Đánh giá hiệu quả giảm chấn của hệ cản ma sát kết hợp với hệ cản khối lượng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - TRẦN QUỐC TRUNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ GIẢM CHẤN CỦA HỆ CẢN MA SÁT KẾT HỢP VỚI HỆ CẢN KHỐI LƯỢNG Chuyên ngành : Xây Dựng Cơng trình Dân Dụng Cơng Nghiệp Mã số ngành : 60 58 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ Thành phố Hồ Chí Minh tháng 02 năm 2016 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – TP.HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN TRỌNG PHƯỚC Cán chấm nhận xét 1: TS ĐÀO ĐÌNH NHÂN Cán chấm nhận xét 2: TS CAO VĂN VUI Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG, TP HCM Ngày 19 tháng 02 năm 2016 Thành phần đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS CHU QUỐC THẮNG PGS.TS LƯƠNG VĂN HẢI TS ĐÀO ĐÌNH NHÂN TS CAO VĂN VUI TS LÊ TRUNG KIÊN Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên nghành sau luận văn sửa chữ (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS CHU QUỐC THẮNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN QUỐC TRUNG MSHV: 12214129 Ngày, tháng, năm sinh: 16/07/1988 Nơi sinh: Quảng Nam Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp 60 58 20 I TÊN ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ GIẢM CHẤN CỦA HỆ CẢN MA SÁT KẾT HỢP VỚI HỆ CẢN KHỐI LƯỢNG II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu tốn động lực học kết cấu khung gắn hệ cản ma sát-khối lượng (TMFD) chịu tải trọng điều hòa động đất - Thiết lập phương trình chuyển động hệ dùng phương pháp số Newmark để giải toán, viết chương trình máy tính để phân tích tốn - Kiểm chứng chương trình máy tính khảo sát ứng xử hệ kết cấu thay đổi thông số như: tải trọng đầu vào, tỉ số khối lượng, tỉ số tần số điều chỉnh, tỉ số dải tần số, lực ma sát chuẩn hóa III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/01/2015 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2015 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN TRỌNG PHƯỚC Tp HCM, ngày 04 tháng 12 năm 2015 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS NGUYỄN TRỌNG PHƯỚC TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG i LỜI CẢM ƠN Lời xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn luận văn tốt nghiệp TS Nguyễn Trọng Phước, thầy tận tình hướng dẫn, động viên giúp đỡ tơi nhiều để tơi hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp Ở Thầy, không học cách tiếp cận, giải vấn đề khoa học mà tơi cịn học Thầy cách sống, cách làm người Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu Trường đại học Bách khoa - Đại học quốc gia Tp HCM, thầy cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng truyền đạt kiến thức phương pháp học tập Đó kiến thức thiếu đường nghiên cứu khoa học công việc sau Tôi xin cảm ơn anh chị quản lý thư viện tạo điều kiện thuận lợi cho tham khảo nguồn tài liệu quý giá trường, cám ơn anh chị Khoa đào tạo sau đại học tạo nhiều điều kiện thuận lợi suốt q trình tơi theo học Tôi xin cảm ơn giúp đỡ bạn bè, anh chị học viên khoá 2012 Sau cùng, tơi muốn tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân đặc biệt cha, mẹ hai em động viên tinh thần, tạo điều kiện giúp đỡ nhiều suốt thời gian học tập thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn ! ii TÓM TẮT Luận văn đánh giá hiệu giảm chấn hệ cản ma sát kết hợp với hệ cản khối lƣợng (MTMFD) đƣợc gắn kết cấu chịu tải điều hòa gia tốc động đất Kết cấu đƣợc rời rạc hóa phƣơng pháp dồn khối lƣợng tầng xét bậc tự động lực học chuyển vị ngang tầng Hệ cản ma sát sử dụng mơ hình lị xo giả mơ hình trễ để mơ tả ứng xử Hệ MTMFD đƣợc gắn tầng mái thông số đặc trƣng đƣợc xác định dựa cực tiểu chuyển vị lớn tầng mái Phƣơng trình chuyển động hệ gồm có kết cấu, hệ MTMFD chịu tải điều hòa gia tốc động đất đƣợc thiết lập giải phƣơng pháp bƣớc Newmark tồn miền thời gian với chƣơng trình máy tính đƣợc viết ngơn