Nghiên cứu giảm dao động của tháp cầu dây văng bằng hệ thống chất lỏng (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CHÂU SI QUANH NGHIÊN CỨU GIẢM DAO ĐỘNG CỦA THÁP CẦU DÂY VĂNG BẰNG HỆ THỐNG CHẤT LỎNG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 60.58.02.05 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2015 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN XUÂN TOẢN Phản biện 1: TS Cao Văn Lâm Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Phi Lân Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 18 tháng 10 năm 2015 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Cầu dây văng áp dụng phát triển sở hoàn thiện hệ dàn dây Gisclard theo hướng tạo hệ bất biến hình gồm dây xiên (dây văng) chịu kéo dầm cứng chịu uốn Từ cầu đầu tiên, cầu Stromsund xây dựng Thụy Điển năm 1955, đến cầu dây văng ứng dụng rộng rãi toàn giới đạt thành tựu rực rỡ số lượng ngày tăng thêm nhanh chóng Các kỷ lục chiều dài nhịp liên tục bị vượt qua thời gian ngắn, nhiều cầu trở thành di sản văn hóa, biểu tượng kiến trúc, đánh dấu phát triển khoa học kỹ thuật thời đại Trong hội nghị chuyên đề cầu dây văng tổ chức Thụy Điển năm 2000, Áo năm 2003, kết cấu cầu dây văng tiếp tục nhận định xu hướng phát triển năm tới Nhiều dự án cầu dây văng nhịp 1000m nghiên cứu cầu qua vịnh Messina (Italia), cầu qua vịnh Storebelt (Đan Mạch) cầu qua eo biển Gibraltar nối liền hai châu lục Âu-Phi Tuy nhiên nói đến cầu dây văng mối quan tâm lớn tác động động lực học ảnh hưởng loại kết cấu nhạy cảm Nhiều nghiên cứu nhận thấy tác động động lực học gây dao động cho kết cấu cơng trình làm tăng khả ổn định động lực cộng hưởng, tăng nội lực biến dạng phận kết cấu, đẩy nhanh tốc độ phá hoại mỏi, gây hư hỏng giảm tuổi thọ phương tiện Đối với cầu dây văng, tác động bao gồm: tác động thường xuyên gió, tác động hoạt tải tác động mang tính chất tức thời khác động đất, va xô tàu bè ô tô vào trụ cầu Trong thời gian gần đây, với phát triển mạnh mẽ nghành công nghệ vật liệu tạo loại vật liệu có trọng lượng ngày giảm cường độ ngày tăng cao tạo điều kiện phát triển cho cầu dây văng đại Các kết cấu ngày trở nên mảnh hơn, có trọng lượng thấp vượt độ lớn Tuy nhiên, việc áp dụng loại vật liệu trọng lượng thấp, cường độ cao, tức giảm độ cứng chống uốn chống xoắn, làm cho kết cấu có biến dạng lớn nhạy cảm với dao động tác động bên Do vậy, đánh giá tác động gây dao động hoạt tải, gió động đất có vai trò quan trọng thiết kế với loại hình kết cấu Để giải toán ổn định, giảm dao động bất lợi cho kết cấu, việc thiết kế kháng chấn trở thành yêu cầu bắt buộc trình thiết kế xây dựng Trong giải pháp kháng chấn, giải pháp sử dụng thiết bị giảm chấn kiểu bị động nói chung giảm chấn dùng chất lỏng (TLD) nói riêng có hiệu lý khả hấp thụ tiêu tán lượng dao động cao với kích động nhỏ; dễ chế