Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu thực nghiệm hiện tượng gió hú đối với công trình nhà cao tầng tại Thành phố Hồ Chí Minh

Kết quả quả nghiên cứu trong luận văn này đã chỉ rar ng vận dụng giải thuật được xây dung nh m dự đoán bản ghi cường độ gió hút ban ghi vận tốc gió thông qua bộ x_ lý tín hiệu số là hiệu

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

NGUYEN CONG QUANG

LUAN VAN THAC SI

TP HCM — NAM 2014

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

NGUYEN CONG QUANG

CHUYEN NGANH: XAY DUNG CONG TRINH DAN DUNG VA CONG NGHIEPMA SỐ CHUYEN NGÀNH: 60 58 20

LUẬN VAN THAC SĨNGUOI HUONG DAN KHOA HOC: TS HOANG NAM

TP HCM — NAM 2014

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS HOÀNG NAM

Cán bộ chấm nhận X€t Ì: G-G- + E6 19118 E131 1E 5 1111126 3E xrxei

Cán bộ chấm nhận XÉT 2:: -G- - + E116 519198 1 E91 11 9128 1 5 11115156 3 1xx.

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai học Bách Khoa, DHQG Tp HCM,ngày 21 thang 01 năm 2015

Thanh phan Hội đồng đánh giá luận van thạc sĩ gồm:

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIEM VỤ LUẬN VĂN THAC SĨHọ và tên học viên: NGUYÊN CÔNG QUANG MSHV: 12214093

Ngày, tháng, năm sinh: 21/01/1985 Nơi sinh: Hải Dương

Chuyên ngành: Xây dựng công trình dan dụng và công nghiệp Mã số: 605820I TÊN ĐÈ TÀI: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HIỆN TƯỢNG GIO HU

ĐÓI VỚI CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẢNG TẠI THÀNHPHO HO CHÍ MINH

Il NHIEM VỤ VA NOI DUNG1 S dụngd liệu bản ghi đồng thời cường độ gi h và vậntốcgi đ xây dựngmột giải thuật nh m dự đoán bản ghi cường độ gi h t bản ghi vận tốc gi ;

2 Tái tạo bản ghi cường độ gi h tại khu vực Thành phố Hồ Ch Minh b ng giảithuật được xây dựng Trong đ , thông số gi được tham chiếu theo các Qui chuẩn,Tiêu chuẩn thiết kế hiện hành ở Việt Nam và số liệu gi trong năm 2013 ở khu vựcThanh phố Hồ Ch Minh do trạm kh tượng thủy văn Nam bộ cung cấp;

3 Để xuất mối quan hệ gi a cường độ gi h và vận tốcgi tại khu vực Thanhphố Hỗ Ch Minh.

HI NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/01/2014IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/12/2014v CÁN BỘ HƯỚNG DAN: TS HOÀNG NAM

Tp HCM, ngày 22 thang 12 năm 2014

CÁN BỘ HƯỚNG DÂN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRUONG KHOA

Luan văn thạc sĩ đã được hoàn thành Tôi bay tỏ long cam on chân thành đếnTiến sĩ Hoang Nam đã hướng dẫn kiến thức, phương pháp tư duy và suy luận khoa

hoc đ gi p tôi hoàn thành luận văn này.

Tôi xin chân thành cảm ơn Quy Thay Cô đang giảng dạy chương trình cao họccủa Khoa Kỹ thuật Xây dựng Trường Đại học Bách Khoa đã truyền đạt nh ng kiếnthức cần thiết cho tôi trên con đường nghiên cứu khoa học sau này.

Tôi cũng xin g1 lời cam ơn đên các gia đình và bạn bè đã động viên, cô vũ tôi

rất nhiều về mặt tinh thần trong quá trình thực hiện luận văn này.

Cuối cùng, tôi cũng rất mong nhận được nh ng ý kiến đ ng g p của Quý Thay

Cô đ hoàn thiện công trình nghiên cứu được trình bày trong luận văn này.

Tp HCM, ngày 22 tháng 12 năm 2014

Nguyễn Công Quang

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HIỆN TƯỢNG GIÓ HÚ ĐÓI VỚI CÔNG

TRÌNH NHÀ CAO TẢNG TẠI THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

Nguyễn Công QuangỞ một số quốc gia, việc xác định mỗi quan hệ gi a cường độ gi h và vận tốc

gid là là quan trọng vàc giá tri pháp lý trong quản lý việc xây dựng các công trình

cao tầng thông qua đánh giá tiếng ồn do các công trình này gây ra cho các khu vựclân cận Và cho đến nay, một số Tiêu chuẩn quốc gia đã được ban hành nh m đưa racác qui định, chỉ dẫn trong việc xác định mỗi quan hệ gi a cường độ gió hú và vậntốc gió Ð xây dựng mối quan hệ gi a cường độ gi h và vận tốc gi , cần tiến hànhđo lường hai đại lượng một cách đồng thời, liên tục theo thời gian b ng các thiết bịchuyên dụng Tuy nhiên, việc đo lường trong thời gian dài này gặp nhiều kh khănnhư yếu tố thời tiết bất lợi, tín hiệu nhiễu, chi phí lớn dành cho nhân lực, thiết bị.Trong khiđ ,d liệu vận tốc gió ở các khu vực khác nhau đã được các trạm kh tượngghi nhận lưu tr trong nhiều năm cũng như đã được chỉ dẫn cụth trong các Quichuẩn, Tiêu chuẩn thiết kế hiện hành tại các quốc gia Sau khi nghiên cứu, tong hợpcác phương pháp, cách thức xây dựng mối quan hệ gi a vận tốc gi vả cường độ gihú được trình bày trong một số nghiên cứu, một giải thuật dự đoán bản ghi cường độgió hút ban ghi vận tốc gió trên miễn thời gian tương tự một bộx lý tn hiệu số đãđược tác giả xây dựng Kết quả quả nghiên cứu trong luận văn này đã chỉ rar ng vận

dụng giải thuật được xây dung nh m dự đoán bản ghi cường độ gió hút ban ghi vận

tốc gió thông qua bộ x_ lý tín hiệu số là hiệu qua, hợp lý trong việc giảm thi u thờigian đo đồng thời hai đại lượng trong tầng biên kh quy n mà vẫn đảm bảo xây dựngđược mối quan hệ gi a cường độ gi h và vậntốcgi tại khu vực Thành phố Hỗ Ch

Minh với độ ch nh xác tin cậy.

Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện.

Các kết quả trong luận văn lad ng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên

cứu khác.Tôi xin chịu trách nhiệm vệ công việc thực hiện của mình.

