Nhận dạng các tham số động học của tòa nhà bằng phương pháp FDD

1. Tổng quan 3 Trong đó, phải kể đến vai trò ca các công trình nghiên cu về nhận dạng các tham số động lực học ca công trình, chuẩn đoán chỉ số hư hại, tiên đoán các ng xử ca công trình khi có dư chấn xảy ra. Để làm được điều đó, kỹ thuật nhận dạng các tham số động lực học ca công trình được rút ra nhờ các rung động do bên ngoài tác động lên công trình (ambient vibration) dưới sự hỗ trợ ca phương pháp phân giải trong miền tần số (Frequency Domain Decomposition). Kỹ thuật này hiện nay đã và đang được áp dụng phổ biến cho các đối tượng là các tòa nhà cao tầng, cầu, trụ tháp,… vì có chi phí thấp, nhưng lại cho kết quả đạt mc chính xác cao. Để góp phần vào công tác nghiên cu, sử dụng phương pháp khả thi nhất vào việc nhận dạng các tham số động học quan trọng ca tòa nhà như tần số tự nhiên ca các mode dao động, độ cng mỗi tầng. Các thông số này là nguồn thông tin hữu ích cho các nhà kiến trúc, nhà xây dựng cần quan tâm khi tiến hành gia cố những tầng có độ cng không đảm bảo, đặc biệt đối với những công trình “có tuổi” và cần được ưu tiên bảo vệ chống lại tác hại ca động đất, hay lốc xoáy, gió bão. Những tầng yếu sẽ được phát hiện, chúng là nguy cơ gây nên hư hại và sụp đổ tòa nhà khi có các cơn địa chấn làm rung lắc công trình. Ngoài ra các thông số nhận dạng được sẽ có ý nghĩa quan trọng cho việc nghiên cu lắp đặt và ng dụng các thuật toán điều khiển các bộ hấp thụ dao động cho tòa nhà, chẳng hạn như bộ TMD, MR Damper. Từ đó sẽ góp phần làm giảm thiểu và tránh được tác hại có thể xảy ra cho các tòa nhà do động đất gây ra. Do đó, học viên đã quyết định chọn đề tài nghiên cu ca mình là “Nhận dng các tham số động học của tòa nhà bằng phương pháp FDD”. Trước khi tiến hành nghiên cu chi tiết và ng dụng kỹ thuật này, đồng thời để minh chng tính hợp lý ca việc lựa chọn phương pháp FDD để nghiên cu, ta cần nghiên cu một cách tổng quan về các kỹ thuật đã và đang được ng dụng để nhận dạng, chuẩn đoán hư hại công trình, góp phần làm giảm thiểu tác hại ca dư chấn lên nhà cao tầng. 1. Tổng quan 4 1.2. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu Nhận dạng công trình dùng mạng nơ ron nhân tạo Năm 1997, Olivera Jovanovié khoa kỹ thuật cơ khí trường đại học Montenegro đã dùng mạng nơron lan truyền ngược để nhận dạng hệ thống động lực học [1]. Mạng nơron được huấn luyện và kiểm tra bằng cách ghi nhận các tín hiệu phản hồi trên một công trình thật trong suốt quá trình xảy ra động đất. Kết quả đạt được cho thấy thế mạnh ca việc ng dụng các mạng nơron trong nhận dạng hệ thống . Biến trạng thái )(kY và tải động )(kf hoàn toàn có thể được xác định tại bước kế tiếp )1( kY . Điều đó có nghĩa là nếu các ngõ vào ca mạng được chọn là )(kY và )(kf thì ngõ ra ca mạng hội tụ về )1( kY thông qua quá trình huấn luyện mạng. Tuy nhiên, phương pháp này chưa đưa ra được các tham số động học ca công trình như độ cng, tần số tự nhiên. Nhận dạng hệ thống dựa trên mạng nơron GADALINE Một mạng nơ ron phần tử tuyến tính thích nghi tổng quát hóa( generalized Adaptive Linear Element- GADALINE) [2] là một phương pháp nhận dạng online để ước lượng các tham số hệ thống thay đổi theo thời gian. ADALINE được tổng quát hóa đến nỗi ngõ vào hiện tại bao gồm cả ngõ vào hệ thống và ngõ ra ca hệ thống hồi tiếp về, do đó cho tốc độ hội tụ ca việc học