tạo lắp đặt; giá thành thấp nên phù hợp điều kiện nước ta Trên giới việc áp dụng giảm chấn chất lỏng (TLD) để giảm dao động cho cơng trình xây dựng nói chung cho cầu dây văng nói riêng nhận quan tâm nhiều nhà khoa học Ở Việt Nam, số tác giả bắt đầu quan tâm nghiên cứu đến làm việc hệ giảm chấn chấn lỏng kể từ hệ thống lắp đặt cơng trình cầu Bãi Cháy năm 2006, điển hình GS TS Ngun Đơng Anh với sách chuyên khảo đẫ đề cập đến đặc trưng lý hoạt động chất lỏng thùng chứa [2], tiếp đề tài nghiên cứu khoa học cấp viện khoa học công nghệ (2009) [1] Sau cơng trình cầu Bãi Cháy, hàng loạt câu hỏi đặt việc áp dụng hệ giảm chấn kèm theo nghiên cứu muốn tìm câu trả lời để kỹ sữ Việt Nam tính tốn, thiết kế áp dụng cho cơng trình khác Vậy hiệu hệ giảm chấn dùng chất lỏng ảnh hưởng số lượng, cách bố trí thùng đến hiệu giảm dao động câu hỏi cần làm sáng tỏ Đề tài tập trung vào nghiên cứu TLD bao gồm: nghiên cứu tổng quan cấu tạo, nguyên lý làm việc nguyên lý chung tính tốn hệ TLD lắp đặt vào kết cấu Nghiên cứu mơ hình tính tốn thiết kế TLD để nhằm khảo sát ảnh hưởng tham số TLD đến hiệu giảm dao động TLD cho kết cấu dạng cột, từ thúc đẩy việc ứng dụng cho thiết kế kháng chấn cho tháp cầu dây văng Luận văn có loại hệ TLD là: Loại bao gồm nhiều thùng chứa chất lỏng có tần số dao động riêng – gọi loại giảm chấn chất lỏng đơn tần số (viết tắt STLD) loại gồm nhiều thùng chứa chất lỏng với thùng có tần số dao động riêng khác dải tần số tính tốn – gọi loại giảm chấn chất lỏng đa tần số (viết tắt MTLD) Nghiên cứu hệ STLD đầy đủ với nhiều nghiên cứu nhà khoa học giới, nghiên cứu hệ MTLD sơ sài chủ yếu nghiên cứu thực nghiệm, bán thực nghiệm Để làm rõ khả áp dụng hệ MTLD thông qua việc phân tích tính tốn mơ hình làm việc chung kết cấu MTLD, đối tượng nghiên cứu luận văn Mục tiêu nghiên cứu đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài bao gồm: v Nghiên cứu chi tiết lý thuyết hệ giảm chấn chất lỏng bao gồm: cấu tạo, đặc tính làm việc thơng số có liên quan tới hiệu giảm dao động cho tháp cầu dây văng v Nghiên cứu hàm ứng xử tần số để đánh giá khả giảm dao động cho kết cấu đồng thời so sánh hiệu giảm dao động kết cấu lắp đặt hệ STLD MTLD v Khảo sát số tham số hợp lý cho hệ MTLD nhằm tăng hiệu giảm dao động cho hệ Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu đề tài thiết bị giảm chấn chất lỏng TLD kết cấu tháp cầu dây văng Phạm vi nghiên cứu đề tài nghiên cứu giảm dao động tháp cầu dây văng hệ thống chất lỏng TLD tác dụng tải trọng gió Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu thiết bị giảm chấn chất lỏng TLD hiệu giảm dao động TLD kết cấu tháp cầu dây văng dựa sở lý thuyết Đồng thời sử dụng phần mềm Matlab để xây dựng đồ thị liên quan đại lượng, qua thể hiệu giảm dao động tháp cầu dây văng gắn thiết bị giảm chấn chất lỏng 5 Bố cục đề tài