Tp HCM, ngày 22 tháng 12 năm 2014

Nguyễn Công Quang

Hình 2.1 Áp suất âm - 5256222212391 121211212111 1121 1111111111111 re 7Hình 2.2 Các giới hạn của mức áp suất âm theo tần số đối với con người 9Hình 2.3 Vận tốc gió trong tầng biên khí quy n 5- 55252 cs+c+cs>s+see IIHình 2.4 Mối quan hệ gi a mức áp suất âm và vận tốc gi theo Morgan và Raspet,

2 — A 5 14

Hình 2.5 Bộ lọc tuyến t nhì + << <3 S333 1 1151513151511 1111111 krk 15Hinh 2.6 Két qua chon bậc m trong nghiên cứu cua Nakasako va cộng sự, 2005 16Hình 2.7 Quá trình dự đoán mức áp suất âm trong nghiên cứu của Nakasako va

CONG SU, 2005 ooo e.- 17

Hình 2.8 Ban ghi vận tốc gi va mức áp suất âm đặc t nh A trong nghiên cứu của

Lightstone và cộng sự, 2010 c Q11 1 9 2 vn vn 18

Hình 2.9 Quan hệ gi a mức áp suất âm đặc t nh A va vận tốc gi theo nghiên cứu

của Lighstone và cộng sự, 20Ũ HS ng re 19

Hình 2.10 Quan hệ gi a mức áp suất âm đặc t nh A và vận tốc gi theo nghiên

cứu cua Cooper và cộng sự, 2 Í ccc n1 kh 20

Hình 2.11 Quan hệ phố quát gi a mức áp suất âm đặc t nh A và vận tốc gi t

nghiên cứu cua Cooper và cộng sự, 20 ÏÍ - - << SH re 21

Hình 2.12 Bi u diễn đồng thời mối quan hệ gi a mức áp suất âm đặc tinh A vavận tốc gió theo Lightstone (2010) va Cooper (2010) -ẶẶẶSSSSSSĂSSSSSSsss 22Hình 2.13 Ngưỡng ôn giới hạn đối với các khu vực trong tiêu chuan MOE,

Canada 8 4343 23

Hình 2.14 Minh họa xác định quan hệ gi a mức áp suất âm đặc t nh A và vận tốcgi t kết quả đo trong Tiêu chuẩn EPA, Australia 2 5555s+c+csczzs+sccee 25Hình 3.1 Bộ lọc tuyến tinh - + << 6S S33 3 115151151511 15111111111 ckrk 27

Hình 3.2 Ba cặp bản ghi được s dụng trong kỹ thuật MA - 30

Hình 3.3 Lưu đồ giải thuật xác định giá trị số AIC - - 2 5 s+cscscsccee 34Hình 3.4 Kết quả chọn bậc m b ng giải thuật máy t nh được tác giả xây dựng 35

tái tạo thông qua bộ lọc tuyến tính -. ¿+ + 2 +52 +E+E+E£E£ESEEEEEEeEErkrkrrrrererrees 37Hình 3.6 Kết quả tạo bản ghi giÓ 2-5-5 S222 S3 3 22x 3E 121211121111 xcvyeg 40Hình 3.7 Kết quả tạo bản ghi Amt bản ghi gió tương ứng - 42Hình 3.8 Đối chiếu đường quan hệ xây dựng thông qua bộ lọc tuyến tính vớiđường quan hệ phố quát xác định theo (2.3-9) do Cooper dé xuất 46Hình 4.1 Bản ghi vận tốc gió tại khu vực Thành phố Hỗ Chí Minh 49Hình 4.2 Bản ghi mức áp suất âm tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh 51Hình 4.3 Mối quan hệ mức áp suất âm đặc tính A và vận tốc gió tại khu vực

Thành phố Hồ Chí Minh ¿+ - ¿56 5£ SE2E+S£SE‡E#EEEE£EEEEEEEEEEEEEEEEEErErkrrkrrrrere 53Hình 4.4 Đối chiếu mức áp suất âm dự đoán tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minhvới qui định trong Tiêu chuẩn MOE - 5256652 SE2E+EEE£ESEEEEESEErErkerkrkrerreee 54

Bang 1.1 Tác động của gió theo thang đo gi BeaufOort -«<<<<<<2 3

Bảng 2.1 Bang gia tri chiều cao nhám bề mat zo theo dạng địa hình 12Bang 3.1 Các hệ số của bộ lọc tuyến tính ¿5-5-5 25222 E2 E222 rkrkrerree 36Bang 3.2 Các thông số s dụng trong giải thuật của Nam Hoàng [24] 40Bảng 3.3 Giá trị trung bình 10 phút vận tốc gió và mức áp suất âm đặc tính A

tương ứng được tai tạo ở cao trình 1,2m thuộc Australia <<<<<<+ 45

Bang 4.1 Các thông số s dụng trong giải thuật của Nam Hoàng 43

D = đường k nh của microphone

L = mức áp suất âmP(t) = áp suất tuyệt đối của kh quy np(t) = ap suất biến thiên quanh giá trị trung bình = áp suất âmpo = ấp suất trung bình của kh quy n

pm; = độ chéch của áp suất âm p trong khoảng thời gian ghi nhận 7;Pref = mức áp suất âm tham chiếu trong môi trường không khí

U(t) = vận tốc gi tức thờiu(t) = vận tốc gi biến thiên quanh giá trị trung bình

U = vận tốc gi trung bình trong khoảng thời gian ghi nhận 72U(z) = vận tốcgi trung bình tại di me chiều cao z

U(z,) = vận tốc gi trung bình tham chiếu tại di mc chiều cao z;U(10) = vận tốc gi trung bình trong 1 giờ tại độ cao 10m

Urms = độ chệch của vận tốc gi bién thién quanh giá tri trung bình trong 72

, = vận tốc nhám bề mặtzo = chiêu cao nhám bê mặt

MỞ ĐẦU S22 2 HH Hee 2

1.1 GiGi THIGU CHUNG 1757 ŨAaAầQằằŠ 2

1.2 Đối tượng, phạm vi nghiên CỨU - - + 5£ + E+EE£E#EE£E+EvEE£EEEEEEtErkrrererrres 5

13 MU t€u NGHIEN CUU 0 6

CHU ONG 5 -a 7

CƠ SO LÝ THUYVET wiciecccccccsesssssssesssessessssessnessnscesnecsssessneesneeeanecsueesseesneeen 72.1 Ly thuyết về áp suất âm, mức áp suất âm - - ¿+ + +Ek+E+keEerkrEekerxrerree 72.2 Vận tốc gi trong tầng biên kh quy ñn 2-55- SE Scck‡EEckeEeErkrkerrrees 1023 Các nghiên cứu về mối quan hệ gi a mức áp suất âm va vận tốc gi trong tang

BIEN 00:0 ằ.Ắ 12

2.4 Các Tiêu chuẩn thiết kẾ - 5c 2 tt trnhttHyHgryHgrrrerree 22

CHU ONG đ SẶSQS ThS HH HH HH HH TH TH HT HH go 27

GIẢI THUẬT DU DOAN MUC ÁP SUAT AM ĐẶC TÍNH

AT VAN TÓC GIÓ c nh tennis 273.1 Giải thuật dự đoán mức áp suất âm ¿- - + St cvckeEEEvEEerkrkekekrkeerree 273.2 Ki m chứng giải thuật dự đoán mức áp suất âm đặc t nh A - 36

CHU ONG 4 Ặ SG St ThS H HH HH TT HH TH HT HH Ho 47

THÍ DU SO VE GIO HU TẠI KHU VỰC THÀNH PHO

HO CHÍ MINH c2 neo 4741 Ban ghi mức áp suấtâmt bản ghi vận tốc gi tại khu vực Thành phố Hồ Ch

Miinh G22 1221131211131 3111 1111111111111 111111111 E111 11 E111 HH KH H0 E11 1kg 47

4.2 Mỗi quan hệ gi a mức áp suất âm đặc t nh A và vận tốc gi tại khu vực Thành

phó Hồ Ch Minh - - ¿+ St SE EE# ST E ETTTgEH1gE TT Tàn reg 3243 Đối chiếu kết quả với Tiêu chuẩn thiết kẾ - +2 ‡cx‡E‡E‡Erxererrerkee 54

