Nghiên cứu tính toán kết cấu chịu uốn siêu nhẹ tensairity

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGUYỄN DƢƠNG THÀNH NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN KẾT CẤU CHỊU UỐN SIÊU NHẸ TENSAIRITY Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN Mã số: 60.58.02.08 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2017 Cơng trình hoàn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS NGUYỄN QUANG TÙNG Phản biện 1: GS TS Phạm Văn Hội Phản biện 2: TS Lê Anh Tuấn Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chun ngành Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Dân dụng Công nghiệp họp Trường Đại học Bách Khoa vào ngày 07 tháng năm 2017 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa - Thư viện Khoa Kỹ thuật xây dựng cơng trình Dân dụng & Công nghiệp, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết 1.1 Tổng quan kết cấu thổi phồng Hiện nay, phần lớn cơng trình xây dựng giới làm từ vật liệu gạch, đá, bê tông đặc biệt bê tông cốt thép thép Ưu điểm chung loại vật liệu khả chịu lực lớn, tuổi thọ cơng trình cao Tuy nhiên, nhược điểm trọng lượng thân lớn, việc xây dựng tháo dỡ khơng dùng đến tốn nhiều chi phí Vì vậy, để hạn chế nhược điểm vật liệu composite đời Một vật liệu composite sử dụng phổ biến vật liệu vải kĩ thuật Các vải kỹ thuật thường tạo hình thành ống kín, thổi khí vào để chịu tải trọng thân chịu tải trọng khác gọi ống thổi phồng Các ống thổi phồng liên kết với để tạo nên khung chịu lực nhiều cơng trình xây dựng giới mái vòm sân vận động, nhà triển lãm, nhà tạm dùng trường hợp khẩn cấp lều trại quân đội, cầu tạm Dạng kết cấu gọi chung kết cấu thổi phồng Kết cấu thổi phồng có ưu điểm tiện dụng, dễ dàng vận chuyển lắp dựng Tuy nhiên thích hợp cho trường hợp khẩn cấp, khó sử dụng lâu dài Ngoài ra, nhược điểm cố hữu loại kết cấu thổi phồng khả chịu lực bé Nhằm mục đích cải thiện hiệu sử dụng vật liệu, tăng khả chịu lực mà không làm tăng trọng lượng thân kết cấu, dạng kết cấu chịu uốn Tensairity đời Kết cấu sở hữu ưu điểm kết cấu truyền thống khả chịu lực cao; ưu điểm kết cấu thổi phồng trọng lượng thân nhẹ, tính động cao Với tầm quan trọng vậy, đến nay, chưa có nhiều kết nghiên cứu đưa ra, khơng có nhiều báo khoa học đề cập đến việc nghiên cứu ứng xử loại kết cấu 1.2 Thực trạng nghiên cứu kết cấu thổi phồng Những nghiên cứu kết cấu Tensairity thực nhóm nghiên cứu kết cấu siêu nhẹ Luchsinger – Thụy Sĩ Nhóm nghiên cứu nghiên cứu, phối hợp khả làm việc kim loại chịu nén, hệ dây cáp chịu kéo dầm thổi phồng làm nhiệm vụ chống uốn dọc cho kim loại Kết thu khả quan, với trọng lượng kết cấu chưa đến 60 kG vượt nhịp 5m chịu tải trọng lên đến 3T Với phương pháp phối hợp này, nhóm tận dụng tối đa hiệu làm việc thành phần chịu lực Với nhiều tính ưu việt, kết cấu hứa hẹn sử dụng nhiều tương lai Tuy nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu ứng dụng cho loại kết cấu Do đó, đề tài “Nghiên cứu tính tốn kết