ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - MAI VIỆT THÀNH SỬ DỤNG HỆ CẢN MAXWELL NHẰM LÀM TĂNG KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA CÔNG TRÌNH Chuyên ngành: Xây Dựng Dân Dụng – Công Nghiệp Mã số ngành: 60.58.20 LUẬN VĂN THẠC SĨ Thành phố Hồ Chí Minh tháng 09 năm 2011 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) PGS.TS CHU QUỐC THẮNG Cán chấm nhận xét 1: (Ghi roõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc só bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH Ngày tháng năm TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA XÂY DỰNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -o0o Tp HCM, ngày 01 tháng 07 năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: MAI VIỆT THÀNH Phái: NAM Ngày, tháng, năm sinh: 25 – 12 – 1985 Nơi sinh: CÀ MAU Chuyên ngành: Xây Dựng Dân Dụng – Cơng Nghiệp MSHV: 09210209 Khóa: 2009 1- TÊN ĐỀ TÀI: Sử dụng hệ cản Maxwell nhằm làm tăng khả kháng chấn cơng trình 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Phân tích mơ hình hệ cản Maxwell, từ nghiên cứu chế làm việc hệ cản Xây dựng mơ hình tính tốn cho kết cấu có sử dụng hệ cản Maxwell điều khiển bị động Xây dựng chương trình tính toán để giải toán sử dụng hệ cản Maxwell từ thấp tầng cao tầng Matlab 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 15 – 07 – 2010 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 29 – 07 – 2011 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS CHU QUỐC THẮNG Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TRƯỞNG BAN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) PGS.TS CHU QUỐC THẮNG LỜI CÁM ƠN Sau thời gian học tập tích cực thực luận văn, bảo, động viên, khích lệ thầy cô bạn bè để vượt qua khó khăn tưởng chừng vượt qua, hoàn thành luận văn theo định Phòng Đào Tạo Sau Đại Học Trường Đại Học Bách Khoa – Thành Phố Hồ Chí Minh Nhưng để có kiến thức quý báo hôm trường, xin chân thành cám ơn tất bạn bè, thầy cô giúp đỡ học tập thực luận văn này, đặc biệt xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn PGS.TS CHU QUỐC THẮNG trợ thủ đắc lực thầy Th.S PHẠM NHÂN HÒA tận tình bảo truyền đạt kiến thức quý báu cho Tôi chân thành cảm ơn thầy cô thư viện trường ĐH Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện cho tìm tài liệu để thực luận văn bạn học khóa sát cánh bên ngày học tập gian khổ Sau cùng, xin cảm ơn gia đình tạo điều kiện cho học tập động viên tôi gặp khó khăn Chân thành cảm ơn tất cả! Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2011 TÓM TẮT LUẬN VĂN Điều khiển kết cấu kỹ thuật chống lại tác động môi trường mà cho hiệu cao (về kinh tế, mức độ an toàn…) so với lối thiết kế thông thường Sự hấp dẫn Điều Khiển Kết Cấu với biến đổi môi trường trận động đất xảy thời gian gần với mật độ ngày nhiều thúc đẩy tác giả thực đề tài luận văn thạc só “Sử dụng hệ cản Maxwell nhằm làm tăng khả kháng chấn công trình” Luận văn giới thiệu tổng quan điều khiển kết cấu giới thiệu qua công trình nghiên cứu tác giả khác trường ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH năm qua Luận văn tập trung khảo sát phân tích khả giảm chấn kết hợp hệ cản chất lỏng nhớt (VFD) hệ giằng (giằng Chevron) phương pháp điều khiển bị động kết cấu – phương pháp ZOH [1] Từ đưa nhận xét kiến nghị hiệu thiết bị giảm chấn kết hợp khả ứng dụng vào công trình từ thấp tầng đến cao tầng Kết phân tích đưa vào để tính toán ví dụ minh họa, luận văn so sánh hiệu giảm đáp ứng kết cấu so với kết phân tích tài liệu tham khảo [10] Kết phân tích, tác giả đưa kiến nghị sử dụng giá trị phù hợp cho hệ cản Maxwell, đồng thời tối ưu vị trí bố trí damper để hệ cản mang đến hiệu cao Trang 1/114 MỤC LỤC MỤC LỤC Trang TÓM TẮT LUẬN VAÊN 1 MUÏC LUÏC 2 Chương GIỚI THIỆU CHUNG 4 1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN KẾT CẤU [1], [6], [12] 4 1.1.1. Giới thiệu 4 1.1.2. Điều khiển bị động 7 1.1.3. Điều khiển chủ động bán chủ ñoäng 9 1.1.4. Hệ điều khiển hỗn hợp 10 1.1.5. Toùm taét 10 1.2. MỤC TIÊU VÀ SỰ CẦN THIẾT CỦA LUẬN VĂN 11 1.3. TỔ CHỨC VÀ NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN 11 Chương GIỚI THIỆU VỀ HỆ CẢN MAXWELL 13 2.1. SỰ TIÊU TÁN NĂNG LƯNG TRONG KẾT CẤU CÓ HỆ CẢN BỊ ĐỘNG 13 2.2. ĐẶC TRƯNG ĐÁP ỨNG CỦA HỆ CẢN NHỚT TUYẾN TÍNH [6][9] 15 2.3. CẤU TẠO – ĐẶC TRƯNG CỦA MÔ HÌNH MAXWELL [3] 17 2.3.1. Phương trình đặc trưng 17 2.3.2. Phản ứng từ biến – hồi phục chùng ứng suất 20 Chương MÔ HÌNH TÍNH HỆ KẾT CẤU CÓ GẮN HỆ CẢN 22 3.1. HỆ MỘT BẬC TỰ DO 22 3.1.1. Mô hình tính 22 3.1.2. Mô hình học 23 3.1.3. Phương trình chuyển ñoäng 23 3.2. HỆ NHIỀU BẬC TỰ DO 24 3.2.1. Mô hình tính 24 3.2.2. Mô hình học 25 3.2.3. Phương trình chuyển ñoäng 25 3.3. MÔ HÌNH VECTOR KHÔNG GIAN TRẠNG THÁI 28 3.3.1. Trường hợp có điều khiển 28 3.3.2. Trường hợp không điều khiển 34 3.3.3. Lưu đồ thuật toán 35 3.4. NĂNG LƯNG 35 3.5. VÍ DỤ MINH HỌA 36 Chương VÍ DỤ TÍNH TOÁN 38 Trang 2/114 MỤC LỤC 4.1. PHÂN TÍCH KẾT CẤU TAÀNG ( DOF ) 38 4.1.1. Mô tả kết cấu 38 4.1.2. Điều khiển bị động kết cấu với hệ caûn Maxwell 39 4.2. PHÂN TÍCH KẾT CẤU TẦNG ( DOFs ) 52 4.2.1. Moâ tả kết cấu 52 4.2.2. Điều khiển kết cấu tải trọng Kobe (với = 0.02s) 54 4.2.3. Điều khiển kết cấu tải trọng Northridg (với = 0.02s) 62 4.2.4. Điều khiển kết cấu tải trọng ElCentro (với = 0.02s) 68 4.2.5. Điều khiển kết cấu tải trọng xung (với = 0.02s) 72 4.3. PHAÂN TÍCH KẾT CẤU TẦNG ( 9DOFs ) 77 4.3.1. Mô tả kết caáu 77 4.3.2. Điều khiển kết cấu tải trọng xung 81 4.3.3. Điều khiển kết cấu tải trọng điều hoøa 84 4.3.4. Điều khiển kết cấu tải trọng Northridge 89 4.3.5. Điều khiển kết cấu tải trọng Kobe 92 4.4. PHÂN TÍCH KẾT CẤU 20 TẦNG 96 4.4.1. Mô tả kết cấu 96 4.4.2. Điều khiển kết cấu tải trọng điều hòa 98 4.4.3. Điều khiển kết cấu tải trọng Northridge 103 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 106 5.1. KEÁT LUAÄN 106 5.