CHU ONG 5 ầ 56

KET LUẬN VA KIÊN NGHHỊ - St ceterkerererkererred 56SL KQt duane ec eeceecseessesssecssesseceneesesnecsnecnsceucesscsuecsnscsnesuscsuecueesneseueeseeeueesneeneeaneeneeenees 565.2 Ka6n nghic eee cscccescscsscsescscsscsescssscscsvessscavssscscsssssesvsnsecscsvsesscetsvsesscevavesees 58TÀI LIEU THAM KHAO woiiicccccccccccsscscssessssessestssesssssssssansssssnsansassveesens 59

PHU 09 lÀỐ 62

MỞ ĐẦU

1.1 Giới thiệu chung

Công trình cao tầng tại các đô thị lớn là một xu thế tất yếu của quá trình pháttri n Khi công trình có chiều cao lớn hơn thì tác động của gi đối với công trìnhcũng gia tăng và phải được quan tâm trong việc tính toán thiết kế xây dựng nh m

đảm bảo công trinhe khả năng chịu lực trong giới hạn cho phép cũng như dam bảo

điều kiệns dung bình thường Khi chịu tác động của gi , công trình sẽc khả năngbị dao động, chuy n vị hay võng, nứt vượt quá giới han cho phép Nhiều nghiên cứuđã được tiễn hành nh m đưa ra nh ng giải pháp giảm thi u tác động xấu củagi đốivới công trình Và cho đến nay, nhiều quốc gia đã ban hành Tiêu chuẩn nh m đưa ranh ng qui định, chi dẫn đối với việc thiết kế công trình chịu tác động của gi Tuynhiên, một trong nh ng tác động của gi đối với công trình là hiện tượng tao âm lạichưa được quan tâm th ch đáng Ở một số công trình, khi vận tốc gi đạt đến giá trị

đủ lớn, cường độ âm thanh được tạo thành do gió đã được ghi nhận gay kh chịu,

phiền toái đối với con người và chủ công trình đã tốn nhiều chi ph đ giải quyết vandé này Đi n hình, hai công trình nhà cao tang ở Hà Lan là Het Strijkijzer và DeHoftorene vấn đề về âm thanh kh chịu do gi gây ra đã được J.C.F Ploemen dé

cập trong một nghiên cứu vào năm 2011 [5] Nghiên cứu này cũng đã chỉ rar ng

khi vận tốc gi tăng thì cường độ âm thanh cũng gia tăng Van dé này hoàn toàn cóth xảy ra đối với các công trình cao tang tại nhiều nơi trên thế giới n ¡ chung và Việt

Nam n 1 riêng.

Ẩm thanh được con ngườis dụng trong giao tiếp hang ngày,c tác động khôngnhỏ đến đời sống của con người và âm thanh với cường độ ở mức gây kh chịu vớicon người được gọi là tiếng ồn Hiện tượng tạo thành tiếng ồn do gió được gọi là

hiện tượng gi h (wind-induced noise).

Ngayt đầu thế ky mười chín, liên hệ gi a âm thanh và vận tốc gió đã được ghinhận bởi thang đo gió Beaufort (Bảng 1.1) Theo thang này,khigi đạt tới cấp độ 6

tương ứng với vận tốc gid > 10,8m/s, con người sẽ nghe thay âm thanh khó chịu gây

ra bởi gió.Bang 1.1 Tác động cua gi theo thang do gió Beaufort

Cap độ Mô tả Vận tốcgió Tác động của gió

(m/s)

0 ‘Lang gió _<04 - Không ghỉ nhận được |

| Gió rất nhẹ 0.4— 1,5 Không ghi nhận được2 Gió nhẹv aphải 16-33 Gió bắt đầu được cảm thấy

3 Gió nhẹ nhàng 34-54 Lá chuy n động theo gió

4 Gióv a phải 55—7,9 Gió thổi có bụi cát và giấy rời, gió làm

rỗi tóc

5 Gió mạnh v aphải 8,0— 10,7 Gio tạo ra lực cảm giác được trên cơ

th người, gió thối bay tuyếtNgưỡng vận tốc gió trên đất liền

6 Gió mạnh 10,.8-— 13,8 Gi gâyrakh khăn cho việcs dụng

dù, đi bộGió tạo ra âm thanh ở mức khó chịu

đối với con ngườiGió thổi tuyết bay qua dau người7 Gió mạnh 13,9-17,1 Gi6 gây bat tién cho viéc di lai

8 Gi6 manh hon 17,2 — 20,7 Gio gây can trở việc di tới trước,

Rat kh khăn trong việc gi thăng b ng

khi gió giật

9 Gio rat manh 208-244 Gió giậtcóth thổi bay con người

(Nguồn: Bang 15.2.1, trang 518, “Wind effects on structures”, Simiu & Scanlan

[10]

Cho đến nay, trong ngành kỹ thuật dién t đãc nhiều nghiên cứu nh m xây

dựng môi quan hệ gi a cường độ âm thanh và vận toc gi nh mloaitr tn hiện nhiêu

dogi gây ra khi thu âm ở ngoài trời Trong nh ng nghiên cứu này,đ c day đủ cácthông tin trong việc phân t ch tác động cua gi đối với sự tạo thành tn hiệu nhiễutrong việc ghi âm, các thí nghiệm đo cường độ gi h và vận tốc gió một cách đồngthời, liên tục trong phòng thí nghiệm cũng như trong kh quy n đã được tiến hành.Đối tượng của các nghiên cứu này là vận tốc gió với giá trị nhỏ và chủ yếu gây nhiễu

t n hiệu trong quá trình thu âm Ngoài ra, một phương pháp nghiên cứu khác đã đượcthực hiện nh m xây dựng một giải thuật dự đoán bản ghi cường độ gi h t bản ghi

vận tốc gi trong miễn thời gian Trong đ ,b ngcáchs dụng d_ liệu là các bản ghiđồng thời cường độ gi h va vận tốc gi nh m xây dựng một giải thuật sẽ chuy nđối thông tin đầu vào là bản ghi vận tốc gi theo thời gian thành bản ghi cường độgió hú thông qua mộtbộx ly tn hiệu số Tiếp đ ,b ng cách vận dụng bộx lýtnhiệu số nay đã dự đoán được khá ch nh xác bản ghi cường độ gi h trên miễn thờigian gi p loạitr nhiễu trong việc ghi âm một cách hiệu quả Kết quả nghiên cứunày đã mở ra một hướng mới gi p giảm thi u thời gian do đồng thời cường độ gi hvà vận tốc gi trong cácth nghiệm.

Đối với ngành kỹ thuật xây dung, gan đây bắt đầu c nh ng nghiên cứu đượcthực hiện nh m xây dựng mỗi quan hệ gi a cường độ gió hú, vận tốc gió trong tangbiên khí quy n ứng dung trong việc quan lý, đánh giá tiếng ồn gây ra trong quá trìnhvận hành của các cánh đồng gió và vận tốc gió trong các nghiên cứu này có giá trịlớn Theo đ , cdc th nghiệm đo đồng thời cường độ gi h và vận tốc gi trong miềnthời gian được tiến hành tại các khu vực dia lý khác nhau Các khu vực nàyc cácđặc trưng địa hình và vi kh hậu khác nhau Và cho đến nay, một số quốc gia đã banhành các Tiêu chuẩn qui định, chỉ dẫn việc xác định mối quan hệ gi a cường độ gih và vận tốc gi đ làm cơ sở định ra ngưỡng ôn giới hạn cho phép tại nhiều khuvực lân cận cánh đồng gid Điều này là minh chứng cho việc xác định mỗi quan hệgỉ a cường độ gi h và vậntốcgi là quan trọng vàc giá trị pháp lý.