cấu chịu uốn siêu nhẹ Tensairity” cần thiết có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu đặt nghiên cứu ứng xử dầm cấu tạo theo nguyên lý kết cấu Tensairity Qua đề xuất khả ứng dụng loại dầm vào thực tiễn xây dựng Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài bước đầu giới hạn cấu kiện chịu lực dầm Các dầm ứng xử giống dầm “cổ điển” cấu tạo từ vật liệu quen thuộc gỗ, thép hay bê tông cốt thép Tuy nhiên, điều khác biệt dầm màng mỏng phải thổi phồng áp suất định trước tham gia hỗ trợ khả chịu uốn dọc cho nén Khả chịu lực dầm đảm bảo chịu nén kim loại hệ dây cáp Về nguyên tắc, dầm Tensairity có cấu tạo giống dầm, làm việc giống kết cấu dàn Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết tính tốn để xây dựng mơ hình theo phương pháp phần tử hữu hạn - So sánh với kết để hợp thức hóa mơ hình tính tốn lý thuyết Bố cục luận văn Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CẤU KIỆN CHỊU UỐN Chương 2: LÝ THUYẾT TÍNH DẦM TENSAIRITY Chương 3: TÍNH TỐN ĐỘ VÕNG CỦA DẦM TENSAIRITY CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CẤU KIỆN CHỊU UỐN 1.1 ẾT CẤU CHỊU UỐN CỔ ĐIỂN 1.1.1 Kết cấu dầm chịu lực 1.1.1.1 Dầm thép Ƣu điểm dầm thép - Có tính đa dạng cao, linh hoạt, áp dụng cho cơng trình hình dáng đa dạng - Dễ sữa chữa, nâng cấp - Giá thành thấp - Chất lượng cao - Thi cơng nhanh - Chi phí bảo hành thấp Nhƣợc điểm - Chịu lửa - Chịu ăn mòn tác động mơi trường, độ ẩm 1.1.1.2 Dầm bê tông cốt thép Bê tông cốt thép ngày sử dụng rộng rãi nghành công nghiệp xây dựng trở thành vật liệu xây dựng chủ yếu nước Loại kết cấu sở hữu nhiều ưu điểm khiến ngày ứng dụng nhiều lĩnh vực xây dựng như: - Đơn giản, dễ chế tạo, sử dụng loại vật liệu địa phương (cát, đá ) - Chịu lực tốt, tuổi thọ công trình cao, chi phí bão dưỡng - Thiết kế tạo hình dáng cho cấu kiện dễ dàng Tuy nhiên, bên cạnh ưu điểm bàn cãi loại kết cấu tồn số nhược điểm định như: - Trọng lượng thân lớn gây khó khăn việc xây dựng kết cấu vượt nhịp lớn BTCT thông thường - Bê tơng cốt thép dễ có khe nứt vùng chịu kéo chịu lực, thông thương bề rộng khe nứt khơng lớn ảnh hưởng đến chất lượng sử dụng kết cấu - Cách âm, cách nhiệt kém, thi cơng phức tạp, khó kiểm tra chất lượng, gia cố hay sữa chữa 1.1.1.3 Dầm gỗ Gỗ nguyên liệu, vật liệu người sử dụng rộng rãi lâu đời Được sử dụng rộng rãi ngành nông nghiêp, công nghiêp, xây dựng Kết cấu gỗ thường có ưu điểm sau: - Trọng lượng thân bé, có tính học cao, chịu uốn tốt - Sử dụng vật liệu địa phương, giá thành thấp - Dễ chế tạo, đa dạng hình dáng, kiến trúc cơng trình - Chi phí bão dưỡng thấp Tuy nhiên, khả chịu lực không cao, tuổi thọ cơng trình bé, chịu lửa chi phí bảo dưỡng cao hạn chế khơng khả ứng dụng loại kết cấu 1.1.2 Kết cấu dàn chịu lực So với dầm, kết cấu dàn thiết kế tối ưu nên chịu lực vượt nhịp tốt Tuy nhiên việc chế tạo không đơn giản nên thường áp dụng cho cơng trình vượt nhịp lớn 1.2 MỘT SỐ KẾT CẤU CHỊU UỐN MỚI 1.2.1 Dầm thổi phồng Kết cấu