tìm đáp ứng của nhà cao tầng do tải trọng môi trường( gió, động đất, nổ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP SINH VIÊN TÌM ĐÁP ỨNG CỦA NHÀ CAO TẦNG DO TẢI TRỌNG MÔI TRƯỜNG( GiÓ, ĐỘNG ĐẤT, NỔ) S K C 0 9 MÃ SỐ: SV2010 - 56 S KC 0 2 Tp Hồ Chí Minh, 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP SINH VIÊN TÌM ĐÁP ỨNG CỦA NHÀ CAO TẦNG DO TẢI TRỌNG MÔI TRƯỜNG ( GIÓ, ĐỘNG ĐẤT, NỔ) MÃ SỐ: SV2010-56 NGƯỜI THỰC HIỆN: ĐƠN VỊ: LÀNH VĂN THỦY HUỲNH KIM MẠNH KHOA XD&CHƯD TP HỒ CHÍ MINH – 2010 MỤC LỤC TÓM TẮT ĐỀ TÀI Số liệu ban đầu: Nội dung phần học lý thuyết tính toán: Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ I ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU II TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC Phần 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI II PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU III NỘI DUNG CHƢƠNG TÌM ĐÁP ỨNG CỦA NHÀ CAO TẦNG DO TẢI TRỌNG MÔI TRƢỜNG (GIÓ, ĐỘNG ĐẤT, NỔ) 1.1.MÔ HÌNH HÓA NHÀ CAO TẦNG 1.1.1 Nhà tầng 1.1.2 Nhà tầng 1.1.3 Nhà n tầng 1.2 PHƢƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG 1.2.1.Phƣơng trình dao động nhà tầng 1.2.2.Phƣơng trình dao động nhà tầng 1.2.3.Phƣơng trình dao động nhà tầng 1.2.4.Phƣơng trình dao động nhà tầng 1.2.5 Phƣơng trình dao động nhà n tầng 1.3.TÌM TẦN SỐ RIÊNG VÀ MODE DAO ĐỘNG 10 1.3.1.Phƣơng trình dao động nhà tầng: 10 1.3.2.Phƣơng trình dao động điều hòa nhà tầng 10 1.4.1.Phƣơng trình dao động hệ chịu tác dụng gió (lực phƣơng ngang Pi(t) ) 14 1.4.2.Phƣơng trình dao động hệ chịu tác dụng động đất, nổ z(t) 17 1.4.3.Phƣơng trình dao động hệ chịu tác dụng động đất, nổ z(t) gió Pi(t) 20 1.4.4.Đáp ứng hệ dƣới tác dụng lực điều hòa (khi N=1) 22 1.4.4.1 Hệ chịu tác dụng gió Pi(t) 22 1.4.4.2 Hệ chịu tác dụng động đất, nổ z(t) 25 1.4.4.3.Đáp ứng theo miền thời gian 27 1.4.5.Đáp ứng hệ dƣới tác dụng lực điều hòa (khi N=5) 27 1.4.5.1 Hệ chịu tác dụng gió Pi(t) 27 1.4.5.2 Hệ chịu tác dụng động đất, nổ 31 1.4.5.3.Đáp ứng theo miền thời gian 36 CHƢƠNG 37 ĐIỀU KHIỂN NHÀ CAO TẦNG SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP BỊ ĐỘNG 37 2.1 Giới thiệu 37 2.2 Một số giải pháp chống dao động 37 2.3 Điều khiển nhà cao tầng sử dụng phƣơng pháp bị động 39 2.4 Phƣơng trình dao động hệ điều khiển phƣơng pháp bị động khối lƣợng phụ) chịu tác dụng gió 40 2.5 Hệ điều khiển phƣơng pháp bị động (dùng khối lƣợng phụ) chịu tác dụng gió 43 2.6 Hệ điều khiển phƣơng pháp bị động (dùng khối lƣợng phụ) chịu tác dụng động đất, nổ 51 Phần 3: KẾT LUẬN, ĐỀ NGHỊ 59 I KẾT LUẬN 59 II ĐỀ NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC 61 Nhà tầng không điều khiển dƣới tác dụng tải trọng gió 61 PHỤ LỤC 64 Nhà tầng không điều khiển dƣới tác dụng tải trọng động đất, nổ 64 PHỤ LỤC 66 Nhà tầng không điều khiển dƣới tác dụng tải trọng gió 66 PHỤ LỤC 67 Nhà tầng không điều khiển dƣới tác dụng tải trọng động đất, nổ 67 PHỤ LỤC 68 Nhà tầng điều khiển phƣơng pháp bị động dƣới tác dụng tải trọng gió 68 PHỤ LỤC 73 Nhà tầng điều khiển phƣơng pháp bị động dƣới tác dụng tải trọng động đất, nổ 73 PHỤ LỤC 74 Nhà tầng điều khiển phƣơng pháp bị động dƣới tác dụng tải trọng gió 74 PHỤ LỤC 75 Nhà tầng điều khiển phƣơng pháp bị động dƣới tác dụng tải trọng động đất, nổ 