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 PHUÏ LUÏC 110 Trang 3/114 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN KẾT CẤU Chương GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN KẾT CẤU [1], [6], [12] 1.1.1 Giới thiệu Thiết kế kết cấu nhằm giảm ảnh hưởng tác động mang tính chất động môi trường bên : gió, động đất,…đã nhiệm vụ kỹ sư nhiều năm gần Động đất gây chuyển động đất nền, với chuyển động khối lượng lớn lượng sinh hấp thu vào công trình, công trình trở nên dễ dàng sụp đổ tức khắc Giải pháp truyền thống để chống lại tác động tăng độ cứng khả chịu lực kết cấu thông qua việc tăng tiết diện cột, dầm, vách cứng,… Công trình hấp thu lượng sinh tác động bên thông qua khả biến dạng không đàn hồi và tiêu tán lượng thông qua khớp dẻo thân kết cấu Sự biến dạng giúp công trình có khả tồn qua trận động đất lại gây tổn thất cục cho phận công trình, công trình bị hư hỏng phần Giải pháp truyền thống bộc lộ nhược điểm đáng ý sau : Độ an toàn không cao : với trận động đất mạnh, kết cấu làm việc miền đàn hồi, lượng tiêu tán chủ yêu hư hỏng, phá hoại cục thân kết cấu Với giải pháp này, khó kiểm soát mức độ hư hỏng Phạm vi sử dụng hạn chế : hư hại cục xảy nên việc sử dụng cho công trình qua trọng với yêu cầu kết cấu làm việc miền đàn hồi không khả thi, ví dụ : nhà máy điện nguyên tử, bảo tàng lịch sử, công trình có trang trí đặc biệt đắt tiền, công trình có tài sản quý giá,… Tốn không chắn : việc tăng kích thước kết cấu công trình làm cho giá thành công trình tăng cao hiệu không chắn chưa thực đảm bảo Vì lý trên, vài thập kỷ gần người ta nghiên cứu ứng dụng nhiều hệ thống điều khiển kết cấu nhằm hạn chế mức tối đa mức độ nguy hiểm công trình chịu tác động từ bên đặc biệt động đất Năng lượng Trang 4/114 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN KẾT CẤU hấp thu không thân kết cấu mà hệ thống điều khiển kết cấu Đây hướng nghiên cứu tiến phù hợp với phát triển điều kiện nay, lẽ thiết bị điều khiển kết cấu thỏa mãn yêu cầu mà mong muốn : An toàn công trình chịu động đất mạnh Chi phí nghiên cứu lắp đặt thấp nhiều so với giải pháp truyền thống Phạm vi ứng dụng rộng rãi : dùng cho công trình xây công trình hữu cần cải tạo, nâng cấp ; sử dụng cho công trình quan trọng hay nhà bình thường Trong hoàn cảnh đất nước ta nay, trình đô thị hóa đẩy nhanh mạnh mẽ, công trình mang tính chất quan trọng, công trình cao tầng mọc lên ngày nhiều khắp miền Tổ quốc Với xuất ngày nhiều địa chấn miền Bắc nước ta thời gian gần đây, vấn đề tính toán thiết kế chống động đất cho công trình quan trọng quan tâm nhiều hơn, điển hình việc ban hành quy chuẩn thiết kế chống động đất Bộ Xây dựng Trước lợi ích to lớn mà điều khiển kết cấu mang lại, ngành Xây dựng nước ta đòi hỏi nâng tầm để theo kịp với phát triển giới, với nước ta vấn đề mẻ Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng lónh vực điều khiển kết cấu vấn đề cần thiết, mang ý nghóa khoa học thực tiễn cao Ngành Cao học Xây dựng trường Bách Khoa TP.HCM có luận án nghiên cứu đề tài điều khiển kết cấu năm gần Điều chứng tỏ lónh vực thu hút quan tâm nhiều kỹ sư Rất nhiều nghiên cứu đưa vào áp dụng công trình thực tế: Base Isolation Systems ( Hệ cô lập dao động), Tuned