thổi phồng tạo thành từ vải kỹ thuật khép kín, ổn định khí nén thổi vào Việc sử dụng kết cấu dầm thổi phồng có nhiều lợi so sánh với kết cấu thông thường tương đương Sau điểm bật kết cấu màng mỏng thổi phồng: - Nó nhẹ chiếm thể tích lưu kho - Chi phí sản xuất thấp - Thiết kế chế tạo đơn giản so với kết cấu thông thường tương đương Khi công nghệ áp dụng rộng rãi ứng dụng trở nên đơn giản dễ phát triển - Những dự án không gian thành công kết cấu dầm thổi phồng có độ tin cao dễ triển khai Kết cấu dầm thổi phồng có nhiều ưu điểm, nhiên có vài nhược điểm cần phải khắc phục như:  Kết cấu bị xì Các kết cấu thổi phồng thường cấu tạo từ vải kỹ thuật Loại vải đan từ sợi ngang sợi dọc sau phủ lớp nhựa dẻo để bảo vệ Những sợi vải tạo nên khả chịu lực cho tẩm vải kỹ thuật Khả chống thấm loại vải bảo đảm lớp phủ công nghệ chế tạo khác (hàn, dán…) Tuy nhiên sau vài ngày vài tuần, khả chống thấm lớp màng bị suy giảm áp suất bên Bởi phải có hệ thống cung cấp khí để giữ ổn định độ cứng cấu trúc Trong môi trường vũ trụ, dự án không gian ngắn ngày, để khắc phục trường hợp kết cấu bị xì hơi, người ta cung cấp lượng khí ga vừa đủ để giữ áp suất bên Đối với sứ mệnh dài ngày, dùng số phương pháp sau đây: - Sử dụng tia cực tím, tia hồng ngoại để làm cứng lớp màng bảo vệ - Dùng công nghê phun bọt làm cứng - Làm cứng khí : Sử dụng nhôm kẹp phim polymer gia cố sợi carbon Điều cho phép làm ph ng uốn cong cho chiếm khơng gian hạn chế nhất, sau người ta làm phồng để phục hồi hình dạnh ban đầu, từ áp lực làm biến dạng nhôm Kỹ thuật cho phép ta làm ống đủ lớn có khả chống thấm cao - Dùng hóa chất làm cứng : Các xi lanh ngâm tẩm loại nhựa giúp làm nước bay vào khơng khí khiến cho kết cấu trở nên cứng chống thấm cao Kỹ thuật có ưu điểm ta đảo ngược nó, cần tạo môi trường đủ ẩm ướt để khôi phục lại linh hoạt, mềm dẻo ban đầu kết cấu  Khả vận hành nhiều hạn chế So với kết cấu truyền thống (gỗ, kim loại) khả vận hành kết cấu dầm thổi phồng có hạn chế định Khả chống thấm phụ thuộc vào áp suất bên cấu trúc, độ căng tính chất chất liệu vải Có thể nói khả chịu lực thấp kết cấu truyền thống khác Ngồi ra, kết cấu dầm thổi phồng có nhược điểm khả chịu lực kết cấu thơng thường, có độ võng cao 1.2.2 ết cấu Tensegrity Kết cấu chịu uốn cấu tạo từ hai phần thép chịu nén dây cáp chịu kéo Kết cấu chịu uốn theo nguyên lý Tensegrity ứng dụng xây dựng số cơng trình như: Cầu có khả vượt nhịp lớn Tuy nhiên chưa ứng dụng nhiều kết cấu dễ ổn định So với kết cấu cổ điển, kết cấu Tensegrity có ưu điểm định sau: - Có trọng lượng thân nhẹ so với kết cấu thông thường - Vượt nhịp lớn - Tận dụng tối đa làm việc vật liệu Tuy nhiên, kèm với ưu điểm số rủi ro vận hành Khi chịu tải trọng đổi chiều, kết cấu dễ ổn định dẫn đến phá hoại 1.2.3 Kết cấu Tensairity Tensairity kết cấu có trọng lượng nhẹ Ngun tắc Tensairity làm việc tổng hợp dầm thổi phồng dây cáp chịu kéo thép chịu nén  Ƣu điểm kết cấu Tensairity: - Tận dụng tối đa làm việc vật