Quá trình tiến hành các th nghiệm ghi nhận đồng thời hai đại lượng đã gặpnhiều kh khăn gồm việc vận hành hệ thống đo lường chuyên dụng trong thời giandài sẽ rất tốn kém, t n hiệu nhiễu bởi các âm thanh khác và việc do lường ở các độcao lớn là khong th thực hiện Trong khi đ , thông số gió ở các khu vực khác nhauthuộc nhiều quốc gia đã được các tram kh tượng ghi nhận, lưutr trong nhiều năm

cũng như đã được chỉ dẫn cụ th trong các Qui chuẩn, Tiêu chuẩn thiết kế hiện hànhtại các quốc gia này Ð giải quyết nh ngkh khăn trong việc đo lường cường độgió hú đồng thời với vận tốc gi , vận dụng phương pháp nghiên cứu đã thực hiện

trong ngành kỹ thuật điệnt đ xây dựng giải thuật dự đoán bản ghi cường độ gió hú

t vận tốc gi đo theo thời gian được xem là một giải pháp hiệu qua, phù hợp TạiViệt Nam, công trình cao tang đã và dang được xây dựng nhiều, tuy nhiên, hiện tượnggi h đối với các công trình vẫn chưa được quan tâm Và như vay, việc xác địnhmỗi quan hệ gi a cường độ gi h và vận tốc gi tại Việt Nam đã trở thành một yêucầu bức thiết Do đ , một nghiên cứu thực nghiệm về hiện tượng gi h đã được tác

giả thực hiện và trình bày trong luận văn này.

Trong luận văn này, b ng cáchs dụng d liệu đo đồng thời cường độ gió húvà vận tốc gió, giải thuật dự đoán bản ghi cường độ gi h t vận tốc gi đo trongmiễn thời gian đã được tác giả xây dựng Các bản ghi cường độ gi h đã được táitạot bản ghi vận tốc gió tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh b ng cách ứng dụnggiải thuật này T d , tác giả đã xây dựng được mối quan hệ gi a hai đại lượng tạikhu vực Thành phố H6 Chí Minh Giải thuật được xây dựng trong nghiên cứu nàycóth đượcs dụng đ xây dựng mối quan hệ gi a cường độ gió hú và vận tốc gió

tại các khu vực khác tại Việt Nam

1.2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứuSau khi tổng hợp các nghiên cứu đã thực hiện, hiện tượng gi h đối với công

trình được tạo thành do 03 nh m nguyên nhân phân biệt như sau:

(1) Do chuy n động rối của kh lưu trong tầng biên khí quy n: kh lưu chuy nđộng trong tầng biên kh quy n, ma sát với vật cản trên bề mặt trái đất gây ra sựbiến thiên vận tốc, dẫn đến sự biến thiên áp suất là nguyên nhân tạo thành âmthanh Am thanh gây ra bởi hiện tượng này c các tan số khá lớn, và cóth gâykhó chịu đối với con người khi vận tốc gi gia tang dén mét giá tri đủ lớn Hiệntượng gi h được tạo thành do nguyên nhân (1) là đối tượng được dé cập đếntrong các Tiêu chuẩn đ quản lý, đánh giá tiếng ồn gây ra trong quá trình vận hành

của các cánh đông gió tại một sô quôc gia.

(2) Do tương tác của gió với công trình ở quy mô tổng th : sự tạo thành các xoáytuân hoàn ph a sau công trình (vortex shedding), đi kèm theo là sự tạo thành âmthanh với tần số ct nh tương quan chặt ché với tần số của các xoáy tuần hoàn.Vi công trình thường có k ch thước lớn nên âm thanh 6 nh m(2)c_ tần số rấtthấp do vậy con người khôngth nghe thấy.

(3) Do tương tác của gió với các bộ phận của công trình (lan can ban công, lam

che mặt ngoài công trình, khe c a): sự tạo thành các xoáy tuần hoàn ph a sau bộphận công trình, dẫn đến biến thiên áp suất và tạo thành âm thanh Âm thanh ởnh m(3)c tần sốt trung bình đến cao, do vậy con người sẽ nghe thay được.

Tuy nhiên, hiện tượng gi h phát sinh do nguyên nhân (3) nay chỉ xảy ra ở quy

mô cục bộ,c th được giải quyết b ng cách thay đối các đặc trưng hình học của

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là:1 S dụngd liệu bản ghi đồng thời cường độ gi h và vậntốcgi đ xây dựng

một giải thuật nh m dự đoán bản ghi cường độ gi h t bản ghi vận tốc gi ;2 Tái tạo bản ghi cường độ gi h tại khu vực Thành phố H6 Ch Minh b ng giải

thuật được xây dựng Trong d , thông số gi được tham chiéu theo các Quichuẩn, Tiêu chuẩn thiết kế hiện hành ở Việt Nam và số liệu gi trong năm 2013ở khu vực Thành phố Hỗ Ch Minh do trạm kh tượng thủy văn Nam bộ cungcap;

3 Để xuất mối quan hệ gi a cường độ gi h và vận toc gi tai khu vực Thanhphố Hỗ Ch Minh.

CƠ SỞ LÝ THUYET

2.1 Ly thuyết về áp suất âm, mức áp suất âmAm thanh phát sinh t nguồn âm và được lan truyền dưới dạng s ng trong cácmôi trường chat ran, chất long và chất kh Am thanh nghe thấy tại một đi m trongmôi trường khí quy n là sự ghi nhận của con người hoặc thiết bị thu âm về nh ngbiến thiên theo thời gian của áp suất khí quy n quanh giá trị trung bình [8] Giá trịáp suất bién thiên quanh giá trị trung bình của áp suất khí quy n được gọi là áp suất

âm (Hình 2.1), định nghĩa theo bi u thức:

pw p(t) = áp suất âm

|- | eee) | l _ _ _ _ „ _ - - - |) ee | _ _ _ - - - —= =====z f

Độ lớn của áp suat âm được bi u dién thông qua một đại lượng là mức áp suâtâm (Sound pressure level) với ký hiệu b ng L,c don vi là dB, xác định theo bi uthức sau:

Thiết bị được s dung đ ghi nhận mức áp suất âm trong kh quy n là

microphone.

Ap suất âm p(t) là một đại lượng biến thiên theo thời gian, được tong hợpt rấtnhiều dao động điều hòa với tần số khác nhau Tần số âm thanh con người cảm nhậnđượcn mì trong khoảngt 20Hz đến 20kHz Theo công thức (2.1-2), một giá trị mứcáp suất âmc th được xác địnht giá trị trung bình áp suất âm trong một khoảngthời gian xác định, áp suất âm biến thiên theo thời gian do đ giá trị trung bình ápsuất âm cũng biến thiên theo thời gian Tương tự áp suất âm, mức áp suấtâmc thđược bi u diễn trên miền tần số Tiêu chuẩn ANSI S3.6—1996 “Thông số kỹ thuậtcủa th nh lực kế” của Viện Tiêu chuẩn quốc gia Hoa Ky [3] đưa ra các giới hạncủa mức áp suất âm theo tần số đối với con người bao gôm ngưỡng nghe thấy vàngưỡng tốn thương (H nh 2.2) Ngưỡng nghe thay bi u diễn mức áp suất âm nhỏnhất mà con người c th nghe thấy được Ngưỡng gây tổn thương bi u diễn chomức áp suất âm lớn nhất mà không gây ton thương tức thời đến con người.