ngữ lập trình MATLAB Các kết số bao gồm chuyển vị động, vận tốc, gia tốc, lực cắt kết cấu cho thấy hiệu giảm chấn hệ MTMFD kết cấu Đồng thời, khảo sát yếu tố nhƣ: tỉ số khối lƣợng MTMFD, tỉ số tần số điều chỉnh f , tỉ số dải tần số  , lực ma sát trƣợt chuẩn hóa R f nhằm tìm làm việc hiệu cho kết cấu iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, ngoại trừ số liệu kết tham khảo từ công trình nghiên cứu khác ghi rõ luận văn, công việc cá nhân thực dƣới hƣớng dẫn Thầy TS Nguyễn Trọng Phƣớc Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực đƣợc thực xác; chƣơng trình máy tính tơi tự viết dựa ngơn ngữ lập trình MATLAB TP Hồ Chí Mính, ngày tháng Trần Quốc Trung năm 2016 iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii LỜI CAM ĐOAN iii M C L C iv M T S CHỮ VI T TẮT .vii M T S K HI U VI T TẮT viii DANH M C H NH V x DANH M C ẢNG I U xvii CHƢƠNG GI I THI U 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục ti u luận văn 1.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 1.4 Cấu tr c luận văn CHƢƠNG T NG QUAN 2.1 Giới thiệu 2.2 Hệ giảm chấn khối lƣợng (Tuned Mas Damper – TMD) 2.2.1 Sơ lƣợc hệ giảm chấn khối lƣợng 2.2.2 Ứng dụng hệ giảm chấn khối lƣợng thực tiễn 10 2.2.3 Tổng quan tài liệu hệ giảm chấn khối lƣợng 11 2.3 Hệ giảm chấn ma sát (Friction Damper - FD) 14 2.3.1 Sơ lƣợc hệ giảm chấn ma sát 14 2.3.2 Ứng dụng hệ giảm chấn ma sát thực tiễn 16 2.3.3 Tổng quan tài liệu hệ giảm chấn ma sát 17 2.4 Hệ giảm chấn ma sát kết hợp hệ giảm chấn khối lƣợng (Tuned Mass Friction Damper – TMFD) 20 2.5 Kết luận chƣơng 23 CHƢƠNG CƠ SỞ L THUY T 24 3.1 Giới thiệu 24 3.2 Thiết lập phƣơng trình chuyển động hệ kết cấu nhiều bậc tự 24 v 3.3 Cở sở lý thuyết hệ cản ma sát 26 3.3.1 Mơ hình lò xo giả 26 3.3.2 Mơ hình trễ 27 3.4 Mơ hình hệ kết cấu c gắn hệ giảm chấn MTMFD: 28 3.5 Phƣơng pháp giải thuật toán 34 3.5.1 Phƣơng pháp giải 34 3.5.2 Thuật toán 37 3.6 Năng lƣợng 38 3.7 Kết luận chƣơng 39 CHƢƠNG V D S 41 4.1 Giới thiệu 41 4.2 Kiểm chứng chƣơng trình tính 41 4.3 Phân tích đáp ứng hệ giảm chấn MTMFD chịu tải điều hòa 49 4.3.1 Khảo sát lực trƣợt chuẩn hóa R f 58 4.3.2 Khảo sát tỉ số dải tần số  60 4.3.3 Phân tích đáp ứng miền tần số 62 4.4 Số liệu trận động đất sử dụng để phân tích kết cấu 63 4.5 Phân tích đáp ứng hệ gắn giảm chấn MTMFD chịu động đất Loma Prieta 1985 65 Đáp ứng lƣợng 72 4.5.1 Khảo sát tỷ số khối lƣợng MTMFD 74 4.5.2 Khảo sát lực trƣợt chuẩn hóa R f 77 4.5.3 Khảo sát tỉ số tần số điều chỉnh f 79 4.5.4 Khảo sát tỉ số dải tần số  82 4.5.5 Khảo sát mức gia tốc động đất PGA 84 4.6 Phân tích đáp ứng hệ gắn giảm chấn MTMFD chịu động đất ElCentro.86 4.6.1 Khảo sát tỷ số khối lƣợng MTMFD 95 4.6.2 Khảo sát lực trƣợt chuẩn hóa R f 98 4.6.3 Khảo sát tỉ số tần số điều chỉnh f 100 vi 4.6.4 Khảo sát tỉ số dải tần số  102 4.6.5 Khảo sát mức gia tốc PGA tải động đất ElCentro 104 4.7 Kết luận chƣơng 106 CHƢƠNG 108 K T LUẬN VÀ HƢ NG PHÁT TRI N 108 PH L C xviii vii MỘT SỐ CHỮ VIẾT TẮT TMD Tuned Mass Damper – hệ cản khối lƣợng STMD Single Tuned Mass Damper – hệ cản khối lƣợng đơn MTMD Multiple Tuned Mass Damper – nhiều hệ cản khối lƣợng FD Friction damper – hệ cản ma sát TMFD Tuned Mass Friction Damper –hệ cản ma sát-khối lƣợng MTMFD Multiple Tuned Mass Friction Damper – nhiều hệ cản ma sát-khối lƣợng ... cứng kết cấu Cp Ma trận cản kết cấu M Ma trận khối lƣợng hệ kết cấu hệ giảm chấn K Ma trận độ cứng hệ kết cấu hệ giảm chấn C Ma trận cản hệ kết cấu hệ giảm chấn F Vector lực ma sát u Vector gia... quan tài liệu hệ giảm chấn khối lƣợng 11 2.3 Hệ giảm chấn ma sát (Friction Damper - FD) 14 2.3.1 Sơ lƣợc hệ giảm chấn ma sát 14 2.3.2 Ứng dụng hệ giảm chấn ma sát thực tiễn ... 16/07/1988 Nơi sinh: Quảng Nam Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp 60 58 20 I TÊN ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ GIẢM CHẤN CỦA HỆ CẢN MA SÁT KẾT HỢP VỚI HỆ CẢN KHỐI LƯỢNG II NHIỆM VỤ