hữu hạn (FEM), với 3 Œ„„ =4.62x10’ Ns /m gdm 35 hệ cản, trong đó các hệ cản đã được tối ưu vị trí đặt như bảng trên va bỏ đi

10 hệ cản được đặt vào sau cùng Sô lượng hệ cản như sau:

Tâng đặt IL |2 |3 14 |5 |6 71819 Số lượng hệ cản 6 3 |0 16 03 L1 |6 |1

% Tổng hệ số cán 428| 8.6 | 0.0 |17.1|0.0l8.6|2.9|17.1|2.9 (SSA);s: mô hình phan tử hữu han (FEM), với > Cvep = 3.96x10' Ns /m gdm 30 hệ cản, trong đó các hệ can đã được tối ưu vị trí đặt như bảng trên va bỏ đi

15 hệ can được đặt vào sau cùng SO lượng hệ cản như sau:

Tang đặt L |2 |3 |4 |5 |6 |718 19 Số lượng hệ cản 14/0/0/5 |0 3 |1 | 6 41

% Tổng hệ số cán 46.7 | 0.0 | 0.0 | 16.7 | 0.0 | 10.0 | 3.3 | 20.0 | 3.3Kết qua khảo sát như sau: dinh ““ginh

2T TÌÍ |

Hình 3-18: Dap ứng chuyén vi tang đỉnh

Hình 3-19: Dap ứng gia tang đỉnh

Hình 3-20: Dap ứng lực cắt chân cột

LUẬN VAN TOT NGHIỆP x19 (FEM) yor |

= 0 | HA Nit a er HA ki

0 5 10 15 20 25 30 35 t(s) Hình 3-21: Dap ứng moment chan cột

(Xmnaxj (cm) Do dat tang

Hình 3-22: Dap ứng chuyển vi lớn nhất Hình 3-23: Đáp ứng độ dạt tầng tại các tầng

Sử dụng mồ hình (SSA)vypp cho kết quả chuyển vị tại đỉnh bé hơn 36.4974% so với kết cau không điều khiến theo mô hình (FEM)ycr trong khi mô hình(FEM)cap bé hơn mô hình (FEM)ncr là 26.6975% Mô hình hình (SSA)vrp cho kết quả chuyển vị bé hơn 13.3691% so với mô hình (FEM)gap Lực cắt và moment lớn tại chân cột của mô hình (SSA)vgp cho kết quả bé hơn m6 hình (FEM)ncr lần lượt là10.5476% và 9.5878% Đáp ứng chuyền vị lớn nhất tại các tầng và độ dạt tầng mô hình (SSA)vrp cho kết quả tốt hơn mô hình (FEM)gap Vi vậy, mô hình (SSA)vrp cho kết qua đáp ứng tối ưu hơn mô hình (FEM)gap.

Khi giảm 10 hệ can trong mô hình (SSA)vpp ta được mô hình (SSA)¡o M6 hình (SSA)¡o cho kết quả chuyển vị đỉnh bé hơn 3.55 78% so với mô hình (FEM)cap và các kết quả lực cắt và moment tại cột bé hơn lần lượt là 8.6597% và 7.6383%. Đáp ứng chuyển vị lớn nhất tại các tầng và độ dạt tầng mô hình (SSA)vrp cho kết quả tốt hơn mô hình (FEM)sap nhưng các kết quả sai khác không nhiêu Vi vậy, khi sử dụng mô hình (SSA)jo cho kết quả đáp ứng tốt hơn mô hình (FEM)gap nhưng lại tiết kiệm được 22% số lượng hệ cản.

Khi giảm 15 hệ can trong mô hình (SSA)vpp ta được mô hình (SSA)¡s Mô hình (SSA)¡s cho kết quả chuyển vị đỉnh lớn hon 2.0080% so với mô hình (FEM)cap và các kết quả lực cắt và moment tại cột sai khác lần lượt là 8.7639% và 7.3079% Đáp ứng chuyền vị lớn nhất tại các tang và độ dạt tang mô hình (SSA)vrp cho kết quả không tốt bang mô hình (FEM)gap nhưng các kết quả sai khác không nhiều Vì vậy, khi sử dụng mô hình (SSA);s cho kết quả đáp ứng gần tương đương mô hình (FEM)cap nhưng SỐ lượng hệ cản giảm đi 33%.

3.1.4 Tim thứ tự ưu tiên các tầng đặt hệ can với tải trọng động đất Elcentro

Khi hệ cản đã được tối ưu vị trí đặt, chịu điều kiện ràng buộc sỐ lượng tối đa của mỗi tầng không quá 5 hệ cản, ta tìm được thứ tự ưu tiên các tầng đặt hệ cản Bài toán được khảo sát trong các trường hợp sau:

(FEM)yvc+., (FEM)gap: mô hình phan tử hữu hạn (FEM) không điều khiến và điều khiến bằng hệ cản VED như trên.

(SEL)vrp: mô hình phan tử hữu han (FEM), với Cự = 5.94x10' Ns/m trong đó các hệ can đã được tối ưu vị trí đặt, chịu điều kiện ràng buộc SỐ lượng tối đa của mỗi tầng không quá 5 hệ cản Số lượng hệ cản được đặt vào từng tầng và thứ tự ưu tiên để đặt từng hệ cản vào từng tang được đánh số từ 1 đến 45 tương ứng với 45 hệ cản, được thể hiện trong bảng sau:

Bang 3-4: Thứ tự ưu tiên đặt hệ can

Tầng đặt Thứ tự ưu tiên đặt hệ can Số lượng hệ cản “ rong ne số can

1 4,5,7,8,9 5 11.1 2 21,22, 23, 25,27 5 11.1 3 32, 34, 35, 36, 38 5 11.1 4 14, 15, 17, 18, 20 5 11.1 5 31,33, 39,41, 42 5 11.1 6 16, 26, 28, 29, 37 5 11.1 7 13, 19, 24, 30, 40 5 11.1 8 2,3,6,10, 11 5 11.1 9 1, 12,43, 44, 45 5 11.1 (SFL)j9: mô hình phan tử hữu han (FEM), với 3 Œ„„ =4.62x10’ Ns /m gdm 35 hệ cản, trong đó các hệ cản đã được tối ưu vị trí đặt như bảng trên va bỏ đi 10 hệ cản được đặt vào sau cùng Số lượng hệ cản như sau:

Tang đặt IL |2 314 |5 |6 | 7 |8 |9 Số lượng hệ cản 5 | 5 |3 | 5 |2 41415 12

% Tổng hệ số cán 14.3 | 14.3] 86/143 }5.8] 114] 114] 143 | 5.7 (SFL),5: mô hình phân tử hữu han (FEM), với > Cvep = 3.96x10’ Ns /m gdm 30 hệ cản, trong đó các hệ can đã được tối ưu vị trí đặt như bảng trên va bỏ đi 15 hệ cản được đặt vào sau cùng Số lượng hệ cản như sau:

Tang đặt IL |2 314 |5 L6 | 7 |8 |9 Số lượng hệ cản 5 5/0} 5 |0 4 |4 1 5 | 2

% Tổng hệ số cán 16.7 | 16.7 | 0.0 | 16.7 | 0.0 | 13.3 | 13.3 | 16.7 | 6.6Kết qua khảo sát như sau: gx io : ——— "VFEM)Ncr

VFD dint! Zainh j oO _ Ns eT —

Hình 3-24: Dap ứng chuyền vi tang đỉnh

(SFL) yep ° (SFL)49SFL c (SFL)

= | Mù LÍ VÀ ma By 2 ® ea renew

Hình 3-25: Đáp ứng gia tốc tang đỉnh

` Hh ĐÀM MÀ bara SEO

0.5 | a 5 10 15 20 25 30 35 t (s) Hình 3-27: Dap ứng moment chan cột

9 E F E F tr hed rae E E E E y / 35 (FEM) ior

⁄ — —- (FEM) 30 GAP e 25 —e—(S FL), LL ơ > —e—(S FL)qc E #5 20 Đ ° c @ỉ ty] ©

Hình 3-28: Đáp ứng chuyền vị lớn nhất Hình 3-29: Đáp ứng độ dạt tầng các tầng

M6 hình (SEL)vgp khi đặt hệ cản day các tầng chính là mô hình (FEM)ssa.

Khi giảm 10 hệ can trong mô hình (SFL)vrp ta được mô hình (SFL)¡o Mô hình (SFL)¡o cho kết quả chuyển vị đỉnh lớn hơn 7.1351% so với mô hình(FEM)cap và các kết quả lực cắt và moment tại cột lớn hơn lần lượt là 3.17323% và3.0402% Dap ứng chuyền vị lớn nhất tại các tầng và độ dạt tang mô hình (SSA)vrp cho kết quả không tốt bang mô hình (FEM)gap

Khi giảm 15 hệ can trong mô hình (SFL)vgp ta được mô hình (SFL),; Mô hình (SFL)|; cho kết quả chuyến vị đỉnh lớn hơn 11.2163% so với mô hình (FEM)cap và các kết quả lực cắt và moment tại cột sai khác lan lượt là 4.9961% và 4.9255% Đáp ứng chuyên vị lớn nhất tại các tâng và độ dạt tâng mô hình (SSŠA)vrp cho kết quả không tốt bang mô hình (FEM)gap

Kết quả tôi ưu khi số lượng hệ cản bị giới hạn không tốt băng trường hợp khi hệ can không bị giới han.

Từ các kết quả khảo sát đối với tải trọng động đất Elcentro trong các trường hop ta thay rang, các tang ưu tiên đặt hệ can là các tang 8, 1, 4, 6, 2, 7 Các tang không ưu tiên đặt hệ cản là các tang 3, 5, 9 Vì vậy, khi số lượng hệ can dau vào bị

2101 hạn, ta chọn các tang ưu tiên dé đặt hệ can trước.

3.1.5 Khảo sát đáp ứng kết cau với tải trọng động dat Kobe

Tải trọng động đất ElCentro mà luận văn sử dụng chỉ xét tới gia tốc nên theo phương ngang với (4, ) = 0.8332 (s =9.81m/ s7] mà không xét đến gia tốc nên theo phương đứng và xoay Đáp ứng của kết câu được khảo sát với các trường hợp:

(FEM)xcr: mô hình phân tử hữu hạn (FEM) cho kết cầu không điêu khiến.

(CAL)Ncr: mô hình theo CALFEM [13], không điêu khiến theo.

(FEM) ssa: mô hình phân tử hữu hạn (FEM), hệ cản được đặt đây các tang va hệ số cản của mỗi hệ cản là C„„ =1.32x10° Ns /m và 3S Cypp =5.94x10' Ns /m

(FEM) ap: mô hình phân tử hữu han (FEM) được điêu khién bang VED, giá trị của hệ cản được điêu khiến theo [20] Trong đó > Cựyp =5.94x10' Ns/m.

0.5 ù ec 0 stoi m Aha | wel Phun

Hình 3-30: Gia tốc đất nền tải trọng Kobe

0.01 +] SUED

Hình 3-31: Dap ứng chuyền vi tang đỉnh

Hình 3-33: Dap ứng lực cắt chân cột ak 10° (FEM) oy

Hình 3-34: Dap ứng moment chan cột

> 0 s HH VN)! In La A Ses,© a Wy re

Hình 3-35: Đáp ứng lực cản VFD theo thời gian

LUẬN VAN TOT NGHIỆP tong

8 Pp j Va ee —4-— (FEM) oq ¿ý i ⁄ 7 lò , ử 30 —* -ŒE M)eap

1 SSL S 7

2 VI (55p 10 | SE l ⁄ —e—-(SSL),_ as —e (SSL) 7 5 3

(x ), (cm) 0 1 2 3 4 max Do dat tang

Hinh 3-37: Pap une ne vi lớn nhât Hình 3-38: Đáp ứng độ dat tầng

Sai số về đáp ứng chuyến vị và gia tốc giữa mô hình (FEM)wcr va mô hình (CAL)ncr lần lượt là 0.0005% và 0.0012%, đây là sai số rất nhỏ, điều này chứng minh tính đúng dan của phương pháp tính.

