CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CẦU DÂY VĂNG VÀ BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN DAO ĐỘNG SỬ DỤNG THIẾT BỊ GIẢM CHẤN CHẤT LỎNG 1.1. Tổng quan về cầu dây văng và dao động của tháp cầu Cầu dây văng ngày nay đƣợc áp dụng rộng rãi trên thế giới và tại Việt Nam bởi tính thẩm mỹ và khả năng vƣợt đƣợc khẩu độ lớn. Kết cấu cầu gồm các dầm cứng bằng BTCT DƢL, bằng thép liên hợp bê tông hay giàn thép. Một số công trình cầu dây văng điển hình tại Việt Nam nhƣ: Cầu Mỹ Thuận, Cầu Kiền, Cầu Bính, Cầu Bãi Cháy, Cầu Rạch Miễu, cầu Phú Mỹ, Cầu Cần Thơ, cầu Trần Thị Lý và Cầu Nhật Tân sắp khánh thành vào cuối năm 2014 này. Hình 1.1: Một số cầu dây văng tại Việt Nam: Trần Thị Lý – Đà Nẵng, Cầu Cần Thơ – Cần Thơ, Cầu Bãi Cháy – Quảng Ninh và Cầu Nhật Tân – HàNội. Cầu dây văng là một hệ làm việc phức tạp bao gồm sự tác động chịu lực qua lại của các bộ phận mà chủ yếu là: tháp cầu, dây văng và dầm. Với kết cấu hệ dây, tƣơng ứng với chiều dài vƣợt nhịp lớn thì tháp cầu dây văng khá cao, chiều cao thông thƣờng đƣợc lựa chọn trong khoảng từ (1/3 đến 1/7) chiều dài nhịp chính (Lmax) nên vấn đề dao động đặc biệt đƣợc quan tâm hơn nữa vì kết cấu này rất nhạy cảm với các tác động động lực học18 Nguyễn Đức Thị Thu Định nhƣ hoạt tải xe, gió và động đất. Cả 3 tác động động lực học nhƣ gió, động đất và tác động của hoạt tải đều là vấn đề đáng quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học. Mỗi tác động mang một tính chất khác nhau: tác động tức thời hay thƣờng xuyên. Chính do tính chất này mà mỗi nghiên cứu sẽ cần tập trung giải quyết các vấn đề khác nhau trong việc giảm dao động cho kết cấu nói chung. Những kết quả thu đƣợc từ kết quả phân tích dao động giúp ngƣời kĩ sƣ có thể đánh giá đƣợc một phần nào đó sự làm việc của công trình cầu và tránh các rủi ro do tác động này gây ra. Tháp cầu, chiều dài nhịp, hệ dây văng có mối quan hệ cấu tạo và chịu lực chặt chẽ với nhau. Dƣới tác động của gió ngang, Tháp cầu còn chịu tác động của các bộ phận khác nhƣ hệ cáp văng, hệ dầm, và gây ra sự làm việc bất lợi đặc biệt. Tháp cầu còn có thể có những ảnh hƣởng đáng kể đến kết cấu không chỉ khi vận tốc gió lớn mà thậm chí là ở vận tốc gió tƣơng đối nhỏ [17]. Trong cầu dây văng Tháp đóng một vai trò rất quan trọng trong sự làm việc của cầu, với chiều cao tháp cầu khá lớn, kết cấu thanh mảnh và dƣới tác động theo phƣơng ngang ảnh hƣởng lớn đến sự làm việc của kết cấu tháp nói riêng cũng nhƣ kết cấu cầu dây văng nói chung. Hơn nữa do ảnh hƣởng của hệ dây, các dây văng đƣợc neo vào tháp, dầm tạo thành các tam giác chịu lực cơ bản và hình thành nên các gối đàn hồi trung gian. Nhờ các gối đàn hồi này mà nội lực, độ võng do tĩnh tải và hoạt tải đƣợc giảm đi rất nhiều. Tháp của cầu dây văng còn đƣợc coi là tham gia chịu lực nhƣ một gối ảo của dầm cầu khi kết hợp với dây neo giúp dầm có độ cứng nhất định. Do vậy mà sự biến dạng của tháp cầu sẽ ảnh hƣởng lớn đến sự làm việc của toàn bộ kết cấu [64]. Việc bố trí sơ đồ mặt phẳng dây cũng ảnh hƣởng khá nhiều đến đặc tính truyền lực trong kết cấu cầu dây văng cũng nhƣ hình dạng của tháp cầu. Số lƣợng mặt phẳng dàn dây đƣợc bố trí trên mặt cắt ngang cầu, hình thức liên kết các dây văng vào trụ tháp sẽ tạo nên hình dáng kiến trúc cơ bản của tháp cầu. Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy việc bố trí dàn dây xiên có lợi hơn về đảm bảo ổn định chống dao động ngang nhƣng có nhƣợc điểm tháp cầu thƣờng cao hơn, ngoài ra chiều dài dây cũng lớn hơn và ảnh hƣởng đến độ cứng của gối đàn hồi ở điểm neo dây. Các cáp văng đƣợc neo một đầu vào tháp một đầu vào dầm nên khi các cáp văng dao động chẳng hạn dƣới tác động của hoạt tải thì sẽ hình thành lực kéo làm cho đỉnh tháp có khả năng chuyển dịch theo phƣơng dọc đặc biệt đối với các tháp dạng cột của cầu dây19 Nguyễn Đức Thị Thu Định văng có một mặt phẳng dây. Gió tác động trên đỉnh cột tháp kết hợp với các thành phần lực ngang do gió trên mặt phẳng giàn dây tạo nên hợp lực ngang tại đỉnh tháp và gây ra mô men lớn tại chân tháp. Độ cứng theo phƣơng ngang của tháp thƣờng nhỏ hơn phƣơng dọc do ảnh hƣởng của các dây văng neo vào tháp nên càng dễ gây nên sự mất ổn định. Hơn nữa, càng lên cao tốc độ gió càng lớn [18], và gây ra chuyển vị lớn làm cho tháp tiến nhanh đến trạng thái mỏi hơn. Dao động chủ yếu của tháp là ở dạng dao động có qui tắc, dao động giật hoặc rung lắc ngẫu nhiên. Dƣới tác dụng động lực học của gió thì chủ yếu là thông qua dao động dây và kết hợp với các xoáy khí hình thành sau lƣng các mặt cắt ngang tháp mà tạo nên các dao động. Dạng mặt cắt ngang của tháp do vậy mà cần đƣợc lựa chọn sao cho không là tác nhân tăng dao động dƣới tác dụng của gió. Dạng mặt cắt tháp chủ yếu đƣợc biết đến có cấu tạo hình chữ nhật hoặc hình lục giác có kết hợp tạo vút hoặc vo tròn tại các góc theo phƣơng ngang để gió thổi đƣợc êm thuận. Để tránh trụ tháp bị uốn ngang cần tạo các liên kết của dây vào tháp nhƣ là gối di động ở một số điểm khác nhau trên tháp cầu. Cách thức liên kết của dây văng ngoài