liệu; - Kết cấu có khả chịu lực tốt; - Trọng lượng nhỏ; - Dễ vận chuyển, lắp dựng, chiếm vị trí lưu kho  Nhƣợc điểm kết cấu Tensairity: - Khó đảm bảo độ bền theo thời gian ống thổi phồng bị hư hỏng; - Khi thành phần cấu tạo nên kết cấu (ống thổi phồng, nén, dây cáp) gặp vấn đề dẫn đến phá hoại tồn hệ kết cấu; - Cần bảo trì, bảo quản thường xuyên; - Giá thành không thiết rẻ kết cấu thơng thường CHƢƠNG LÝ THUYẾT TÍNH DẦM TENSAIRITY Trong chương này, học viên nghiên cứu xây dựng phương trình vi phân cho hệ dầm Tensairity Hệ phương trình áp dụng để giải toán dầm đơn giản Tensairity chịu tải trọng phân bố Chuyển vị dầm xác định thông qua chuyển vị nén dây cáp chịu kéo Các số tích phân xuất nghiệm hệ phương trình xác định dựa vào điều kiện biên toán 2.1 TRƢỜNG HỢP DÂY CÁP ĐƢỢC ĐƢỢC LİÊN ẾT VÀO HAİ ĐẦU THANH NÉN VÀ CHẠY DỌC THEO TRỤC ỐNG q H O x w1 z H H f w2 Hình 2.1 Phương trình vi phân dầm Tensairity 10 C0 cosh(l )  6C1l (m1 ) 2 C0 C3   cosh(l )  C1l  C2l (m) C2    2.2 TRƢỜNG HỢP DÂY CÁP ĐƢỢC BỐ TRÍ XOẮN ỐC QUANH TRỤC ỐNG Trong mục trên, để đơn giản tính toán cấu tạo ống, phần nay, ta nghiên cứu làm việc dầm Tensairity mà dây cáp liên kết vào hai đầu nén chạy dọc theo trục ống Cấu tạo đơn giản hóa việc mơ hình kết cấu xây dựng cơng thức tính Tuy nhiên việc cấu tạo dầm không đảm bảo ổn định cho làm việc thực kết cấu Trong phần này, ta nghiên cứu cấu tạo khác dầm Tensairity, có phức tạp đôi chút đảm bảo ổn định làm việc kết cấu Cấu tạo dầm thể hình bên q H H w1 f z2 w2 H Hình 2.2 Phương trình vi phân dầm Tensairity d w1 Hd w1 (6) EJ  k w  w  q   dx dx k  w1  w2   H d  w2  f  dx 0 (7) - EI độ cứng chống uốn nén - q tải trọng tác dụng - H lực nén nén lực kéo dây cáp - w1 , w2 dịch chuyển theo chiều dọc vùng chịu nén 11 chịu kéo tương ứng .p k (8) - Giải phương trình (1) (2) ta w1  14 C0 cosh( x)  C1 x4  C2 x2  C3    q w2    C0  14  H  EI  cosh( x)  C1 x4 k k k       C2  H 12C1  x  C3  2H C2  EI 24C1 k k k   Trong số tích phân (9) (10) C0 , C1 , C2 , C3 xác định từ ba điều kiện biên w1 (l )  0, w2 (l )  0, d w1 0 dx xl C0  H  qH f  3   (m )  EI  cosh(l )  EIk l  C1  k  q 2f   24 EI   H l 2  3  (m )  C0 cosh(l )  6C1l (m1 ) 2 C C3   04 cosh(l )  C1l  C2l (m) C2    2.3 ẾT LUẬN CHƢƠNG Kết cấu dầm Tensairity kết cấu liên hợp tạo thành từ ống màng mỏng thổi phồng, nén dây cáp Mỗi thành phần kết cấu làm việc điều kiện tối ưu, giảm tối đa tiết diện ngang kết cấu, giảm trọng lượng thân kết cấu Trong chương này, học viên xây dựng lý thuyết tính tốn 12 độ võng dầm Tensairity chịu tải trọng phân bố Trong chương tiếp theo, học viên áp dụng công thức thiết lập đẻ tính tốn kiểm chứng độ võng dầm Tensairity CHƢƠNG TÍNH TỐN ĐỘ VÕNG CỦA DẦM TENSAIRITY Trong chương này, công thức xác định độ võng dầm áp dụng để phân tích yếu tố ảnh hưởng đến độ võng dầm hiệu làm việc dầm Tensairity so với dầm cổ điển Để kiểm chứng hiệu lý thuyết dầm vừa xây dựng, tác giả so sánh kết thu từ lý thuyết kết thu từ mơ hình phân tích phần tử hữu hạn 3D (Abaqus) Bài tốn phân tích yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị dầm Tensairity nghiên cứu Các phép so sánh làm việc dầm Tensairity thực để đánh giá hiệu sử dụng dầm so với dầm cổ điển 3.1 TRƢỜNG HỢP DÂY CÁP ĐƢỢC ĐƢỢC LİÊN ẾT VÀO HAİ ĐẦU THANH NÉN VÀ CHẠY DỌC THEO TRỤC ỐNG 3.1.1 Tính tốn độ võng hệ dầm Tensairity Để tìm hiểu làm việc hệ dầm Tensairity, ta nghiên cứu toán dầm Tensairity chịu uốn với thông số đầu vào sau: Bảng 3.1 Thông số đầu vào cho toán dầm Tensairity Nửa chiều dài dầm (m) 2.5 Tải trọng phân bố q(kN/m) Áp suất thổi phồng p(kNm2) 40 Đường kính ống D=f (m) 0.5 Tiết diện nén b  h  d (mm3) Mô đun đàn hồi nén E (kN/m2) 40 120  2.10E+08 13 Với thơng số đầu vào này, ta tính được: qH  C0   1.38574 E  05 (m3 ) ( EI ) cosh(l ) kq  0.001557582 (m3 ) 24 EI  H C  C2   02 cosh(l )  6C1l  0.058236497 (m1 ) 2 C  C3   04 cosh(l )  C1l  C2l  0.303207014 (m)  C1   Mơ hình dầm Tensairity kết mô độ võng theo phương Y thể hình bên Hình 3.1 Mơ hình dầm Tensairity Hình 3.2.Chuyển vị dầm theo phương Y 14 Bảng so sánh chuyển vị lấy từ phương pháp giải tích phương pháp phần tử hữu hạn thể bên Bảng 3.2 So sánh chuyển vị w1 nén hệ dầm Tensairity Tọa độ tiết diện Lý thuyết (mm) PTHH (mm) Sai lệch (%) -2 0.0 0.0 0.0% -1.8 16.3 16.2 0.9% -1.6 32.2 31.7 1.7% -1.4 47.2 46.0 2.6% -1.2 61.0 58.9 3.4% -1 73.2 70.1 4.3% -0.8 83.5 79.3 5.1% -0.6 91.8 86.3 6.0% -0.4 97.8 91.2 6.8% -0.2 101.5 93.7 7.7% 102.7 94.0 8.5% 0.2 101.5 93.7 7.7% 0.4 97.8 91.2 6.8% 0.6 91.8 86.3 6.0% 0.8 83.5 79.3 5.1% 73.2 70.1 4.3% 1.2 61.0 58.9 3.4% 1.4 47.2 46.0 2.6% 1.6 32.2 31.7 1.7% 1.8 16.3 16.2 0.9% 0.0 0.0 0.0% 15 SO SÁNH ĐỘ VÕ NG DẦM TENSAIRITY Lý thuyết -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 PTHH 0.5 1.5 2.5 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 Hình 3.3 So sánh kết chuyển vị dầm Tensairity Qua kết so sánh trên, ta thấy sai lệch kết lý thuyết phần tử hữu hạn 10% chấp nhận Vậy sử dụng cơng thức giải tích vừa xây dựng để tính tốn phân tích độ võng dầm Tensairity chịu uốn 3.1.2 Phân tích hiệu sử dụng dầm Tensairity Để nghiên cứu hiệu sử dụng dầm Tensairity cấu tạo theo phương án đơn giản này, ta so sánh độ võng w1 nén dầm Tensairity với độ võng riêng nén với tiết diện b  h  d  40 120  b  h  d  120  40  ) chịu tải trọng tác dụng Các kết so sánh thể Bảng Hình bên Bảng 3.3 Độ võng dầm Tensairity dầm thép hộp x w1 (m) w120x40x3 (m) w 40x120x3 (m) -2.5 0.000 0.000 0.000 -2.25 0.032 0.046 0.008 -2 0.063 0.091 0.016 -1.75 0.093 0.134 0.023 16 x -1.5 -1.25 -1 -0.75 -0.5 -0.25 0.25 0.5 0.75 1.25 1.5 1.75 2.25 2.5 w1 (m) 0.120 0.144 0.164 0.181 0.192 0.200 0.202 0.200 0.192 0.181 0.164 0.144 0.120 0.093 0.063 0.032 0.000 w120x40x3 (m) 0.173 0.207 0.236 0.260 0.277 0.287 0.291 0.287 0.277 0.260 0.236 0.207 0.173 0.134 0.091 0.046 0.000 w 40x120x3 (m) 0.029 0.035 0.040 0.044 0.047 0.049 0.050 0.049 0.047 0.044 0.040 0.035 0.029 0.023 0.016 