nhanh hơn, đồng nghĩa với việc bám theo các tham số hệ thống thay đổi theo thời gian. Độ phc tạp ca các tính toán không cao do đó phương pháp này phù hợp với nhận dạng hệ thống và các ng dụng điều khiển thích nghi theo thời gian. Vì vậy GADALINE là một kiểu hồi quy tuyến tính ca mạng nơ ron. Việc học thích ghi được cộng với một đại lượng động lượng (momentum term) để điều chỉnh các trọng số ca GADALINE. Nhận dạng tham số động lực học của công trình bằng phương pháp phân giải trong miền tần số(FDD) 1. Tổng quan 5 Trên thế giới, trong suốt hai thập kỷ qua các nhà khoa học đã quan tâm nhiều đến việc sử dụng các rung động xung quanh (ambient vibration) hơn so với các kỹ thuật truyền thống (dùng rung động cưỡng bc) để phân tích modal ca các công trình xây dựng (modal analysis of structures). Ngày nay phương pháp phân giải trong miền tần số (Frequency Domain Decomposition-FDD) đã được sử dụng rộng rãi trong việc phân tích modal bởi tính chính xác và đơn giản ca nó. Năm 2004, ba nhà khoa học Clotaire Michel, Philippe Guéguen và Pierre-Yves Bard đã tiến hành đo đạc đáp ng tòa nhà do các rung động xung quanh gây ra để từ đó xác định các tham số động lực học ca một tòa nhà 9 tầng được làm bằng xi măng cốt thép tại Genoble(Pháp). [3]. Nhận dạng tham số công trình bằng phương pháp ARX và RARX Năm 2010, Maosheng Gong, Jing Sun, Kashima, T. Lili Xie đã dùng phương pháp ARX (Auto-Regression with eXogenous variables) off-line và phương pháp RARX (Recursive ARX) hồi quy online để chuẩn đoán hư hại do dư chấn cho một tòa nhà xây bằng bê tông cốt thép 5 tầng (Hachinoche City Hall). Cả tham số thời gian bất biến và tham số thay đổi theo thời gian đều có thể được nhận dạng từ các ghi nhận ca đáp ng dư chấn. Các tín hiệu đo tại nền được xem như là dữ liệu ngõ vào, trong khi đó các tín hiệu đo tại mái tòa nhà được xem như dữ liệu ngõ ra cho mục đích nhận dạng hệ thống. Phương pháp nhận dạng online RARX là một giải thuật hệ thống để ước lượng các tham số ca mô hình ARX bằng cách sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu hồi quy (Recursive Least Squares), nó đã nhận dạng được mc độ hư hại chỉ bằng cách sử dụng các số liệu ghi nhận từ đáp ng dư chấn ca một trận động đất. Độ cng tương đương và tần số tự nhiên ca tòa nhà đều giảm dần trong suốt thời gian có dư chấn, nếu có sự hư hại xuất hiện thì mc độ giảm này sẽ còn cao hơn nữa. [4] Năm 2011, V. Volkovas, K. Petkevicius đã công bố công trình về mô hình hóa và nhận dạng các nhược điểm về cấu trúc ca tòa nhà [5]. Nghiên cu đã đưa ra các kết 1. Tổng quan 6 quả phân tích sc bền và động lực học ca một mô hình có cấu trúc tầng. Các kết quả nhận được đã tạo cơ hội cho các giải thuật chuẩn đoán phát triển. Trong tình hình đó, mặc dù tại Việt Nam do vị trí địa lý có thuận lợi hơn so với các nước thường xuyên bị động đất, nhưng công tác nghiên cu kháng chấn sớm đã được các nhà khoa học trong nước quan tâm và xác định đây là công tác không thể thiếu trong nghiên cu khoa học và công cuộc xây dựng đất nước, đặc biệt khi nhu cầu và cường độ xây dựng các công trình ở nước ta ngày một tăng cao như hiện nay. Nhiều công trình nghiên cu về kháng chấn để bảo vệ các công trình này đã đạt được nhiều kết quả khả quan, được ng dụng trực tiếp vào thực tiễn và đã được công bố trên các tạp chí khoa học. Trong số các công trình đó, ta có thể nêu lên công