Ảnh hưởng của khối lượng nền lên ứng xử động của kết cấu dầm và tấm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM ĐÌNH TRUNG ẢNH HƯỞNG CỦA KHỐI LƯỢNG NỀN LÊN ỨNG XỬ ĐỘNG CỦA KẾT CẤU DẦM VÀ TẤM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM ĐÌNH TRUNG ẢNH HƯỞNG CỦA KHỐI LƯỢNG NỀN LÊN ỨNG XỬ ĐỘNG CỦA KẾT CẤU DẦM VÀ TẤM Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 9520101 (62520101) LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học PGS TS Hoàng Phương Hoa PGS TS Nguyễn Trọng Phước Đà Nẵng - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan Luận án tiến sĩ cơng trình nghiên cứu riêng Các công thức số liệu Luận án tính tốn xác, trung thực nhận xét khách quan Tác giả NCS Phạm Đình Trung ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến người hướng dẫn khoa học PGS TS Hoàng Phương Hoa PGS TS Nguyễn Trọng Phước Hai Thầy luôn tận tâm hướng dẫn, động viên tạo điều kiện cho Tác giả học tập, nghiên cứu thực Luận án Những dẫn hai Thầy không kiến thức khoa học quý báu giúp Tác giả hoàn thành Luận án mà hai Thầy giúp Tác giả nhiều khả tư khoa học Để đạt kết nghiên cứu Luận án, Tác giả nhận nhiều giúp đỡ tận tình mặt chun mơn nhà khoa học ngồi lĩnh vực nghiên cứu Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến tất Tác giả danh mục tài liệu tham khảo; Ban Giám đốc Ban Ðào tạo, Ðại học Ðà Nẵng; Ban Giám hiệu, Phòng Khoa học - Sau Đại học Hợp tác quốc tế, Khoa Sư phạm Kỹ thuật, Khoa Cơ khí Giao thông, Khoa Xây dựng Cầu đường, Khoa Xây dựng Dân dụng Cơng nghiệp Phịng thí nghiệm khoa Xây dựng Cầu đường, trường Ðại học Bách Khoa, Ðại học Ðà Nẵng tạo điều kiện thuận lợi trình học tập Đồng thời, Tác giả gửi lời chân thành cảm ơn đến khoa Xây dựng Ban Giám hiệu trường Đại học Quang Trung trường Đại học Xây dựng Miền Trung tạo điều kiện thời gian hỗ trợ tài Cuối cùng, Tác giả xin chân thành cảm ơn tất người thân, gia đình bạn bè ln gắn bó khơng ngừng khuyến khích Tác giả suốt trình học tập nghiên cứu Tác giả xin chân thành cảm ơn iii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ đồ thị Danh mục ký hiệu MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc luận án Những đóng góp luận án Chương TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu 1.2 Tổng quan mơ hình 1.2.1 Mơ hình thơng số 1.2.2 Mô hình nhiều thơng số 1.3 Tổng quan ứng dụng mơ hình 12 1.3.1 Các nghiên cứu nước 12 1.3.2 Các nghiên cứu nước 16 1.4 Các nghiên cứu ảnh hưởng khối lượng 17 1.5 Mơ hình phân tích ứng xử kết cấu với 18 1.6 Kết luận 21 iv Chương MƠ HÌNH NỀN ĐỘNG LỰC HỌC 23 2.1 Giới thiệu 23 2.2 Mơ hình động lực học 23 2.2.1 Cơ sở lý thuyết mơ hình 23 2.2.2 Thông số ảnh