v Mở đầu v Chương 1: Tổng quan cầu dây văng thiết bị giảm chấn chất lỏng v Chương 2: Cơ sơ lý thuyết tính tốn hệ giảm chấn chất lỏng (TLD) v Chương 3: Phân tích đánh giá hiệu giảm dao động cho tháp cầu dây văng hệ MTLD so với hệ STLD kết cấu khơng có TLD thơng qua hàm ứng xử tần số CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CẦU DÂY VĂNG VÀ THIẾT BỊ GIẢM CHẤN CHẤT LỎNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ CẦU DÂY VĂNG VÀ DAO ĐỘNG CỦA THÁP CẦU Cầu dây văng hệ làm việc phức tạp bao gồm tác động chịu lực qua lại phận mà chủ yếu là: tháp cầu, dây văng dầm Với kết cấu hệ dây, tương ứng với chiều dài vượt nhịp lớn tháp cầu dây văng cao nên vấn đề dao động đặc biệt quan tâm kết cấu nhạy cảm với tác động động lực học hoạt tải xe, gió động đất Trong cầu dây văng, tháp cầu đóng vai trò quan trọng làm việc cầu, với chiều cao tháp cầu lớn, kết cấu mảnh tác động theo phương ngang ảnh hưởng lớn đến làm việc kết cấu tháp nói riêng kết cấu cầu dây văng nói chung Hơn ảnh hưởng hệ dây, dây văng neo vào tháp dầm tạo thành tam giác chịu lực hình thành nên gối đàn hồi trung gian Nhờ gối đàn hồi mà nội lực, độ võng tĩnh tải hoạt tải giảm nhiều Đối với cầu dây văng mặt phẳng dây, mặt phẳng có liên kết vào tháp dầm, tháp thường có dạng cột thẳng đứng nằm cầu Theo phương dọc cầu tháp cầu có hệ cáp văng để tăng cường độ cứng theo phương ngang cầu khơng tăng cường làm việc theo phương ngang cầu bất lợi đặc biệt chịu tác động lực ngang gió Theo phương ngang tháp bị nén uốn đầu ngàm, đầu tự nên yêu cầu kích thước tương đối lớn Kích thước chân tháp lớn, nằm cầu nên chiếm dụng diện tích phần xe chạy, tăng độ lệch tâm hoạt tải, gây bất lợi cho dầm chủ chịu xoắn Và tháp cầu khơng có kết hợp dầm dây bất lợi việc nghiên cứu dao động tháp cầu dây văng mặt phẳng dây cần thiết có ý nghĩa 1.2 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY DAO ĐỘNG VÀ BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN DAO ĐỘNG Dao động hệ kết cấu có ích cho làm việc chúng gây nguy hại cho thân kết cấu Việc thiết kế hồn hảo kết cấu làm việc có hiệu tốt phải bao gồm việc xét đến tác động động nhạy cảm gió, động đất hoạt tải Bài toán điều khiển dao động gọi đạt hiệu chủ yếu kiểm sốt biên độ dao động giảm thời gian tắt dao động (làm cho dao động tắt nhanh) [6] Một tượng cần đặc biệt quan tâm toán điều khiển dao động tượng cộng hưởng Nhiều nghiên cứu cho thấy hiệu ứng động lực kết cấu tăng lên nhanh tần số kích động khoảng xấp xỉ bội số tần số dao động riêng kết cấu 1.2.1 Tác động hoạt tải 1.2.2 Tác động động đất 1.2.3 Tác động gió 1.3 TỔNG QUAN VỀ HỆ GIẢM CHẤN CHẤT LỎNG TLD Hệ giảm chấn dùng chất lỏng dạng thiết bị điều khiển dao động kiểu bị động – gọi tắt TLD (Tuned Liquid Damper) Hệ thiết bị giảm tác động động lực học động đất, gió, bão hay hoạt tải thừa nhận