cùng (dây văng dài nhất) có ảnh hƣởng lớn đến sự làm việc của tháp cầu và toàn bộ cầu. Cầu có dây neo vào mố sẽ giảm đƣợc các chuyển vị ngang của đỉnh trụ tháp nhờ đó mà giảm đƣợc trị số độ võng và mômen trong dầm cứng. Trong khi nếu không neo dây vào mố hay vào trụ bờ thì do biến dạng của dầm cứng khiến cho chuyển vị ngang của đầu trụ tháp lớn. Nhƣợc điểm này có thể khắc phục bằng cách xây dựng các trụ tháp cứng, tuy nhiên sẽ đòi hỏi tốn kém về vật liệu và thời gian để xây dựng trụ tháp. Theo Ray W. Clough [74], khi phân tích bài toán động học kết cấu, chẳng hạn phân tích dao động của tháp cầu, có rất nhiều dạng dao động (mode sharp). Xét hệ tuyến tính N bậc tự do nào đó, vị trí chuyển dịch đƣợc định nghĩa bởi N thành phần theo vecto v (hình 1.2). Khi xét tháp không có sự liên kết với dầm và dây văng, tháp đƣợc xem nhƣ một cột ngàm mà biến dạng đƣợc thể hiện theo các thành phần của chuyển dịch. Và ứng với mỗi dạng dao động (mode shape) sẽ thể hiện chuyển dịch của kết cấu theo hƣớng nào đó đang xem xét. Do vậy mà khi xem xét kết cấu dao động theo phƣơng nào thì ảnh hƣởng của các tác động theo phƣơng khác đến chuyển dịch theo phƣơng xem xét là nhỏ và có thể bỏ qua [74]. Cụ thể, trong cầu dây văng, khi xét dao động của tháp theo phƣơng ngang cầu chịu tác động của gió ngang, thì ảnh hƣởng của yếu tố tháp khi có và không
0 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tác giả luận án Nguyễn Đức Thị Thu Định Nguyễn Đức Thị Thu Định LỜI CẢM ƠN Luận án thực phân tích nghiên cứu Bộ môn Công trình Giao thông thành phố, Khoa Công trình, Trung tâm thí nghiệm công trình, Trƣờng Đại học Giao thông vận tải dƣới hƣớng dẫn GS.TS Nguyễn Viết Trung phân tích hƣớng dẫn từ TS Toshihiro Wakahara, Viện khoa học Công nghệ Shimizu, Nhật Bản Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới hai Giáo sƣ hƣớng dẫn tận tình hƣớng dẫn khoa học trình thực luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Trung tâm thí nghiệm công trình, phòng thí nghiệm công trình Vilas 047 giúp đỡ tạo điều kiện cho tác giả tiến hành thí nghiệm trình thực luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ GS TS Matsasugu Nagai, Khoa kết cấu công trình trƣờng Đại học Nagaoka – Nhật Bản tạo điều kiện giúp đỡ tác giả suốt tháng thực tập Nhật Bản Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Phòng Đào tạo sau Đại học, Khoa Công Trình, thầy cô giáo Bộ môn Công trình giao thông thành phố Công trình Thủy - Trƣờng Đại học Giao thông vận tải, Viện khoa học công nghệ Shimizu Nhật Bản giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thành luận án Nguyễn Đức Thị Thu Định DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TLD : Hệ giảm chấn dùng chất lỏng STLD : giảm chấn chất lỏng đơn tần số MTLD : Giảm chấn chất lỏng đa tần số NSD : mô hình TMD tƣơng đƣơng mô hình TLD với độ cứng tính cản phi tuyến AMD : Giảm chất dùng khối lƣợng kiểu chủ động TMD : Giảm chấn dùng khối lƣợng kiểu bị động SD : giảm chấn thép, SJD :giảm chấn nối thép, LD : Giảm chấn dẫn hƣớng (Lead dampers), FD : Giảm chấn ma sát, VED : giảm chấn đàn hồi – nhớt, VD : Giảm chấn nhớt, OD : giảm chấn dầu, AGS :Active Gyro Stabilizer, AVS : Tác động thay đổi độ cứng (Active Variable Stiffness), VOD : Variable Orifice Damper, VFD :giảm chấn ma sát thay đổi E : Năng lƣợng F : Ngoại lực tác động vào kết cấu M : Mô men xoắn CT, CN CM: hệ số ứng với trị số lực ngang, lực nâng thẳng đứng mô men xoắn f : tần số dao động tự nhiên Lmax: Chiều dài nhịp lớn mL : khối lƣợng chất lỏng b : chiều rộng thùng chứa chất lỏng L : chiều dài thùng chứa hình chữ nhật D : đƣờng kính thùng chứa hình tròn a : chiều cao thùng chứa h0 : chiều sâu chất lỏng thùng chứa x(t) : chuyển dịch mặt đất theo thời gian (chuyển dịch, vận tốc, gia tốc) wn : tần số góc thứ n Fdọc (t) : lực gió dọc tác động lên mô hình kết cấu Nguyễn Đức Thị Thu Định Fng (t) :gió ngang tác động lên mô hình kết cấu 𝜌𝑎 :là mật độ không khí, 𝐴𝑖 :là diện tích chịu tác động gió; 𝑉𝑎𝑣𝑒 :là vận tốc gió trung bình đỉnh kết cấu điều kiện thiết kế; 𝜃𝑖 :là góc hƣớng tác động gió hƣớng ρ :mật độ chất lỏng (kg/m3); , :hệ số nhớt chất lỏng Ms :Tổng Hs :Chiều cao kết cấu (m) fs :Tần số dao động tự nhiên cửa kết cấu (Hz) S :Tỷ số cản kết cấu (%) k : độ cứng kD : độ cứng giảm chấn kS : độ cứng kết cấu kW : độ cứng tuyến tính sở giảm chấn chất lỏng TLD m :khối lƣợng mS :khối lƣợng kết cấu mD :khối lƣợng giảm chấn C : Hệ số cản c : Vận tốc pha sóng đƣợc định nghĩa :chuyển động tự chất lỏng (biến đổi theo thời gian t) L :chiều dài sóng H : chiều cao sóng :Hàm Wm : khối lƣợng hình thái có hiệu Wi : khối lƣợng hình thái có hiệu ứng với mode dao động thứ i i : mode dao động thứ i kết cấu : bƣớc sóng g : gia tốc trọng trƣờng T : chu kỳ dao động V : vận tốc N : Số lƣợng thùng chứa chất lỏng giảm chấn chất lỏng đa tần số MTLD fi : tần số dao động thùng chứa chất lỏng khối lƣợng kết cấu Nguyễn Đức Thị Thu Định f0 : tần số dao động trung tâm thùng chứa chất lỏng giảm chấn chất lỏng đa tần số (MTLD) i = fi+1 – fi: độ chênh tần số thùng