hưởng khối lượng 25 2.2.3 Nhận xét 26 2.3 Bài toán kết cấu dầm động lực học 27 2.3.1 Mơ hình toán dầm 27 2.3.2 Các ma trận đặc trưng phần tử dầm 27 2.4 Bài toán kết cấu động lực học 30 2.4.1 Mơ hình tốn 30 2.4.2 Các ma trận đặc trưng phần tử 31 2.5 Phương trình vi phân chuyển động 35 2.5.1 Mơ hình hệ dao động di động 35 2.5.2 Phương trình chuyển động hệ 38 2.6 Phương pháp tích phân số 39 2.6.1 Đánh giá phương pháp số 39 2.6.2 Phương pháp tích phân Newmark 41 2.6.3 Thuật tốn giải phương trình chuyển động 42 2.7 Xây dựng chương trình tính 43 2.8 Kết luận 45 Chương MÔ PHỎNG SỐ ẢNH HƯỞNG CỦA KHỐI LƯỢNG NỀN 46 3.1 Giới thiệu 46 3.2 Kiểm chứng chương trình tính 46 3.2.1 Bài toán kết cấu dầm 46 3.2.2 Bài toán kết cấu 47 3.2.3 Nhận xét 49 3.3 Dầm động lực học 49 3.3.1 Các thơng số mơ hình dầm 49 v 3.3.2 Dao động riêng dầm 49 3.3.3 Ứng xử động dầm 50 3.4 Tấm động lực học 54 3.4.1 Các thơng số mơ hình 54 3.4.2 Dao động riêng 54 3.4.3 Ứng xử động 57 3.5 Kết luận 61 Chương THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG CỦA KHỐI LƯỢNG NỀN 62 4.1 Giới thiệu 62 4.2 Mơ hình thực nghiệm hệ bậc tự 62 4.2.1 Mô tả mơ hình 62 4.2.2 Kết thực nghiệm hệ bậc tự 64 4.2.3 Nhận xét 67 4.3 Mô hình thực nghiệm dầm 70 4.3.1 Mơ tả mơ hình 70 4.3.2 Kết thực nghiệm dầm 71 4.3.3 Nhận xét 74 4.4 Kết luận 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 Kết luận 79 Kiến nghị 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ PHỤ LỤC vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên hình vẽ Trang Bảng 3.1 Tần số riêng không thứ nguyên l1 dầm 46 Bảng 3.2 Tần số riêng không thứ nguyên 48 Bảng 3.3 Tần số riêng không thứ nguyên động lực học 55 Bảng 4.1 Thông số đặc trưng mẫu thực nghiệm hệ bậc tự 65 Bảng 4.2 Tần số riêng mơ hình thực nghiệm hệ bậc tự 66 Bảng 4.3 Thông số ảnh hưởng khối lượng hệ bậc tự 67 Bảng 4.4 Mức độ ảnh hưởng khối lượng hệ bậc tự 67 Bảng 4.5 Thông số đặc trưng dầm thép 71 Bảng 4.6 Thông số đặc trưng mơ hình cao su 71 Bảng 4.7 Thực nghiệm tần số riêng mơ hình dầm 73 Bảng 4.8 Thông số ảnh hưởng khối lượng mơ hình dầm 74 Bảng 4.9 Mức độ ảnh hưởng khối lượng mơ hình dầm 75 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Số hiệu Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Mơ hình Winkler Hình 1.2 Biến dạng tác dụng tải trọng Hình 1.3 Mơ hình Filonenko-Borodich Hình 1.4 Mơ hình Hetényi Hình 1.5 Mơ hình Pasternak Hình 1.6 Mơ hình Reissner Hình 1.7 Mơ hình Kerr 10 Hình 1.8 Mơ hình Vlasov 11 Hình 1.9 Mơ hình lực di động 19 Hình 1.10 Mơ hình khối lượng di động 20 Hình 1.11 Mơ hình hệ dao động di động 20 Hình 2.1 Mơ hình động lực học 24 Hình 2.2 Mơ hình học động lực học 24 