cơng nghệ làm tăng đặc tính cản cho kết cấu Hoạt động hệ thiết bị dựa sở chuyển động văng té chất lỏng thùng cứng mà kết làm cho dao động kết cấu phân tán phần lượng tác động tải trọng động tăng tính cản tương đương cho kết cấu Nguyên lý hoạt động hệ giảm chấn chất lỏng nói chung dựa vào phát triển chuyển động sóng bề mặt tự chất lỏng để giải phóng phần lượng động học Hệ giảm chấn chất lỏng (TLD) bao gồm tham gia nhiều thùng chứa chất lỏng vào làm việc kết cấu Nếu hệ gồm thùng chứa chất lỏng mà thùng chứa lượng chất lỏng với chiều sâu hệ gọi hệ giảm chấn chất lỏng đơn tần số (STLD) Nếu hệ giảm chấn chất lỏng có tham gia nhiều thùng chứa chất lỏng mà thùng có tần số dao động riêng khác với khoảng chênh lệch định hệ gọi hệ giảm chấn chất lỏng đa số (MTLD) Các tham số cấu tạo giảm chấn chất lỏng bao gồm: đặc điểm thùng chứa chất lỏng chất lỏng thùng chứa sau: 1.3.1 Thùng cứng chứa chất lỏng 1.3.2 Chuyển động chất lỏng thùng chứa chất lỏng TLD CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỆ GIẢM CHẤN CHẤT LỎNG (TLD) Hiệu giảm dao động cho kết cấu chịu ảnh hưởng tham số giảm chấn có đặc điểm cấu tạo hệ giảm chấn chất lỏng gồm: hình dạng kích thước thùng chứa, chiều sâu chất lỏng thùng, số lượng thùng, tỷ số chiều sâu chất lỏng, … cần phân tích kỹ lưỡng sở phân tích làm việc giảm chấn đơn lẻ tương tác hệ TLD kết cấu Cụ thể sau: 2.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA GIẢM CHẤN CHẤT LỎNG (TLD) Hoạt động giảm chấn chất lỏng TLD hình thành sở hoạt động chất lỏng bên thùng chứa Khi thiết bị giảm chấn chất lỏng TLD chuyển động (thường tác động hệ kết cấu chuyển động kéo theo), nước thùng chứa chất lỏng chuyển động dạng chuyển động sóng Các sóng nước hình thành có dạng sóng tuyến tính, sóng dài, sóng nơng đơi hình thành sóng vỡ Ảnh hưởng loại chuyển 10 2.4 CƠ CHẾ TẠO LỰC CẢN DO CHẤT LỎNG CHUYỂN ĐỘNG VĂNG TÉ TRONG GIẢM CHẤN CHẤT LỎNG (TLD) Tần số tự nhiên chất lỏng văng té thùng chứa hình chữ nhật tăng với tăng biên độ kích thích Khi biên độ kích thích nhỏ tần số kích thích xa với tần số cộng hưởng, biên độ sóng nhỏ sóng vỡ khơng xuất Tần số dao động riêng TLD tham số cản TLD hàm phụ thuộc chiều cao chất lỏng chuyển động văng té nên mang đặc trưng phi tuyến mạnh Trong khảo sát luận văn, để tránh tượng cơng hưởng xảy gây khó khăn cho việc xác định tham số này, thừa nhận biên độ kích động nhỏ.Gọi fTLD tần số dao động riêng thiết bị giảm chấn chất lỏng TLD xác định theo công thức: fTLD = fTLD = 2p pg ổ ỗ p ữ L ố Lứ 1.17p g ổ1.17ph tanhỗ ữ 2p D è D ø : thùng chứa chất lỏng hình chữ nhật : thùng chứa chất lỏng hình tròn (2.30) (2.31) Tham số cản TLD, ξD xác định theo công thức: xD = u ổ ỗ1 + ữ Fujino (1993) h p fTLD ố b ứ 11 ổ 2h wu ỗ1 + +S÷ 11 b è ø Sun (1992) xD = h 2 (h + h ) wD (2.34) (2.35) 11 2.