75 TÓM TẮT ĐỀ TÀI Số liệu ban đầu: - Khối lƣợng, độ cứng, giảm chấn tầng - Khối lƣợng, độ cứng, giảm chấn phƣơng pháp điều khiển bị động - Ngoại lực gió, động đất, nổ Nội dung phần học lý thuyết tính toán: - Mô hình hóa nhà cao tầng - Phƣơng trình dao động - Tần số riêng, mode dao động - Đáp ứng nhà tầng tác dụng tải trọng môi trƣờng (gió, động đất, nổ) - Đáp ứng nhà tầng tác dụng tải trọng môi trƣờng (gió, động đất, nổ) - Điều khiển nhà tầng tải trọng môi trƣờng (gió, động đất, nổ) phƣơng pháp bị động - Điều khiển nhà tầng tải trọng môi trƣờng (gió, động đất, nổ) phƣơng pháp bị động Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ Bên cạnh phát triển kinh tế nhu cầu nhà ngày tăng lên.Tuy nhiên, diện tích đất xây dựng lại có hạn nhu cầu xây chung cƣ, nhàcao tầng để đáp ứng nhu cầu ăn nhân dân ngày tăng Nhƣng xây dựngnhà cao tầng công trình đối mặt với nhiều vấn đề, ảnh hƣởng môi trƣờng đến công trình quan trọng Đối với công trình thấp ngoại lực (gió, động đất, nổ) tác dụng lên công trình không đáng kể Tục ngữ có câu:“Cây to gọi gió” Công trình cao tầng giống nhƣ vô cao lớn, ảnh hƣởng áp lực gió với lớn, công trình cao 50 tầng trở lên, khả chống gió trở thành vấn đề nan giải chủ yếu trình thiết kế Khi gió thổi mạnh vào nhà làm cho nhà bị dao động với biên độ lớn dẫn đến đổ vỡ tòa nhà Đặc biệt nhà chọc trời điều nghiêm trọng Hay động đất, nổ dƣ chấn làm cho tòa nhà bị rung lắc làm hỏng kết cấu tòa nhà, dẫn đến sập tòa nhà Động đất gây tác hại lớn công trình, lần có động đất công trình bị hƣ hỏng, đổ sập thiệt hại lớn kinh tế chí nhân mạng Năm 1971 động đất San Francisco, California, năm 1944 động đất Northridge,California, năm 1995 động đất Kobe, năm 2001 động đất Bhuj…Những ảnh hƣởng gió, động đất, nổ đến nhà cao tầng tránh khỏi Tuy nhiên, để giảm thiệt hại ngƣời ta sử dụng thiết bị, phƣơng pháp để làm giảm dao động nhà cao tầng chịu tác dụng gió, động đất, nổ Trong có phƣơng pháp điều khiển bị động khối lƣợng phụ, phƣơng pháp Frahm đƣa lần vào năm 1909 Nó phƣơng pháp hấp thụ lƣợng cách sử dụng thêm khối lƣợng phụ, lò xo, giảm chấn gắn lên tầng công trình Đây phƣơng pháp mà nhóm nghiên cứu nghiên cứu đề tài để làm rõ cách làm việc I ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU Đáp ứng nhà cao tầng tải trọng môi trƣờng (gió, động đất, nổ) II TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC Ngoài nƣớc vấn đề đƣợc nghiên cứu nhiều áp dụng vào thực tế hiệu quả, nhƣ năm 1971 động đất San Francisco, California, năm 1944 động đất Northridge,California, năm 1995 động đất Kobe, năm 2001 động đất Bhuj…họ áp dụng phƣơng pháp điều khiển để làm giảm thiệt hại cho công trình Trong nƣớc gần nghiên cứu ảnh hƣởng gió tới nhà cao tầng III NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI Tác động động đất, nổ đến nhà cao tầng Phần 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI Nghiên cứu ảnh hƣởng động đất, gió, nổ đến việc thiết kế, lựa chọn kích thƣớc kết cấu, thiết lập hệ điều khiển để làm tăng khả chịu lực hệ II PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tham khảo tài liệu, phân tích tính toán III NỘI DUNG CHƢƠNG TÌM ĐÁP ỨNG CỦA NHÀ CAO TẦNG DO TẢI TRỌNG MÔI TRƢỜNG (GIÓ, ĐỘNG ĐẤT, NỔ) 1.1.MÔ HÌNH HÓA NHÀ CAO TẦNG 1.1.1 Nhà