TLD giảm chấn chất lỏng đa tần số R : bề rộng dải tần số giảm chấn chất lỏng đa tần số : Tỷ số tần số kích thích ( = fe/fs) : Tỷ số chiều sâu chất lỏng (=h/L) : Góc pha : Tỷ số tần số giảm chấn ( = fD/fs) :Tỷ số khối lƣợng (mD/ms) : Tỷ số cứng hóa độ cứng hay độ cứng không thứ nguyên giảm chấn : tần số góc e : Tần số góc lực kích thích D : Tần số góc tự nhiên giảm chấn S :Tần số góc tự nhiên kết cấu : Tỷ số tần số : Tỷ số cản S : Tỷ số cản kết cấu D : Tỷ số cản giảm chấn z : Cao độ mặt cầu q : áp lực gió V : Vận tốc gió thổi : mật độ không khí : chiều cao sóng cao độ mặt nƣớc tự fn,fw: tần số tự nhiên chất lỏng văng té thùng hình chữa nhật, tần số tự nhiên sở tuyến tính TLD w : Tần số góc tự nhiên sở tuyến tính TLD kw : Độ cứng sở tuyến tính TLD ccr : độ cản giới hạn TLD : tỷ số tần số : tỷ số giảm chấn lƣợng kết cấu thiết lập phƣơng trình chuyển động mS : khối cS :tính kS :độ cứng kết cấu thiết lập phƣơng trình chuyển động cản kết cấu thiết lập phƣơng trình chuyển động Nguyễn Đức Thị Thu Định wS :tần số góc dao động riêng kết cấu mD :khối lƣợng chất lỏng thùng giảm chấn chất lỏng TLD cD :tính cản chất lỏng thùng TLD kD wD : độ cứng chất lỏng thùng TLD :tần số góc dao động riêng của TLD S D : tỷ số cản kết cấu tỷ số cản TLD Fe , f(t) :lực kích động vào kết cấu, F0 : biên độ lực kích động HS w Hàm ứng xử tần số hệ làm việc chung kết cấu TLD H0 w Hàm ứng xử tần số TLD hệ không cản FI : lực thủy động tuyến tính Pn P0 lực ngang chất lỏng gây (tổng áp lực) tác động lên tƣờng bên phải bên trái thùng u(t) :chuyển vị u (t ) :vận tốc (t ) u :gia tốc Nguyễn Đức Thị Thu Định DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các biện pháp giảm dao động cho kết cấu 29 Bảng 1.2 Xác định kiểu loại sóng thùng chứa 34 Bảng 1.3 Thống kê công trình đƣợc lắp đặt TLD giới Việt Nam 43 Bảng 1.4 Các đặc trƣng động học tòa nhà TLD 46 Bảng 1.5 Các kích thƣớc bình TLD đặc trƣng TLD 46 Bảng 4.1 Kết phân tích mode dao động mô hình cột thí nghiệm : 105 Bảng 4.2 Số liệu thiết kế TLD (trƣờng hợp có thùng cho mô hình cột thí nghiệm) 116 Bảng 4.3 Số liệu thiết kế TLD (trƣờng hợp có thùng có tần số dao động giống cho mô hình cột thí nghiệm) 116 Bảng 4.4 Số liệu thiết kế TLD (trƣờng hợp có thùng có tần số dao động khác cho mô hình cột thí nghiệm, R=0.3) 117 Bảng 4.5 Số liệu thiết kế TLD (trƣờng hợp có thùng có tần số dao động khác cho mô hình cột thí nghiệm) 117 Bảng 4.6 Số liệu thiết kế TLD (trƣờng hợp có thùng có tần số dao động khác cho mô hình cột thí nghiệm) 118 Bảng 4.7 Số liệu thiết kế TLD (trƣờng hợp có thùng có tần số dao động khác cho mô hình cột thí nghiệm) 119 Bảng 4.8 Số liệu thiết kế TLD (trƣờng hợp có 11 thùng có tần số dao động khác cho mô hình cột thí nghiệm) 120 Bảng 4.9 Số liệu thiết kế TLD (trƣờng hợp có 15 thùng có tần số dao động khác cho mô hình cột thí nghiệm) 120 Bảng 4.10 Số liệu thiết kế TLD (trƣờng hợp có thùng có tần số dao động khác cho mô hình cột thí nghiệm, R=0.2) 122 Bảng 4.11 Số liệu thiết kế TLD (trƣờng hợp có thùng có tần số dao động khác cho mô hình cột thí nghiệm, R=0.1) 122 Bảng 4.12 Số liệu thiết kế TLD (trƣờng hợp có thùng có tần số dao động khác cho mô hình cột thí nghiệm, R=0.3, f/fs =0.95 ) 123 Bảng 4.13 Số liệu thiết kế TLD (trƣờng hợp có thùng có tần số dao động khác cho mô hình cột thí nghiệm, R=0.3, f/fs =1.05 ) 124 Bảng 5.1 Thông tin chi tiết khối lƣợng chất lỏng hệ TLD lắp đặt cầu Cầu Bãi Cháy nhƣ sau: 132 Bảng 5.2 Các thông số TLD hệ MTLD có N=5 136 Bảng 5.3 Chi tiết số lớp TLD đơn hệ MTLD N=5 136 Bảng 5.4 Chi tiết vị trí thiết lập MTLD thùng đơn hệ MTLD, N=5 139 Bảng 5.5 Chi tiết tần số dao động mode phan tích dao động cho cầu Bãi Cháy phần mềm Midas Civil : 141 Bảng 5.6 Chi tiết TLD đơn hệ MTLD trƣờng hợp fTLD =0.2Hz: 143 Bảng 5.7 Chi tiết khối lƣợng TLD đơn hệ MTLD N=5 vị trí lắp đặt Nguyễn Đức Thị Thu Định DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Một số cầu dây văng Việt Nam: Trần Thị Lý – Đà Nẵng, Cầu Cần Thơ – Cần Thơ, Cầu Bãi Cháy – Quảng Ninh Cầu Nhật Tân – HàNội 17 Hình 1.2: Các mode dao động điển hình tháp thừa nhận sơ đồ tính toán tháp đầu ngàm đầu tự 20 Hình 1.3: Mô hình tác động hoạt tải dầm có xét đến khối lƣợng tải trọng di chuyển dầm [29] 23 Hình 1.4: Mô tả mô hình tính toán làm việc chung kết cấu loại giảm chấn khác (giảm chấn kiểu bị động, kiểu bán chủ động, kiểu chủ động) 30 Hình 1.5: Chuyển động chất lỏng thùng chứa – TLD kích thƣớc 31 Hình 1.6: Mô hình cấu tạo thùng chứa chất lỏng hình chữ nhật hình tròn 33 Hình 1.7: TLD hình chữ nhật 34 Hình 1.8: TLD hình trụ tròn 34 Hình 1.9: Ứng dụng TLD cho tháp Yokohama Marine Nhật Bản - kết cấu dàn thép cao 101.3m, tổng khối lƣợng tháp 440T 44 Hình 1.10: Ứng dụng hệ giảm chấn chất lỏng TLD cho tòa nhà cao tầng – khách sạn Shin Yokohama Prince – Nhật Bản 44 Hình 1.11: Hệ thống TLD lắp đặt cầu Sakitama – Nhật Bản 47 Hình 1.12: Hệ thống TLD lắp đặt cầu Bãi Cháy – Việt Nam 47 Hình 1.13: Sơ đồ thể tƣ tƣởng nghiên cứu TLD 49 Hình 2.1: Định nghĩa tham số chuyển động sóng 53 Hình 2.2: Mô hình TMD tƣơng