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ GIẢI BÀI TOÁN LÀM VIỆC CHUNG GIỮA KẾT CẤU VÀ HỆ GIẢM CHẤN CHẤT LỎNG Bản chất toán thiết kế giảm chấn cho hệ kết cấu toán phân tích động nhằm xác định tần số dao động riêng, biên độ dao động kết cấu, từ lựa chọn tham số giảm chấn cho hệ kết cấu – giảm chấn ổn định với biên độ dao động không lớn dao động tắt nhanh tác động động học gió, động đất hoạt tải 2.5.1 Phương pháp truyền thống 2.5.2 Phương pháp lượng 2.6 GIẢM CHẤN CHẤT LỎNG ĐA TẦN SỐ MTLD VÀ CÁC GIẢ THIẾT CHO VIỆC XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH HÀM ỨNG XỬ TẦN SỐ Bài tốn với kết cấu bậc tự giảm chấn bậc tự lại mơ hình tính toán cho hệ tương tác kết cấu giảm chấn chất lỏng đơn tần số STLD đề cập phân tích chương phần chương luận văn Bài toán với kết cấu bậc tự giảm chấn chất lỏng đa tần số MTLD đa bậc tự sử dụng cho mơ hình tính tốn hiệu giảm chấn thông qua việc thiết lập hàm ứng xử tần số phức cho hệ Hình 2.5 Mơ hình kết cấu giảm chấn chất lỏng đa tần số (MTLD) 12 Tần số dao động riêng thùng chứa chất lỏng tạo khác cách thay đổi kích thước lượng chất lỏng thùng Thuận tiện cho việc chế tạo lắp đặt cách thay đổi lượng nhỏ chất lỏng thùng Mỗi thùng TLD đơn mơ TMD tương đương coi bậc tự toán xét tương tác kết cấu giảm chấn chất lỏng đa tần số Hình 2.6 Mơ hình đa bậc tự mô cho TLD đơn hệ MTLD 2.6.1 Các tham số đầu vào giảm chấn chất lỏng đa tần số 2.6.2 Giả thiết cho việc xây dựng phương trình hàm ứng xử tần số 2.7 HÀM ỨNG XỬ TẦN SỐ CHO HỆ TƯƠNG TÁC GIỮA KẾT CẤU VÀ GIẢM CHẤN CHẤT LỎNG ĐA TẦN SỐ MTLD Hàm ứng xử tần số – Hàm thể mối tương quan ứng xử kết cấu tỷ số tần số (tỷ số tần số kích động tần số dao động riêng kết cấu) Phân tích ảnh hưởng tham số hàm ứng xử tần số để đánh giá hiệu giảm dao động cho kết cấu cơng trình hệ tương tác kết cấu giảm chấn nội dung quan trọng Đây liệu sở hướng 13 dẫn kỹ sư sau thiết kế giảm chấn cho kết cấu nhạy cảm trước tác động độc lực học Phương trình hàm ứng xử tần số xây dựng nghiên cứu trước TLD (Fujino, 1993 [19]) thể dạng ma trận hàm ứng xử hệ tương tác kết cấu giảm chấn chất lỏng đơn tần số STLD Từ phương trình động học: (2.63) 2.7.1 Hàm ứng xử tần số cho hệ giảm chấn chất lỏng đơn tần số STLD Hàm ứng xử tần số thiết lập nghiên cứu Fujino cho hệ tương tác kết cấu TLD đơn là: - Dạng có thứ nguyên: HS (w) = F0 é ( iwcD + kD ) ùú ê( -w ms + iwcs + ks ) -w2mD ( -w2mD + iwcD + kD ) úû êë (2.64) - Dạng không thứ nguyên: H S (w ) = F0 ks é ê 2 êæ1 - w + 2x i w ö - m w ữ s ờỗố ws2 ws ứ ws2 ổ ự w + 1ữ ỳ ỗ 2ix D wD ứ ỳ ố ổ w w ửỳ ỗ1 - + 2ix D ÷ú wD ø û è wD (2.65) 14 + HS(ω): Hàm ứng xử tần số hệ làm việc chung kết cấu TLD + ξS ξD : tỷ số cản kết cấu tỷ số cản TLD + H0(ω): Hàm ứng xử tần số TLD hệ không cản Trong phương trình (2.65) này, dễ dàng nhận thấy phương trình thể phần; phần thứ bao gồm tham số kết cấu kích