Mass Dampers (Hệ cản điều chỉnh khối lượng), Controlled Stiffness Dampers (Hệ cản có độ cứng thay đổi), Viscous Fluid Dampers (Hệ cản chất lỏng nhớt)… Ở nước ta số tác giả trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM nghiên cứu vấn đề này: Nguyễn Hữu Anh Tuấn – Khảo sát giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ cản điều chỉnh khối lượng TMD – (2002) Nguyễn Văn Giang – Khảo sát khả chống động đất hệ thống cô lập móng BIS – (2002) Trang 5/114 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN KẾT CẤU Bùi Đông Hoàn – Khảo sát tác dụng kháng chấn hệ cản chất lỏng nhớt – (2003) Ngô Ngọc Cường – Nghiên cứu giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ cản điều chỉnh cột chất lỏng TLCD – (2003) Lê Văn Thắng – Khảo sát khả giảm chấn thiết bị MR Dampers dựa lý thuyết điều khiển mờ – (2005) Đinh Nguyễn Hữu Lộc – Khảo sát giải pháp giảm chấn hệ cản điều chỉnh khối lượng bán chủ động STMD – (2007) Lê Ngọc Bảo – Nghiên cứu giải pháp giảm dao động xoắn công trình hệ cản điều chỉnh cột chất lỏng TLCD – (2007) Lê Trường Giang – Phân tích hiệu giảm chấn hệ cản bán chủ động ER với giải thuật khác – (2007) Nguyễn Minh Hiếu – Các giải thuật điều khiển hệ cản MR Dampers – (2007) 10 Nguyễn Quang Bảo Phúc – Khảo sát khả giảm chấn công trình với hệ cản có độ cứng biến thiên – (2007) 11 Phạm Hữu Nghóa – Nghiên cứu giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ cản thay đổi khối lượng MTMD – (2007) 12 Phạm Nhân Hòa – Điều khiển kết cấu chịu tải trọng động đất với hệ cản ma sát biến thiên –(2007) 13 Trần Văn Bền – Điều khiển kết cấu chịu tải trọng động đất với hệ cản ma sát hệ cản có độ cứng thay đổi kết hợp – (2007) 14 Nguyễn Văn Nam – Nghiên cứu giảm chấn cho công trình chịu động đất thiết bị cô lập dao động có mặt lõm ma sát – (2008) 15 Đặng Duy Khanh – Điều khiển kết cấu với giải pháp kết hợp hệ cản chất lỏng nhớt hệ cản có độ cứng thay đổi – (2010) Do đó, chương tác giả xin nêu vấn đề điều khiển kết cấu Trang 6/114 CHƯƠNG IV: VÍ DỤ TÍNH TOÁN 22 TH TH TH TH TH 10 18 Tang Tang 20 16 14 12 -200 -100 Do giam (%) 100 -100 -50 50 Do giam (%) 100 Hình 4.101: Độ giảm lực cắt lớn 4.4.2.2 Đánh giá hiệu đáp ứng kết cấu Bảng 25: Kết đáp ứng xmax Tầng Tầng Tầng Taàng Taàng Taàng Taàng Taàng Taàng Taàng 10 Taàng 11 Taàng 12 TH1 10.5 10.3 10.1 9.6 8.9 7.7 6.5 5.6 4.9 4.7 4.2 3.9 TH2 11.9 11.8 12.2 11.8 11.0 9.7 8.4 7.2 6.1 5.3 4.8 4.7 TH3 8.5 8.4 9.2 8.9 8.4 7.6 6.8 6.0 5.4 5.2 5.2 5.5 TH4 13.0 12.8 13.1 12.5 11.7 10.2 8.9 7.7 6.5 5.6 5.1 4.8 TH5 11.8 11.4 12.0 11.3 10.5 9.1 7.7 6.6 5.7 5.4 4.6 4.4 Taàng 13 Taàng 14 Taàng 15 Taàng 16 Taàng 17 Taàng 18 Taàng 19 Taàng 20 Taàng 21 Taàng 22 s s TH1 3.9 3.9 4.0 4.1 4.3 4.5 4.8 5.2 5.9 6.4 6.1 2.3 TH2 4.7 4.8 4.9 4.9 4.9 5.0 5.1 5.3 5.7 5.9 7.1 2.8 TH3 5.9 6.3 6.6 6.7 6.5 6.1 5.7 5.2 4.7 4.4 6.5 1.4 TH4 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8 4.9 5.0 5.3 5.8 6.1 7.4 3.1 TH5 4.3 4.4 4.5 4.6 5.0 5.1 5.6 5.9 6.8 7.1 7.0 2.7 Taàng 13 Taàng 14 Taàng 15 Taàng 16 