Cùng gia tri > Cự = 5.94x10’ Ns /m nhưng khi đặt theo hai cách khác nhau, ta thay kết quả giữa hai mô hình (FEM )gap va (FEM )ssạ có sự sai khác, nhưng kết quả sai khác không nhiêu Sai sô vê đáp ứng chuyên vi và gia toc giữa hai mô hình lần lượt là 0.0700% và 0.1785% , sai số về đáp ứng chuyền vị lớn nhất tầng đỉnh là

Khi kết cau được điều khiến với VED, ta có kết qua chuyển vị giảm 48.1769% , lực cắt và moment lớn nhất chân cột giảm lần lượt là 44.4096% và 44.7192% Khi kết cấu sử dụng hệ cản VFD, độ dạt tang của kết cầu giảm ro rệt và không có bước nhảy lớn giữa các tầng.

Ta thay, chu trình tiêu tán năng lượng có những vi trí bị gãy khúc, điều này chứng tỏ lực điều khiến trong hệ cản có thời điểm vượt quá lực điều khiến cho phép và giá tri lực cản đã được giới han để hệ cản làm việc trong miễn đàn hồi Chu trình tiêu tan năng lượng mô hình (FEM )ssa tốt hơn mô hình (FEM )cap.

3.1.6 Tìm thứ tự ưu tiên các tầng đặt hệ cản với tải trọng động đất Kobe

Khi hệ cản đã được tối ưu vị trí đặt, chịu điều kiện ràng buộc sỐ lượng tối đa của mỗi tầng không quá 5 hệ cản, ta tìm được thứ tự ưu tiên các tầng đặt hệ cản Bài toán được khảo sát trong các trường hợp sau:

(FEM)xc+: mô hình phan tử hữu han (FEM) cho kết cấu không điều khiến.

(FEM) ap: mô hình phan tử hữu hạn (FEM) được điều khiển bang VFD, giá trị của hệ cản được điều khiến theo [20] Trong đó > Cvep = 5.94x10’ Ns /m, có tat ca 45 hé can.

(SEL)vrp: mô hình phan tử hữu han (FEM), với > Cvep =5.94x10’ Ns /m trong đó các hệ can đã được tối ưu vị trí đặt, chịu điều kiện ràng buộc SỐ lượng tối đa của mỗi tầng không quá 5 hệ cản Số lượng hệ cản được đặt vào từng tầng và thứ tự ưu tiên để đặt từng hệ cản vào từng tang được đánh số từ 1 đến 45 tương ứng với 45 hệ cản, được thể hiện trong bảng sau:

Tang đặt | Thứ tự ưu tiên đặt hệ can b mone ne | % Tông hệ so can can

9 Al, 42,43, 44, 45 5 11.1 (SFL)j9: mô hình phan tử hữu han (FEM), với 3 Œ„„ =4.62x10’ Ns /m gdm 35 hệ cản, trong đó các hệ cản đã được tối ưu vị trí đặt như bảng trên va bỏ đi

Tang đặt 1 2 131 4 | 5 | 6/774) 8 |9 Số lượng hệ cản 5 | 4 |1 5 5 5 5 5 10 Hệ số can (%) 14.43 |114|2.8| 14.3 | 14.3 | 14.3 | 14.3 | 14.3 | 0 (SFL),5: mô hình phân tử hữu han (FEM), với > Cvep = 3.96x10’ Ns /m gdm 30 hệ can, trong đó các hệ can đã được tối ưu vị trí đặt như bảng trên và bỏ đi

15 hệ can được đặt vào sau cùng SO lượng hệ cản như sau:

Tang đặt IL |2 |3 14 | 5 |6 17 |8 |9Số lượng hệ cản 5 |0 |0] 5 5 5 5 5 | 0Hệ số can (%) 16.7 | 0.0 | 0.0 | 16.7 | 16.7 | 16.7 | 16.7 | 16.7 | 0.0Kết qua khảo sát như sau:

LUAN VAN TOT NGHIEP x ul œ œ â I â L 1 oS 6 â SC œc CP c oO â 5 Sf â â fF = PF ' â AN LQ — Ke) LO — LO N 1 = lam Ẽ ` “ fag) om Te) af) + oe) Hn a t ee 7 et â —= ] PP — [eo LY | H—_.í ome la N on: H l———] Q _ B—— 1 LO ‹œ@ B—— Lo rm —- = i] Lr† L U @ 0 0 mn ~ & See Ss LEDD QD: note oP 2 sium fo a "8 S ủnmmứnứ > > a7atate eis > 7 7 7 ie stro er ee (125) T (126) A rr A a Ƒ g | | | 8 Wh jt how fom fo wena Poy Z NOTES >

15th (103) (104) (105) (108) (ữ7) (108) L 5th — 10th level W30x108; ơ me ait Ƒ M 'Ƒ ole 11th — 16th level W30x99;

‘3th LS j2 j? Ạ+? Ạ PC “J 2v 20th level W21x50.

12th m " en 53) =) wa |Ê Columns (345 MPa): le — | =r |p NI Nš column sizes change at splices 14th "ơ 3 " " 22) weno |(@) E68 corner columns and interior columns the same,

10th Tím, Ta Tức + (70) + Ye box columns are ASTM A500 (15x15 indicates ơ xứ nie ne M M Íạ a 0.38 m (15 in) square box column with wall gh | No 8) ưu m _ ữ2|š thickness of f).