động, phần thứ gồm tham số giảm chấn kích động 2.7.2 Hàm ứng xử tần số cho hệ giảm chấn chất lỏng đa tần số MTLD Dựa vào cách phân tích số để xây dựng hàm ứng xử tần số cho hệ tương tác kết cấu nhiều TLD (hệ giảm chấn chất lỏng đa tần số - MTLD Từ phương trình dạng ma trận, dạng triển khai thành hệ phương trình sau: (2.81) Từ phương trình (2.81) viết cho thùng chất lỏng thứ i hệ MTLD: mi && xi - ci x& s + ci x&i - ki x s + k i xi = mi && xi + ci x&i + ki xi = ci x& s + ki xs (2.82) 15 H (w ) = F0 ks ộ ổ ự w ỗ 2xii + 1÷ ú 2 N wi ø ú êỉ - w + 2x i w ö - w åm ố ữ s ờỗố ws2 ws ứ ws2 i =1 i ổ w w ửỳ ỗ - + 2xii ÷ ú wi ø û è wi ë (2.93) H (w ) gọi hàm ứng xử tần số không thứ nguyên hệ MTLD: H ( 2p f ) = F0 ks é æ f ự ỗ 2xii +1ữ ỳ 2 N f êỉ1- f + 2x i f - f m ố i ứ ỳ ỗ ữ s 2å i êè fs fs ø fs i=1 æ f f ửỳ ỗ1- + 2xii ữ ỳ fi ø û è fi ë (2.94) Hàm ứng xử tần số thiết lập hàm không thứ nguyên nên phân tích cho hàm với ứng xử cho biến khác CHƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA HỆ MTLD SO VỚI STLD VÀ KẾT CẤU KHI KHƠNG CĨ TLD THƠNG QUA HÀM ỨNG XỬ TẦN SỐ 3.1 LỰA CHỌN SƠ ĐỒ TÍNH TỐN Chọn cầu dây văng có sơ đồ nhịp: 160 + 331 + 160 (m) gồm nhịp liên tục với trụ tháp (Hình 3.1), dầm chủ BTCT DƯL dạng hộp đơn hình thang ngược nối cứng với trụ tháp Hai trụ tháp BTCT DƯL có chiều cao tính từ mặt dầm chủ 76m tính từ mặt cắt bệ móng 124.5m Phần trụ tháp dạng cột đơn lòng rỗng có kích thước theo phương ngang cầu 3m theo 16 phương dọc cầu thay đổi từ 5.2 đến 6m Dây văng sử dụng loại bó cáp tao đơn đặt ống nén hãng Freyssinet, gồm 20 cặp dây văng bố trí thành mặt phẳng dàn dây dạng rẻ quạt đối xứng từ trụ tháp Góc nghiêng dây so với phương nằm ngang thay đổi từ 250 đến 480 Khoảng cách đầu neo dây vị trí trụ tháp 1.75m vị trí dầm 6.5m Dây neo cách đỉnh tháp 2.5m Hình 3.1 Tồn cảnh sơ đồ cầu 3.2 MƠ HÌNH HĨA KẾT CẤU VÀ LIÊN KẾT TRONG PHẦN MỀM MIDAS CIVIL 3.2.1 Mơ hình hóa vật liệu 3.2.2 Mơ hình hóa mặt cắt ngang 3.2.3 Mơ hình hóa kết cấu 3.2.4 Mơ hình hóa liên kết 3.2.5 Mơ hình hóa loại kết cấu 3.2.6 Phân tích trị riêng 3.2.7 Xác định tần số dao động riêng kết cấu 17 3.3 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THAM SỐ ĐẾN HIỆU QUẢ GIẢM CHẤN Các trường hợp đưa khảo sát luận văn dựa phương pháp suy luận, phân tích logic thử dần, trường hợp coi hợp lý theo kết phân tích, so sánh với trường hợp kết cấu có gắn hệ STLD khơng có giảm chấn 3.3.1 Các thông số kết cấu hệ giảm chấn MTLD Các thông số kết cấu: + Tần số dao động riêng kết cấu: fs= 0,295402 (Hz) + Khối lượng hình thái kết cấu : ms= 835.128 (T) + Độ cứng kết cấu: ks= 2874082 (N/m) + Hệ số cản kết cấu: cs= 51289.28 + Tỷ số cản kết cấu: ξs= 0.0166 Các thông số hệ giảm chấn MTLD: + Chiều dài thùng: L= 1.4 (m) + Chiều rộng thùng: B= 0.5 (m) + Độ nhớt chất lỏng: ν= 10-6 (m2/s) + Tổng khối