100 1000 10000 20000 f (Hz)

H nh 2.2 Các giới hạn của mức ap suat âm theo tân sô đôi với con người

(Nguồn: Tiêu chuẩn ANSI 3.6-1996)Theo Hình 2.2,c th thay cảm nhận về độ lớn âm thanh của con người làkhác nhau tùy theo tần số Trong khi đ , các thiết bị đo lường ghi nhận mức áp suấtâm không giống với cách con người cảm nhận mức áp suất âm Ð mô phỏng tươngtự như cách con người cảm nhận về âm thanh, các thiết bị nay được t ch hợp thêm bộlọc trọng số A (A-weighting filter) với ký hiệu b ng W,(f) Tham chiếu tài liệutham khảo [4], bộ lọc trọng số A của mức áp suất âm theo tần số được định nghĩa

Áp suất âm được ghi nhận theo thời gian bởi các thiết bi thu âm va các giá trịmức áp suất âm tương ứng trên miễn thời gian được xác định theo công thức (2.1-2).Tiếp d , thực hiện phân t ch tần số âm thanht d liệu là các giá trị mức ap suất âmđược ghi nhận trên miền thời gian sẽ thu được pho muc ap suất âm theo tan số, kýhiệu b ng L(ƒ) Và thông qua bộ lọc trọng số A, phổ mức áp suất âm sẽ đượcchuy n đổi thành pho mức áp suất âm đặc t nh A với ký hiệu là L¿ ( ƒ) b ng công

thức:LCP) = LP) + W,(ƒ ) à.ì SH Hye (2.1-4)

Tiếp d sẽ tìm được phố của áp suất âm đặc t nh A theo quan hệ:

(f)

L,(f) = 10log aE PO | cessescsseccssecessvcesuscesuseesusessusessescasecessecesneessneean (2.1-5)Pref

voi S,a(f) = phố áp suất âm đặc t nh A.Diện t ch dưới phố áp suất âm cho biết giá trị phương sai của áp suất âm theođặc tnh A,t đ giá trị mức áp suất âm đặc t nh A, ký hiệu là L4 va đơn vị là dBA

xác định được theo công thức:

Về tong th , vận tốc gỉ trong tầng biên kh quy n biến thiên theo cả khônggian và thời gian Khi xét theo phương tác dụng của gi các thành phan biến thiên

theo các phương vuông góc còn lại là không dang k_ và được bỏ qua (tham chiếu tàiliệu [10]), vận tốc gi bao gồm hai thành phan (Hình 2.3) sau:

với = thành phần vận tốc gỉ trung bình, thời gian ghi nhận thành phần nàythường n m trong khoảngt 10 ph t đến 2 giờ,

u (t) = thành phan vận tốc gi bién thiên quanh giá trị trung bình.

U(t)

NN

> ƒ

H nh 2.3 Vận tốc gió trong tầng biên khí quy n

Đối với thành phan vận tốc gi trung bình, các nghiên cứu trong ngành kh tượnghọc đã chỉ rar ng sự thay đối của thành phan này theo chiều caoc th được bi udiễn xấp xỉ b ng qui luật lô-ga-r t tự nhiên như sau:

U()= cử: nf =| sseccuessiststasessssssssssususussisissisesesssssssuisususssisisssssssssssssssseseee (2.2-2)

voi U (z) = vận tốc gió trung bình ở cao trình z so với mặt đất (m/s),k = h ng số von Kármán = 0,4,

u., = van tốc nhám bề mặt (m/s),Zo = chiêu cao nhám bê mặt (m), một sô giá tri của zo tương ứng với các dangđịa hình khác nhau được trình bày trong Bảng 2.1.

Bang 2.1 Bang gia tri chiều cao nhám bề mặt zo theo dạng địa hình

Dạng địa h nh z0 (cm)Sa mạc 0.01 —0.1

Dong cỏ thấp I-4Đồng cỏ cao 4— 10

R ng thong 90 — 100

Thi tran 80 — 120Thanh pho 200 — 300(Nguồn: Bảng 2.2.1 trang 42, “Wind effects on structures”, Simiu & Scanlan) [10]

Thanh phan vận tốc gi biến thiên quanh giá trị trung bình mang đặc trưng rồicủa gi trong tầng biên kh quy n Nhiều nghiên cứu thực nghiệm về dòng rối trongtang biên kh quy n đã được tiễn hành đ xác định các đặc trưng cơ bản nay.

2.3 Các nghiên cứu về môi quan hệ gi a mức áp suâtÂmv vận tốc øi trongt ng biên kh quy n

T nh ng năm 1950, một số nghiên cứu [11, 12, 13, 14] trong ngành kỹ thuậtđiệnt đã tiến hành đo đồng thời mức áp suất âm và vận tốc gi trung bình trongdòng kh lưu chảy phiến Microphone trong các th nghiệm này được trang bị thêmmảng chắn gi (wind screens) Màng chắn gỉ bao ph a ngoai microphone được chếtạot vật liệu nhẹ, r ng,c dạng hình cầu và được đặc trưng bởi đường k nh D Kếtquả các nghiên cứu này đã cho thay gi a mức áp suất âm và vận tốc gi có tổn tạimột mối quan hệ, và việc trang bị màng chắn gi phù hợp gi p loạitr tn hiệu nhiễu

được tạo ra do quá trình tương tác gi a gi và microphone.

Năm 1988, Strasberg [16] tiến hành tong hợp kết quat cácth nghiệm trên, tđ mối quan hệ gi a mức áp suất âm và vận tốc gi trung bình được xác định theo

công thức:L = 6Il+63log,sÙ — 23 log¡a f — 23]Og,,ạ Ï) -ccstc ke rekererrkerered (2.3-1)

với U = vận tốc gió trung bình trong dòng chảy phiến (m/s),ƒ= tần số (Hz).

Theo công thức (2.3-1),đ xác định mức áp suất âm tương ứng với các thiết bịthu âm khác nhau chỉ cần cho trước vận tốc gi trung bình của dòng kh lưu Nhưvay, công thức này chỉ phù hợp đối với điều kiện th nghiệm là dòng kh lưu chảyphiến đến microphone Đối với dòng chảy rối trong tầng biên kh quy n, mối quanhệ gi a mức áp suất âm và vận tốc gi do Strasberg dé nghị là không phù hợp.

Năm 1992, Morgan và Raspet [17] đã tiến hành một nghiên cứu thực nghiệmnh m phát tri n mối quan hệ gi a mức áp suất âm và vận tốc gi trong tầng biên khquy n Haith nghiệm đo đồng thời mức áp suất âm và vận tốc gió ở hai cao trình là1,5m và 30,5m lần lượt được thực hiện tai cùng một địa đi m thuộc Hoa Ky Trongcác th nghiệm này, mức áp suất âm và vận tốc gi được đo lường một cách đồngthời, liên tục theo thời gian Qua phân tích kết quả nhận đượct hai th nghiệm, mốiquan hệ gi a mức áp suất âm và vận tốc gi ở cao trình 1,5m và 30,5m được bi udiễn như Hình 2.4 lần lượt được xác định theo công thức:

L = 2 n0 nNaiạđMA Ð (2.3-2)L Vina non n.(44‹^1.4 Ò (2.3-3)

với U = vận tốc gió trung bình 5 phút ở các cao trình tương ứng (m/s),Umrs = vận tốc gi biến thiên quanh giá trị vận tốc gi trung bình 5 ph t (m/s).

đông thời mức áp suât âm và van tôc gi theo thời gian.