: al | ; Í Rễ Restraints: sth |[en - Š jee Fen columns pinned at base;

7th bs T + 1 i : s Nhu laterally restrained at Ground level.

— alle =) +! “> ơ‡: are at 1.83 m (6 ft) w.r.t beam-to-column joint 5th @ j& | Gr Gea Connections: "

TC ù ~ô > indicates a moment resisting connection,

Ath Gi 1 CG Te Jao —_— indicates a simple (hinged) connection. ơ mĩ | W | ‘ ` Dimensions:

3d oid de AW Nai Nai | all measurements are center line; § š|š basement level heights 3.65 m (12-0); a A | cL a Ground level height 5.49 m (18’-0")

+ + + 4 sk 1st- 19th level heights 3.96 m (13’-0”); a ah —.h—¿h+}—^, bay widths (all) 6.10 m (20-0”).

Ground „| Bhs Gy l9 lm_ |” including steel framing, for both N-S MRFs; ằ : | : [ là Ground level 5.3210” kg;

TS {2 a bi 9) wee _| (1 ta ‘st level 5.63x10° kg;

Ne entire structure (above ground) 1.1110” kg )

Thông số tiết điện được lay theo tiéu chuan My, tất cả cả nhịp 9.15 m, các đặc trưng về kêt câu được cho ở bảng dưới:

Bang 3-6: Đặc trưng của kết cau 20 tầng

H, Tiết diện | quán tính | Tiết diện | quán tính Mm;

Tầng | (m) cột Im®) dầm 1am’) | (1042)

3.2.2 Đáp ứng kết câu với tai trong động dat Elcentro

Tải trọng động dat ElCentro mà luận văn sử dụng chỉ xét tới gia tốc nên theo phương ngang với (#,) =0.35¢ ( g1m/ s* | mà không xét đến gia tốc nên theo phương đứng và xoay. Đáp ứng của kết câu được khảo sát với các trường hợp:

(FEM)ycr: mô hình phân tử hữu han (FEM) cho kết câu không điêu khiến.

(CAL)ncr: mô hình theo CALFEM theo [13], không điều khiến.

(FEM) ssa: mô hình phân tử hữu hạn (FEM), hệ cản được đặt đây các tang va hệ số cản của mỗi hệ cản là Œ„„ =1.32x10°Ns/m và 3 Cypp =1.32x10°Ns/m

(FEM) ap: mô hình phân tử hữu han (FEM) được điêu khién bang VED, giá trị của hệ cản được điêu khiến theo [20] Trong đó > Cự; =1.32x10°Ns/m.

(FEM) wc: mô hình phân tử hữu han (FEM) được điêu khiến bang VFD, giá tri của hệ cản tăng 50% so với mô hình (EFEM)ssx va mô hình (EEM)cap Trong đó

PAA FEM

= oo oo OW USL TS |

Hình 3-46: Dap ứng chuyền vị tang đỉnh

0.4; : : : : (CAL) yor oal—1 (FEM) or

= 0 THRs aan TI ie a lá TẾ ki iwi

Hình 3-47: Dap ứng gia tốc tầng đỉnh x 10°

= (CAL) nor foi | | \ (FEM) rey Ụ (FEM) aap |

Hình 3-48: Đáp ứng lực cắt chân cột

(FEM)cap | (FEM) gga (FEM) | (FEM) pen | 30 35

Hình 3-49: Dap ứng moment chan cột x 10 -4 25: F F F F F F rE

: Ms £ a A ve wh af cH S- wae

Hình 3-50: Dap ứng lực can VFD

+ 15 ies * ie & £ vn = ơ pt a Lt

= 4 Pe OM 2 (CAL er | 5 c A iy} ic —e—- (FEM) 7 `

0 5 10 15 0 01 02 0.3 0.4 max), (cm) Do lech tang

Hình 3-51: Chuyén vị lớn nhất các tang Hình 3-52: Đáp ứng độ dạt tầng

Sai số về đáp ứng chuyến vị và gia tốc giữa mô hình (FEM)wcr va mô hình (CAL)ncr lần lượt là 0.00024% và 0.0012%, đây là sai số rất nhỏ, điều này chứng minh tính đúng dan của phương pháp tính.

Cùng gia tri SY Cự =1.32x10° Ns /m nhưng khi đặt theo hai cách khác nhau, ta thay kết quả giữa hai mô hình (FEM )gap va (FEM )ssa có sự sai khác Trong đó, mô hình (FEM )sap đáp ứng chuyền vị và gia tốc nhỏ hơn mô hình (FEM )ssạ lần lượt là 1.0576% và 0.2616% , chuyền vị lớn nhất tầng đỉnh giảm 6.0750% Ta thay mô hình (FEM )gap cho kết quả đáp ứng tốt hơn mô hình (FEM )ssạ.

Khi tăng giá trị hệ cản lên 50% , mô hình (FEM)c cho kết quả chuyển vị lớn nhất tầng đỉnh giảm 10.4493% so với mô hình (FEM )gap, lực cắt và moment lớn nhất chân cột giảm lần lượt là 21.7009% và 19.8791% Khi giảm giá trị hệ cản 50%, mô hình (FEM)prc cho kết quả chuyển vị lớn nhất tầng đỉnh tăng 31.1062% so với mô hình (FEM )sap lực cắt và moment lớn nhất chân cột tăng lần lượt là

Khi kết cau được điều khiến với VFD, ta có kết quả chuyển vị giảm 49.4552% lực cắt va moment lớn nhất chân cột giảm lần lượt là 37.1322% va 40.4350% Khi kết cấu sử dụng hệ cản VFD, độ dạt tang của kết cầu giảm rõ rệt va không có bước nhảy lớn giữa các tầng.

3.2.3 Tối ưu vị trí đặt hệ can với tai trọng động đất Elcentro

Khi hệ cản đã được tối ưu vị trí đặt, chịu điều kiện ràng buộc sỐ lượng tối đa của mỗi tầng không quá 5 hệ cản, ta tìm được thứ tự ưu tiên đặt hệ cản Bài toán được khảo sát trong các trường hợp sau:

(FEM)cap: mô hình phan tử hữu hạn (FEM) được điều khiển bằng VFD, giá trị của hệ cản được điều khiển theo [20] Trong đó 3 Œ„„ = 1.32x10°Ns/m.

(SEL)v:p: mô hình phan tử hữu hạn (FEM), với > Cự =1.32x10°Ns/m trong đó các hệ can đã được tối ưu vị trí đặt, chịu điều kiện ràng buộc SỐ lượng tối đa của mỗi tầng không quá 5 hệ cản Số lượng hệ cản được đặt vào từng tầng và thứ tự ưu tiên để đặt từng hệ can vào từng tầng được đánh số từ 1 đến 100 tương ứng với 100 hệ can, được thé hiện trong bảng sau:

Tâng Thứ tự ưu tiên Tâng Thứ tự ưu tiên đặt đặt hệ can đặt đặt hệ can

(SFL).9: mô hình phan tử hữu han (FEM), với > Cự 56x10” Ns/m gdm 80 hệ cản, trong đó các hệ cản đã được tối ưu vị trí đặt như bảng trên và bỏ đi

Tầng đặt 1 2 |3 1 4 |5 6 7 8 | 9 |10 Số lượng hệ can | 5 5 5 5 5 5 5 5 5 | 2

Tang dat 11 | 12 | 13 | 14 | 15] 16 | 17 | 18 | 19 | 20 Số lượng hệ can | 5 5 3 5 5 2 4 1 2/1

(SFL)39: mô hình phan tử hữu han (FEM), với 3 Œ„„ =9.24x10’ Ns /m gdm 70 hệ cản, trong đó các hệ cản đã được tối ưu vị trí đặt như bảng trên va bỏ đi

Tang đặt 1 2 |3 | 4 |5 | 6 7 8 10 Số lượng hệ can | 5 5 5 5 5 5 5 3 | 4 |1

Tầng đặt 11 | 12 |13| 14 |15| 16 | 17 | 18 | 19 | 20 Số lượng hệ can | 3 5 1 5 | 5 | 0 4 1 2/1

(SFL)¿;: mô hình phan tử hữu han (FEM), với 3 C€„„ =7.92x10’ Ns /m gdm 60 hệ cản, trong đó các hệ cản đã được tối ưu vị trí đặt như bảng trên và bỏ đi40 hệ cản được đặt vào sau cùng Kết quả khảo sát như sau: x 1Ô 1.5;

SLA ANTI TA Ta LH N HAINNIANI

Hình 3-53: Dap ứng chuyén vi tang đỉnh

3 i, Gi ia M180 Mau ry | (FEM gap |

Hình 3-54: Dap ứng gia tốc tầng đỉnh x10"

2 i eh TAL Ea.) li BH A AL SUT iT Ae UF Af Dh! o if Ụ Ỳ

LUẬN VAN TOT NGHIỆP ba suc i ta ALA Tân Lie ERY we Mã APA EU A ie |

1Í † (SFL, |

Hình 3-56: Dap ứng moment chan cột

5 , | # -(FEM 2 30FEM Gap 5) (FEM) gap

¢ —.(SFL) || he ed 5 x 20 20s -(SFL)so LÍ-epbe ơ io # 6FDao - 22 =

0 2 4 6 8 0 0.05 0.1 0.15 max) (cm) Do dat tang

Hình 3-57: Đáp ứng chuyển vị lớn nhất Hình 3-58: Dap ứng độ dat tang cac tang Nhan xét:

Mô hình (SFL)ypp khi đặt hệ cản đầy các tang chính là mô hình (FEM)ssa Vì vậy, kết quả khảo sát không thé hiện đáp ứng của mô hình (SFL)vrp.

Mô hình (SFL), (SFL)30, (SFL)49 cho kết quả chuyển vị đỉnh lớn hon (FEM)gap lần lượt là 9.9587% , 13.9240%, 18.2705% Tùy vào yêu câu thiết kế chuyền vị lớn nhất tại tầng đỉnh, ta có thể tiết kiệm 20%-30% số lượng hệ cản.

Dựa vào bảng thứ tự ưu tiên vị trí đặt các hệ cản vào kết cau, ta thay vi tri dat ít được ưu tiên hơn ở các tang 16, 18, 13, 10, 20, 8 Vì vậy, khi số lượng hệ can đầu vào bị giới han, ta có thé lựa chọn các vị trí đặt hệ cản thích hợp dé cho kết quả đáp ứng tốt hơn.

3.2.4 Đáp ứng kết cau với tải trọng động dat Kobe

Tải trọng động đất Kobe mà luận văn sử dụng chỉ xét tới gia tốc nên theo phương ngang với (*,) = 0.832 (g =9.81m/ s) mà không xét đến gia tốc nên theo phương đứng và xoay. Đáp ứng của kết cầu được khảo sát với các trường hợp:

(FEM)xscr: mô hình phân tử hữu han (FEM) cho kết cau không điêu khiến.

(CAL)ncr: mô hình theo CALFEM theo [13], không điều khiến.

(FEM)ssa: mô hình phân tử hữu han (FEM), hệ can được đặt đây các tâng và hệ số cản của mỗi hệ cản là Œ„„ = 1.32x10°Ms/m và 3 C„„ =1.32x10Ns/m |

(FEM) ap: mô hình phân tử hữu han (FEM) được điều khiến băng VFD, giá trị của hệ cản được điêu khiến theo [20] Trong đó > Cựyp =1.32x10°Ns/m.

