điều khiển ổn định kết cấu nhà cao tầng dưới tác dụng của động đất và gió bằng hệ giảm chấn khối lượng

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 ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG DƯỚI TÁC DỤNG CỦA ĐỘNG ĐẤT VÀ GIĨ BẰNG HỆ GIẢM CHẤN KHỐI LƯỢNG S K C 0 9 MÃ SỐ: SV2010 - 86 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG DƯỚI TÁC DỤNG CỦA ĐỘNG ĐẤT VÀ GIÓ BẰNG HỆ GIẢM CHẤN KHỐI LƯNG MÃ SỐ: SV2010-86 THUỘC NHÓM NGÀNH : KHOA HỌC KỸ THUẬT NGƯỜI CHỦ TRÌ : VÕ VĂN CƯỜNG NGƯỜI THAM GIA : DƯƠNG HOÀN HẢO ĐƠN VỊ : KHOA XÂY DỰNG VÀ CƠ HỌC ỨNG DỤNG TP HỒ CHÍ MINH – 04/2011 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH MỤC LỤC TĨM TẮT ĐỀ TÀI PHẦN : DẪN NHẬP I Lý chọn đề tài II Mục đích .2 III Mục tiêu nghiên cứu IV u cầu đề tài PHẦN : NỘI DUNG NGHIÊN CỨU I Mơ hình hóa hệ thống điều khiển nhà cao tầng phương trình dao động Mơ hình hệ thống điều khiển nhà cao tầng .3 Mơ hình hóa hệ thống điều khiển nhà cao tầng phương trình dao động II Tính tốn dao động nhà cao tầng tác dụng gió động đất Phương trình dao động nhà N tầng .8 Đáp ứng hệ dao động theo miền tần số tác dụng gió động đất 10 III Phương pháp điều khiển bị động (Passive control method) Xác định ma trận M,C,K P .15 Đáp ứng hệ dao động trước sau điều khiển theo miền tần số 20 Đáp ứng hệ dao động trước sau điều khiển theo miền theo gian .29 PHẦN : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN I Kết luận .35 II Hướng phát triển Phương pháp điều khiển bán chủ động (Semi-Active control method) 35 Phương pháp điều khiển chủ động (Active control method) 36 Phương pháp điều khiển Hybrid (Hybrid control method) .36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 PHỤ LỤC I Phụ lục .38 II Phụ lục .40 III Phụ lục .43 VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO Trang Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH Đề tài: ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG DƯỚI TÁC DỤNG CỦA GIĨ VÀ ĐỘNG ĐẤT BẰNG HỆ GIẢM CHẤN KHỐI LƯỢNG Mã số: SV2010-86 TĨM TẮT ĐỀ TÀI : Nghiên cứu phương pháp ổn định động lực học nhà cao tầng chịu tác dụng gió động đất hệ giảm chấn khối lượng (Mass Dampers –MDs), ngun cứu giải pháp tối ưu cho hệ điều khiển thơng qua phương pháp điều khiển : passive, semi-active, active, hybrid, khảo sát ảnh hưởng nhiều MD đến kết điều khiển PHẦN : DẪN NHẬP I Lý chọn đề tài : Nước ta tiến hành phát triển sở hạ tầng để phục vụ cơng nghiệp hóa – đại hóa đất nước, diện tích đất xây dựng nhà cho dân (nhất Tp lớn : Hà Nội, Tp.HCM …) bị thu hẹp nên việc xây dựng chung cư cao tầng để đáp ứng nhu cầu nhà cho nhân dân vấn đề cần thiết Nhưng xây dựng nhà cao tầng cơng trình phải đối mặt với nhiều vấn đề, ảnh hưởng mơi trường đến cơng trình quan trọng Đối với số cơng trình nhà cao tầng (từ 50 tầng trở lên), khả chống lại lực gió trở thành vấn đề nan giải (khi gió thổi mạnh vào ngơi nhà làm cho bị dao động mạnh đến lúc tòa nhà bị đổ vỡ) q trình thiết kế xây dựng, yếu tố khác khơng phần quan trọng lực (động đất, nổ), làm cho tòa nhà bị rung lắc dao động mạnh, làm hư hỏng kết cấu dẫn đến sập tòa nhà Những trận động đất kinh hồng làm hư hỏng nhiều cơng trình xây dựng (trong có cơng trình nhà cao tầng), gây thiệt hại kinh tế tính mạng người : - Năm 1971 động đất San Francisco, California, Mỹ - Năm 2011 động đất Nhật Bản Với lý Nhóm nghiên cứu chọn đề tài: “ Điều khiển ổn định kết cấu nhà cao tầng tác dụng gió động đất hệ giảm chấn khối lượng ” II Mục đích : Nhóm thực đề tài với mục đích tìm giải pháp hợp lý việc điều khiển ổn định kết cấu nhà cao tầng tác dụng gió động đất III Mục tiêu nghiên cứu : Do thời gian có hạn nên Nhóm nghiên cứu