Các cặp bản phi đồng thời hai đại lượng được lựa chọn đ xây dựng giải thuậtdự đoán mức áp suất âm Với các bản chi của một đại lượng tạo thành một tập hợpmẫu Trong nghiên cứu này, một bản ghi của m i đại lượng c độ dài 20 ph t gồm

1200 giá tri, với khoảng thời gian lay mẫu là 1sKhi xét 1 cặp bản ghi đồng thời của mức áp suất âm và vận tốc gi theo thờigian, giá trị mức áp suất âm đo ở thời đi mkc mối quan hệ với giá trị vận tốc giđo ở thời đi m k và các giá trị vận tốc gi đo ở thời đi m lân cận trước và sau thờiđi mk Mối quan hệ nay được bi u diễn như sau:

với Le=mitc áp suấtâm đo ở thời di mk;Uy = vận tốc gi đo ở thời đi mk-i; Trongd k=0,l, ,7; i= -h, -h+], , 0,

Bậc m của mô hình MA cần được xác định cho phù hop với bộd_ liệu đã chọn

và được định nghĩa b ng công thức sau:

Với một giá tri bậc m của mồ hình MA sẽ tìm được một bộ lọc tuyến t nh, trongd các hệ số ai, b của bộ lọc tuyến t nh được xác định b ng kỹ thuật Tổng bình phươngsai số tối thi u (Least squares error) được viết tat là LSE.

Nakasako đã ứng dụng Tiêu chuẩn thông tin Akaike (Akaike’s informationcriterion) viết tat là Tiêu chuẩn AIC đ xác định bậc của mô hình MA Theo d ,giá trị của bậc m được xác định tương ứng với số AIC có giá trị nhỏ nhất, giá trị số

AIC được tính theo công thức sau:

AIC = NIn(Ø),Ì + 20m c1 erreo (2.3-6)với N= k ch thước tập hop mẫu của một đại lượng

405040003950AIC 39003850380037503700

3650

trong nghiên cứu cua Nakasako và cộng sự, 2005.

Với giá tri bậc m cua mô hình MA b ng 12, Nakasako đã tìm được một bộ lọc

tuyến tinh với các hệ số ai, b Kết quả dự đoán mức áp suất âm thông qua bộ lọctuyến tính do Nakasako xây dựng cho giá trị xấp xỉ với giá trị mức áp suất âm thựctế đo được như Hình 2.7 B ng cách s dụng bộ lọc đã xây dựng, Nakasakoc thdự đoán được bản ghi mức áp suất âmt bản ghi vận tốc gi bất kỳ do t nh phố quátcủa bộ lọc tuyến tnh, và đạt được mục tiêu loại bỏ tiếng ồn gi h khi thu âm ngoài

Hình 2.7 Quá trình dự đoán mức áp suất âm

trong nghiên cứu của Nakasako và cộng sự, 2005.

Nghiên cứu này đã mở ra một hướng mới gi p giảm thi u thời gian trong việc

ghi nhận mức áp suất âm đồng thời với vận tốc gi trong tầng biên kh quy n theomột thời gian dài liên tục như Morgan và Rapet (1992) đã thực hiện Đồng thời,nghiên cứu này c th được vận dụng đ xác định mối quan hệ gi a mức ap suất âmvà vận tốc gỉ trong ngành kỹ thuật xây dựng.

Đối với ngành kỹ thuật xây dựng, việc xây dựng mỗi quan hệ gi a mức áp suấtâm đặc t nh A và vận tốc gi là quan trọng vàc giá trị pháp lý trong việc quản lýxây dựng các công trình cao tầng thông qua đánh giá tiếng ồn do các công trình nàygây ra cho các khu vực lân can th hiện qua việc một số tiêu chuẩn quốc gia đã đượcban hành Mối quan hệ gi a hai đại lượng này là khác nhau tùy thuộc vào vi tr địa

ly, cao trình, dạng địa hình của m 1 khu vực Cac th nghiệm tại các khu vực dia lý

khác nhau thuộc Canada va Autralia đã được thực hiện theo các chi dẫn trong Tiêuchuẩn thiết kế của các quốc gia tương ứng nh m xác định mối quan hệ gi a hai đạilượng áp suất âm đặc t nh A và vận tốc gi tại các khu vực này Một số chỉ dẫn cụth của các Tiêu chuẩn này sẽ được trình bay trong phân tiếp theo của Chương này.

Năm 2010, tai một địa di mc dạng địa hình đồng co ở Canada, Lightstone vacộng sự [18] tiễn hành các th nghiém đo lường đồng thời mức áp suất âm đặc t nh Avà vận tốc gi ở cao trình 10m trong thời gian 17 tháng Mức áp suất âm đặc t nh Ađược ghi nhận b ng microphone với khả năng ghi nhận lên đến 10.000 giá trị đo trongthời gian 1 giây, tương ứng với tần số lấy mẫu là 10.000Hz Vận tốc gi được ghinhận b ng máy đo gi với tần số lay mẫu là 1Hz Một phan kết quả đo đồng thời cácgiá trị trung bình giờ tương ứng của hai đại lượng trong 14 ngày được bi u diễn nhưH nh 2.8 Qua việc bị u diện này cho thay hai đại lượng mức áp suất âm đặc t nh Avà vận tốc gi đo đồng thời ở khu vực với dạng địa hình đồng cỏ tại cùng cao trình

0 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 II 12 13 14

_ (ngày) :

Hình 2.8 Bản ghi van toc gi và mức áp suât âm đặc t nh Atrong nghiên cứu cua Lightstone và cộng sự, 2010.

Với mục tiêu xác định mối quan hệ gi a mức ap suất âm đặc t nh A và vận tốcgi trong tầng biên kh quy n cũng như đối chiếu mối quan hệ gi a hai đại lượng nàyphù hợp với qui định trong Tiêu chuẩn thiết kế của Canada, kết quả đo lường hai đạilượng này đã được bi u diễn trên một hệ tọa độ với trục hoành là vận tốc gi (rungbình theo giờ, và trục tung là mức áp suất âm đặc t nh A trung bình theo giờ T sựbi u diễn này, Lightstone đã xác định được đường cong xấp xi mối quan hệ gi a hai

đại lượng này như Hình 2.9

t t két qua đo30

2010

0 5 10 15 20

Vận tốc gi trung bình giờ (m/s), z= 10m

Hình 2.9 Quan hệ gi a mức áp suất âm đặc t nh A và vận tốc gi

theo nghiên cứu của Lighstone và cộng sự, 2010.

Cũng trong năm 2010, tại một khu vực ở Australia với dạng địa hình là đồng cothấp với giá trị chiều cao nhám bẻ mặt b ng 0,025m, một nghiên cứu đã được Cooper

và cộng sự [19| thực hiện với cùng mục tiêu như trong nghiên cứu cua Lightstone.

Theo đ , bath nghiệm đo lường đồng thời mức áp suất âm đặc t nh A và vận tốc giở cao trình 1,2m tại ba vitr khác nhau thuộc cùng một khu vực trong thời gian 3 tuầnđã được tiến hành Thiết bị thu âm và máy đo vận tốc gi c tần số lấy mẫu tương tựcác thiết bị được Li ghtstone s dụng.

Tiếp đ , Cooper và cộng sự đã tiễn hành phân tích sự tương quan gi a hai đạilượngt bod liệu là các kết quả đo nhận được trong bath nghiệm, quađ cho thaycác giá trị được ghi nhận trong thời gian b ng 1 gidy th hiện sự tương quan thấp, va

các giá tri trung bình 30 giây tương ứng theo thời gian ghi nhận của hai đại lượng đã

th hiện sự tương quan gi a mức áp suất âm đặc t nh A và vận tốc gi tại khu vựcnày là chặt chẽ cũng như cung cấp day đủ thông tin vận tốc gi Và b ng cách bi udiễn các kết quả đo của hai đại lượng trên cùng một hệ tọa độ với trục tung là giá trivận tốc gi trung bình trong 30 giây, và trục hoành là giá trị mức áp suất âm đặc t nhA trung bình trong 30 giây, mối quan hệ gi a hai đại lượng được xác định như Hình

30 —— Ba đường

xâp xỉ môiquan hệ

205 gi a hai đại

luongt ket

10, qua trong

ba thi0 nghiệm

1 2 3 4 5 678910

Hình 2.10 Quan hệ gi a mức áp suất âm đặc t nh A và vận tốc gi

theo nghiên cứu của Cooper và cộng sự, 2010.