0.008 0.000 SO SÁNH ĐỘ VÕ NG DẦM TENSAIRITY VÀ DẦM TH ÉP H Ộ P w1 -3 -2 w40x120x3 -1 w120x40x3 0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 Hình 3.4 So sánh độ võng dầm Tensairity dầm thép hộp Như thể Bảng 3, vượt nhịp nhau, chịu tải trọng giống dầm Tensairity có chuyển vị so với dầm thép nằm ngang b  h  d  120  40  , nhiên lại chuyển vị lớn nhiều 17 so với dầm thép hộp nằm dọc b  h  d  40 120 3 Điều chứng tỏ việc bố trí hệ dầm Tensairity theo kiểu dây cáp dọc theo trục ống không thật hiệu Vậy nên cần tìm phương án bố trí khác 3.2 TRƢỜNG HỢP DÂY CÁP ĐƢỢC BỐ TRÍ XOẮN ỐC QUANH TRỤC ỐNG 3.2.1 Tính tốn độ võng hệ dầm Tensairity Để tìm hiểu làm việc hệ dầm Tensairity, ta nghiên cứu toán dầm Tensairity chịu uốn với thông số đầu vào sau: Bảng 3.4 Thông số đầu vào cho toán dầm Tensairity Nửa chiều dài dầm (m) 2.5 Tải trọng phân bố q(kN/m) Áp suất thổi phồng p(kNm ) 40 Đường kính ống D=f (m) 0.5 Tiết diện nén b  h  d (mm3) 40 120  Mô đun đàn hồi nén E (kN/m ) 2.10E+08 Với thông số đầu vào này, ta tính được: H  qH f  C0     0.000298133 (m3 )  EI  cosh(l )  EIk l  3 C1  (m ) C0 cosh(l )  0.003718454 (m1 ) 2 C C3   04 cosh(l )  C2l  0.02169204 (m) C2    Độ võng w1 w2 nén dây cáp tính tốn thể biểu đồ bên 18 ĐỘ VÕNG CỦA DẦM TENSAIRITY -20.00 -10.00 -3 -2 -1 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 w1 w2 w1 w2 - Analyze Analyze PTHH PTHH 60.00 Hình 3.5 So sánh độ võng dầm Tensairity theo phương pháp giải tích phương pháp PTHH Để kiểm chứng xác lý thuyết tính tốn dầm Tensairity, phần tác giả mô dầm Tensairity phần mềm phân tích kết cấu Abaqus theo phương pháp phần tử hữu hạn Kết so sánh chuyển vị thực theo hai phương pháp thể Bảng 19 Bảng 3.5 Chuyển vị dầm Tensairity theo hai x -2.5 -2.25 -2 -1.75 -1.5 -1.25 -1 -0.75 -0.5 -0.25 0.25 0.5 0.75 1.25 1.5 1.75 2.25 2.5 phương pháp tính tốn Phƣơng pháp giải tích Phƣơng pháp PTHH w1 (mm) w2 (mm) w1 (mm) w2 (mm) 0.00 0.00 0.00 0.00 8.47 -10.20 8.40 -10.10 16.57 -14.20 16.29 -13.92 24.03 -14.57 23.42 -14.14 30.68 -12.97 29.64 -12.47 36.43 -10.49 34.88 -9.98 41.19 -7.81 39.09 -7.36 44.93 -5.39 42.26 -5.02 47.62 -3.49 44.38 -3.22 49.24 -2.30 45.47 -2.09 49.78 -1.89 45.55 -1.70 49.24 -2.30 45.47 -2.09 47.62 -3.49 44.38 -3.22 44.93 -5.39 42.26 -5.02 41.19 -7.81 39.09 -7.36 36.43 -10.49 34.88 -9.98 30.68 -12.97 29.64 -12.47 24.03 -14.57 23.42 -14.14 16.57 -14.20 16.29 -13.92 8.47 -10.20 8.40 -10.10 0.00 0.00 0.00 0.00 Sai số (%) w1 w2 0.0% 0.00% 0.9% 0.98% 1.7% 1.96% 2.6% 2.93% 3.4% 3.91% 4.3% 4.89% 5.1% 5.87% 6.0% 6.84% 6.8% 7.82% 7.7% 8.80% 8.5% 9.78% 7.7% 8.80% 6.8% 7.82% 6.0% 6.84% 5.1% 5.87% 4.3% 4.89% 3.4% 3.91% 2.6% 2.93% 1.7% 1.96% 0.9% 0.98% 0.0% 0.00% Tương tự trường hợp dầm có cấu tạo đơn giản, sai số phương pháp phần tử hữu hạn lý thuyết tính dầm khơng 10% nên nói lý thuyết xây dựng tương đối xác Và sử dụng để tính tốn phân tích ứng xử kết cấu dầm Tensairity 20 3.2.2 Phân tích làm việc dầm Tensairity  So sánh chuyển