nghiên cứu số vấn đề: - Mơ hình hóa hệ thống điều khiển nhà cao tầng phương trình dao động - Tính tốn dao động nhà cao tầng tác dụng gió động đất - Dùng phương pháp điều khiển bị động (Passive control method) điều khiển ổn định kết cấu nhà cao tầng tác dụng gió động đất IV u cầu đề tài : Để làm giảm dao động (biên độ) nhà cao tầng có nhiều cách khác nhau, Ở đề tài Nhóm nghiên cứu chọn số phương pháp điều khiển sau: Passive, Semi-Active, Active Hybrid để điều khiển ổn định kết cấu nhà cao tầng tác dụng gió động đất Trong phương pháp này, Người nghiên cứu khảo sát từ nhiều hệ MD bố trí liên tục tầng tòa nhà Tùy vào phương pháp điều khiển mà cho kết điều khiển khác VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO Trang Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH PHẦN : NỘI DUNG NGHIÊN CỨU I Mơ hình hóa hệ thống điều khiển nhà cao tầng phương trình dao động : I.1 Mơ hình hệ thống điều khiển nhà cao tầng : Giả thuyết : Sàn cứng tuyệt đối Ý nghĩa ký hiệu: MN PN(t) CN KN/2 KN/2 PN-1(t) MN-1  M2  Mi : Khối lượng Sàn thứ i  Ki : Độ cứng cột tầng thứ i  Ci : Giảm chấn tường cột tầng thứ i  N : Số tầng thứ I nhà cao tầng  Pi(t) : Lực gió tác dụng tầng thứ i (Force excited)  Z(t) : Chuyển vị tín hiệu động đất (Base excited)  Phần tử điều khiển:  mi : khối lượng  ci : giảm chấn  ki : độ cứng  n : số phần tử điều khiển P2(t) C2 K2/2 K2/2 P1(t) M1 C1 K1/2 K1/2 Z(t) Hình1.1 VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO Trang Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH I.2 Mơ hình hóa hệ thống điều khiển nhà cao tầng phương trình dao động : Ý nghĩa ký hiệu: Xi : Chuyển vị tầng thứ i xi : chuyển vị phần tử điều khiển thứ i Hình 1.2  Xét M1 : Xét cân M1 :  P M X1  K1 X  C1 X  K  X  X   C2  X  X     M 1Z   P  M1 X1  C1  C2  X  C2 X   K1  K2  X  K2 X    M1Z  (1.1)  Xét M2 : VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO Trang Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH Xét cân M2 :  P2 M X  K  X  X   C  X  X  K  X  X  C3  X  X     M Z   P2  M X  C2 X  C2  C3  X  C3 X  K X   K  K  X  K3 X   M Z  Phương trình dao động tổng qt : M  M N 1 ; i  3; N 1  Pi M i Xi  Ci X i1  Ci  Ci1  X i  Ci 1 X i1  K i X i1   Ki  K i1  X i  Ki 1 X i 1    M i Z  P3  M : M X3  C3 X  C3  C4  X  C4 X  K X   K  K  X  K X    M Z (1.2) (1.3) (1.4)  PN1 (1.5)  MN1 : MN1 XN1 CN1 X N2 CN1 CN  X N1 CN X N KN1 XN2  KN1  KN  XN1 KN XN     M Z  N   Xét MN : Xét cân MN :  PN MN XN KN  XN XN1 CN  X N X N1 k1  x1  XN  c1  x1  X N  k2  x2 XN  c2  x2 X N    kn  xn XN  cn  xn  X N     MN1Z    n   n   MN XN CN X N1  CN ci  X N  KN X N1   KN ki  X N    i   i       PN c1x1  k1 x1 c2 x2  k2 x2   cn xn  kn xn    M N1Z (1.6)  Xét m1 : VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO Trang Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH Xét cân m1 : m1 x1  k1  x1  X N   c1  x1  X N   m1Z   c1 X N  k1 X N  m1 x1  c1 x1  k1 x1  m1Z (1.7) Phương trình dao động tổng qt : m2  mn ; j  2; n c X  k X  m  x  c x  k x  m Z (1.8)  m2 : c2 X N  k2 X N  m2 x2  c2 x  k2 x2  m2 Z (1.9) j N j N j j j j j j j  mn : cn X N  kn X N  mn xn  cn x n  kn xn  mn Z (1.10)  Hệ phương trình dao động N-tầng n-phần tử điều khiển tác dụng lực gió :   M1 X1  C1  C2  X  C2 X   K1  K2  X  K X  P1     M X  C2 X  C2  C3  X  C3 X  K2 X   K  K3  X  K3 X  P2     M X3  C3 X  C3  C4  X  C4 X  K3 X   K3  K  X  K X  P3                          M N 1 X N 1  CN 1 X N 2  CN 1  CN  X N 1  CN X N  K N 1 X N 2   K N 1  K N  X N 1  K N X N  PN 1        n   n     c1 x1  k1 x1  c2 x  k2 x2    cn xn  kn xn  PN M N X N  CN X N 1  CN   ci  X N  K N X N 1   K N   ki  X N       i     i        c1 X N  k1 X