T việc bi u diễn theo Hình 2.10, một công thức thực nghiệm đ xác định mứcáp suất âm đặc t nh A theo vận tốc gi tại cao trình 1,2m ở các khu vực với dang địahình là đồng cỏ thấp thuộc Australia được Cooper đề xuất như sau:

với U = vận tốc gió trung bình 30 giây ở cao trình 1,2m (m/s).

Mỗi quan hệ gi a mức áp suất âm đặc tinh A và vận tốc gió xác định theo côngthức (2.3-9) được Tác giả bi u diễn đồng thời với các kết quả đo trong ba th nghiệm

của Cooper như Hình 2.11 sau đây:

= = Đường quan hệ30 phô quát gi a hai

đại lượng theo

trình ghi nhận hai đại lượng và dạng địa hình khác nhau ở hai khu vực.

Lˆ (dBA)

90

Đường quan hệ gi a2 đại a.

70 lượng được Lightstone dé

is «e®

50 ao ^ ;VA ? theo công thức (2.3-9) do Cooper

0 5 10 15 20 25

Vận tốc gi trung bình theo thời gian (m/s)

Hình 2.12 Bi u diễn đồng thời mỗi quan hệ gi a mức áp suất âm đặc t nh A và

vận tốc gi theo Lightstone (2010) và Cooper (2010).

2.4 Các Tiêu chuẩn thiết kếTiêu chuẩn “Noise guidelines for wind farms” do Bộ Môi trường Canada banhành năm 2008 (viết tắt là Tiêu chuẩn MOE) [22] và Tiêu chuẩn “Wind farms

environmental noise guidelines” do Cơ quan bảo vệ Môi trường Australia ban hành

năm 2009 (viết tắt là Tiêu chuẩn EPA) [23] đã qui định, chỉ dẫn về việc xác định mốiquan hệ gi a mức áp suất âm đặc t nh A va vận tốc gi nh m quản lý xây dựng cáccánh đồng gió thông qua đánh giá tiếng ồn do cánh đồng gió gây ra cho các khu vực

lân cận trong thời gian vận hành

Các Tiêu chuẩn này qui định ngưỡng ôn giới hạn cho phép tại các khu vực thànhphố và nông thôn lân cận cánh dong gid, được bi u diễn thông qua mối quan hệ gi amức áp suất âm đặc tính A và vận tốc gi đo đồng thời tại khu vực Trong thời giancánh đồng gió vận hành, cường độ gió hú đo tại các khu vực lân cận cánh đồng giókhông được phép vượt quá ngưỡng ôn giới hạn.

Theo Tiêu chuẩn MOE, mối quan hệ gi a mức áp suất âm đặc t nh A và vận tốc

gi được bi udiễn b ng ba đường trên hệ trục tọa độ vuông g c như Hình 2.13, với

trục tung là các giá trị trung bình giờ của vận tốc gió, trục hoành là các giá trị trung

bình giờ của mức áp suât âm đặc tính A ở cao trình 10m.

35 ~- ”~” suâtâmn ndo gi cho

_—= < các khu vuc lan can

30 oe cánh đông gi

2520

4 5 6 7 8 9 10

Vận tốc gi trung bình gid (m/s)

Hình 2.13 Ngưỡng ôn giới hạn đối với các khu vực

trong tiêu chuan MOE, Canada

Trong Hình 2.13, đường nét đứt bi u diễn mối quan hệ gi a mức áp suất âmđặc t nh A và vận tốc gi tại các khu vực lân cận cánh đồng gió, được gọi là đườngchuẩn mức áp suất âm nền do gỉ (reference wind induced background sound level).Đường nay được xây dung t các thí nghiệm đo đồng thời mức áp suất âm đặc tínhA và vận tốc gid tại các khu vực trong thời gian nha máy chưa vận hành.

Đường nét cham gach là ngưỡng ôn giới hạn cho phép tại khu vực nông thôn,khi vận tốc gió trung bình giờ < 6m/s mức áp suất âm đặc tính A giới hạn có giá trịb ng 40dBA Khi vận tốc gió trung bình gid > 6m/s, giá trị giới hạn của đại lượngnay được xác định b ng cách cộng thêm 7dBA t_ giá trị mức áp suất âm nên do gió

tương ứng tại khu vực.

Cùng với nguyên tắc trên, đường nét liền là ngưỡng ôn giới hạn tại khu vựcthành phố cũng được xác định Với vận tốc gió trung bình giờ < 8m/s giá trị mức áp

suất âm đặc tinh A giới hạn b ng 45dBA Và khi vận tốc gió trung bình giờ > 8m/s

giới hạn của đại lượng này b ng giá tri giới hạn được qui định cho khu vực nồng thôn.

Ngay trong giai đoạn thiết kế cũng như khi vận hành cánh đồng gió, chủ côngtrình phải đảm bảo r ng cường độ gió hú trong quá trình vận hành của cánh đồng giótại các khu vực lân cận không được phép vượt quá ngưỡng ôn giới hạn.

Tương tự nguyên tắc như trong Tiêu chuẩn MOE, theo Tiêu chuẩn EPA đườngbi u diễn mối quan hệ gi a mức áp suất âm đặc t nh A va vận tốc gi đượcs dunglàm đường chuẩn mức áp suất âm nền do gi T đ, giá trị mức áp suất âm đặc tínhA giới hạn đối với các khu vực lân cận cánh đồng gió được xác định b ng cách cộngthêm 5dBAt giá trị mức áp suất âm nền do gió tương ứng tại khu vực này.

Ð xây dựng đường chuẩn mức áp suất âm nên do gi , Tiêu chuẩn này nêu rõcần phải tiến hành tối thi u 2000 th nghiệm đo đồng thời hai đại lượng trong thời

gian nha máy chưa vận hành, m i th nghiệm do trong thời gian 10 ph t b ng các

thiết bị chuyên dụng tại các khu vực lân cận cánh đồng gi Quad , các kết qua docủa hai đại lượng được bi u diễn trên hệ tọa độ, với trục tung là giá tri trung bình vậntốc gió trong 10 phút, trục hoành là giá trị trung bình mức áp suất âm đặc tính A trong10 phút T việc bi u diễn này, s dụng kỹ thuật phân t ch Hồi qui sẽ xây dựng đượcđường bi u diễn xấp xi mối quan hệ gi a cường độ âm thanh và vận tốc gi Minhhọa cho việc xây dựng đường xấp xỉ mối quan hệ gi a hai đại lượngt việc bi u diễncact các giá trị đo hai đại lượng này theo thời gian được Tiêu chuẩn này đưa ra như

Hình 2.14.