vị dầm Tensairity dầm thép hộp thông thường Để hiểu rõ khả chịu lực dầm Tensairity, mục này, ta so sánh độ võng dầm Tensairity với độ võng nén thép hộp có tiết diện b  h  d  40  120  (mm ) Thanh nén phân tích theo hai trường hợp: đặt nằm ngang  40 120  3 cấu tạo dầm Tensairity; đặt nằm dọc 120  40 3  để tăng khả chịu uốn Phép so sánh thể bảng bên Bảng 3.6 So sánh chuyển vị dầm Tensairity – dầm thép hộp x w1 (mm) f (mm) f (mm) 40 x120 x3 120 x40 x3 -2.5 -2.25 -2 -1.75 -1.5 -1.25 -1 -0.75 -0.5 -0.25 0.25 0.5 0.75 1.25 1.5 1.75 2.25 2.5 0.00 8.47 16.57 24.03 30.68 36.43 41.19 44.93 47.62 49.24 49.78 49.24 47.62 44.93 41.19 36.43 30.68 24.03 16.57 8.47 0.00 0.00 69.43 136.89 200.59 258.98 310.69 354.56 389.67 415.26 430.83 436.05 430.83 415.26 389.67 354.56 310.69 258.98 200.59 136.89 69.43 0.00 0.00 11.85 23.36 34.23 44.20 53.02 60.51 66.50 70.87 73.52 74.41 73.52 70.87 66.50 60.51 53.02 44.20 34.23 23.36 11.85 0.00 Chênh lệch (lần) Chênh lệch (lần) 0.00 8.19 8.26 8.35 8.44 8.53 8.61 8.67 8.72 8.75 8.76 8.75 8.72 8.67 8.61 8.53 8.44 8.35 8.26 8.19 0.00 0.00 1.40 1.41 1.42 1.44 1.46 1.47 1.48 1.49 1.49 1.49 1.49 1.49 1.48 1.47 1.46 1.44 1.42 1.41 1.40 0.00 40 x120 x3 120 x40 x3 21 Như kết Bảng 6, ta nhận thấy hệ dầm Tensairity giúp giảm độ võng dầm đến 8.76 lần so với dầm thép hộp  40 120  3 1.49 lần so với dầm thép hộp 120  40  3  Ảnh hưởng áp suất thổi phồng đến chuyển vị dầm Tensairity Để phân tích ảnh hưởng áp suất thổi phồng đến chuyển vị dầm Tensairity, ta giữ nguyên thông số đầu vào toán cho áp suất thổi phồng thay đổi p  10  60 (kN / m2 ) Quan hệ w1 ( x  0) vị trí dầm áp suất p thể chuyển vị Hình bên w1 (mm) 200 175 150 125 100 75 50 25 p (kN/m2) 0 10 20 30 40 50 60 175 150 w1 (mm) a) Quan hệ chuyển vị áp suất 200 125 100 75 50 25 D (mm) 0.15 0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 b) Quan hệ chuyển vị đường kính ống Hình 3.6 Khảo sát chuyển vị w1 ( x  0) dầm Tensairity 22 Như thấy biểu đồ quan hệ chuyển vị w1 ( x  0) vị trí dầm áp suất thổi phồng ống màng mỏng phi tuyến Áp suất thổi phồng có nhiệm vụ làm căng ống, tạo đàn hồi cho nén góp phần liên kết nén dây cáp, tạo khả chịu lực cho dầm Khi áp suất tương đối nhỏ, chuyển vị phụ thuộc nhiều vào áp suất thổi phồng Ta nhận thấy rằng, chuyền vị w1 ( x  0) giảm 65,4% áp suất thổi phồng p thay đổi từ 10  30 (kN / m2 ) Tuy nhiên, áp suất đủ lớn, việc tăng áp suất khơng làm tăng nhiều khả chịu lực dầm Nhận thấy, chuyền vị w1 ( x  0) giảm 39,6% áp suất thổi phồng p thay đổi từ 30  50 (kN / m2 ) Vậy nên, dầm Tensairity, cần trì áp suất p  30 (kN / m2 ) (áp suất thổi cho cổng chào thổi phồng) đảm bảo khả chịu lực cho dầm, không cần thiết phải tạo áp suất lớn dầm Trong trường hợp dầm bị thủng ngun nhân trì áp suất máy bơm thông dụng thị trường  Ảnh hưởng đường kính ống thổi phồng đến chuyển vị dầm Tensairity Để phân tích ảnh hưởng đường kính ống thổi phồng đến chuyển vị dầm Tensairity, ta giữ ngun thơng số