đƣơng TLD (mô hình NSD) 57 Hình 2.3: Hệ tƣơng đƣơng mô hình gồm bậc tự kết cấu TLD mô hình hai bậc tự với độ cứng tính cản phi tuyến (mô hình NSD)-[76] 58 Hình 2.4: Các kích thƣớc thùng chứa hình chữ nhật dƣới tác động chuyển vị ngang 59 Hình 2.5: Lực cắt sở chuyển động chất lỏng 62 Hình 2.6: Trắc dọc vận tốc chất lỏng thay đổi theo phƣơng x lớp biên bên 62 Hình 2.7: mô dao động kết cấu biến đổi theo thời gian theo tần số 70 Hình 3.1: Mô hình kết cấu giảm chấn chất lỏng đa tần số (MTLD) 75 Hình 3.2: Mô hình đa bậc tự mô cho TLD đơn lẻ hệ MTLD 75 Hình 3.3: Mô hình tính toán cho hệ SLTD 79 Hình 3.4: Biểu đồ thể trƣờng hợp khảo sát Trên hình minh họa dạng đƣờng đồ thị với tham số giảm chấn tối ƣu: đồ thị không gắn TLD, Nguyễn Đức Thị Thu Định gắn hệ giảm chấn đơn tần số (STLD) gắn hệ giảm chấn đa tần số MTLD 87 Hình 3.5: Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD ứng với số thùng TLD N=3,R = 0.2 87 Hình 3.6: Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD ứng với số thùng TLD N=5,R = 0.2 88 Hình 3.7: Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD ứng với số thùng TLD N=7,R = 0.2 88 Hình 3.8: Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD ứng với số thùng TLD N=9,R = 0.2 89 Hình 3.9: Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD ứng với số thùng TLD N=11,R=0.2 89 Hình 3.10: Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD ứng với số thùng TLD N=15,R=0.2 90 Hình 3.11: Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD ứng với số thùng TLD N=15,R=0.2 90 Hình 3.12: Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD ứng với số thùng TLD N=3, bề rộng dải tần số thay đổi R=0.1, 0.2, 0.3 91 Hình 3.13: Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD ứng với số thùng TLD N=5, bề rộng dải tần số thay đổi R=0.1, 0.2, 0.3 92 Hình 3.14: Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD ứng với số thùng TLD N=7,bề rộng dải tần số thay đổi R=0.1, 0.2, 0.3 92 Hình 3.15: Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD ứng với số thùng TLD N=9, bề rộng dải tần số thay đổi R=0.1, 0.2, 0.3 93 Hình 3.16: Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD ứng với số thùng TLD N=11, bề rộng dải tần số thay đổi R=0.1, 0.2, 0.3 93 Hình 3.17: Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD ứng với số thùng TLD N=15, bề rộng dải tần số thay đổi R=0.1, 0.2, 0.3 94 Hình 3.18: Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD ứng với số thùng TLD N=21, bề rộng dải tần số thay đổi R=0.1, 0.2, 0.3 94 Hình 3.19: Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD (N=7) với tỷ số tần số f0/fs = 0.95, bề rộng dải số R=0.2 96 Hình 3.20: Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD tỷ số tần số f0/fs = 1.05, bề rộng dải số R=0.2 96 Hình 3.21: Đồ thị khảo sát hàm ứng xử kết cấu với thay đổi tỷ lệ tỷ số cản kết cấu so với tỷ số cản MTLD ứng với N=5 thùng 97 Hình 3.22: Đồ thị khảo sát hàm ứng xử kết cấu vớ i thay đổi tỷ lệ tỷ số Nguyễn Đức Thị Thu Định cản kết cấu so với tỷ số cản MTLD ứng với N=7 thùng 97 Hình 3.23: Đồ thị khảo sát hàm ứng xử kết cấu với Thùng TLD nhiều thùng TLD có tần số dao động giống 98 Hình 3.24: Đồ thị khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng TLD có tần số trung tâm đến ứng xử kết cấu 99 Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển bàn rung (shaking table) 101 Hình 4.2: Thiết bị bàn rung đặt phòng thí nghiệm trƣờng Đại học GTVT 101 Hình 4.3: Mô hình tƣơng tác TLD kết cấu chịu tác động chuyển động theo phƣơng ngang 102 Hình 4.4: Mô hình tƣơng tác TLD kết cấu chịu tác động chuyển động xoay 102 Hình 4.5: Mô hình cột thí nghiệm dạng chữ H sơ đồ bố trí điểm đo 104 Hình 4.6: mode dao động cột thí nghiệm phân tích phần mềm Midas Civil 107 Hình 4.7: Quá trình chế tạo lắp đặt mô hình lên bàn rung 111 Hình 4.8: Thiết bị đo giảm chấn chất lỏng đặt đỉnh cột mô hình kết cấu thí nghiệm 111 Hình 4.9: Hiệu chỉnh mô hình kết cấu cho thí nghiệm 112 Hình 4.10: Mô tả phân tích tính toán giá trị tần số dao động riêng thực mô hình kết cấu sở biến đổi Hilbert 113 Hình 4.11: hiệu giảm dao động cho mô hình kết cấu thí nghiệm không gắn TLD 115 Hình 4.12: hiệu giảm dao động cho mô hình thí nghiệm với thùng TLD so ánh với trƣờng hợp thùng L.TLD giống 116 Hình 4.13: hiệu giảm dao động cho mô hình thí nghiệm với thùng TLD có tần số dao động khác nhau, R=0.3 117 Hình 4.14: hiệu giảm dao động cho mô hình thí nghiệm với thùng TLD (tần số dao động thùng khác nhau), R=0.3 118 Hình 4.15: hiệu giảm dao động cho mô hình thí nghiệm với thùng TLD (tần số dao động thùng khác nhau, R=0.3, f/fs=1) 119 Hình 4.16: hiệu giảm dao động cho mô hình thí nghiệm với thùng TLD (tần số dao động thùng khác nhau) 119 Hình 4.17: hiệu giảm dao động cho mô hình thí nghiệm với 11 thùng TLD (tần số dao động thùng khác nhau) 120 Hình 4.18: hiệu giảm dao động cho mô hình thí nghiệm với 15 thùng TLD (tần số dao động thùng khác nhau) 121 Nguyễn Đức Thị Thu Định 10 hệ MTLD bậc tự do, cụ thể sau: Tần số trung tâm TLD hệ MTLD w0= (wmax + wmin) /2 Bề rộng dải