lượng chất lỏng thùng: mL= 4.17564 (T) 3.3.2 Các trường hợp khảo sát Trường hợp 1: Khảo sát ảnh hưởng số lượng thùng chứa chất lỏng N đến hiệu giảm chấn 18 Trường hợp 2: Khảo sát ảnh hưởng bề rộng dải tần số ΔR đến hiệu giảm chấn Trường hợp 3: Khảo sát ảnh hưởng tham số điều chỉnh đến hiệu giảm chấn Trường hợp 4: Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ khối lượng TLD có tần số trung tâm TLD đơn khác với tổng khối lượng chất lỏng hệ MTLD 3.4 KẾT QUẢ KHẢO SÁT ỨNG XỬ CỦA KÊT CẤU KHI GẮN MTLD SỬ DỤNG PHƯƠNG TRÌNH HÀM ỨNG XỬ TẦN SỐ 3.4.1 Kết khảo sát trường hợp Với bề rộng dải tần số (lấy khảo sát ΔR= 0,2) tiến hành khảo sát với số lượng thùng chứa chất lỏng thay đổi N= 3, 5, 7, 9,…, 21 Cụ thể trường hợp khảo sát sau: a Khi số lượng thùng N= b Khi số lượng thùng N= Hình 3.16 Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD với N=5, ΔR = 0,2 19 c Khi số lượng thùng N= d Khi số lượng thùng N= e Khi số lượng thùng N= 11 f Khi số lượng thùng N= 15 g Khi số lượng thùng N= 21 3.4.2 Kết khảo sát trường hợp a Khi số lượng thùng N= b Khi số lượng thùng N= Hình 3.23 Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD ứng với N=5 c Khi số lượng thùng N= d Khi số lượng thùng N= 9, 11, 15 e Khi số lượng thùng N= 21 20 3.4.3 Kết khảo sát trường hợp Hiệu hệ MTLD tỷ số tần số trung tâm MTLD kết cấu không (tỷ số tần số f0/f = 0,95, 1,05) Các điều kiện ban đầu khác lựa chọn trường hợp bề rộng dải tần số lấy ΔR = 0,2, số lượng thùng TLD đơn hệ giảm chấn đa tần số MTLD khảo sát N= a Kết khảo sát f0/f= 0.95 Hình 3.29 Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD (N=5) với tỷ số tần số f0/fs= 0,95, bề rộng dải số ΔR= 0,2 b Kết khảo sát f0/f= 1.05 Hình 3.30 Đồ thị khảo sát hàm ứng xử tần số hệ MTLD (N=5) với tỷ số tần số f0/fs= 1,05, bề rộng dải số ΔR= 0,2 21 3.4.4 Kết khảo sát trường hợp Bảng 3.5 Tỷ lệ khối lượng TLD đơn hệ MTLD Hình 3.31 Đồ thị khảo sát ảnh hưởng khối lượng TLD có tần số trung tâm đến ứng xử kết cấu Kết rằng, khối lượng TLD có tần số trung tâm tăng lên hiệu MTLD tăng lên Ứng với giá trị định đồ thị hệ phẳng, điều chứng tỏ ứng xử kết cấu trở nên đáp ứng tốt với dải rộng tần số kích động Khối lượng TLD gần TLD có tần số trung tâm định mối tương quan giá trị đỉnh đồ thị (bằng cao hay thấp hơn) Hệ STLD với đồ thị có đỉnh thể tham số thiết 22 kế giảm chấn hợp lý hiệu giảm dao động cho kết cấu giảm chấn tốt) Các TLD có tần số xa TLD có tần số trung tâm ảnh hưởng đến hiệu giảm chấn (đường đồ thị không thay đổi nhiều giá trị khối lượng TLD thay đổi) 3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG Việc khảo sát trường hợp cụ thể cho kết đạt với mục tiêu nghiên cứu luận văn Cụ thể sau: - Hàm ứng xử tần số hệ tương tác kết cấu hệ giảm chấn đa tần số MTLD thiết lập cở sở áp dụng phương trình Euler – Largrang cho thiết lập