tầng Hình 1: Mô hình hóa nhà tầng 1.1.2 Nhà tầng Hình 2: Mô hình hóa nhà tầng 1.1.3 Nhà n tầng Hình 3: Mô hình hóa nhà n tầng 1.2 PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG 1.2.1.Phƣơng trình dao động nhà tầng mx  cx  kx  F (t ) (1.2.1) 1.2.2.Phƣơng trình dao động nhà tầng m1 x1  2cx1  cx2  2kx1  kx2   m2 x2  2cx2  cx1  kx2  kx1   m   x1   2c c   x1   2k         m2   x2   c c   x2   k k   x1   0 k   x2  (1.2.2) 1.2.3.Phƣơng trình dao động nhà tầng  m x  cx  cx  c x  2kx1  kx2   1 m2 x2  2cx2  cx1  cx3  2kx2  kx1  kx3  m x  cx  cx  kx  kx  3  3  m1   m2  0   x1   2c c   x1   2k       x2    c 2c c   x2    k m3   x3   c c   x3   (1.2.3) k 2k k   x1    k   x2   (1.2.4) 2k   x3  1.2.4.Phƣơng trình dao động nhà tầng  m1 0  0  0 m2 0  2k  k  0  0 k 2k k 0   x1   2c c 0   x1        x2   c 2c c   x2        x3   c 2c c   x3       m4   x4   0 c c   x4  0   x1    k   x2  0 2k k   x3    k k   x4  0 m3 (1.2.5) clear K_bar1 K_bar2 K_bar3 K_bar4;%freeing up systnhóm nghiên cứu mnhóm nghiên cứu ory %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% function FreqResAmplitude=withoutcontrol_FreqRes(M_bar,C_bar,K_bar,omega_ratio,damping_rati o,P_bar,forceexcitedORbaseexcited) %Tính đáp ứng nhà cao tầng không điều khiển n=max(size(omega_ratio)); if forceexcitedORbaseexcited==0 %force excited for j=1:n FreqResAmplitude(j,:)=abs(inv(omega_ratio(j)^2*M_bar+2i*damping_ratio*omega_ratio(j)*C_bar+K_bar)*P_bar); end end if forceexcitedORbaseexcited==1 %base excited for j=1:n FreqResAmplitude(j,:)=abs(-inv(omega_ratio(j)^2*M_bar+2i*damping_ratio*omega_ratio(j)*C_bar+K_bar)*diag(M_bar)); end end %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %time response one story clc; clear all; close all; N_FloorNumber=1; %time tspan=[0 20]; 63 %init omega_f=2*pi*2.0; omega_0=2*pi*2.0; %damping ratio of main structure damping_ratio=0.01; Z0=zeros(2*(N_FloorNumber+0),1); % Force excited (wind) P_bar =[linspace(0.1,1,N_FloorNumber)]'; M_bar =M_Normalize1(N_FloorNumber,0,1); C_bar =C_Normalize1(N_FloorNumber,0,1); K_bar =K_Normalize1(N_FloorNumber,0,1); [T_without Z_without]=ode45(@(t,y) f_ode(t,y,M_bar,C_bar,K_bar,P_bar,omega_0,damping_ratio,omega_f),tspan,Z0); plot(T_without, Z_without(:,N_FloorNumber),'color','red'); title('Dynamic response of force excited') xlabel('Time'); ylabel('X1/X0,st') %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% PHỤ LỤC Nhà tầng không điều khiển dƣới tác dụng tải trọng động đất, nổ %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% clc; clear all; close all; N_FloorNumber=1; % số tầng tòa nhà % -WITHOUT CONTROL -%%% % M,C,K Normalize 64 n_TMDNumber=0; [M_bar_withoutcontrol,C_bar_withoutcontrol,K_bar_withoutcontrol] = MCK_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,0,0,0); P_bar=[linspace(1,5,N_FloorNumber) zeros(1,n_TMDNumber)]'; omega_ratio=0.8:0.01:1.2; damping_ratio=0.01; Phi_without=withoutcontrol_FreqRes(M_bar_withoutcontrol,C_bar_withoutcontrol,K_bar_w ithoutcontrol,omega_ratio,damping_ratio,P_bar,1); plot(omega_ratio,Phi_without(:,1),'color','blue','LineWidth',2); hold on; grid on xlabel('Omega ratio') ylabel('Phi without') %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% function