tần số R= (wmax – wmin) /w0 = 0.2.Và i = w i+1 - wi = const m1 m2 m-d1 m-d2 k-d1 c-d1 c-d2 k-d2 mn-1 mn mi m-di k-di c-di m-dn k-dn c-dn Ms Ms Ks Ks Cs Cs Hình 3.1: mô hình tính toán đề xuất cho hệ MTLD Tác giả tập trung xây dựng phương trình động học cho hệ làm việc chung kết cấu – MTLD dùng phương trình Lagrange có: Động hệ đa bậc tự do: 1 T = ms xs2 + 2 Thế hệ đa bậc tự do: 1 π = k s xs2 + 2 Hao tán hệ tính là: N mi xi2 (3.8) i=1 N k i xi − xs (3.9) ci x i − x s (3.10) i=1 1 φ = cs xs2 + 2 N i=1 Phương trình viết dạng matrận : xs x1 ms m1 m2 xi ⋱ cs + ci −c1 −c1 c1 −c2 + −c2 −cn c2 xs x1 xi ⋱ mn−1 mn cn−1 ks + + −cn xn −k1 −k ki −k cn −k −k n k1 xs x1 xi k2 xn Fs = ⋱ k n−1 −k n kn xn Từ phương trình ma trận, dạng triển khai viết thành hệ phương trình (3.25)sau: 11 ms xs + (Cs + Ci )xs − c1 x1 − ⋯ − ci xi … − cn xn + (k s + k i ) xs − k1 x1 − ⋯ − k i xi … − k n xn = m1 x1 − C1 xs + c1 x1 − k1 xs + k1 x1 = m2 x2 − C2 xs + c2 x2 − k xs + k x2 = mn xn − cn xs + cn xn − k n xs + k n xn = F0 H w = ks H w = (3.12) F0 ks − w2 w 2s + 2ξS i w ws +1 − w2 N i=1 w s 2ξ i i μi wi w + w w2 i w2 w2 i w2 −1 +2ξ i i wi + 1− w2 w 2s + 2ξS i w ws − w2 w 2s N i=1 μi 2ξ i i w +1 wi w2 w 1− +2ξ i i wi wi (3.13) H(w) đƣợc gọi hàm ứng xử tần sốkhông thứ nguyên hệ MTLD: Phân tích, đánh giá hiệu hệ MTLD so vớiSTLD kết cấu TLD thông qua hàm ứng xử tần số thiết lập trƣờng hợp sau: Kết biểu diễn biểu đồ thể mối quan hệ ứng xử kết cấu theo tỷ số tần số (tỷ số tần số kích động tần số dao động riêng kết cấu) Trong trường hợp khảo sát gồm đường biểu diễn: đường đồ thị ứng xử kết cấu không gắn TLD, gắn hệ SLTD hệ MTLD với N TLD đơn Trƣờng hợp 1:Khảo sát ảnh hƣởng số lƣợng thùng chứa chất lỏng đến hiệu giảm chấn: Với bề rộng dải tần số (R= 0.2) tiến hành khảo sát với số lượng thùng chứa chất lỏng thay đổi N =3,5,7,9,11,15…21 Hệ MTLD có hiệu tốt số lượng thùng TLD đơn lẻ định, vượt số lượng tạo hiệu tiếp tục tăng số lượng thùng TLD hiệu hệ MTLD không tăng trí không hiệu giảm dao động cho kết cấu Số lượng thùng TLD hợp lý khảo sát hệ MTLD gồm N=5-11 thùng TLD đơn lẻ 12 Kết khảo sát trƣờng hợp 2:Khi thay đổi bề rộng dải tần số TLD hệ MTLD R 0.1; 0.2; 0.3 ứng với trường hợp số lượng thùng giảm chấn chất lỏng đơn lẻ N, kết cho thấy: Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD thay đổi bề rộng dải tần số R Ứng với số lượng thùng hợp lý bề rộng dải tần số thay đổi đồ thị thể rõ hiệu MTLD tốt chênh tần số TLD đon MTLD = 0.01 - 0.02 (bề rộng dải tần số 0.2 -0.3) Kết khảo sát trƣờng hợp 3: Hiệu hệ MTLD tỷ số tần số trung tâm MTLD kết cấu không (tỷ số tần số f0/f = 0.95, 1.05 13 Khảo sát MTLD nhạy cảm với thay đổi dải tần số kích thích, nhiên ứng xử với thay đổi tốt hệ STLD Kết khảo sát trƣờng hợp – Khảo sát ảnh hưởng tham số tỷ số cản (tỷ lệ tỷ số cản hệ MTLD so với tỷ số cản kết cấu) Tỷ số tham số cản kết cấu tham số cản MTLD lớn đường đồ thị trở nên phẳng với đỉnh có giá trị xấp xỉ Tỷ số tăng đến ( tỷ số cản kết cấu lớn gấp lần tỷ số cản giảm chấn) đồ thị với đỉnh gần với dạng đồ thị hàm STLD Như vậy, chênh tỷ số cản lớn hiệu MTLD giảm Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD Khi có chênh lệch tỷ số cản Kết khảo sát trƣờng hợp 5: Khảo sát hệ STLD sử dụng thùng TLD đơn sử dụng nhiều thùng TLD giống nhau: STLD bao gồm thùng TLD STLD gồm thùng với tần số dao động tự nhiên có biểu đồ trùng khít Hệ nhiều TLD đơn giông - STLD Kết khảo sát trƣờng hợp – Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ khối lượng TLD đơn lẻ hệ MTLD so với tổng khối lượng chất lỏng hệ (mi/mL) 14 Khảo sát hàm ứng xử tần số tỷ lệ khối lượng TLD có tần số trung tâm với tổng khối lượng chất lỏng thay đổi Khối lượng TLD có tần số trung tâm tăng lên hiệu MTLD tăng lên Ứng với giá trị định đồ thị hệ phẳng chứng tỏ ứng xử kết cấu trở nên đáp ứng tốt với dải rộng tần số kích động CHƢƠNG THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH TRÊN BÀN RUNG NHẰM ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ GIẢM DAO ĐỘNG CỦA GIẢM CHẤN CHẤT LỎNGTLD Để xác nhận giá trị hàm ứng xử tần số thiết lập hiệu thực MTLD, việc thí nghiệm mô hình khảo sát ứng xử kết cấu theo tỷ số tần số tần số dao động tự nhiên TLD tần số dao động tự nhiên kết cấu thực chương Mô hình thí nghiệm mô hình mô sơ đồ hoạt động mô hình kết cấu thí nghiệm Mô hình kết cấu sử dụng cho thí nghiệm sở để thu thập số liệu cho việc so sánh, đối chứng với kết phân tích lý thuyết Mô hình kết cấu cho thí nghiệm:Kết cấu cột dạng chữ H có chiều cao 3.1m,Cột làm việc đầu ngàm đầu tự Tần số dao động tự nhiên kết cấu phân tích dao động theo kết phân tích mô hình phần mềm Midas Civil 7.0.1 với mode dao động điển hình là: STT Mode Mode Mode Mode Mode Mode Mode Khối lƣợng kết cấu (Kg) 50.83 50.83 50.83 50.83 50.83 50.83 Tần số dao động tự nhiên (Hz) 3.47 3.94 13.27 28.46 83.26 103.03 Tỷ số cản 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 Hiệu chỉnh xác định số giá trị thực mô hình Trên sở biến đổi Hilbert, giá trị tần số dao độngriêng mô hình kết cấu thực là: f = 2.85Hz.Tỷ số