trình tiêu biểu như sau: Phương pháp phổ phản ứng nhiều dạng dao động trong tính toán nhà cao tầng chịu động đất [6] Năm 2010, TS Nguyễn Đại Minh thuộc Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng đã công bố công trình “Phương pháp phổ phản ng nhiều dạng dao động và tính toán nhà cao tầng chịu động đất theo TCXDVN 375:2006”. Việc ng dụng phương này đã nêu lên được cơ sở lý thuyết ca phương pháp phổ phản ng nhiều dạng dao động áp dụng trong tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006 hay UBC:1997. Cơ sở để đưa ra các công thc xác định tổng khối lượng hay tổng trọng lượng hữu hiệu ca kết cấu ng với các dạng dao động riêng và tổ hợp các dạng dao động khi thiết kế kháng chấn cũng đã được trình bày cụ thể. Trong tính toán động đất đối với nhà cao tầng mặc dù đã thực hiện theo phương pháp phổ phản ng nhiều dạng dao động theo quy định ca TCXDVN 375:2006, cần thiết phải kiểm tra lại theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương đặc biệt đối với phần nền-móng (do tải tác dụng lên cọc ảnh hưởng do mô-men uốn tại chân nhà lớn), các kết cấu và cấu kiện ở các tầng từ 1/2 chiều cao nhà trở xuống. 1. Tổng quan 7 Việc nhận biết các tham số động lực học ca một công trình (một tòa nhà hay một cây cầu) là hữu ích vì ta có thể điều chỉnh đặc tính đàn hồi ca nó, để có phương án chỉnh sửa về ng xử ca nó sau khi xây lắp hoặc bị hư hỏng, cuối cùng ta có thể để tiên đoán ng xử ca nó dưới tác động ca động đất. ng xử động lực học tuyến tính có thể được mô tả một cách đầy đ bởi các tham số modal như các tần số cộng hưởng, các dạng modal (dạng dao động) và các tỉ số đàn hồi. Trong khi đó, các tham số này chỉ phụ thuộc ch yếu vào khối lượng từng tầng, mà các khối lượng này vẫn không thay đổi cho dù ở bất kỳ trạng thái nào ca công trình hay tòa nhà và phụ thuộc độ cng ca các tầng. Nó cũng có khả năng thể hiện chất lượng ca nguyên liệu (như là mô đun đàn hồi ca bê tông bị nt hoặc bê tông không bị hư hỏng) và chất lượng việc thiết kế xây dựng (chẳng hạn như sự không đều đặn về cường độ chịu lực cắt hay có tầng có độ cng yếu). Trong đó, độ cng là tham số cơ bản cần phải phác họa lên đường cong chịu đựng ca tòa nhà, nó là nền tảng ca các phương pháp đánh giá sự nhạy cảm với thang đo rộng gần đây [7,8]. Một trong những khó khăn lớn nhất trong các phương pháp như vậy là sự thiếu thông tin về các tòa nhà hiện nay. Trong phạm vi đánh giá sự nhạy cảm, chúng ta phải bàn đến các câu hỏi như tuổi, thiết kế xây dựng, chất lượng nguyên liệu và trạng thái tòa nhà. Vì vậy việc ước định độ cng ca mỗi tầng ca tòa nhà là một điểm quyết định cho việc đánh giá các đặc tính động lực học ca các tòa nhà đang hiện hữu. Từ đó có thể giúp ích cho người thiết kế công trình am hiểu hơn về công việc ca mình. Các rung động từ bên ngoài cung cấp thông tin về các tham số modal ca một công trình mà chúng ta có thể sử dụng phương pháp phân tích modal. Có nhiều kỹ thuật khác nhau để xác định các mode “tự nhiên” ca công trình, nó có thể được chia thành phương pháp có tham số và không thông số. Trong phương pháp th nhất, các thông số ca mô hình được quan tâm được cập nhật để khớp với dữ liệu đã ghi nhận trong miền tần số hay thời gian [9]. Trong loại th hai, các phương pháp sử dụng công cụ xử lý tín hiệu vì chúng có nhiều thân thiện với người dùng và dễ thực thi. 1. Tổng quan 8 Ví dụ, phương pháp