Taàng 17 Taàng 18 TH1 1.3 1.6 1.2 0.3 -0.6 -0.9 TH2 2.1 2.9 2.9 2.1 1.0 0.3 TH3 5.4 6.3 6.0 4.7 2.7 1.0 TH4 1.7 2.2 2.0 1.0 0.1 -0.4 TH5 0.8 1.2 1.1 -0.3 -0.3 -1.3 Baûng 26: Kết đáp ứng x max Tầng Tầng Taàng Taàng Taàng Taàng TH1 29.7 29.8 31.0 30.6 29.7 27.3 TH2 26.4 26.5 28.9 28.4 27.5 25.2 TH3 8.6 8.8 11.8 11.4 10.8 9.1 TH4 28.9 29.0 31.2 30.7 29.8 27.3 TH5 33.4 33.1 36.2 35.4 34.0 31.0 Trang 101/114 CHƯƠNG IV: VÍ DỤ TÍNH TOÁN Tầng Tầng Tầng Tầng 10 Tầng 11 Taàng 12 23.7 18.8 13.0 7.4 3.0 0.5 21.7 17.2 11.7 6.5 2.6 0.6 6.7 3.8 1.2 -0.2 0.2 1.8 23.4 18.3 12.9 7.3 3.0 0.6 26.2 20.7 13.6 7.7 2.4 0.0 Taàng 19 Taàng 20 Taàng 21 Taàng 22 s s -0.1 1.4 4.3 6.0 12.4 12.6 0.4 1.3 2.9 3.9 11.8 11.2 0.2 0.6 -1.0 -2.0 5.1 4.3 0.0 1.2 3.3 4.5 12.5 12.4 0.4 1.3 4.6 6.1 13.8 14.4 TH3 TH4 TH5 9.6 29.8 -113.4 Taàng 13 -152.3 -110.7 -232.8 Taàng 14 -15.7 4.2 -52.1 Taàng 15 23.6 39.8 46.1 Taàng 16 28.1 45.0 22.4 Taàng 17 31.0 46.6 59.5 Taàng 18 33.1 37.6 5.9 Taàng 19 32.8 13.4 39.6 Taàng 20 30.3 21.6 -17.4 Taàng 21 14.9 8.9 -4.2 Taàng 22 s 12.4 11.4 -13.5 9.0 12.5 -28.4 s TH1 19.5 30.4 18.2 24.9 15.8 6.9 2.1 2.5 39.5 48.0 17.3 21.4 TH2 16.0 27.4 35.0 24.4 16.0 8.6 2.6 2.7 33.8 41.2 14.3 31.6 TH3 10.1 18.7 19.9 37.9 19.4 16.4 4.1 2.8 21.3 26.7 9.3 37.6 TH4 16.2 27.4 21.3 21.4 13.1 6.3 1.3 2.5 34.1 40.5 13.5 30.9 TH5 -15.7 -21.3 12.9 -34.5 -0.2 -31.2 -4.2 -25.9 39.8 47.6 -20.4 61.2 Baûng 27: Kết đáp ứng SFmax TH1 Tầng 29.8 Taàng -55.6 Taàng 16.9 Taàng 38.2 Taàng 45.2 Taàng 38.0 Taàng 35.7 Taàng 30.5 Taàng 16.4 Taàng 10 6.0 Taàng 11 11.4 Taàng 12 14.0 TH2 27.3 -115.5 1.4 37.6 43.3 38.6 28.2 33.6 22.9 10.5 12.5 12.3 Nhận xét: Dựa vào độ lớn giá trị trung bình giảm đáp ứng độ phân bố độ giảm vào tầng, ta đưa nhận xét trường hợp tải trọng điều hòa Đối với đại lượng chuyển vị, TH2 TH5 cho giá trị độ giảm lớn lại có độ phân tán cao, TH3 cho độ giảm nhỏ bù lại lại có đồng tầng Đồng thời giá trị giảm chuyển vị không lớn, khoảng 7%, trường hợp hiệu TH3, TH2, TH5 Về đại lượng gia tốc, dựa yếu tố giá trị độ giảm trung bình, so sánh giá trị trường hợp mức độ tập trung, ta có trường hợp hiệu : TH2, TH1 TH5 Tương tự gia tốc, trường hợp hiệu lực cắt : TH1, TH2 TH4 Như vậy, trường hợp tải điều hòa, nhìn chung TH2 cho hiệu tốt nhất, tiếp TH1 Trang 102/114 CHƯƠNG IV: VÍ DỤ TÍNH TOÁN 4.4.3 Điều khiển kết cấu tải trọng Northridge 4.4.3.1 Đáp ứng kết cấu 22 TH TH TH TH TH 10 20 Tang Tang 18 16 14 12 10 20 30 Do giam (%) 40 50 10 20 30 Do giam (%) 40 50 Hình 4.102: Độ giảm chuyển vị lớn 22 TH TH TH TH TH 10 20 Tang Tang 18 16 14 12 -10 10 20 30 Do giam (%) 40 50 -10 10 20 30 Do giam (%) 40 Hình 4.103: Độ giảm gia tốc lớn Trang 103/114 50 CHƯƠNG IV: VÍ DỤ TÍNH TOÁN TH TH TH TH TH 10 22 20 Tang Tang 18 16 14 12 -20 20 40 60 Do giam (%) 80 100 -20 20 40 60 Do giam (%) 80 100 Hình 4.104: Độ giảm lực cắt lớn 4.4.3.2 Đánh giá hiệu đáp ứng kết cấu Bảng 28: Kết đáp ứng xmax Tầng Tầng Tầng Taàng Taàng Taàng Taàng Taàng Taàng Taàng 10 Taàng 11 Taàng 12 TH1 23.5 23.9 25.0 23.4 