cản tính toán thực là: 0.0018 Lựa chọn hàm tác động bàn rung hiệu chỉnh bàn rung Hàm điều hòa dạng: 𝑦 = 𝐴 sin (𝑤𝑡) hoặc𝑦 = 𝐴 sin (2𝜋𝑓 𝑡) Tần số kích động cho bàn rung lựa chọn cho trùng với tần số dao 15 động riêng kết cấu để đạt giá trị chuyển vị cộng hưởng - chuyển 𝑓 vị lớn kết cấu thay đổi dải:0.8 ≤ ≤ 1.2 𝑓𝑠 Chọn số điểm tần số kích động khảo sát điểm;f/fs= 0.8; f/fs= 0.85; f/fs= 0.9; f/fs= 0.95; f/fs= 1; f/fs= 1.05; f/fs= 1.1; f/fs= 1.15;f/fs= 1.2 Hệ TLDtrong thí nghiệm thùng hình chữ nhật nhựa kính có kích thước theophân tích hàm ứng xử tần số là: L=80mm, b=60mm, H=60mm Đánh giá kết thí nghiệm theo trƣờng hợp nhƣ sau: Trƣờng hợp – Đo dao động, chuyển vị cột kết cấu thí nghiệm không gắn thiết bị TLD Đồ thị với đường lý thuyết thí nghiệm thể cho trường hợp kết cấu không gắn giảm chấn chất lỏng có dạng tương đồng giá trị tương đối sát cho thấy việc sử dụng liệu tần số dao động riêng kết cấu thực đo phù hợp 4.6.1 Kết khảo sát trường hợp đặc biệt kết cấu gắn thùng giảm chấn chất lỏng gắn nhiều thùng giảm chấn giống (giảm chấn chất lỏng đơn tần số STLD) Trƣờng hợp 1a 1b – Đo dao động, chuyển vị cột kết cấu thí nghiệm gắn thùng giảm chấn chất lỏng gắn nhiều thùng giảm chấn giống Đường đồ thị thể kết thí nghiệm trường hợp kết cấu lắp đặt thùng TLD thùng TLD có chiều sâu chất lỏng giống có dạng tương đồng nhiên không hoàn toàn trung khít như theo phân tích lý thuyết Lý dự đoán sai số chế tạo thùng chứa TLD, sai số chiều sâu chất lỏng đổ vào thùng 4.6.2 Kết khảo sát ảnh hưởng số lượng thùng chứa chất lỏng khác giảm chấn chất lỏng đa tần số MTLD đến hiệu giảm dao động 16 Trường hợp 2a – Đo dao động, chuyển vị cột kết cấu thí nghiệm có lắp đặt thùng TLD có tần số dao động khác (3 thùng có chiều sâu chất lỏng khác MLTD) Bề rộng dải tần số R=0.3 Trường hợp 2b - Đo dao động, chuyển vị cột kết cấu thí nghiệm có lắp đặt thùng TLD có tần số dao động khác (5 thùng có chiều sâu chát lỏng khác nhau), bề rộng dải tần số R=0.3 Trường hợp 2c - Đo dao động, chuyển vị cột kết cấu thí nghiệm có lắp đặt thùng TLD có tần số dao động khác nhau, (chiều sâu chất lỏng thùng giảm chấn chất lỏng đa tần số MTLD khác), bề rộng dải tần số R=0.3 Trường hợp 2d - Đo dao động, chuyển vị cột kết cấu thí nghiệm có lắp đặt thùng TLD có tần số dao động khác nhau, (chiều sâu chất lỏng thùng giảm chấn chất lỏng đa tần số MTLD khác), bề rộng dải tần số R=0.3 Trường hợp 2e - Đo dao động, chuyển vị cột kết cấu thí nghiệm có lắp đặt 11 thùng TLD có tần số dao động khác nhau, (chiều sâu chất lỏng thùng giảm chấn chất lỏng đa tần số MTLD khác), bề rộng dải tần số R=0.3 Trường hợp 2f - Đo dao động, chuyển vị cột kết cấu thí nghiệm có lắp đặt 15 thùng TLD có tần số dao động khác nhau, (chiều sâu chất lỏng thùng giảm chấn chất lỏng đa tần số MTLD khác), bề rộng dải tần số R=0.3 17 Đồ thị trường hợp khảo sát ảnh hưởng số lượng thùng giảm chấn chất lỏng giảm chấn chất lỏng đa số MTLD đến hiệu giảm dao động cho thấy phù hợp dạng so với đường đồ thị phân tích lý thuyết Ứng xử kết cấu vị trí tỷ số tần số xấp xỉ 1so sánh lý thuyết thực nghiệm gần nhau, xa giá trị tỷ số tần số giá trị có xu hướng khác biệt nhiều Kết lần khẳng định số lượng thùng chứa chất lỏng giảm chấn chất lỏng đa tần số phù hợp cho thiết kế nằm tỏng khoảng từ N =5-11 thùng 4.6.3 Kết khảo sát ảnh hưởng bề rộng dải tần số giảm chấn chất lỏng đa tần số MTLD đến hiệu giảm dao động Trƣờng hợp 3a - Trường hợp có thùng giảm chấn chất lỏng TLD khác (3 thùng đổ lượng chất lỏng khác nhau), bề rộng dải tần số thay đổi so với trường hợp 2a, lấy R=0.2 Trƣờng hợp 3b - Trường hợp có thùng giảm chấn chất lỏng TLD khác (3 thùng đổ lượng chất lỏng khác nhau), bề rộng dải tần số thay đổi so với trường hợp 2a, lấy R=0.1 Khi bề rộng dải tần số thay đổi liệu thí nghiệm thể nhạy cảm với thay đổi này.Đường thực nghiệm có dạng giống đường lý thuyết nhiên với đỉnh giá trị Điều giải thích việc hạn chế thực thí nghiệm với số điểm kích động chưa đủ nhiều nên chưa thể biến đổi đồ thị 4.6.4 Khảo sát giảm chấn chất lỏng đa tần số MTLD với tỷ số số trung tâm giảm chấn chất lỏng đa tần số MTLD tần số dao động riêng kết cấu không bẳng số lượng thùng chứa chất lỏng N= TLD Khi tỷ số tần số tần số kích động với số dao động riêng kết cấu không một, đường đồ thị thực nghiệm thể nhạy cảm với thay đổi này.Dạng đường đồ thị thí gnhiệm lý thuyết phù hợp 18 Trƣờng hợp 4a: Trường hợp có thùng TLD (khác nhau), bề rộng dải tần số R=0.3 tỷ số tần số trung tâm giảm chấn chất lỏng MTLD tần số dao động riêng kết cấu f/fs =0.95 Trường hợp 4b: Trường hợp có thùng TLD (khác nhau), bề rộng dải tần số R=0.3 tỷ số tần số trung tâm giảm chấn chất lỏng đa số MTLD tần số dao động riêng kết cấu f/fs =1.05 Kết luậnchƣơng 4: Độ xác hàm ứng xử tần số lý thuyết thiết lập, việc thí nghiệm mô hình cột bàn rung chịu tác động kích động tần số dao động khác thực Mô hình cột thép thiết kế, mô hình hóa phân tích phần mềm sau chế tạo lắp đặt đầu đo đặt bàn rung Kết thu từ việc đo đạc phân tích phần mềm Matlab đường thực nghiệm vẽ lại để đối chiếu với