chọn lọc đỉnh (Peak Picking) bao gồm việc lấy các đỉnh tần số ca phổ trung bình ca mỗi cảm biến được đặt tại các điểm khác nhau. Phương pháp phân tích trong miền tần số (FDD) là một cải tiến. Nó bao gồm sự phân tích các ma trận mật độ phổ công suất thành các hệ thống một bậc tự do bằng giải thuật phân giải các giá trị kỳ dị (SVD). Phương pháp sử dụng các rung động từ bên ngoài để ước lượng các tham số động lực học ca tòa nhà dựa trên sự ước lượng các tham số modal cho chi phí thấp và hiệu quả ca phân tích modal hoạt động, phương pháp rung động từ bên ngoài thì thích nghi tốt cho việc phân tích cho một tập lớn ca các tòa nhà… Phương pháp FDD là một phương pháp trong số các phương pháp hữu hiệu trong một tập lớn ca những các phương pháp đang tồn tại hiện nay. Trong suốt nhiều năm qua việc ghi nhận rung động xung quanh đã được quan tâm nghiên cu bởi chi phí thấp ca nó. Chúng được sử dụng để xác định ng xử ca các công trình (các tần số và các dạng modal) [10, 11], để lượng hóa độ hư hại sau các trận động đất và để đánh giá lợi ích ca việc cải tiến công trình đó. Các rung động xung quanh được tạo ra bởi các nguồn tự nhiên chẳng hạn như điều kiện khí quyển địa phương (chẳng hạn như gió và biển) hoặc bởi các hoạt động ca con người (chẳng hạn như giao thông và các nhà máy). Việc ghi nhận các rung động xung quanh tại các điểm khác nhau ca một công trình kỹ thuật dân dụng (ví dụ một cây cầu, một tòa nhà hoặc một ống khói nhà máy,…) cho phép xác định các mode ca dao dộng thông qua các kỹ thuật phân tích modal hoạt động [12]. Hiệu quả ca các thuật toán phân tích modal chỉ với ngõ ra cho chi phí thấp về các cuộc thử nghiệm ca rung động từ bên ngoài và tiềm năng rộng ca các ng dụng là những nguyên nhân chính tại sao việc sử dụng chúng rộng rãi như ngày nay. Từ những phân tích và nhận định trên đây ta thấy rằng nhu cầu cấp thiết ca việc ng dụng kỹ thuật tiên tiến về nhận dạng vào ngành khoa học xây dựng là hoàn toàn 1. Tổng quan 9 có cơ sở. Ta biết rằng bản thân cơ thể con người, thậm chí một con robot, cho đến một tòa nhà đều có 3 tham số cơ bản là khối lượng tập trung [M], độ giảm chấn [C] và độ cng [K] đặc trưng riêng cho từng đối tượng cụ thể. Ba tham số này quyết định ng xử ca cơ hệ khi chịu tác động bởi ngoại lực. Riêng đối với tòa nhà khi có động đất, gió giật, gió xoáy thì sự hư hỏng và phá hy ít hay nhiều đều có liên quan đến 3 tham số này. Tuy nhiên trong ba tham số đó, tham số độ cng [K] là quyết định sự bền vững ca tòa nhà. Vì vậy nó luôn được quan tâm nhiều trong các đề tài về nhận dạng, góp phần giảm thiểu tác hại dư chấn cho nhà cao tầng. Từ những nghiên cu tổng quan, ta thấy rằng để nhận dạng các tham số động lực học ca tòa nhà có nhiều phương pháp thực hiện. Tuy nhiên một trong những phương pháp có chi phí thấp và dễ thực hiện đó là phương pháp phân giải trong miền tần số (Frequency Domain Decomposition-FDD). Chính vì vậy, học viên quyết định chọn phương pháp phân giải trong miền tần số để nhận dạng các tham số động lực học ca tòa nhà 2 tầng. 1.3. Mục tiêu và giới hn của đề tài Mục tiêu ca đề tài là nghiên cu và ng dụng phương pháp phân giải trong miền tần số (FDD) để nhận dạng các tham số động học ca mô hình tòa nhà 2 tầng. Trong đó, mục tiêu cụ thể là xây dựng mô hình toán học ca tòa nhà một tầng và hai tầng cũng như n tầng, dùng thiết bị thu thập dữ liệu NI-USB 