23.3 23.7 23.6 21.5 20.8 20.5 19.5 17.8 TH2 TH3 TH4 TH5 23.7 23.8 23.6 24.5 24.0 24.0 23.8 23.3 26.5 25.1 26.3 28.4 24.8 22.5 24.5 25.6 24.6 20.8 24.2 25.5 23.6 18.3 22.8 24.7 21.0 15.6 20.4 25.0 18.1 12.6 17.7 23.1 17.5 12.2 17.1 22.5 17.2 12.2 16.9 21.9 16.3 11.6 16.1 21.1 14.8 10.6 14.6 18.3 Taàng 13 Taàng 14 Taàng 15 Taàng 16 Taàng 17 Taàng 18 Taàng 19 Taàng 20 Taàng 21 Taàng 22 s s TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 11.1 12.1 9.5 12.5 12.2 5.3 6.3 7.4 6.4 5.8 3.0 4.0 4.8 3.9 3.9 3.0 3.6 4.3 3.5 2.8 2.9 3.1 3.4 3.0 3.2 7.6 6.6 5.1 6.6 8.2 7.4 6.4 5.0 6.3 8.3 6.4 5.2 3.7 5.0 7.1 7.2 5.6 3.8 5.4 8.2 11.3 9.4 7.0 9.1 12.2 15.1 14.3 12.0 14.1 16.2 8.2 8.1 7.3 8.0 8.7 Taàng 13 Taàng 14 Taàng 15 Taàng 16 Taàng 17 Tầng 18 TH1 5.2 2.0 1.9 4.4 0.6 -6.5 Bảng 29: Kết đáp ứng x max Tầng Tầng Taàng Taàng Taàng Taàng TH1 -4.9 7.7 7.0 12.2 12.5 -0.1 TH2 -6.0 6.1 8.8 15.6 16.6 0.6 TH3 -6.0 6.1 8.7 15.5 15.7 0.9 TH4 -5.8 6.3 9.2 16.1 17.0 0.5 TH5 -7.7 2.0 9.6 8.8 10.9 0.0 TH2 6.8 2.7 2.1 4.0 -0.2 -7.4 TH3 8.7 4.2 2.8 4.1 -0.7 -8.5 TH4 7.4 2.8 2.0 3.9 -0.2 -7.3 TH5 5.8 1.9 2.3 3.0 -0.9 -7.0 Trang 104/114 CHƯƠNG IV: VÍ DỤ TÍNH TOÁN Taàng Taàng Taàng Taàng 10 Taàng 11 Taàng 12 -2.1 -0.2 2.3 2.3 16.0 10.9 -2.2 -0.3 2.4 2.3 19.4 13.8 -1.8 0.1 2.8 2.7 20.3 15.6 -2.2 -0.3 2.4 2.3 20.3 15.7 -2.2 -0.3 2.1 1.2 19.8 10.2 Taàng 19 Taàng 20 Taàng 21 Taàng 22 s s -4.6 40.1 45.3 46.2 5.3 15.4 -4.9 40.1 45.7 40.9 6.0 15.2 -5.5 40.1 39.4 33.8 6.3 13.8 -4.8 40.2 45.7 40.4 6.3 15.2 -5.5 40.4 44.9 44.3 4.7 15.6 Taàng 13 Taàng 14 Taàng 15 Taàng 16 Taàng 17 Taàng 18 Taàng 19 Taàng 20 Taàng 21 Taàng 22 s s TH1 45.6 45.4 46.4 50.5 38.9 40.8 52.6 62.5 61.5 55.2 39.1 12.4 TH2 47.1 46.5 56.5 49.8 36.8 39.6 50.5 59.0 59.4 50.1 42.4 10.3 TH3 49.4 47.0 51.5 54.4 36.0 39.4 44.7 50.8 49.4 40.1 41.6 8.9 TH4 46.5 46.0 49.7 49.4 36.3 39.1 50.1 58.1 58.9 49.1 41.7 10.9 TH5 46.1 1.5 51.3 2.7 7.4 -17.9 18.1 27.0 47.7 40.9 19.6 25.5 Baûng 30: Kết đáp ứng SFmax Tầng Tầng Taàng Taàng Taàng Taàng Taàng Taàng Taàng Taàng 10 Taàng 11 Taàng 12 TH1 26.9 16.5 47.0 21.7 17.4 31.0 33.4 36.9 40.2 43.0 40.7 44.1 TH2 32.8 19.9 49.5 28.8 22.4 38.1 48.8 41.7 44.1 45.5 43.4 47.5 TH3 33.1 20.0 43.5 28.6 22.5 39.1 41.2 44.2 44.5 44.6 45.9 50.6 TH4 33.0 18.9 48.1 26.1 21.9 29.4 40.5 50.8 46.0 47.2 43.6 54.0 TH5 56.3 2.6 21.5 -13.3 54.1 -14.8 56.7 -8.5 43.8 -0.3 47.9 10.1 Nhận xét: Các tiêu chí so sánh giống trường hợp tải trọng điều hòa Đáp ứng chuyển vị, TH4 đạt độ giảm lớn có giá trị s không lớn; TH5 cho giá trị độ giảm lớn thứ hai lại có độ phân tán cao, gần gấp lần trường hợp khác, TH5 không xem hiệu quả; TH1 TH2 hai trường hợp hiệu tiếp theo, trường hợp hiệu TH4, TH1, TH2 Về gia tốc, dựa yếu tố giá trị độ giảm trung bình, so sánh giá trị trường hợp mức độ tập trung, ta có trường hợp hiệu : TH3, TH2 TH1 Tương tự gia tốc, trường hợp hiệu lực cắt : TH4, TH2 TH3 Như vậy, trường hợp tải điều hòa, nhìn chung TH2 cho hiệu tốt nhất, tiếp TH1 Qua phân tích hai trường hợp tải trọng