đại lượng t

00 4 8 12

Vận tốc gi trung bình 10 ph t (m/s)

Hình 2.14 Minh họa xác định quan hệ gi a mức áp suất âmđặc t nh A và vận tốc gi t két qua do trong Tiéu chuan EPA, Australia.Tóm lại, như đã trình bay, đối với ngành kỹ thuật xây dựng, việc xây dựng mỗiquan hệ gi a mức áp suất âm đặc t nh A và vận tốc gi là quan trọng vàc giá tripháp lý trong việc đánh giá tiếng 6n th hiện qua việc một số tiêu chuẩn quốc gia đãđược ban hành Ð xây dựng mỗi quan hệ gi a mức áp suất âm đặc t nh A và vận tốcgió, cần tiến hành do hai đại lượng này một cách đồng thời, liên tục trong thời gianb ng các thiết bị chuyên dụng nh m thu được bộ d_ liệu gồm các cặp bản ghi đồng

thời của hai đại lượng T đ, các giá tri trung bình theo thời gian cua hai đại lượng

được bi u diễn trên một hệ tọa độ và b ng cách thực hiện kỹ thuật phân tích Hồi qui

sẽ xác định được đường quan hệ gi a hai đại lượng ởm i khu vực Tuy nhiên, việc

đo lường trong thời gian dài gặp nhiều kh khăn như yếu t6 thời tiết bat lợi, tín hiệunhiễu, chi phí lớn dành cho nhân lực, thiết bị Trong khi đ , thông số gió ở các khuvực khác nhau thuộc nhiều quốc gia đã được các trạm kh tượng ghi nhận, lưu trtrong nhiều năm cũng như đã được chỉ dẫn cụ th trong các Qui chuẩn, Tiêu chuẩnthiết kế hiện hành tại các quốc gia này.

ĐÐ giải quyết nh ngkh khăn trong việc đo lường mức áp âm đặc tính A vàvận tốc gió, như đã nêu, b ng cách vận dụng mô hình MA nh m xây dựng một giảithuật dự đoán mức áp suất âmt_ vận tốc gi đo theo thời gian mà Nakasako và cộngsự đã đề xuất, hoàn toàn cóth xây dựng một giải thuật đ tái tạo bản ghi mức áp âm

đặc tính At bản ghi vận tốc gió với độ chính xác phù hợp thông qua một bộ lọctuyến tính mang tính phố quát.

CHƯƠNG 3

GIẢI THUẬT DỰ ĐOÁN MỨC ÁP SUÁT ÂM ĐẶCTINH AT VAN TOC GIÓ

Van dụng phương pháp được trình bày trong nghiên cứu cua Nakasako va cộng

sự, trong Chương nay, Tác giả xây dựng giải thuật dự đoán mức áp suất âm đặc t nhAt bản ghi vận tốc gi đo được một cách đồng thời trong miền thời gian thông quabộ lọc tuyến tính.

Các hệ số của bộ lọc tuyến tính được xác định b ng mô hình MA bậc mt cácbod liệu là bản ghi đồng thời mức áp suất âm đặc tính A và vận tốc gió.

Kết quả dự đoán mức áp suất âm b ng bộ lọc tuyến t nh đã xây dựng sẽ được

ki m chứng với d_ liệu do cua Lightstone

Tính phô quát của bộ lọc tuyến tính đã xây dựng sẽ được ki m chứng b ng côngthức pho quát do Cooper dé xuất.

3.1 Giái thuật dự đoán mức áp suất âmGiải thuật dự đoán mức áp suất âm đặc tính At vận tốc gi đo đồng thời theothời gian được thực hiện thông qua một bộ lọc tuyến tnh (Hình 3.1) nh m chuy nđối thông tin đầu vào là bản ghi vận tốc gi thành dau ra là bản ghi mức áp suất âm

Tham chiếu nghiên cứu của Nakasako va cộng sự [21], đ xây dựng giải thuật

dự đoán, trước tiên cân phải tiên hành các th nghiệm đo đông thời mức áp suât âm

đặc t nh A và vận tốc gi trên miễn thời gian T kết quả đo này sẽ thu được một bộd liệu gồm nhiều cặp bản ghi đồng thời của hai đại lượng.

Các cặp bản phi đồng thời hai đại lượng được lựa chọn đ xây dựng giải thuậtdự đoán mức áp suất âm đặc tnh A Với các bản chi của một đại lượng tạo thành

một tập hợp mẫu.

Khi xét 1 cặp bản ghi đồng thời của mức áp suất âm đặc t nh A và vận tốc githeo thời gian, giá trị mức áp suất âm đo ở thời đi mkc mối quan hệ với giá trị vậntốc gi đo ở thời đi mk và các giá trị vận tốc gi đo ở thời đi m lân cận trước va sauthời đi mk Mối quan hệ này được bi u diễn như sau:

với LA, = mức áp suất âm đặc t nh A đo ở thời đi mk; Trong đ : Uzi = vận tốc gi

đo ở thời di m k-¡; k = 0,1.,, ,7; i= -h, -i+1, ,0,b; h>0,b=0;T = thời gian một đại lượng được ghi nhận;

ai, b = các hệ số của bộ lọc tuyến t nh;ex = chu i sai số của mô hình MA;I; = thời đi m trước thời điềm &;

lo = thời đi m sau thời đi m k.

Theo công thức (3.1-1), giá trị mức áp suất âm đặc t nh A ở thời đi mkc thđược xác định theo một tong h u han gồm các gia tri của vận tốc gi đo ở các thờiđi m lân cận trước, sau thời đi m # và tại thời đi mk Tổng số lượng các thời đi mnày được gọi là bậc của mồ hình MA và cần được xác định cho phù hợp với bộ d

liệu đã chọn, bậc được định nghĩa b ng công thức sau:MUL ni “Xaa£5Ý.ddtdttddddddầỮ (3.1-2)

Với một giá trị bậc của kỹ thuật MA sẽ tìm được một bộ lọc tuyến † nh, trongd các hệ số ai, b của bộ lọc tuyến t nh được xác định b ng kỹ thuật LSE.

Theo phương pháp nghiên cứu của Nakasako [21], Tiêu chuẩn AIC đã được s

dụng đ xác định bậc m của mô hình MA Theo d , giá trị của bậc m được xác định

tương ứng với số AIC có giá trị nhỏ nhất, giá trị số AIC được tinh theo công thức sau:

với N= k ch thước tập hop mẫu của một đại lượng

7 Xác định bậc m cua kỹ thuật MA phù hợp với b6 d_ liệu đã chon;

" Xác định các hệ số ai, b của bộ lọc tuyến t nh phổ quát b ng kỹ thuật LSE tương

ứng với bậc m của kỹ thuật MA được xác định.

3.1.1 Chon bộ liệu đo đồng thời mức áp suất âm đặc tnh Av vận tốc gi

Theo nghiên cứu của Lighstone và cộng sự (2010), mối quan hệ phố quát gi amức áp suất âm đặc t nh A và vận tốc gi tại khu vựcc dạng địa hình đồng co đãđược xác định thông qua việc bi u diễn các giá trị trung bình giờ nhận đượct thnghiệm đo đồng thời hai đại lượng trên miễn thời gian Do d , Tác giảs dụng bộd liệu đo lường đồng thời mức áp suất âm đặc t nh A và vận tốc gi theo thời gian

nhận duoc t nghiên cứu của Lightstone và cộng sự đ xây dựng giải thuật dự đoán

mức áp suất âm đặc t nh A nh m đảm bảo t nh phố quát trong việc tao bản ghi mứcáp suất âm đặc tnh At ban ghi vận tốc gi

Với m i cặp bản ghi đồng thời hai đại lượng sẽ xác định được các hệ số ai, bcủa một bộ lọc tuyến tnh Nh m đảm bảo t nh pho quát cua bộ lọc tuyến t nh, hệ sốai, b của bộ lọc tuyến t nh phổ quát sẽ được xác định b ng phép lay trung bình các hệ