N  m1 x1  c1 x1  k1 x1      c2 X N  k2 X N  m2 x2  c2 x  k x2                         cn X N  kn X N  mn xn  cn x n  kn xn     Hệ phương trình dao động N-tầng n-phần tử điều khiển tác dụng lực (nổ , động đất) :  M1 X1 C1  C2  X C2 X  K1  K2  X1  K2 X M1Z   M2 X2 C2 X C2  C3  X C3 X  K2 X1  K2  K3  X  K3 X3 M 2Z   M3 X3 C3 X C3  C4  X C4 X  K3 X  K3  K4  X3  K4 X4 M3Z                 M N1 X N1 CN1 X N2 CN1  CN  X N1 CN X N  KN1 X N2  KN1  KN  X N1  KN X N M N1Z      n   n   M N XN CN X N1  CN ci  X N  KN X N1   KN ki  X N  c1x1  k1x1 c2 x  k2 x2   cn xn  kn xn M N1Z     i    i      c1 X N  k1 X N  m1x1  c1 x1  k1x1 m1Z   c2 X N  k2 X N  m2 x2  c2 x2  k2 x2 m2 Z                cn X N  kn X N  mn xn  cn xn  kn xn mn Z  VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO Trang Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH Phương trình dao động viết lại sau: P MX  CX  KX  P t     MZ  (1.11) Trong đó:  X  X X    X   X  X X    X   X   X X    X P(t) vectơ lực: P  P P  1    T x1 N N x2    xn  x1 N 2 M1    M2     M3         M N 1 M   MN           C C C2    C C2  C3 C3    C3 C3  C4          CN 1   C            x1 x  T T 0    0 T                 m2        mn  CN 1  CN CN  K K K2    K   K K K  2 3   K3 K3  K4          KN1 KN1  KN   K   KN           VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO    x n  x2    xn    PN m1 (X: vector chuyển vị) CN n CN   ci c1 c2  i c1 c2 c1 0 c2  cn    KN n KN  ki k1 k2  i k1 k1 k2   k2    kn                cn         cn               kn         kn   Trang Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH II Tính tốn dao động nhà cao tầng chịu tác dụng động gió động đất : II.1 Phương trình dao động nhà N tầng : Giả sử cấu trúc tầng giống Dựa vào cơng thức (1.11) , suy phương trình dao động nhà cao tầng (N: số tầng) :  P M X  C X  K X    M Z (2.1) Trong đó:  X  X X    X    X   X X    X    X   X X    X  P(t) vectơ lực , : P  P P T N (X: vector chuyển vị) T N N T   M1      M         M2   M3    M N 1     PN  T      M M     M N  Giả sử : M1 = M2 = … = Mi = M0 : khối lượng tầng M 0   M0      M        1   0      M        VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO   M0    M0   1       0          M  M M             0    M   1             0   1 Trang Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH III.3.3 Đáp ứng hệ dao động trước sau điều khiển (Nhà 1-tầng 21-phần tử điều khiển) tác dụng gió (Force excited): Code matlab (xem phụ lục 3) DANG DAO DONG 50 Phi passive Phi withoutcontrol 40 30 20 Phi 10 -10 -20 -30 -40 -50 10 15 20 25 Time 30 35 40 45 50 Hình 3.15 VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO Trang 32 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH III.3.4 Đáp ứng hệ dao động trước sau điều khiển (Nhà 5-tầng 1-phần tử điều khiển) tác dụng gió (Force excited): Đồ thị dao động tầng Code matlab (xem phụ lục 3) DANG DAO DONG Phi passive Phi withoutcontrol Phi -1 -2 -3 -4 -5 10 15 20 25 Time 30 35 40 45 50 Hình 3.16 VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO Trang 33 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH III.3.7 Đáp ứng hệ dao động trước sau điều khiển (Nhà 21-tầng 1-phần tử điều khiển) tác dụng gió (Force excited): Đồ thị dao động tầng 21 Code matlab (xem phụ lục 3) DANG DAO DONG 15 Phi passive Phi withoutcontrol 10 Phi -5 -10 -15 10 15 20 25 Time 30 35 40 45 50 Hình 3.17 VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO Trang 34 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH PHẦN : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN I Kết luận: Sau mười tháng thực đề tài: “Điều khiển ổn định kết cấu nhà cao tầng tác dụng