khác nhau, kết luận : kết cấu đạt độ giảm đáp ứng tốt bố trí hệ damper giảm dần theo chiều cao công trình, tức theo độ cứng hệ kết cấu Trang 105/114 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 KẾT LUẬN Khi sử dụng hệ cản Maxwell kết cấu n bậc tự do, số lượng bậc tự hệ tăng từ n lên n+nd , thuật toán giải phương trình vi phân trở nên phức tạp nhiều so với kết cấu sử dụng hệ cản VFD, việc lập trình tính toán nhiều vòng lặp thời gian tính toán lâu Trong mô hình hệ cản Maxwell, phần tử dasphot giữ vai trò tiêu tán lượng cho kết cấu, phần tử spring tác dụng tiêu tán lượng mà có tác dụng tạo nên tượng trễ kết cấu, giúp kết cấu tránh chịu tải trọng đột ngột gây tượng tập trung ứng suất lớn vị trí gắn damper Theo phương pháp lượng thấy cần thiết cấp bách việc sử dụng hệ cản để tiêu tán lượng tác động môi trường để đảm bảo an toàn công trình đưa vào sử dụng Kết tính toán dạng mô hình tính có xét đến độ cứng hệ giằng (Maxwell) không xét đến độ cứng hệ giằng (VFD) không khác nhiều, khoảng 5% Điều cho phép thiết kế hệ giằng phù hợp mang đến hiệu tốt Thông qua việc phân tích kết cấu thấp tầng ( tầng), tác giả đưa mối liên hệ đại lượng đặc trưng hệ cản Maxwell (giá trị ), từ khoảng giá trị thích hợp để hệ cản làm việc hiệu nhất, khoảng giá trị [0.025 ; 0.001] Hiệu giảm đáp ứng kết cấu trường hợp so sánh kết cấu tầng cho kết khác Bố trí damper tầng cách mang đến hiệu cao Đối với dạng tải trọng điều hòa tải trọng xung, hiệu đạt cao bố trí damper tập trung chân công trình Khi kết cấu chịu tải trọng phân bố đều, độ giảm đáp ứng kết cấu tầng Đối với kết cấu 20 tầng, hiệu giảm đáp ứng không cao tải trọng gió, tác giả kiến nghị không nên sử dụng hệ cản Maxwell tính toán chịu tải trọng gió cho kết cấu Tối ưu vị trí damper trường hợp Trang 106/114 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN kết cấu 20 tầng cho thấy việc bố trí số lượng damper theo độ cứng kết cấu đem đến hiệu giảm đáp ứng tốt 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Đề tài cần nghiên cứu sâu để giải thêm vấn đề sau: Phân tích kết cấu có sử dụng hệ cản Maxwell trường hợp điều khiển bán chủ động Nghiên cứu so sánh thuật toán khác để tối ưu giảm thời gian giải toán cao tầng Kết hợp hệ cản Maxwell hệ cản có độ cứng thay đổi (CSD) Kết hợp hệ cản Maxwell hệ cản khối lượng (TMD) Trang 107/114 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PHẠM NHÂN HÒA – Luận văn cao học – Điều khiển kết cấu chịu tải trọng động đất với hệ cản ma sát biến thiên – 2006 [2] PHẠM NHÂN HÒA – Luận văn cao học EMMC – Assessment of the Efficiency of Friction Dissipators for Seismic Protection of Buildings – 2006 [3] MAHENDRA P.SINGH, NAVIN, P VERMA, LUIS M MORESCHI – Seismic analysis and design with Maxwell Dampers – JOURNAL OF ENGINEERING MECHANICS © ASCE / MARCH 2003 / 273 [4] JEROME J CONNOR – Introduction to structural motion control – Massachusetts Institute of Technology – 2000 [5] TRẦN VĂN BỀN – Luận văn cao học – Điều khiển kết cấu chịu tải trọng động đất với hệ cản ma