(FEM) wc: mô hình phan tử hữu han (FEM) được điêu khiến bang VED, giá tri của hệ cản tăng 50% so với mô hình (FEM)ssa và mô hình (FEM)cap Trong đó

(FEM) prc: mô hình phân tử hữu han (FEM) được điều khiến bang VFD, giá tri của hệ cản giảm 50% so với mồ hình (FEM)ssq và mô hình (FEM)gap Trong đó 3 C„„ =6.6x10”Ns/m.

Kết quả khảo sát như sau:

LUẬN VAN TOT NGHIỆP gx 10 (CAL Net „

W | AW VỊU VỤ |

Hình 3-59: Dap ứng chuyên vi tang đỉnh

Hình 3-60: Đáp ứng gia toc tang đỉnh

Hình 3-62: Dap ứng moment chan cột x 10°

Hình 3-63: Dap ứng lực cản VFD theo thời gian

E 10 Fi ˆ —e (FEM) ict § Pe PEM Nor #-:- § a (FEM) gap g “ - — (FEM gap

(X max) (em) Do dat tang Hình 3-64: Chuyén vi lớn nhất các tang

Hình 3-65: Dap ứng độ dat tang

Sai số về đáp ứng chuyền vi va gia tốc giữa mô hình (FEM)ncr và mô hình (CAL)ncr lần lượt là 0.00017% và 0.00074%, đây là sai số rất nhỏ, điều nay chứng minh tính đúng đắn của phương pháp tính.

Cùng giá trị SY Cự = 1.32x10°Ns/m nhưng khi đặt theo hai cách khác nhau, ta thay két quả giữa hai mô hình (FEM )cap va (FEM )ssA có sự sai khác Trong đó, mô hình (FEM )gap đáp ứng chuyến vị và gia tốc lớn hơn mô hình (FEM )ssạ lần lượt là 0.3162% và 0.3231% , chuyền vị lớn nhất tầng đỉnh là 6.3868% Ta thay mô hình (FEM )ssa cho kết quả đáp ứng tốt hơn mô hình (FEM )sap.

Khi tăng giá trị hệ cản lên 50% , mô hình (FEM)¡wc cho kết quả chuyền vị lớn nhất tang đỉnh giảm 14.6306% so với mô hình (FEM )gap, lực cắt và moment lớn nhất chân cột giảm lần lượt là 10.4355% và 8.4045% Khi giảm giá trị hệ cản 50%, mô hình (FEM)pzc cho kết quả chuyển vị lớn nhất tầng đỉnh tăng 9.6909% so với mô hình (FEM )sap lực cắt và moment lớn nhất chân cột tăng lần lượt là 14.6039% và 9.6905%.

Khi kết cau được điều khiến với VFD, ta có kết quả chuyển vị giảm 28.6790% , lực cắt và moment lớn nhất chân cột giảm lần lượt là 27.8520% và 30.0724% Khi kết cau sử dụng hệ cản VFD, độ dạt tang của kết cầu giảm rõ rệt va không có bước nhảy lớn giữa các tang.

3.2.5 Tối ưu vị trí đặt hệ can với tai trọng động đất Kobe

Khi hệ cản đã được tối ưu vị trí đặt, chịu điều kiện ràng buộc sỐ lượng tối đa của mỗi tầng không quá 5 hệ cản, ta tìm được thứ tự ưu tiên đặt hệ cản Bài toán được khảo sát trong các trường hợp sau:

(FEM)cap: mô hình phan tử hữu hạn (FEM) được điều khiển bằng VFD, giá trị của hệ cản được điều khiển theo [20] Trong đó 3 Œ„„ = 1.32x10°Ns/m.

(SEL)v:p: mô hình phan tử hữu hạn (FEM), với > Cự =1.32x10°Ns/m trong đó các hệ can đã được tối ưu vị trí đặt, chịu điều kiện ràng buộc SỐ lượng tối đa của mỗi tầng không quá 5 hệ cản Số lượng hệ cản được đặt vào từng tầng và thứ tự ưu tiên để đặt từng hệ can vào từng tầng được đánh số từ 1 đến 100 tương ứng với 100 hệ can, được thé hiện trong bảng sau:

Tâng Thứ tự ưu tiên ` Thứ tự ưu tiên đặt đặt hệ can Pang đặt đặt hệ can

(SFL).9: mô hình phan tử hữu han (FEM), với > Cự 56x10” Ns/m gdm 80 hệ cản, trong đó các hệ cản đã được tối ưu vị trí đặt như bảng trên và bỏ đi

Tầng đặt 1 2 |3 1 4 |5 6 7 8 | 9 |10 Số lượng hệ can | 5 5 5 5 5 5 3 2 |2 10

Tầng đặt 11 | 12 |13| 14 |15| 16 | 17 | 18 | 19 | 20 Số lượng hệ cán | 2 5 5 5 5 5 5 5 5 |]

(SFL)39: mô hình phan tử hữu han (FEM), với 3 Œ„„ =9.24x10' Ns /m gdm 70 hệ cản, trong đó các hệ cản đã được tối ưu vị trí đặt như bảng trên va bỏ đi

Tầng đặt 1 2 |3 1 4 |5 6 7 8 | 9 |10 Số lượng hệ can | 5 5 5 5 5 3 0 1 0 10

Tầng đặt 11 | 12 |13| 14 |15| 16 | 17 | 18 | 19 | 20 Số lượng hệ cán | 2 4 14 | 5 5 5 5 5 5 |]

(SFL)¿;: mô hình phan tử hữu hạn (FEM), với 3 C„„ =7.92x10ˆNs/m gdm 60 hệ cản, trong đó các hệ cản đã được tối ưu vị trí đặt như bảng trên và bỏ đi 40 hệ cản được đặt vào sau cùng Kết quả khảo sát như sau:

LUẬN VAN TOT NGHIỆP x10 SE -

N° 5 A Ì ALA BA

Hình 3-66: Dap ứng chuyền vị tang đỉnh

(SFL)o9 0.01 (SFL),, M œ 0.005 (SFLUp - £ 0 Arig ì Mode Ẳ fy ẤN ĐA A, c

= Whe Ur lãi MỊN šs o " -0.005 ni

Hình 3-68: Dap ứng lực cắt chân cột x10"