đường lý thuyết thiết lập CHƢƠNG HỆ GIẢM CHẤN CHẤT LỎNG ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH CẦU BÃI CHÁY – VIỆT NAM Giảm chấn chất lỏng TLD có cầu Bãi Cháy Trên thực tế có loại thùng TLD lắp đặt tháp Cầu Bãi Cháy Kích thước thùng có chiều dài, chiều rộng thay đổi từ 200-500mm Tỷ số khối lượng thiết kế TLD cho tháp Bãi Cháy lắp đặt µL = mL/mS = 0.0047.Việc thiết kế TLD thực theo giai đoạn ứng với giai đoạn, số lớp TLD đượclắp đặt tùy thuộc vào phân đoạn tháp xậy dựng 5.1 Tính toán kiểm chứng, thiết kế MTLD cho tháp cầu Bãi Cháy sử dụng tần số thiết kế đạo f0 = 0.1886Hz Khảo sát với hệ STLD: so sánh hệ TLD cómột vài TLD giai đoạn thi công sau: 19 Đồ thị thể phương án thiết kế TLD cho cầu Bãi Cháy tối ưu bỏ bớt số lớp TLD số giai đoạn lắp đặt, biểu đồ cho thấy hiệu hệ việc giảm dao động thấp Đặc biệt, bỏ qua TLD lắp đặt vị trí đỉnh tháp ứng với giai đoạn thi công cuối (vị trí bố trí gần đỉnh tháp), hiệu việc giảm dao động cho tháp cầu thấp Khảo sát với hệ MTLD:số lượng thùng TLD đơn hệ MTLD N=5 Chi tiết sau: Tần số trung tâm thiết kế với tần số dao động tự nhiên tháp cầu theo phân tích phần mềm f=0.1886 Hz; Bề rộng dải tần số R=0.2 Khoảng tần số lấy cân β=0.094 Hz; Kích thước thùng 1400x500 mm STT nhóm m1 m2 m3 m4 m5 Tần số dao động (Hz) Chiều sâu lỏng (cm) 0.16974 0.17917 0.18860 0.19803 0.20746 2.301 2.563 2.839 3.129 3.433 chất Tỷ số cản - ξ 0.031 0.027 0.024 0.022 0.019 Việc khảo sát theo trường hợp như: Tỷ lệ % khối lượng chất lỏng nhóm thùng hệ MTLD STT nhóm Trường hợp Trường hợp Trường hợp3 m1 5 m2 m3 m4 m5 90 80 5 10 70 10 Trường hợp Trường hợp5 10 10 60 10 10 10 15 50 15 10 Kết khảo sát ứng xử kết cấu tỷ lệ khối lượng TLD có tần số trung tâm thay đổi: 20 Đồ thị thể hiệu MTLD ứng với tỷ lệ khối lượng chất lỏng TLD có tần số trung tâm, có hiệu tốt giá trị tỷ lệ khối lượng nằm tỏng khoảng 50-60% Hiệu MTLD thể rõ trường hợp dùng hệ STLD với liệu đầu vào thể qua biểu đồ: Chi tiết thiết kế MTLD kiểm chứng cho công trình cầuBãi Cháy: Số lượng TLD đơn hệ MTLD khác nhóm thùng vị trí Với cách bố trí hệ MTLD dọc theo chiều cao tháp, hiệu hệ tăng lên tổng số lượng thùng TLD giảm so với hệ SLTD có cầu Bãi Cháy Cụ thể bố trí sau: TLD Khối lượng chất lỏng (mode 1) GĐ 0.744 GĐ 0.552 36 30 GĐ 42 0.993 GĐ 39 0.845 GĐ 25 0.415 Tổng mL (T) m1 0.016 0.014 0.012 0.009 0.007 0.057 m2 14 0.249 10 0.152 10 0.133 10 0.099 12 1.242 1.876 m3 18 0.355 12 0.201 12 0.177 10 0.110 18 2.654 3.498 m4 0.044 0.019 0.016 0.012 0.018 0.108 m5 0.024 0.020 0.018 0.013 0.010 0.085 36 0.688 25 0.405 25 0.357 23 0.243 33 3.931 5.624 Tỏng số lớp 142 5.2 Tính toán kiểm chứng, thiết kế MTLD cho tháp cầu Bãi Cháy sử dụng tần số thiết kế đạo f0 = 0.2Hz Tần số tháp thay đổi từ 0.1886 sang 0.2 ảnh hưởng lớn đến ứng xử chuyển vị tháp trường hợp không có gắn TLD Khảo sát hệ MTLD với tần số đạo cho thiết kế MTLD (tần số trung tâm) f0= 0.2Hz.và chi tiết: Tổng khối lượng chất lỏng mL = 2.876T Tỷ số khốilượng chất lỏng µL = mL/mS = 0.005 Bề rộng dải tần số R =0.2 Khoảng tần số = 0.015 21 khảo sat MTLD với số thùng TLD, N=5, R=0.3 Bien độ dao động (cm) 200.000 150.000 100.000 50.000 STT nhóm m1 m2 m3 m4 m5 Hs-MTLD Hs-STLD 1.25 1.20 1.15 1.10 1.05 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 -50.000 0.70 0.000 f/fs Structure W/0 TLD Tần số dao động (Hz) Chiều sâu chất lỏng (cm) Tỷ sốcản - ξ Khối lượng chất lỏng thùng (T) 0.180 0.190 0.200 0.210 0.220 2.586 2.881 3.191 3.517 3.858 0.027 0.024 0.021 0.019 0.017 0.018 0.020 0.022 0.025 0.027 Chi tiết tỷ lệ khối lượng TLD đơn nhóm TLD thuộc hệ MTLD số giai đoạn lắp đặt MTLD cho tháp cầu Bãi Cháy thiết kế theo mode sau: GĐ 42 GĐ 40 GĐ 37 GĐ 33 GĐ 30 GĐ 25 GĐ 22 TLD ML mode 0.9933 0.8799 0.7768 0.6434 0.5517 0.4146 0.3417 m1 0.018 0.016 0.014 0.012 0.012 0.007 0.006 0.084 m2 0.040 0.018 0.016 0.013 0.026 0.007 0.007 0.126 m3 10 0.222 0.157 0.139 0.115 0.857 0.391 0.046 1.927 m4 0.196 0.043 0.038 0.032 0.252 0.036 0.017 0.613 m5 0.027 0.024 0.021 0.017 0.017 0.010 0.009 0.125 Tổng 22 0.502 13 0.258 13 0.228 13 0.18867 11 1.163 11 0.451 11 0.085 2.876 Kết luận chƣơng MTLD nhạy cảm với thay đổi tần số tới ứng xử kết cấu Hiệu việc giảm dao động MTLD tăng số lượng thùng chứa chất lỏng giảm 94TLD Điều có nghĩa việc dùng hệ SLTD phương án thiết kế cho hệ có tối ưu thay hệ hệ MTLD hiệu tăng lên mà có khả tiết kiệm vật liệu Trên sở phân tích tính toán kiểm chứng mô hình cầu Bãi Cháy, đề xuất sơ đồ hướng dẫn thiết kế MTLD giảm dao động cho kết cấu dạng tháp sau: 22 Phân tích kết cấu, xác định tham số kết cấu ms, fs Xác định tần số thiết kế đạo MTLD Lựa chọn tham số cấu tạo MTLD (N, R, , mi, fi) Điều chỉnh mi /mL mi Hs-MTLD < Hs -không MTLD /mS Dừng KẾT LUẬN Nghiên cứu ứng dụng hệ giảm chấn dùng chất lỏng điều khiển dao động cho cầu dây văng Việt Nam cần thiết Luận án nghiên cứu lý thuyết hệ thống giảm chấn chất lỏng TLD, xem xét đặc tính chế tạo lực cản làm giảm dao động kết cấu Khẳng định tính khả thi việc áp dụng giảm chấn chất lỏng TLD nhằm giảm dao động cho tháp cầu dây tác