9234 ca National Instruments kết hợp với phần mềm LabVIEW 2011 để thu thập dữ liệu một cách dễ dàng, chính xác từ các cảm biến gia tốc (accelerometer) dùng để đo đáp ng ca mô hình tòa nhà sau khi chịu tác động ca các rung động từ bên ngoài. Sau đó, dữ liệu tiếp tục được xử lý và phân tích ch yếu trên phần mềm Matlab/Simulink (vì sự linh hoạt và hỗ trợ đầy đ các công cụ xử lý tín hiệu nâng cao ca phần mềm này). Giới hạn ca đề tài là chỉ nhận dạng các dạng mode dao động (modal) theo phương dọc chiều cao tòa nhà (longitudinal) (vì hạn chế về số lượng cảm biến, hơn nữa các cảm biến được dùng là loại một trục), nhận dạng tần số dao động riêng ca mỗi mode tương ng, nhận dạng độ cng tại mỗi tầng ca tòa nhà hai tầng (với giả thiết 1. Tổng quan 10 theo mô hình lực cắt dầm) và tòa nhà hai tầng có kết cấu đối xng, cấu trúc giảm chấn yếu. 1.4. Phương pháp nghiên cứu: Người thực hiện đề tài đã sử dụng các phương pháp sau đây:  Khảo sát, phân tích tổng hợp: Tham khảo và thu thập thông tin từ sách, tạp chí, các bài báo khoa học, mạng internet  Phương pháp mô phỏng trên máy tính: Khảo sát các mô hình, mô phỏng đã có trên mạng internet, ca các đồ án có liên quan đến phạm vi nghiên cu. Từ đó, tự viết chương trình mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink, LabVIEW để so sánh đối chiếu kết quả để rút trích kinh nghiệm cho công tác nghiên cu.  Phương pháp thực nghiệm: Xuất pháp từ ý tưởng, cơ sở lý thuyết, vốn kiến thc bản thân cùng với sự hướng dẫn, định hướng ca cán bộ hướng dẫn khoa học, học viên từng bước thiết kế mô hình thực nghiệm. Để từ đó rút ra các giá trị tham số động lực học ca tòa nhà.  Phân tích đánh giá kết quả dựa trên mô phỏng và thực nghiệm 1.5. Nội dung luận văn: Phần còn lại ca nội dung luận văn bao gồm: Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương này trình bày sơ lược về phân tích modal ca công trình, lý thuyết phân giải trong miền tần số (FDD), lý thuyết phân giải giá trị kỳ dị (Singular Value Decomposition-SVD), chỉ tiêu đảm bảo modal (MAC), Chương 3: Mô hình toán học ca tòa nhà và ma trận độ cng Các bước xây dựng phương trình toán học ca tòa nhà một tầng và hai tầng, quy đổi các cấp độ động đất ra gia tốc nền, ma trận độ cng được suy ra từ các tham số modal. Phần cuối chương thể hiện kết quả mô phỏng đáp ng ca toàn nhà hai tầng dưới tác dụng lực gió giả định tác đụng vào tầng 2 và nền đất rung chuyển. Chương 4: Xây dựng mô hình thực nghiệm 1. Tổng quan 11  Mô hình hình học ca tòa nhà  Module thu thập dữ liệu NI-USB 9234  Labview và thu thập dữ liệu Chương 5: Nhận dạng các tham số modal và độ cng tòa nhà Chương này trình bày từng bước phân tích và đưa ra kết quả ca nhận dạng tần số dao động riêng, dạng mode, độ cng mỗi tầng theo từng mode ca tòa nhà. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển ca đề tài Chương này trình bày các kết quả đạt được, các mặt hạn chế và hướng phát triển ca đề tài. 1.6. Ý nghĩa thực tin của đề tài: Đề tài nghiên cu có thể được sử dụng làm tài liệu nghiên cu và giảng dạy cho sinh viên đại học và học viên sau đại học trong đào tạo các chuyên ngành điện- điện tử, tự động hóa, xây dựng, đặc biệt là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhà xây dựng, kiến trúc, ngành công nghiệp chế tạo vật liệu mới đáp ng nhu cầu về độ cng trong xây dựng. Đề tài có thể phát triển để ng dụng trong đời sống