FreqResAmplitude=withoutcontrol_FreqRes(M_bar,C_bar,K_bar,omega_ratio,damping_rati o,P_bar,forceexcitedORbaseexcited) %Tính đáp ứng nhà cao tầng không điều khiển n=max(size(omega_ratio)); if forceexcitedORbaseexcited==0 %force excited for j=1:n FreqResAmplitude(j,:)=abs(inv(omega_ratio(j)^2*M_bar+2i*damping_ratio*omega_ratio(j)*C_bar+K_bar)*P_bar); end end if forceexcitedORbaseexcited==1 %base excited for j=1:n FreqResAmplitude(j,:)=abs(-inv(omega_ratio(j)^2*M_bar+2i*damping_ratio*omega_ratio(j)*C_bar+K_bar)*diag(M_bar)); 65 end end %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% PHỤ LỤC Nhà tầng không điều khiển dƣới tác dụng tải trọng gió %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% clc; clear all; close all; N_FloorNumber=5; % số tầng tòa nhà % -WITHOUT CONTROL -%%% % M,C,K Normalize n_TMDNumber=0; [M_bar_withoutcontrol,C_bar_withoutcontrol,K_bar_withoutcontrol] = MCK_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,0,0,0); P_bar=[linspace(1,5,N_FloorNumber) zeros(1,n_TMDNumber)]'; omega_ratio=0.8:0.01:1.2; damping_ratio=0.01; Phi_without=withoutcontrol_FreqRes(M_bar_withoutcontrol,C_bar_withoutcontrol,K_bar_w ithoutcontrol,omega_ratio,damping_ratio,P_bar,0); plot(omega_ratio,Phi_without(:,1),'color','blue','LineWidth',2); hold on; grid on xlabel('Omega ratio') ylabel('Phi without') %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 66 PHỤ LỤC Nhà tầng không điều khiển dƣới tác dụng tải trọng động đất, nổ %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% clc; clear all; close all; N_FloorNumber=5; % số tầng tòa nhà % -WITHOUT CONTROL -%%% % M,C,K Normalize n_TMDNumber=0; [M_bar_withoutcontrol,C_bar_withoutcontrol,K_bar_withoutcontrol] = MCK_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,0,0,0); P_bar=[linspace(1,5,N_FloorNumber) zeros(1,n_TMDNumber)]'; omega_ratio=0.8:0.01:1.2; damping_ratio=0.01; Phi_without=withoutcontrol_FreqRes(M_bar_withoutcontrol,C_bar_withoutcontrol,K_bar_w ithoutcontrol,omega_ratio,damping_ratio,P_bar,1); plot(omega_ratio,Phi_without(:,1),'color','blue','LineWidth',2); hold on; grid on xlabel('Omega ratio') ylabel('Phi without') %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %time response five story clc; clear all; close all; 67 N_FloorNumber=5; %time tspan=[0 50]; %init omega_f=2*pi*2.0; omega_0=2*pi*2.0; %damping ratio of main structure damping_ratio=0.01; %init Z0=zeros(2*(N_FloorNumber+0),1); % Force excited (wind) P_bar =[linspace(0.1,1,N_FloorNumber)]'; M_bar =M_Normalize(N_FloorNumber,0,1); C_bar =C_Normalize(N_FloorNumber,0,1); K_bar =K_Normalize(N_FloorNumber,0,1) [T_without Z_without]=ode45(@(t,y) f_ode(t,y,M_bar,C_bar,K_bar,P_bar,omega_0,damping_ratio,omega_f),tspan,Z0); plot(T_without, Z_without(:,N_FloorNumber),'color','red'); title('Dynamic response of force excited') xlabel('Time'); ylabel('X1/X0,st') %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% PHỤ LỤC Nhà tầng điều khiển phƣơng pháp bị động dƣới tác dụng tải trọng gió %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% clc; clear all; 68 close all; N_FloorNumber=1; % số tầng tòa nhà omega_ratio=0.8:0.01:1.2; damping_ratio=0.01; % -PASSIVE CONTROL -%%% for n_TMDNumber=1:1:1; phi_mass=0.01/n_TMDNumber;%=m0/M0=1% % Force excited (wind) P_bar=[linspace(1,5,N_FloorNumber) zeros(1,n_TMDNumber)]'; %Optimum frequency and damping for the excited force case damping_ratio_TMD=0.01:0.01:0.04; % [omega_ratio_at_minAMP,damping_ratio_TMD_at_minAMP]=Freq_Damping_Optimum_T MD(N_FloorNumber,n_TMDNumber,P_bar,phi_mass,damping_ratio_TMD,omega_ratio,da mping_ratio,0); omega_ratio_at_minAMP=0.99; damping_ratio_TMD_at_minAMP=0.02; phi_damping=phi_mass*damping_ratio_TMD_at_minAMP/damping_ratio*omega_ratio_at_ minAMP; phi_stiffness=phi_mass*omega_ratio_at_minAMP^2; [M_bar_Passivecontrol,C_bar_Passivecontrol,K_bar_Passivecontrol] = MCK_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,phi_mass,phi_damping,phi_stiffness); Phi_passive=passivecontrol_FreqRes(M_bar_Passivecontrol,C_bar_Passivecontrol,K_bar_ Passivecontrol,omega_ratio,damping_ratio,P_bar,0); plot(omega_ratio,Phi_passive(:,1),'color','red','LineWidth',2); % result=[result Phi_passive(:,1)]; end grid on xlabel('Omega ratio') 69 ylabel('Phi') legend('Phi without','Phi passive',1) %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% function [omega_ratio_at_minAMP,damping_ratio_TMD_at_minAMP]=Freq_Damping_Optimum_T MD(N_FloorNumber,n_TMDNumber,P_bar,phi_mass,damping_ratio_TMD,omega_ratio,da mping_ratio,forceexcitedORbaseexcited) M_bar = M_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,phi_mass); for jj=1:max(size(damping_ratio_TMD)) for j=1:max(size(omega_ratio)) phi_damping=phi_mass*damping_ratio_TMD(jj)/damping_ratio*omega_ratio(j); phi_stiffness=phi_mass*omega_ratio(j)^2; %M,C,K Normalize C_bar = C_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,phi_damping); K_bar = K_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,phi_stiffness); Phi_passive=passivecontrol_FreqRes(M_bar,C_bar,K_bar,omega_ratio,damping_ratio,P_b ar,forceexcitedORbaseexcited); Max_Amplitude(j,jj)=max(Phi_passive(:,1)); end end % plot(omega_ratio,Max_Amplitude); [a,index_min]=min(Max_Amplitude); omega_ratio_at_minAMP=min(omega_ratio(index_min)); [a,i_dam]=min(min(Max_Amplitude)); damping_ratio_TMD_at_minAMP=damping_ratio_TMD(i_dam); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% function C_bar = C_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,phi_damping) 70 %define C_bar C_bar1=2*eye(N_FloorNumber)+diag(-ones(N_FloorNumber-1,1),1)+diag(ones(N_FloorNumber-1,1),-1) [i,j]=size(C_bar1) C_bar1(i,j)=C_bar1(i,j)-1 C_bar1(N_FloorNumber,N_FloorNumber)=C_bar1(N_FloorNumber,N_FloorNumber)+n_T MDNumber*phi_damping C_bar2=zeros(N_FloorNumber,n_TMDNumber) C_bar2(N_FloorNumber,1:n_TMDNumber)=-phi_damping C_bar3=zeros(n_TMDNumber,N_FloorNumber) C_bar3(1:n_TMDNumber,N_FloorNumber)=-phi_damping C_bar4=phi_damping*eye(n_TMDNumber) C_bar=[C_bar1 C_bar2;C_bar3 C_bar4] clear C_bar1 C_bar2 C_bar3 C_bar4;%freeing up systnhóm nghiên cứu mnhóm nghiên cứu ory %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% function K_bar = K_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,phi_stiffness) %define K_bar K_bar1=2*eye(N_FloorNumber)+diag(-ones(N_FloorNumber-1,1),1)+diag(ones(N_FloorNumber-1,1),-1); [i,j]=size(K_bar1); K_bar1(i,j)=K_bar1(i,j)-1; K_bar1(N_FloorNumber,N_FloorNumber)=K_bar1(N_FloorNumber,N_FloorNumber)+n_T