0 10 15 20 25 30 35 t(s) Hình 3-69: Dap ứng moment chân cột

Hình 3-70: Dap ứng chuyển vị lớn nhất các tâng Nhận xét:

Mô hình (SEL);o, (SFL)30, cho kết quả chuyển vị đỉnh nhỏ hơn mô hình (FEM)gap lần lượt là 2.9888% , 1.7241% Mụ hỡnh (SFL)xứ cho kết quả chuyờn vi đỉnh lớn hơn mô hình (FEM)cap 0.7241% Đối với trường hợp tải trọng động đất

Hình 3-71: Đáp ứng độ dạt tầng

Kobe, khi tăng hoặc giảm hệ số cản, đáp ứng thay doi không nhiều.

Ta thay vị trí đặt ít được ưu tiên hơn ở các tang 10, 9, 8, 11, 20, 6 Kết qua này không hoàn toàn trùng khớp với trường hợp công trình chịu tải trọng động đất Elcentro Vì vậy, khi thiết kế tối ưu vị trí đặt hệ cản, cần chú ý lựa chọn các trường hợp tải trọng động đất phù hợp với vi trí địa lý của kết cau, có thé dựa vào các trận động đất trong lịch sử của công trình đang xét để làm cơ sở thiết kế.

CH ƠNG4 KẾT LUẬN

Qua nghiên cứu lý thuyết và phân tích tối ưu vị trí đặt hệ cản trong công trình chịu tải trọng động đất khi sử dung mô hình FEM có trang bị hệ can VFD, tác giả rút ra một số kết luận như sau:

> Mô hình FEM cho đáp ứng gần đúng với các chương trình so sánh là SAP2000 và CALFEM Tuy nhiên, khi sử dung mô hình nay số bậc tự do của mô hình nhiều hơn mô hình General Approach khá nhiều nhưng kết quả đáp ứng giữa hai mô hình không sai khác nhiều Vì vậy, luận văn đề xuất tính toán với mô hình General Approach dé đơn giản quá trình tính toán và dé áp dụng vảo thực tiễn.

> Khi mô hình được bồ trí hệ cản, chuyển vị đỉnh giảm từ 27% - 49%, lực cắt chân cột gảm từ 16% - 27%, moment chân cột giảm từ 17% - 28% tùy vào kết cầu và tải trọng động đất.

> Tùy vào từng loại kết cấu mà khi thiết kế tối ưu ta có thể tiết kiệm được 20%-33% số lượng hệ cản mà kết quả đáp ứng vẫn không vượt qua giới hạn cho phép.

> Khi thiết kế tối ưu hệ cản, các trường hợp tải trọng khác nhau có ảnh hưởng đến kết quả tính toán Với cùng một công trình nhưng với những tải trọng động đất khác nhau sẽ cho kết quả tối ưu khác nhau Vì vay, tác giả dé xuất khi thiết kế tối ưu vị trí đặt hệ cản cần lựa chọn tải trọng động đất phù hợp với lịch sử động đất tại vị trí công trình.

4.2 Hướng phát triển đề tài

Dé tài cần được nghiên cứu sâu hon để giải quyết các van đề tôn tại sau:

> Đáp ứng động lực học khi được bố trí hệ cản VFD trong kết cấu phi tuyến hình học và phi tuyến vật liệu.

> Tối ưu cách chon và bố trí hệ cản VFD trong kết cấu phi tuyến hình học va phi tuyến vật liệu.

TAI LIEU THAM KHAO

Anil K.Chopra — Dynamics of Structures, 4 edition — Prentice Hall

Press — 2012. Đỗ Kiến Quốc & Lương Văn Hải— ông Luc H c Kết Cấu — Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP Hỗ Chí Minh — 2010

Franklin Y Cheng, Hongpimg Jiang, Kangyu Lou — Smart Structures, Innovative Systems for Seismic Response Control — CRC Press — 2008.

Leonard Meirovitch — Dynamics and control of structures — John Wiley

Mario Paz— Structural Dynamics Theory and computation— Van Nostrand Reinhold Press—1985.

K.C.S Kwok, B Samali — Performance of Tuned Mass Dampers Under Wind Loads— 1995.

Robert J MCNAMARA and Douglas P Taylor — Fluid Viscous Dampers for High-Rise Buildings.

Servio Tulio de la Cruz Cháidez — Contribution to the Assessment of the Efficiency of Friction Dissipators for Seismic Protection of Buildings.

Y Ribakov—Semi-Active Predictive Control of Nonlinear Structures with Controlled Stiffness Devices and Friction Dampers.

Diego Lopez Garcia — A simple Method for the Design of Optimal Damper Configurations in MDOF Structures — Earthquake Spectra, Volume 17 — 2001.

Wei Liu, Mai Tong, Yihui Wu — Optimazed Damper Device Configuration Design of a Steel Frame Structure Based on Building Performance Indices - Earthquake Spectra, Volume 20 — 2004.

Y Ohtori, R E Christenson, B F Spencer—Benchmark Control Problems for Seismically Excited Nonlinear Buildings — JOURNAL OF ENGINEERING MECHANICS © ASCE/ APRIL 2004.

Per Erik Austrell, Jonas Lindermann and coworkers — Computer Aided Learning of the Finite Element Mothod (CALFEM) — Lund University, Sweden — 2000.

Bùi Đông Hoàn — Khao sát tác dung kháng chan của hệ cản chất long nhớt — Luận van cao học — 2003.

Phạm Nhân Hoà — Assessment of the Efficiency of Friction Dissipators for Seismic Protection of Buildings — Luan van EMMC — 2005. Đặng Duy Khanh —_ iéu khiển kết cấu với giải pháp kết hợp hệ can chất lỏng nhớt và hệ cản có độ cứng thay đổi — Luận văn cao học — 2010.