động động lực học gió, động đất hoạt tải Trên sở nghiên cứu hệ giảm chấn khối lượng đa tần số (MTMD) GS Igusa Xu (1990,1991,1992) nghiên cứu sử dụng giảm chấn khối lượng TMD tương đương thay cho giảm chấn chất lỏng TLD GS Yozo Fujino, TS Wakahara, TS Sun Limin GS TSKH Nguyễn Đông Anh, nghiên cứu thiết lập hàm ứng xử tần số cho mô hình với kết cấu bậc tự giảm chấn chất lỏng bậc tự lại thể hệ tương tác giữa kết cấu nhiều giảm chấn chất lỏng (MTLD) nhằm phản ánh ứng xử kết cấu theo tỷ lệ tần số lực kích động với tần số dao động riêng kết cấu Phân tích ảnh hưởng tham số hệ giảm chấn chất lỏng đa tần số (MTLD) đến hiệu giảm dao động cho kết cấu so sánh 23 với hệ giảm chấn chất lỏng đơn tần số (STLD) Kết phân tích hiệu giảm chấn chất lỏng đa tần số (MTLD) có hiệu giảm chấn cho kết cấu dạng tháp hệ STLD với giá trị định tham số hệ Phân tích số hàm ứng xử tần số xây dựng để xác định ảnh hưởng tham số đến hiệu giảm chấn như: số lượng thùng giảm chấn chất lỏng N, bề rộng dải tần số R, tỷ số tần số kích động tần số dao động riêng kết cấu Cụ thể: Giảm chấn chất lỏng đơn tần số (STLD) thực tế trường hợp đặc biệt giảm chấn chất lỏng đa tần số (MTLD) Trong giảm chấn chất lỏng đa tần số (MTLD) tần số thùng đơn khác giảm chấn chất lỏng đơn tần số (SLTD) giống (thừa nhận tỷ số khối lượng giảm chấn kết cấu hệ nhau) Khi so sánh giảm chấn chất lỏng đơn tần số (STLD) với thùng giảm chấn đơn giảm chấn chất lỏng đơn tần số (STLD) với số lượng thùng TLD (tần số dao động tự hệ nhau) cho thấy hiệu hệ Điều có nghĩa số lượng thùng đơn giảm chấn chất lỏng đơn tần số (STLD) lựa chọn vừa nhằm phục vụ cho trình xây dựng, phù hợp với kích thước kết cấu tăng hiệu giảm dao động cho toàn hệ kết cấu (trường hợp thiết kế cầu Bãi Cháy) Khi khảo sát trường hợp ảnh hưởng bề rộng dải tần số hiệu giảm dao động giảm chấn chất lỏng đa tần số (MTLD) thấy số lượng TLD đơn đủ lớn bề rộng dải tần số nhỏ (R = 0.1), chênh tần số TLD đơn nhỏ hiệu giảm dao động MTLD tương tự SLTD Mặt khác, số lượng TLD đơn nhỏ bề rộng dải tần số đủ lớn (R = 0.3) hiệu MTLD tốt hệ SLTD Do vậy, hiệu hệ MTLD đạt tốt ứng với giá trị định số lượng TLD đơn bề rộng dải tần số phù hợp Giá trị khảo sát kiến nghị bề rộng dải tần số 0.2 -0.3 độ chênh tần số thùng TLD đơn lẻ = 0.01 - 0.02 Đặc biệt, luận án mối quan hệ khối lượng thùng đơn lẻ nhóm thùng có số lượng thiết kế MTLD sử dụng hàm ứng xử tần số thiết lập Trong hệ MTLD gồm N thùng chứa, thùng có giá trị tần số riêng (1 TLD đơn) tần số cảu N thùng thuộc dải tần số thiết kế Tỷ số khối lượng thùng có tần số trung tâm (tần số chủ đạo lấy để thiết kế thường với tần số dao động tự nhiên kết cấu) tổng khối lượng chất lỏng giảm chấn chất lỏng đa tần số (MTLD) tỷ số khối lượng TLD đơn với khối lượng hình thái kết cấu khảo sát luận án Kết hiệu giảm dao động tăng với tăng khối lượng TLD có tần số trung tâm Các TLD khác ảnh hưởng đến hiệu chung ảnh hưởng đến việc tìm 24 giá trị tối ưu cho giảm chấn Thí nghiệm mô ví dụ để minh chứng hiệu hệ MTLD việc giảm dao động cho kết cấu dạng tháp sử dụng hàm ứng xử tần số thiết lập để phân tích thực với mô hình cột đặt bàn rung Thực thí nghiệm mô hình kết cấu cột thép mô dạng chịu tác động kích động hàm điều hòa với tổng số 189 trường hợp kích động kết cấu (21 trường hợp trường hợp tạo kích động cho bàn rung với giá trị tần số dao động khác nhau) lặp lặp lại lần để có kết minh chứng hiệu giảm chấn chất lỏng việc giảm dao động cho kết cấu dạng tháp sử dụng hàm ứng xử tần số thiết lập Kết rằng: Việc tính toán thiết kế mô hình cột thực trường hợp thí nghiệm tính toán chi tiết để so sánh kiểm chứng với kết phân tích lý thuyết hệ MTLD Kết thí nghiệm đánh giá, so sánh với hệ STLD khẳng định: Tương quan ứng xử kết cấu (biên độ dao động) tỷ số tần số phù hợp với qui luật lý thuyết phân tích Đánh giá sai số kết lý thuyết thực nghiệm phạm vi từ 711% chấp nhận Ứng dụng kết nghiên cứu để làm rõ hiệu hệ TLD lắp đặt cho cầu Bãi Cháy Việt Nam trường hợp gồm: (1) Nghiên cứu hệ STLD lắp đặt; (2) thay đổi cách bố trí TLD hệ STLD để đánh giá tính hợp lý cách bố trí lắp đặt hệ; (3) nghiên cứu trường hợp thay hệ STLD hệ MTLD sử dụng tham số đề xuất Việc nghiên cứu thực trường hợp sử dụng tần số dao động tháp cầu lấy từ kết phân tích phần mềm sử dụng tần số từ thí nghiệm rung lắc Các kết luận sở cho kỹ sư Việt Nam ứng dụng thiết kế hệ TLD cho kết cấu dạng tháp KIẾN NGHỊ VỀHƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Bài toán nghiên cứu hệ kết cấu bậc tự do, giảm chấn mắc song song đặt kết cấu đa bậc tự chịu tác động hàm kích thích dạng điều hòa – dạng mà phương trình dao động toán dễ dàng xác định xác nghiệm Hướng nghiên cứu đề xuất nghiên cứu khảo sát tương tác của: - Hệ mô hình tương tác kết cấu MTLD chịu tác động hàm kích thích ngẫu nhiên - Hệ mô hình tương tác kết cấu đa bậc tự với hệ MTLD chịu tác động kích thích ngẫu nhiên - Xây dựng phương trình gió sở phương trình dao động hệ tương tác kết cấu MTLD Mô hình tính toán đề xuất cho hướng nghiên cứu thùng TLD đơn hệ MTLD đặt nối tiếp vào kết cấu