và công nghiệp, đặc biệt trong công cuộc bảo vệ, kéo dài tuổi thọ cho các công trình xây dựng ca con người dưới tác động ca các hiện tượng tự nhiên tạo ra như động đất, gió giật, sóng biển (những công trình được xây dựng trên biển), … 2. Cơ sở lý thuyết 12 Chương 2 C S LÝ THUYT 2.1. Phân tích modal của công trình. Nhận dạng các mode dao động của một công trình bằng thực nghiệm có thể được thực hiện theo một trong hai cách:  Phương pháp phân tích modal thực nghiệm - Experimental Modal Analysis (EMA). Phương pháp này đòi hỏi phải biết cả ngõ vào và ngõ ra để xây dựng nên một hàm truyền mô tả cho hệ thống công trình đó.  Phương pháp phân tích modal hoạt động - Operational Modal Analysis (OMA). Kể từ những năm đầu thế kỷ hai mươi, trong giới kỹ thuật dân dụng có sự gia tăng về số lượng các ứng dụng có sử dụng phương pháp OMA cho nhiều công trình như nhà cao tầng, các giàn khoan xa bờ [18]. Phương pháp này chỉ đòi hỏi đo các ngõ ra của hệ thống công trình. Kỹ thuật OMA không đòi hỏi ta phải tạo ra các nguồn kích thích nhân tạo cho công trình. Thay vào đó, người ta lợi dụng các rung động từ bên ngoài, chẳng hạn như tác động của gió, kích thích từ rung động của xe cộ đang lưu thông mà chúng được dùng như những ngõ vào có biên độ chưa biết. Sau đó, nó được mô hình hóa như nhiễu trắng trong các giải thuật nhận dạng modal. Đây rõ ràng là một thuận lợi lớn vì ta không tốn bất kỳ một thiết bị kích thích đắt tiền nào, mà có khi những thiết bị nhân tạo ấy có thể làm hư hại đến công trình trong thời gian tiến hành thí nghiệm. Hình 2.1 mô tả một hệ thống có đáp ứng do môi trường xung quanh tác động. Các ngõ vào hệ thống (thể hiện bởi các lực kích thích) được giả thiết có biên độ theo qui luật phân bố Gaussian. Trong các ứng dụng kỹ thuật dân dụng, kích thích Gaussian có thể được tạo ra bởi sóng, tải gió hay tải giao thông. Trong kỹ thuật cơ khí, các tải có thể được tạo ra từ các búa đột, rung động từ đường hoặc từ không khí, do các bộ phận quay tạo nên hay từ động cơ. Để xác định được tất cả các mode, kích thích nên là dải rộng [...]... tần số này, nghĩa là hai mode có gần tần số với nhau, khi chúng trực giao việc ước lượng tương ứng các dạng mode là hai vectơ kỳ dị đầu tiên Như vậy, phương pháp FDD cho phép xác định một cách đúng đắn các dạng mode từ các rung động từ bên ngoài đã được ghi nhận đồng thời tại một số điểm trên công trình (tòa nhà) Trong nhiều trường hợp thực tế, các tập dữ liệu ghi nhận được có thể cho các dạng mode của. .. Như vậy từ quan điểm vật lý, ta có thể hình dung dao động tòa nhà trong mode thứ i của nó Tần số dao động của tòa nhà là tần số modal thứ i tức  i , chuyển vị tại tầng thứ j là hàng thứ j của dạng mode thứ i tức là  ji Vì vậy gia tốc tại tầng thứ 34 3 Mô hình toán học của tòa nhà và ma trận độ cứng j bằng i2 ji Lực quán tính của tầng thứ j sẽ bằng khối lượng tập trung nhân với gia tốc, tức là m... không có sẵn đối với các tòa nhà hiện có Bởi vì các tham số modal được suy ra từ việc sử dụng chỉ một vài ghi nhận rung động trên sàn nhà do bên ngoài tác động, việc mô hình hóa khối lượng tập trung đàn hồi là đủ chính xác Nó có xét đến việc bỏ qua sự biến dạng không đáng kể bên trong của các sàn nhà và giả sử độ biến dạng của hai tầng gần nhau là tuyến tính, đồng thời với giả thiết tòa nhà là đối xứng... A TÒA NHÀ VÀ MA TR N Đ C NG 3.1 Thi t lập mô