Hồ Hoàng Đức Thịnh — /êu khiển bản chủ động hệ cản dan nhớt —

Ngô Minh Khôi — Assessment of the Efficiency of Fluid Viscous Damper for Seismic Protection of Building — Luan van cao học EMMC — 2007.

Lê Minh Thanh — Phdn tích đáp ứng động lực h c có xét đến phi tuyến cua vat liệu cua công trình sử dụng hệ can chất long nhớt chịu tai tr ng dong — Luan van cao hoc — 2013.

Hoang Công Duy — Phân tích đáp ứng động lực h c kết cấu được trang bị hệ cản chất lỏng nhớt bằng mô hình tổng quát — Luận văn cao học —

2014. http://taylordevices com/literature html.

A Kircher, M W Johnson, R J McNamara, “Energy Dissipation Systems for Seismic Applications: Current Practice and Recent Developments’, http://taylordevices.com/literature.html.

Kazuhiko Kasai, Hiroshi Ito, Yoji Ooki, Tsuyoshi Hikino, Koichi

Kajiwara, Shojiro Motoyui, Hitoshi Ozaki, and Masato Ishi, “Full-scale shake table tests of 5-story steel building with various dampers’, ạn

International Conference on Earthquake Engineering (SICEE), March 3- 5, 2010, Tokyo Institute of Technology, Tokyo, Japan.

M Shinozuka, M.C Constantinou, “Passive and active fluid dampers in structural applications”, http://taylordevices.com/literature.html.

Douglas P Taylor, Michael C Constantinou, “Fluid dampers for applications of seismic energy dissipation and seismic isolation’,http://taylordevices com/literature html.

[26] Zhang, Soong — Seismic design of viscoelastic dampers for structural application — Journal of Structural Engineering, ASCE — 1992.

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

% Họ và tên: Huỳnh Lê Em

% Ngày tháng năm sinh: 11/02/1990 + Nơi sinh: Xã Hòa Mỹ, huyện Phụng Hiệp, tinh Hậu Giang

% Dia chỉ liên lạc: 745/143, Quang Trung, Phường 12, Quận Gò Vấp, TPHCM

% Diện thoại: 0988.265.200 +% Email: hlem73@ gmail.com

+ 09/ 2008 — 09/2012 : Sinh viên ngành Xây dung dân dung và công nghiệp, trường Đại học Cần Thơ, Thành phố Cần Thơ.

4 01/2013 - đến nay : Học viên ngành cao học ngành Xây dựng công trình dân dụng và công nghệ, Trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ chi Minh.

Mã nguồn Input data.m clear; clc; close aii; commandwindow ar ne ee Se are Py atpeeape boas ea cbc ee a NG ae fh TEN tp ay oN x : 2 Ỹ ẤN TT VN TT NT xxx vạn cư Hy ee ee ki nee VY hy eee eee VY ne eee set cư eee TRỤ TY nee ee Hy net ne kh et VY nee ete nee we ee hài HẦU

Nat PCA Sa ae Le a ha wae eet ÁN Nk ÁP n story=9; n_bay=5;

L=9.15; H=3 9G; Hd=5 49; zeta=0.02; fNearigsie gp boa TM)Y aa Nar ake Sek wae Oe

[Edof,n node,n column,n beam,n VFD,n element, Ex, Ey0,bc]=Generate DOF(n _story,n bay,L,H); n element structure=n_column+n_ beam; n dof=3*n_ node; [n bc,~]=s1ze (bc) ; n dof bc=n dof-n bc;

Edof_ columnf (1:n_column, :) ; Edof _beam= bdof(n column+l:n element structure,:);

Edof VFD= Edof (n_ element structure+1:n element structuretn VFD,:);

Ex column=Ex (Edof _ column (1: n column, 1), >);

Ex beam=Ex(Edof beam(l:n_beam,1),:);

Ex VFD=Ex (Edof VED(1:n VFD,1),:);

Ey=zeros(n_element, 2) ; for i=l:n_element for J=1:2

Ey column=Ey (Edof column (1:n column, l)„,:);

Ey beam=by (Edof beam(1l:n_beam,1),:); by VFD=Ey (Edof VFD(l:n_VFD,1),:);

‘mos Đi on „120 50 600 6001) ; grid on; hold en; box on; er draw (Ex, niên 2 2], Booey

ON Ge Ga Ho mg he Hoà CN de dưng qs TH

M lump=zeros(n dof); for i=l:n element structure

M cons=assem (Edof (1,:),M cons,m) ; [m lump]am2d_ lump (Ex(1,:),By(1,:),ep(1,:));

M lump=assem (Edof (1,:),M lump,m_ lump);

K cons bc=KEK cons(n bc+l:n dof,n bc+l:n dof); Seb

M_- cons _bc=M _cons(n bc+l:n _dof, n _bc+l1: n dof); 3 ne M lump ~be=M _ Lump(n bc+l:n dof, n bet: n dof); + @blamahe BC _

[~, eigenvalue] =eig(K cons bc, M cons bc); omega=diag (eigenvalue.^0.5); ome ga Sor’ omega, 1);

~(2*pi) fomega ; al=zeta* (2*omega (1) *omega (2) ) / (omega (1) +omega (2) ) ; a2=zeta* (2) /(comega (1) +omega (2));

C_ cons bc=al*M cons bcta2*K cons bc; 6% dlobal damgoandg tó ra ẹ lữ) tf5; _ dt=0.00125; tt= 0: dt: tí; nt=length (tt);

N epee = VN NHI hờ dyes to ey HÀ HỆ gy ee tí lê een In Sap ryt Paty ; rt

BAK! Ga Le WL a Aa KA ADT AL ALLEL MAN OR A EAH load Bicents taka

= Length (B1Céntro)