gió động đất hệ giảm chấn khối lượng” hồn thành Nhìn chung nhóm nghiên cứu thực u cầu đặt đề tài Qua đề tài nghiên cứu này, người nghiên cứu củng cố hồn thiện kiến thức học Từ kinh nghiệm kiến thức thu qua việc nghiên cứu, người thực tự tin vị trí tương lai kỹ sư có khả nghiên cứu đưa số giải pháp để phục vụ cho nhu cầu cơng nghiệp hố - đại hố nước nhà Kết q trình nghiên cứu đề tài: “Điều khiển ổn định kết cấu nhà cao tầng tác dụng gió động đất hệ giảm chấn khối lượng” tìm đáp ứng nhà cao tầng tải trọng mơi trường (gió, động đất, nổ) điều khiển phương pháp bị động Điều khiển làm cho biên độ dao động tòa nhà giảm so với chưa điều khiển Q trình tính tốn người nghiên cứu làm rõ chế điều khiển phương pháp điều khiển bị động Tuy nhiên hạn chế thời gian, tài liệu, kinh phí, điều kiện kỹ thuật trình độ người nghiên cứu nên đề tài dừng lại phương pháp điều khiển bị động (Passive control method) định hướng nghiên cứu cho số phương pháp điều khiển: Semi-Active , Active Hybrid II Hướng phát triển : Nếu tiếp tục nghiên cứu đề tài: “Điều khiển ổn định kết cấu nhà cao tầng tác dụng gió động đất hệ giảm chấn khối lượng” người thực hiện, nghiên cứu số phương pháp điều khiển khác : Phương pháp điều khiển bán chủ động (Semi-Active control method): Phương pháp điều khiển bị động khơng cần cảm biến nên giới hạn khả điều khiển, khơng thích ứng với thay đổi hệ điều khiển thân Điều đặc biệt quan trọng tỉ số khối lượng mi Mi q bé Giải pháp thay đổi giá trị độ cứng giá trị giảm chấn, phương pháp gọi semi-active Ý nghĩa ký hiệu trọng hình bên:  m,c k: khối lượng, giảm chấn độ cứng hệ điều khiển  M,C K: khối lượng, giảm chấn độ cứng tầng  f : lực đo gió  Z t  : gia tốc tín hiệu động đất  C0: điều khiển (Computer controller)  S: ký hiệu cảm biến ( Sensor) Z t  Hình 4.1.Semi-Actve VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO Trang 35 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH Phương pháp điều khiển chủ động (Active control method): Phương pháp sử dụng tổ hợp điều khiển (controller), cảm biến (sensors) cấu truyền động (actuators) Hiệu phương pháp cao chi phí bảo trì cao Z t  Hình 4.2 Actve Phương pháp điều khiển Hybrid (Hybrid control method): Phương pháp tổ hợp điều khiển chủ động bị động Thích hợp cho hệ chịu nhiều dạng tải trọng khác Z t  Hình 4.3 Hybrid VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO Trang 36 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Satish Nagarajaiah (2007), "Structures with Semiactive Variable Stiffness Single/Multiple Tuned Mass Dampers", J Struct Eng,1(67), pp 67-77 [2] Nishant Kishore Rai,G.R.Reddy,S.Ramanujam,V.Venkatraj and P.Agrawal."Seismic Response Control Systems for Structures” [3] Anil K.Chopra(1995), Dynamic of Structures: Theory and Applicantions to Earthquake Engineering, Enlewood Cliffs,New Jersey [4] Den Hartog, J P (1947), Mechanical Vibrations, McGraw Hill, N.Y [5] John D.Holmes (2004), Wind Loading of Structures, Spon Press, London [6] S Nagarajaiah (2009), “Adaptive passive, semiactive, smart tuned mass dampers: identification and control using empirical mode decomposition,hilbert transform, and short-term fourier transform”, Structural Control And Health Monitoring, Houston [7] Nadathur Varadarajan, Satish Nagarajaiah (2003), “Response Control Of Building With Variable Stiffness Tuned Mass Daper Using Empirical Mode Decomposition And Hilbert Transform Algorithm”,Engineering Mechanics, 2(16), pp 1-12 VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO Trang 37 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤC Phụ lục Đáp ứng hệ dao động theo miền tần số tác dụng gió động đất %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% clc; clear all; close all; N_FloorNumber=21; % số tần tòa nhà %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% n_TMDNumber=0; P_bar=[linspace(0.1,1,N_FloorNumber) zeros(1,n_TMDNumber)]'; omega_ratio=0:0.001:1.5; %damping ratio of main structure damping_ratio=0.01; M_bar=M_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,0); C_bar=C_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,0); K_bar=K_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,0); Phi_without=withoutcontrol_FreqRes(M_bar,C_bar,K_bar,omega_ratio,damping_ratio,P_bar,1); hold on title('DANG DAO DONG'); h= get(gca,'Title'); set(h,'Fontsize',14); set(h,'FontName','VNI-Helve'); plot(omega_ratio,Phi_without(:,1),'color','red','linewidth',2); xlabel('Omega ratio') ylabel('Phi withoutcontrol') grid on %%%%%%%%%%% chương trình kèm theo 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)]; %%%%%%%%%% VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO Trang 38 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH function C_bar = C_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,phi_damping) %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_TMDN umber*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 system memory %%%%%%%%% 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_TMDN umber*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; 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 system memory %%%%%%%%%% function FreqResAmplitude=withoutcontrol_FreqRes(M_bar,C_bar,K_bar,omega_ratio,damping_ratio,P_ bar,forceexcitedORbaseexcited) %Tinh dap ung nha cao tang khong dieu khien 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 VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO Trang 39 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH Phụ lục Đáp ứng hệ dao động trước sau điều khiển theo miền tần %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% clc; clear all; close all; N_FloorNumber=21; n_TMDNumber=21; %central TMD gamma_c=0.982; V11 = V11(N_FloorNumber,0); % tri rieng omega11 damping_ratio_TMD=0.01; delta_gamma=0.217; %file name s1='Freq_res_Amp_With control_N5n21.txt'; s2='Freq_res_Amp_Without control_N5n0.txt'; %tinh phi_mass phi_mass=0.01*N_FloorNumber/n_TMDNumber; % Force excited (wind) P_bar=[linspace(0.1,1,N_FloorNumber) zeros(1,n_TMDNumber)]'; omega_ratio=0.:0.01:2; %damping ratio of main structure damping_ratio=0.01; if n_TMDNumber ==1 gamma_1=gamma_c-delta_gamma/2; for j=1:1:n_TMDNumber r(j)=gamma_1; end end if n_TMDNumber >1 gamma_1=gamma_c-delta_gamma/2; for j=1:1:n_TMDNumber r(j)=(j-1)*delta_gamma/(n_TMDNumber-1)+gamma_1; end end r=r*sqrt(V11); r_c=(phi_mass*damping_ratio_TMD/damping_ratio)*r; r_k=phi_mass*(r.^2); [M_bar,C_bar,K_bar] = MCK_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,phi_mass,r_c,r_k); Phi_passive_withcontrol=passivecontrol_FreqRes(M_bar,C_bar,K_bar,omega_ratio,damping_ra tio,P_bar,1); dlmwrite(s1, [Phi_passive_withcontrol(:,1:N_FloorNumber)], 'delimiter', '\t'); VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO Trang 40 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH % %% -WITHOUT CONTROL -%%% P_bar=[linspace(0.1,1,N_FloorNumber)]'; M_bar_withoutcontrol=M_Normalize(N_FloorNumber,0,0); C_bar_withoutcontrol=C_Normalize(N_FloorNumber,0,0); K_bar_withoutcontrol=K_Normalize(N_FloorNumber,0,0); Phi_without=withoutcontrol_FreqRes(M_bar_withoutcontrol,C_bar_withoutcontrol,K_bar_witho utcontrol,omega_ratio,damping_ratio,P_bar,1); hold on title('DANG DAO