phương trình dao động hệ - Đề xuất trường hợp khảo sát hàm ứng xử tần số thể ứng xử kết cấu tham số giảm chấn thay đổi mà cụ thể số lượng thùng chứa chất lỏng để tạo tần số khác hệ giảm chấn đa tần số MTLD, bề rộng dải tần số, tỷ số khối lượng Các trường hợp khảo sát so sánh đánh giá với trường hợp hệ kết cấu không gắn giảm chấn chất lỏng TLD gắn giảm chấn chất lỏng đơn tần số STLD - Kết khảo sát trường hợp cho thấy hệ giảm chấn chất lỏng đa tần số có hiệu giảm chấn ứng với giá trị định số tham số giảm chấn Cụ thể: số lượng thùng TLD N= 5-15, bề rộng dải tần số ∆R= 0.2-0.3, độ chênh tần số thùng TLD đơn lẻ hệ β=0.01-0.02 23 - Khối lượng giảm chấn chất lỏng có tần số trung tâm hệ giảm chấn đa tần số có ảnh hưởng lớn đến hiệu giảm chấn Hiệu giảm chấn tăng tỷ lệ khối lượng tăng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đề tài nghiên cứu ứng dụng hệ giảm chấn dùng chất lỏng TLD điều khiển dao động cho tháp cầu dây văng 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 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 với hệ giảm chấn chất lỏng đơn tần số (STLD) Kết phân tích hiệu giảm chấn chất lỏng đa tần số (MTLD) cho kết cấu dạng tháp tốt giảm chấn chất lỏng đơn tần số STLD với giá trị định tham số hệ Xây dựng hàm ứng xử tần số 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 ΔR, tỷ số tần số kích động tần số dao động riêng kết cấu 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 (ΔR = 0,1), chênh tần số TLD đơn 24 nhỏ hiệu giảm dao động MTLD tương tự SLTD Mặt khác, số lượng TLD đơn nhỏ bề rộng dải tần số đủ lớn (ΔR = 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 β= 0,01 – 0,02 Kiến nghị hướng nghiên cứu Bài toán nghiên cứu có 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 tốn dễ dàng xác định xác nghiệm Hướng nghiên cứu đề xuất nghiên cứu khảo sát tương tác của: - Hệ mơ hình tương tác kết cấu MTLD chịu tác động hàm kích thích ngẫu nhiên - Hệ mơ hình tương tác kết cấu đa bậc tự với hệ MTLD chịu tác động kích thích ngẫu nhiên - Xây dựng mơ hình tính tốn đề xuất cho hướng nghiên cứu thùng TLD đơn hệ MTLD đặt nối tiếp vào kết cấu ... khơng có kết hợp dầm dây bất lợi việc nghiên cứu dao động tháp cầu dây văng mặt phẳng dây cần thiết có ý nghĩa 1.2 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY DAO ĐỘNG VÀ BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN DAO ĐỘNG Dao động hệ kết cấu... nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu đề tài thiết bị giảm chấn chất lỏng TLD kết cấu tháp cầu dây văng Phạm vi nghiên cứu đề tài nghiên cứu giảm dao động tháp cầu dây văng hệ thống chất lỏng TLD... TỔNG QUAN VỀ CẦU DÂY VĂNG VÀ DAO ĐỘNG CỦA THÁP CẦU Cầu dây văng hệ làm việc phức tạp bao gồm tác động chịu lực qua lại phận mà chủ yếu là: tháp cầu, dây văng dầm Với kết cấu hệ dây, tương ứng với