hình toán học của tòa nhà 1 tầng dưới tác dụng của chuyển động nền đất Để đơn giản vấn đề, giả sử ta xét tòa nhà một tầng như một hệ dao động của hệ một bậc tự do chịu tác dụng của chuyển động đất nền như hình 3.1 [14]   x0 x m  x 0  a g (t )  Hình 3.1 Dao động của hệ 1 bậc tự do dưới tác dụng của gia tốc nền x0 (t ) Theo nguyên lý D’Alembert, phương. .. học của tòa nhà và ma trận độ cứng 3.2 Xây dựng mô hình toán học cho tòa nhà n tầng Một tòa nhà có n tầng ta có thể mô hình hình hóa như một hệ n bậc tự do Tòa nhà sẽ rung động khi nó chịu tác dụng bởi các ngoại lực bên ngoài như gió, kích thích do giao thông xe cộ, do con người gây nên, thậm chí động đất, v.v Để đơn giản vấn đề, ta giả thiết xây dựng mô hình toán cho tòa nhà n tầng dưới tác dụng của. .. ma trận độ cứng từ các tham số modal: Để đánh giá ma trận độ cứng từ các tham số modal, một giả thiết về ứng xử của hệ thống phải được thực hiện Hai mô hình thường được sử dụng để mô tả ứng xử của tòa nhà là mô hình dầm công xôn biểu diễn lực cắt tường (shear-wall) các tòa nhà xi măng cốt thép và mô hình lực cắt dầm (shear beam) cho các tòa nhà khung xi măng cốt thép Trong luận văn, học viên sử dụng... tầng dưới tác dụng của động đất làm tòa nhà rung động, nghĩa là hệ n bậc tự do được mô hình hóa từ tòa nhà cũng dao động Ta xét dao động n bậc tự do có dạng như hình 3.2 [14] Trong đề tài này, ta nghiên cứu sử dụng việc mô hình hóa khối lượng tập trung đàn hồi đơn giản bởi vì chi phí của nó thấp cho một số lượng các tòa nhà Hơn nữa, nó không đòi hỏi các thông tin chi tiết về tòa nhà (ví dụ như bản quy... hình tòa nhà có số tầng n  2 tầng Vì vậy, để nhận dạng các dạng mode biến dạng theo chiều dọc (longitudial) và độ cứng tầng 1, tầng 2 ta chỉ cần dùng số lượng cảm biến gia tốc (accelerometer) bằng số tầng của tòa nhà để đo đáp ứng tại tầng 1 và tầng 2 (mỗi tầng sử dụng một cảm biến) Ma trận độ phổ được tính toán cho hai cảm biến gia tốc có kích thước 2 2 và được tính tại mỗi tần số Mỗi phần tử của. .. i  1, 2, , n T i  [i1 i 2 i3 in ] là vectơ dạng dao động của dạng thứ i mT  [m1 là vectơ khối lượng tập trung tại các tầng i m2 m3 mn ] là hệ số cản dao động tương ứng với dạng dao động thứ i  i là tần số riêng thứ i của hệ 29 3 Mô hình toán học của tòa nhà và ma trận độ cứng {i }T [ K ]{i } {i }T [ M ]{i } còn được gọi là các trị riêng (eigenvalues)  i2 { i }T [C ]{ i } {... suất tại tần số thứ  i là mật độ phổ chéo tại tần số thứ  i là Hermitian, ta có :  CSDmn (i )  CSDnm (i ), m  n Ký hiệu „  ’ là liên hợp phức 2.5 Lưu đồ thực hi n của phương pháp (FDD) Trong thực tế (hình 2.2) để minh họa một trường hợp tổng hợp dữ liệu, việc ghi nhận các đáp ứng của tòa nhà do rung động bên ngoài tác động cho phép ước lượng các ma trận mật độ phổ công suất của các ngõ ra [Y . thể xảy ra cho các tòa nhà do động đất gây ra. Do đó, học viên đã quyết định chọn đề tài nghiên cu ca mình là Nhận dng các tham số động học của tòa nhà bằng phương pháp FDD . Trước khi. nghiên cu, sử dụng phương pháp khả thi nhất vào việc nhận dạng các tham số động học quan trọng ca tòa nhà như tần số tự nhiên ca các mode dao động, độ cng mỗi tầng. Các thông số này là nguồn. tính có thể được mô tả một cách đầy đ bởi các tham số modal như các tần số cộng hưởng, các dạng modal (dạng dao động) và các tỉ số đàn hồi. Trong khi đó, các tham số này chỉ phụ thuộc ch yếu