Hình 2.3 Mơ hình quy đổi khối lượng 25 Hình 2.4 Mơ hình phần tử dầm động lực học 27 Hình 2.5 Mơ hình phần tử động lực học 30 Hình 2.6 Mơ hình vật thể chuyển động động lực học 36 Hình 2.7 Sơ đồ thuật tốn phân tích ứng xử động hệ kết cấu 43 Hình 2.8 Giao diện tổng quát chương trình tính 44 Hình 2.10 Giao diện chi tiết chương trình tính 44 Hình 3.1 Chuyển vị đứng theo thời gian điểm dầm 47 Hình 3.2 Chuyển vị đứng theo thời gian khối lượng Mv 47 Hình 3.3 Chuyển vị đứng lớn 48 Hình 3.4 Tần số riêng khơng thứ ngun l1 dầm với K = 50 Hình 3.5 Tần số riêng không thứ nguyên l1 dầm với K1 = 500 50 Hình 3.6 Chuyển vị động điểm dầm ứng với giá trị độ cứng 51 viii Hình 3.7 Chuyển vị động điểm dầm ứng với giá trị lớp cắt 51 Hình 3.8 Tỷ số động dầm ứng với giá trị độ cứng đàn hồi 52 Hình 3.9 Tỷ số động dầm ứng với giá trị độ cứng lớp cắt 52 Hình 3.10 Tỷ số động dầm ứng với giá trị cản nhớt 52 Hình 3.11 Tỷ số động dầm ứng với giá trị thông số  v 53 Hình 3.12 Tỷ số động dầm ứng với giá trị thơng số  v 53 Hình 3.13 Tỷ số động dầm ứng với giá trị thơng số v 53 Hình 3.14 Dạng dao động riêng (SSSS) 56 Hình 3.15 Dạng dao động riêng (CCCC) 56 Hình 3.16 Tỷ số động ứng với giá trị độ cứng đàn hồi 57 Hình 3.17 Tỷ số động ứng với giá trị độ cứng lớp cắt 58 Hình 3.18 Tỷ số động ứng với giá trị cản nhớt 58 Hình 3.19 Tỷ số động ứng với giá trị thơng số  v 59 Hình 3.20 Tỷ số động ứng với giá trị thơng số  v 59 Hình 3.21 Tỷ số động ứng với giá trị thông số  v 60 Hình 4.1 Mơ hình thực nghiệm hệ bậc tự 62 Hình 4.2 Sơ đồ bố trí thực nghiệm mơ hình hệ bậc tự 63 Hình 4.3 Quan hệ lực - chuyển vị mơ hình hệ bậc tự 64 Hình 4.4 Dạng gia tốc thực nghiệm mẫu M1 65 Hình 4.5 Dạng gia tốc thực nghiệm mẫu M2 65 Hình 4.6 Dạng gia tốc thực nghiệm mẫu M3 66 Hình 4.7 Dạng gia tốc thực nghiệm mẫu M4 66 Hình 4.8 Quan hệ khối lượng tham gia dao động mF với chiều 68 sâu HF mơ hình bậc tự Hình 4.9 Ảnh hưởng thơng số khối lượng a F lên tần số riêng 68 mô hình hệ bậc tự Hình 4.10 Quan hệ thông số thực nghiệm aF với chiều sâu HF mơ hình bậc tự 69 ... ảnh hưởng khối lượng lên ứng xử động kết cấu dầm chịu tải di động có chưa có nghiên cứu đề xuất mơ hình mơ tả ảnh hưởng Vì vậy, Luận án chọn đề tài ? ?Ảnh hưởng khối lượng lên ứng xử động kết cấu. .. trưng ảnh hưởng khối lượng lên ứng xử động lực học hệ kết cấu dầm tương tác với Xây dựng mơ hình thực nghiệm phịng xác định thơng số đặc trưng ảnh hưởng khối lượng lên ứng xử động lực học hệ kết cấu. .. cấu dầm tương tác với Xây dựng chương trình tính tốn cho tốn phân tích ứng xử động lực học kết cấu dầm có xét đến ảnh hưởng khối lượng Từ đó, Luận án ? ?Ảnh hưởng khối lượng lên ứng xử động kết cấu