MDNumber*phi_stiffness; K_bar2=zeros(N_FloorNumber,n_TMDNumber); K_bar2(N_FloorNumber,1:n_TMDNumber)=-phi_stiffness; K_bar3=zeros(n_TMDNumber,N_FloorNumber); K_bar3(1:n_TMDNumber,N_FloorNumber)=-phi_stiffness; 71 K_bar4=phi_stiffness*eye(n_TMDNumber); K_bar=[K_bar1 K_bar2;K_bar3 K_bar4]; clear K_bar1 K_bar2 K_bar3 K_bar4;%freeing up systnhóm nghiên cứu mnhóm nghiên cứu ory %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% function M_bar = M_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,phi_mass) %define M_bar M_bar=[eye(N_FloorNumber) zeros(N_FloorNumber,n_TMDNumber); zeros(n_TMDNumber,N_FloorNumber) phi_mass*eye(n_TMDNumber)]; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% function FreqResAmplitude=passivecontrol_FreqRes(M_bar,C_bar,K_bar,omega_ratio,damping_rati o,P_bar,forceexcitedORbaseexcited) %Tinh dap ung nha cao tang dieu khien bang phuong phap passive n=max(size(omega_ratio)); if forceexcitedORbaseexcited==0%force excited for j=1:n FreqResAmplitude(j,:)=abs(inv(omega_ratio(j)^2*M_bar+2i*damping_ratio*omega_ratio(j)*C_bar+K_bar)*P_bar); end end if forceexcitedORbaseexcited==1%base excited for j=1:n FreqResAmplitude(j,:)=abs(-inv(omega_ratio(j)^2*M_bar+2i*damping_ratio*omega_ratio(j)*C_bar+K_bar)*diag(M_bar)); end end %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 72 PHỤ LỤC Nhà tầng điều khiển phƣơng pháp bị động dƣới tác dụng tải trọng động đất, nổ %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% clc; clear all; close all; N_FloorNumber=1; % số tầng tòa nhà omega_ratio=0.8:0.01:1.2; damping_ratio=0.01; % -PASSIVE CONTROL -%%% for n_TMDNumber=1:1:1; phi_mass=0.01/n_TMDNumber;%=m0/M0=1% P_bar=[linspace(1,5,N_FloorNumber) zeros(1,n_TMDNumber)]'; %Optimum frequency and damping for the excited force case damping_ratio_TMD=0.01:0.01:0.04; % [omega_ratio_at_minAMP,damping_ratio_TMD_at_minAMP]=Freq_Damping_Optimum_T MD(N_FloorNumber,n_TMDNumber,P_bar,phi_mass,damping_ratio_TMD,omega_ratio,da mping_ratio,0); omega_ratio_at_minAMP=0.99; damping_ratio_TMD_at_minAMP=0.02; phi_damping=phi_mass*damping_ratio_TMD_at_minAMP/damping_ratio*omega_ratio_at_ minAMP; phi_stiffness=phi_mass*omega_ratio_at_minAMP^2; [M_bar_Passivecontrol,C_bar_Passivecontrol,K_bar_Passivecontrol] = MCK_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,phi_mass,phi_damping,phi_stiffness); 73 Phi_passive=passivecontrol_FreqRes(M_bar_Passivecontrol,C_bar_Passivecontrol,K_bar_ Passivecontrol,omega_ratio,damping_ratio,P_bar,1); plot(omega_ratio,Phi_passive(:,1),'color','red','LineWidth',2); % result=[result Phi_passive(:,1)]; end grid on xlabel('Omega ratio') ylabel('Phi') legend('Phi without','Phi passive',1) %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% PHỤ LỤC Nhà tầng điều khiển phƣơng pháp bị động dƣới tác dụng tải trọng gió %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% clc; clear all; close all; N_FloorNumber=5; % số tầng tòa nhà omega_ratio=0.8:0.01:1.2; damping_ratio=0.01; % -PASSIVE CONTROL -%%% for n_TMDNumber=1:1:1; phi_mass=0.01/n_TMDNumber;%=m0/M0=1% % Force excited (wind) P_bar=[linspace(1,5,N_FloorNumber) zeros(1,n_TMDNumber)]'; %Optimum frequency and damping for the excited force case damping_ratio_TMD=0.01:0.01:0.04; % [omega_ratio_at_minAMP,damping_ratio_TMD_at_minAMP]=Freq_Damping_Optimum_T 