đầu vào tốn cho áp suất thổi phồng thay đổi D  20  60 (mm) Quan hệ chuyển vị w1 ( x  0) vị trí dầm đường kính ống D thể Hình bên Quan hệ chuyển vị w1 ( x  0) vị trí dầm đường kính ống thổi phồng phi tuyến Đường kính ống thổi phồng D lớn cánh tay đòn ngẫu lực lớn, làm tăng khả chịu lực cho dầm Tensairity Chuyền vị w1 ( x  0) giảm 66.5% đường kính ống thổi phồng D thay đổi từ 0.2  0.4 (m) Tuy nhiên, 23 đường kính ống đủ lớn, việc tăng áp suất không làm tăng nhiều khả chịu lực dầm Chuyền vị w1 ( x  0) giảm 35.9% đường kính ống thổi phồng D thay đổi từ 0.4  0.6 (m) Điều lý giải chuyển vị tương đối dây cáp, lún sâu vào ống thổi phồng ống lớn, làm khả chịu lực dầm không tăng đáng kể Do đó, dầm Tensairity, để tăng khả chịu lực cho dầm, tăng nhịp dầm mà đảm bảo độ võng hạn chế nên phối hợp việc tăng áp suất thổi phồng tăng đường kính ống cho hợp lý, ngồi ta, tăng tiết diện nén yếu tố cần xét đến 3.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG Các phép so sánh cho thấy kết thu từ lý thuyết PTHH tương đồng, sai số lớn không q 10% chứng tỏ cơng thức tính chuyển vị dầm Tensairity xây dựng tương đối xác áp dụng để phân tích chuyển vị hệ dầm Các kết đạt cho thấy hiệu vượt trội sử dụng dầm Tensairity so với dầm cổ điển Các phép mô phân tích độ võng kết cấu giúp có khái niệm tổng quát việc lựa chọn thông số kỹ thuật cho dầm Tensairity, đảm bảo khả chịu lực giới hạn độ võng định 24 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ Kết luận Thông qua trình tìm hiểu nghiên cứu tham khảo tài liệu kết cấu Tensairity để làm luận văn học viên rút kết luận sau: - Kết cấu dầm Tensairity kết cấu liên hợp tạo thành từ ống màng mỏng thổi phồng, nén dây cáp Mỗi thành phần kết cấu làm việc điều kiện tối ưu, giảm tối đa tiết diện ngang kết cấu, giảm trọng lượng thân kết cấu - Bằng số so sánh ta thấy độ võng dầm Tensairity nhiều so với độ võng dầm thép hộp - Các phép so sánh cho thấy kết thu từ lý thuyết PTHH tương đồng, chứng tỏ cơng thức tính chuyển vị dầm Tensairity xây dựng tương đối xác áp dụng để phân tích chuyển vị hệ dầm Kiến nghị - Kết cấu Tensairity chưa đưa vào áp dụng nhiều ngành xây dựng Để đảm bảo tính ưu việt nên áp dụng loại kết cấu thực tế nhiều - Do thời gian khối lượng hạn chế tiến hành số ví dụ số, để có số liệu xác cần có nhiều ví dụ nhiều nghiên cứu chí thí nghiệm để có kết xác ... việc nghiên cứu ứng xử loại kết cấu 1.2 Thực trạng nghiên cứu kết cấu thổi phồng Những nghiên cứu kết cấu Tensairity thực nhóm nghiên cứu kết cấu siêu nhẹ Luchsinger – Thụy Sĩ Nhóm nghiên cứu nghiên. .. nhiều nghiên cứu ứng dụng cho loại kết cấu Do đó, đề tài Nghiên cứu tính tốn kết cấu chịu uốn siêu nhẹ Tensairity cần thiết có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu đặt nghiên. .. thấp kết cấu truyền thống khác Ngoài ra, kết cấu dầm thổi phồng có nhược điểm khả chịu lực kết cấu thơng thường, có độ võng cao 1.2.2 ết cấu Tensegrity Kết cấu chịu uốn cấu tạo từ hai phần thép chịu