sát hệ cản có độ cứng thay đổi kết hợp – 2007 [6] NGUYỄN HỮU ANH TUẤN – Luận văn cao học – Khảo sát giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ cản điều chỉnh khối lượng TMD – 2002 [7] GANG MEI, B.E., M.S – Model predictive control schemes for the mitigation of natural hazards : Theoretical and experimental studies – DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND GEOLOGICAL SCIENCES 2001 [8] H.H.E LEIPHOLZ, M ABDEL-ROHMAN – Control of structures – MARTINUS NIJHOFF PUBLISHERS 2001 [9] BÙI ĐÔNG HOÀN – Luận văn cao học – Khảo sát tác dụng kháng chấn hệ cản chất lỏng nhớt – 2003 [10] ĐẶNG DUY KHANH – Luận văn cao học – Điều khiển kết cấu với giải pháp kết hợp hệ cản chất lỏng nhớt hệ cản có độ cứng thay đổi – 2010 [11] GEOFFREY B WARBURTON – Reduction of virbration – JOHN WILEY AND SONS Ltd 2001 [12] FRANKLIN Y.CHENG, HONGPING JIANG, KANGYU LOU – Smart Structures innovative systems for seismic response control – 2008 Trang 108/114 TÀI LIỆU THAM KHẢO [13] Y T CHEN, Y H CHAI – Seismic design of structures with supplemental Maxwell model-based brace-damper systems – THE 14th WORLD CONFERENCE ON EARTHQUAKE ENGINEERING OCTOBER 12-17, 2008, BEIJING, CHINA [14] ROMAN LEWANDOWSKI, ZDZISLAW PAWLAK – Dynamic analysis of frames with viscoelastic dampers modelled by rheological models with fractional derivatives – 2011 [15] MIGUEL JOSÉ LICONA NÚNEZ – Design sensitivity of highly damped structural systers – 1997 [16] JENN – SHIN HWANG – Seismic design of structures with viscous damper [17] TAYLOR DEVICES – Structural applications of Fluid Viscous Dampers [18] NGÔ MINH KHÔI – Luận văn cao học EMMC– Assessment of the Efficiency of Fluid Viscous Damper for Seismic Protection of Building – 2007 Trang 109/114 PHUÏ LUÏC PHUÏ LỤC MÃ NGUỒN CHƯƠNG TRÌNH – HỆ 9DOFs – Tải Northridge Chương trình Input_data_9DOFs_Northridge.m clear clc close all commandwindow % -%% NHAP SO LIEU DAU VAO n=10; e=ones(n,1); ms=[4.83 5.05 4.95 4.95 4.95 4.95 4.95 4.95 4.95 5.32]*1e5; ks=[2641 2641 2313 2313 1750 1750 1235 1235 1094 1094]*1e5; zeta_s=ones(n,1)*0.02; cs=zeros(n,1); % -%% NHAP SO LIEU LIEN QUAN DEN DAMPER nd_location=[1;2;3;4;5;6;7;8;9;10]; nd=length(nd_location); cd=ones(n,1)*1.795e6; tau=0.02; kd=cd/tau; % -%% KET NOI CAC MA TRAN Ms, Cs, Ks [Ms,Ks]=connection_matrices(ms,cs,ks,n); [V,eigenvalue]=eig(Ks,Ms); omega=sort(diag(sqrt(eigenvalue)),'descend'); % (n.1) frequency=sort(1./(omega/(2*pi))); % (n.1) cs=2*ms'.*zeta_s.*omega; [Ms,Ks,Cs]=connection_matrices(ms,cs,ks,n); % -%% KET NOI MA TRAN KET CAU VA MA TRAN BIEN PHU TRO [Css,Csa,Cas,Caa,Kss,Ksa,Kas,Kaa]=matran_damper(nd,n,nd_location,cd,kd); % -%% PHAN CHIA BUOC THOI GIAN t_f=25; delta_t=0.00125; t=0:delta_t:t_f; total_k=length(t); % -%% NGOAI LUC TAC DUNG P_location=[2]; k=length(P_location); P=zeros(k,length(t)); % -%% LOAD GIA TOC NEN % Northidge > t=0:0.00125:29.98; F_max=5*1e6 load Northidge_data_00125 if length(Northidge)0 count_pos=count_pos+1; tam_pos=tam_pos+x(j,k); elseif x(j,k)