DONG'); h= get(gca,'Title'); set(h,'Fontsize',14); set(h,'FontName','VNI-Helve'); plot(omega_ratio, [Phi_without(:,N_FloorNumber),Phi_passive_withcontrol(:,N_FloorNumber)],'linewidth',2.5); xlabel('Omega ratio') ylabel('Phi withoutcontrol') grid on dlmwrite(s2, [omega_ratio' Phi_without], 'delimiter', '\t'); legend('Phi withoutcontrol','Phi passive') %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% chương trình kèm theo function V11 = V11(N_FloorNumber,n_TMDNumber) M_bar=M_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,0); %no control K_bar=K_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,0); %no control [D,V]=eig(K_bar,M_bar); V11=V(1,1); %%%%%%%%%% function FreqResAmplitude=passivecontrol_FreqRes(M_bar,C_bar,K_bar,omega_ratio,damping_ratio,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 VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO Trang 41 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH %%%%%% function [M_bar,C_bar,K_bar] = MCK_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,phi_mass,r_c,r_k) %define M_bar M_bar=[eye(N_FloorNumber) zeros(N_FloorNumber,n_TMDNumber); zeros(n_TMDNumber,N_FloorNumber) phi_mass*eye(n_TMDNumber)]; %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)+sum(r_c) ; C_bar2=zeros(N_FloorNumber,n_TMDNumber); C_bar2(N_FloorNumber,1:n_TMDNumber)=-r_c; C_bar3=zeros(n_TMDNumber,N_FloorNumber); C_bar3(1:n_TMDNumber,N_FloorNumber)=-r_c'; C_bar4=diag(r_c); C_bar=[C_bar1 C_bar2;C_bar3 C_bar4]; clear C_bar1 C_bar2 C_bar3 C_bar4;%freeing up system memory %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)+sum(r_k) ; K_bar2=zeros(N_FloorNumber,n_TMDNumber); K_bar2(N_FloorNumber,1:n_TMDNumber)=-r_k; K_bar3=zeros(n_TMDNumber,N_FloorNumber); K_bar3(1:n_TMDNumber,N_FloorNumber)=-r_k'; K_bar4=diag(r_k); K_bar=[K_bar1 K_bar2;K_bar3 K_bar4]; clear K_bar1 K_bar2 K_bar3 K_bar4;%freeing up system memory VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO Trang 42 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH Phụ lục Đáp ứng hệ dao động trước sau điều khiển theo miền tần %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% clc; clear all; close all; N_FloorNumber=21; n_TMDNumber=21; %forceexcitedORbaseexcited =0(forceexcited ) OR =1(Baseexcited ) forceexcitedORbaseexcited=0; %central TMD gamma_c=0.982; V11 = V11(N_FloorNumber,0); % tri rieng omega11 damping_ratio_TMD=0.082; delta_gamma=0.0; %file name s1='Time_res_Amp_With control_N5n1.txt'; s2='Times_Amp_Without control_N5n0.txt'; %time tspan=[0 50]; %init Z0=zeros(2*(N_FloorNumber+n_TMDNumber),1); omega_f=2*pi*2.0; omega_0=2*pi*2.0; %tinh phi_mass phi_mass=0.01*N_FloorNumber/n_TMDNumber; % Force excited (wind) P_bar=[linspace(0.1,1,N_FloorNumber) zeros(1,n_TMDNumber)]'; %damping ratio of main structure damping_ratio=0.01; if n_TMDNumber ==1 gamma_1=gamma_c-delta_gamma/2; for j=1:1:n_TMDNumber r(j)=gamma_1; end end if n_TMDNumber >1 gamma_1=gamma_c-delta_gamma/2; for j=1:1:n_TMDNumber r(j)=(j-1)*delta_gamma/(n_TMDNumber-1)+gamma_1; end end r=r*sqrt(V11); r_c=(phi_mass*damping_ratio_TMD/damping_ratio)*r; r_k=phi_mass*(r.^2); VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO Trang 43 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH [M_bar,C_bar,K_bar] = MCK_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,phi_mass,r_c,r_k); [T_with Z_with]=ode45(@(t,y) f_ode(t,y,M_bar,C_bar,K_bar,P_bar,omega_0,damping_ratio,omega_f,forceexcitedORbaseexcite d),tspan,Z0); plot(T_with, Z_with(:,N_FloorNumber),'color','blue'); hold on; % dlmwrite(s1, [T_with Z_with], 'delimiter', '\t'); % %% -WITHOUT CONTROL -%%% %init Z0=zeros(2*(N_FloorNumber+0),1); P_bar =[linspace(0.1,1,N_FloorNumber)]'; M_bar =M_Normalize(N_FloorNumber,0,0); C_bar =C_Normalize(N_FloorNumber,0,0); K_bar =K_Normalize(N_FloorNumber,0,0); [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,forceexcitedORbaseexcite d),tspan,Z0); title('DANG DAO DONG'); h= get(gca,'Title'); set(h,'Fontsize',14); set(h,'FontName','VNI-Helve'); plot(T_without, Z_without(:,N_FloorNumber),'color','red'); xlabel('Time') ylabel('Phi withoutcontrol') % dlmwrite(s2, [T_without Z_without], 'delimiter', '\t'); %%%%%%%%%% function dydt = f_ode(t,y,M_bar,C_bar,K_bar,P_bar,omega_0,damping_ratio_0,omega_f,forceexcitedORbaseexci ted) n=max(size(M_bar)); dydt=zeros(2*n,1); dydt(1:n,1)=y(n+1:2*n,1);%van toc dydt(n+1:2*n,1)=inv(M_bar)*(omega_0^2*P_bar*sin(omega_f*t)2*damping_ratio_0*omega_0*C_bar*y(n+1:2*n,1)-omega_0^2*K_bar*y(1:n,1)); if forceexcitedORbaseexcited==0%force excited for j=1:n dydt(n+1:2*n,1)=inv(M_bar)*(omega_0^2*P_bar*sin(omega_f*t)2*damping_ratio_0*omega_0*C_bar*y(n+1:2*n,1)-omega_0^2*K_bar*y(1:n,1)); end end if forceexcitedORbaseexcited==1%base excited for j=1:n dydt(n+1:2*n,1)=inv(M_bar)*(-omega_0^2*M_bar*sin(omega_f*t)2*damping_ratio_0*omega_0*C_bar*y(n+1:2*n,1)-omega_0^2*K_bar*y(1:n,1)); end end VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO Trang 44 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH %%%%%% function [M_bar,C_bar,K_bar] = MCK_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,phi_mass,r_c,r_k) %define M_bar M_bar=[eye(N_FloorNumber) zeros(N_FloorNumber,n_TMDNumber); zeros(n_TMDNumber,N_FloorNumber) phi_mass*eye(n_TMDNumber)]; %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)+sum(r_c) ; C_bar2=zeros(N_FloorNumber,n_TMDNumber); C_bar2(N_FloorNumber,1:n_TMDNumber)=-r_c; C_bar3=zeros(n_TMDNumber,N_FloorNumber); C_bar3(1:n_TMDNumber,N_FloorNumber)=-r_c'; C_bar4=diag(r_c); C_bar=[C_bar1 C_bar2;C_bar3 C_bar4]; clear C_bar1 C_bar2 C_bar3 C_bar4;%freeing up system memory %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)+sum(r_k) ; K_bar2=zeros(N_FloorNumber,n_TMDNumber); K_bar2(N_FloorNumber,1:n_TMDNumber)=-r_k; K_bar3=zeros(n_TMDNumber,N_FloorNumber); K_bar3(1:n_TMDNumber,N_FloorNumber)=-r_k'; K_bar4=diag(r_k); K_bar=[K_bar1 K_bar2;K_bar3 K_bar4]; clear K_bar1 K_bar2 K_bar3 K_bar4;%freeing up system memory %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%các chương trình kèm theo function V11 = V11(N_FloorNumber,n_TMDNumber) M_bar=M_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,0); %no control K_bar=K_Normalize(N_FloorNumber,n_TMDNumber,0); %no control [D,V]=eig(K_bar,M_bar); V11=V(1,1); VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HỒN HẢO Trang 45 [...]... điều khiển) dưới tác dụng của gió (Force excited): Code matlab (xem phụ lục 3) DANG DAO DONG 50 Phi passive Phi withoutcontrol 40 30 20 Phi 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 0 5 10 15 20 25 Time 30 35 40 45 50 Hình 3.15 VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HOÀN HẢO Trang 32 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH III.3.4 Đáp ứng của hệ dao động trước và sau điều khiển (Nhà 5 -tầng và 1-phần tử điều khiển) dưới tác dụng của. .. Hình3.8 : Base excited VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HOÀN HẢO Trang 26 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH III.2.5 Đáp ứng của hệ dao động trước và sau điều khiển (Nhà 5 -tầng và 21-phần tử điều khiển) dưới tác dụng của gió (Force excited) và động đất (Base excited) : Đồ thị dao động ở tầng 5 Code matlab (xem phụ lục 2) DANG DAO DONG 350 Phi withoutcontrol Phi passive 300 100 250 80 Phi 200 60 150 100 40... Hình 3.10 : Base excited VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HOÀN HẢO Trang 27 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH III.2.6 Đáp ứng của hệ dao động trước và sau điều khiển (Nhà 21 -tầng và 1-phần tử điều khiển) dưới tác dụng của gió (Force excited) và động đất (Base excited) : Đồ thị dao động ở tầng 21 Code matlab (xem phụ lục 2) DANG DAO DONG 2000 Phi withoutcontrol Phi passive 1800 1600 1400 Phi 1200 1000 800... sau điều khiển (Nhà 1 -tầng và 5-phần tử điều khiển) dưới tác dụng của gió (Force excited): Code matlab (xem phụ lục 3) DANG DAO DONG 50 Phi passive Phi withoutcontrol 40 30 20 Phi 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 0 5 10 15 20 25 Time 30 35 40 45 50 Hình 3.14 VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HOÀN HẢO Trang 31 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH III.3.3 Đáp ứng của hệ dao động trước và sau điều khiển (Nhà 1 -tầng và. .. Hình 3.6 : Base excited VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HOÀN HẢO Trang 25 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH III.2.4 Đáp ứng của hệ dao động trước và sau điều khiển (Nhà 5 -tầng và 5-phần tử điều khiển) dưới tác dụng của gió (Force excited) và động đất (Base excited) : Đồ thị dao động ở tầng 5 Code matlab (xem phụ lục 2) DANG DAO DONG 350 Phi withoutcontrol Phi passive 300 250 Phi 200 150 100 50 0 0 0.2 0.4... ứng của hệ dao động trước và sau điều khiển (Nhà 1 -tầng và 1-phần tử điều khiển) dưới tác dụng của gió (Force excited): Code matlab (xem phụ lục 3) DANG DAO DONG 50 Phi passive Phi withoutcontrol 40 30 20 Phi 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 0 5 10 15 20 25 Time 30 35 40 45 50 Hình 3.13 VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HOÀN HẢO Trang 30 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH III.3.2 Đáp ứng của hệ dao động trước và. ..    0   0      (3.12) VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HOÀN HẢO Trang 22 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH III.2.1 Đáp ứng của hệ dao động trước và sau điều khiển (Nhà 1 -tầng và 1-phần tử điều khiển) dưới tác dụng của gió (Force excited) và động đất (Base excited) : Code matlab (xem phụ lục 2) DANG DAO DONG 50 Phi withoutcontrol Phi passive 45 40 35 Phi 30 25 20 15 10 5 0 0 0.2 0.4... ratio 1.4 1.6 1.8 2 Hình 3.2 : Base excited VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HOÀN HẢO Trang 23 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH III.2.2 Đáp ứng của hệ dao động trước và sau điều khiển (Nhà 1 -tầng và 5-phần tử điều khiển) dưới tác dụng của gió (Force excited) và động đất (Base excited) : Code matlab (xem phụ lục 2) DANG DAO DONG 50 Phi withoutcontrol Phi passive 45 40 35 Phi 30 25 20 15 10 5 0 0 0.2 0.4... ratio 1.4 1.6 1.8 2 Hình 3.4 : Base excited VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HOÀN HẢO Trang 24 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH III.2.3 Đáp ứng của hệ dao động trước và sau điều khiển (Nhà 1 -tầng và 21-phần tử điều khiển) dưới tác dụng của gió (Force excited) và động đất (Base excited) : Code matlab (xem phụ lục 2) DANG DAO DONG 50 Phi withoutcontrol Phi passive 45 40 35 Phi 30 25 20 15 10 5 0 0 0.2 0.4... dụng của gió (Force excited): Đồ thị dao động ở tầng 5 Code matlab (xem phụ lục 3) DANG DAO DONG 5 Phi passive Phi withoutcontrol 4 3 2 Phi 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 0 5 10 15 20 25 Time 30 35 40 45 50 Hình 3.16 VÕ VĂN CƯỜNG DƯƠNG HOÀN HẢO Trang 33 Nghiên cứu khoa học GVHD : TS PHAN ĐỨC HUYNH III.3.7 Đáp ứng của hệ dao động trước và sau điều khiển (Nhà 21 -tầng và 1-phần tử điều khiển) dưới tác dụng của gió (Force