74 MD(N_FloorNumber,n_TMDNumber,P_bar,phi_mass,damping_ratio_TMD,omega_ratio,da mping_ratio,0); omega_ratio_at_minAMP=0.99; damping_ratio_TMD_at_minAMP=0.02; phi_damping=phi_mass*damping_ratio_TMD_at_minAMP/damping_ratio*omega_ratio_at_ minAMP; phi_stiffness=phi_mass*omega_ratio_at_minAMP^2; [M_bar_Passivecontrol,C_bar_Passivecontrol,K_bar_Passivecontrol] = MCK_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,phi_mass,phi_damping,phi_stiffness); Phi_passive=passivecontrol_FreqRes(M_bar_Passivecontrol,C_bar_Passivecontrol,K_bar_ Passivecontrol,omega_ratio,damping_ratio,P_bar,0); plot(omega_ratio,Phi_passive(:,1),'color','red','LineWidth',2); % result=[result Phi_passive(:,1)]; end grid on xlabel('Omega ratio') ylabel('Phi') legend('Phi without','Phi passive',1) %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% PHỤ LỤC Nhà tầng điều khiển phƣơng pháp bị động dƣới tác dụng tải trọng động đất, nổ %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% clc; clear all; close all; N_FloorNumber=5; % số tầng tòa nhà omega_ratio=0.8:0.01:1.2; 75 damping_ratio=0.01; % -PASSIVE CONTROL -%%% for n_TMDNumber=1:1:1; phi_mass=0.01/n_TMDNumber;%=m0/M0=1% % Force excited (wind) P_bar=[linspace(1,5,N_FloorNumber) zeros(1,n_TMDNumber)]'; %Optimum frequency and damping for the excited force case damping_ratio_TMD=0.01:0.01:0.04; % [omega_ratio_at_minAMP,damping_ratio_TMD_at_minAMP]=Freq_Damping_Optimum_T MD(N_FloorNumber,n_TMDNumber,P_bar,phi_mass,damping_ratio_TMD,omega_ratio,da mping_ratio,0); omega_ratio_at_minAMP=0.99; damping_ratio_TMD_at_minAMP=0.02; phi_damping=phi_mass*damping_ratio_TMD_at_minAMP/damping_ratio*omega_ratio_at_ minAMP; phi_stiffness=phi_mass*omega_ratio_at_minAMP^2; [M_bar_Passivecontrol,C_bar_Passivecontrol,K_bar_Passivecontrol] = MCK_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,phi_mass,phi_damping,phi_stiffness); Phi_passive=passivecontrol_FreqRes(M_bar_Passivecontrol,C_bar_Passivecontrol,K_bar_ Passivecontrol,omega_ratio,damping_ratio,P_bar,1); plot(omega_ratio,Phi_passive(:,1),'color','red','LineWidth',2); % result=[result Phi_passive(:,1)]; end grid on xlabel('Omega ratio') ylabel('Phi') legend('Phi without','Phi passive',1) %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 76 [...]... 2(2)   X1 k Vẽ mode dao động của nhà 2 tầng : 11 2k  m(3  5)k 1 5 2m   1.6180 k 2 Mode 1 Mode 2 12 1.4.NHÀ CAO TẦNG CHỊU TÁC DỤNG CỦA NGOAI LỰC Hình 4: Nhà cao tầng chịu tác dụng của ngoại lực (gió, động đất, nổ) 13 1.4.1.Phƣơng trình dao động của hệ khi chỉ chịu tác dụng của gió (lực phƣơng ngang Pi(t) ) Mô hình : Hình 5: Mô hình hóa nhà cao tầng chịu tác dụng của ngoại lực (gió) Giả sử... Hình 13: Đáp ứng theo miền thời gian khi N=1 1.4.5 .Đáp ứng của hệ dƣới tác dụng của lực điều hòa (khi N=5) 1.4.5.1 Hệ khi chịu tác dụng của gió Pi(t) 1    2  Từ (1.4.42):  ( )    M 2  0.02 Ci  K  P n  n n  1    2    ( )    M 2  0.02 Ci  K  P n n n   Kết quả: Đáp ứng biên độ tần số của lần lƣợt từ tầng 1 đến tầng 5 của nhà 5 tầng khi chịu tác dụng của tải trọng gió... tác dụng của động đất, nổ 1    2  Từ (1.4.57):  ( )    M 2  0.02 Ci  K  M n  n n  1    2    ( )    M 2  0.02 Ci  K  M n n n   Kết quả: Đáp ứng biên độ tần số của lần lƣợt từ tầng 1 đến tầng 5 của nhà 5 tầng khi chịu tác dụng của tải trọng động đất, nổ 31 30 25 Phi without 20 15 10 5 0 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 Omega ratio 32 1.1 1.15 1.2 1.25 Hình 19: Đáp ứng biên... điều khiển của tầng 1 của nhà 5 tầng (ngoại lực tác dụng là động đất, nổ ) 35 30 Phi without 25 20 15 10 5 0 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 Omega ratio 1.1 1.15 1.2 1.25 Hình 20: Đáp ứng biên độ tần số khi không điều khiển của tầng 2 của nhà 5 tầng (ngoại lực tác dụng là động đất, nổ ) 20 18 16 Phi without 14 12 10 8 6 4 2 0 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 Omega ratio 33 1.1 1.15 1.2 1.25 Hình 21: Đáp ứng biên độ... 14: Đáp ứng biên độ tần số khi không điều khiển của tầng 1 của nhà 5 tầng (ngoại lực tác dụng là gió) 28 45 40 35 Phi without 30 25 20 15 10 5 0 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 Omega ratio 1.1 1.15 1.2 1.25 Hình 15: Đáp ứng biên độ tần số khi không điều khiển của tầng 2 của nhà 5 tầng (ngoại lực tác dụng là gió) 25 Phi without 20 15 10 5 0 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 Omega ratio 1.1 1.15 1.2 1.25 Hình 16: Đáp ứng. .. 33 1.1 1.15 1.2 1.25 Hình 21: Đáp ứng biên độ tần số khi không điều khiển của tầng 3 của nhà 5 tầng (ngoại lực tác dụng là động đất, nổ ) 12 10 Phi without 8 6 4 2 0 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 Omega ratio 1.1 1.15 1.2 1.25 Hình 22: Đáp ứng biên độ tần số khi không điều khiển của tầng 4 của nhà 5 tầng (ngoại lực tác dụng là động đất, nổ ) 34 ... khi không điều khiển của tầng 3 của nhà 5 tầng (ngoại lực tác dụng là gió) 29 13 12 11 Phi without 10 9 8 7 6 5 4 3 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 Omega ratio 1.1 1.15 1.2 1.25 Hình 17: Đáp ứng biên độ tần số khi không điều khiển của tầng 4 của nhà 5 tầng (ngoại lực tác dụng là gió) 40 35 30 Phi without 25 20 15 10 5 0 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 Omega ratio 1.1 1.15 1.2 1.25 Hình 18: Đáp ứng biên độ tần số khi... K X  Pp0 p (t ) M0 M 0 K0 (1.4.10) Phƣơng trình dao động : M X  2 00 CX  02 KX  02 X 0,st P p(t ) Với (1.4.11) X 0, st  p0 K0 (1.4.12) 0  K0 M0 (1.4.13) 0  C0 2M 00 (1.4.14) 1.4.2.Phƣơng trình dao động của hệ khi chỉ chịu tác dụng của động đất, nổ z(t) Mô hình : Hình 7: Mô hình hóa nhà cao tầng chịu tác dụng của ngoại lực (động đất, nổ) 17 C1  C2   CN 1  CN  C0   M 1  M 2 ... z (t ) (1.4.21) M0 M 0 K0 Phƣơng trình dao động: M X  2 00 CX  02 KX  02 X 0, st M1 z (t ) Trong đó : (1.4.22) X 0, st  M 0 z0 K0 (1.4.23) 0  K0 M0 (1.4.24) 0  C0 2M 00 (1.4.25) 1.4.3.Phƣơng trình dao động của hệ khi chịu tác dụng của động đất, nổ z(t) và gió Pi(t) Mô hình : Hình 9: Mô hình hóa nhà cao tầng chịu tác dụng của ngoại lực (động đất, 20 nổ,gió) C1  C2   CN 1  CN  C0...  0.02 Ci  K  n n n   (1.4.57) 1 (1.4.58) Kết quả: Đáp ứng biên độ tần số của (1.4.58) đƣợc biểu diễn nhƣ hình 12 50 45 40 Phi without 35 30 25 20 15 10 5 0 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 Omega ratio 26 1.1 1.15 1.2 1.25 Hình 12: Đáp ứng biên độ tần số khi không điều khiển của nhà 1 tầng (ngoại lực tác dụng là động đất, nổ ) 1.4.4.3 .Đáp ứng theo miền thời gian Dynamic response of force excited 50