Nghiên cứu giải pháp giảm dao động xoắn của công trình bằng hệ cản điều chỉnh cột chất lỏng tlcd

LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy Chu Quốc Thắng, người thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cho em lời khuyên quý báu để em hòan thành luận văn Xin chân thành cảm ơn tất thầy cô nhà trường, cán phòng quản lý sau Đại học thư viện tạo điều kiện giúp đỡ suốt thời gian học tập thời gian làm luận văn tốt nghiệp Xin cảm ơn tất người thân gia đình, bạn bè thân thiết, đồng nghiệp giúp đỡ, tạo điều kiện động viên thời gian học tập thực luận văn Tác giả Lê Ngọc Bảo TÓM TẮT LUẬN VĂN Các công trình xây dựng luôn có độ lệch tâm định, chịu tác động kích thích gió, động đất phát sinh dao động tịnh tiến theo hai phương với dao động xoắn quanh trục thẳng đứng, gây nguy hiểm đến độ bền công trình Luận văn nghiên cứu giải pháp điều khiển dao động công trình: sử dụng hệ cản điều chỉnh cột chất lỏng (TLCD), với nội dung sau: - Phân tích dao động xoắn kết hợp (torsionally coupled vibration) công trình, đưa mô hình phân tích tổng quát để sử dụng công cụ mô Simulink Matlab giải tóan dao động - Nghiên cứu sở lý thuyết hệ cản TLCD kín tổng quát có hình dạng dựa vào phương trình Bernoulli chất lỏng TLCD Nêu tương tự TLCD hệ cản điều chỉnh khối lượng TMD để áp dụng kết TMD vào TLCD cách đơn giản - Sử dụng hệ cản TLCD để điều khiển dao động công trình, đưa sở lý thuyết trường hợp sử dụng TLCD khác - Xây dựng chương trình tính tóan để phân tích ứng dụng hệ cản TLCD vào điều khiển kết cấu ngôn ngữ lập trình Matlab Công trình tầng có dao động xoắn kết hợp xét đến với hai trường hợp điều khiển: sử dụng TLCD phẳng vuông góc sử dụng hệ TLCD gồm TLCD phẳng kết hợp với TLCD tròn (CTLCD), so sánh hiệu điều khiển với hai trường hợp đó, từ đưa số nhận xét, kết luận số biện pháp nâng cao hiệu điều khiển i KÝ HIỆU m: khối lượng  f : w gia tốc tuyệt đối IO: moment quán tính độc ρ: khối lượng riêng cực H: chiều dài cột chất lỏng c: hệ số cản k: độ cứng kết cấu f, F: vector lực tác dụng wx, wy, wθ: chuyển vị theo phương x, nghiêng TLCD Ha: TLCD B: y, θ g : w gia tốc kích thích ex, ey: độ lệch tâm theo phương chiều cao cột không khí chiều dài cột chất lỏng nằm ngang AH, AB: diện tích mặt cắt ngang cột chất lỏng x, y δ: hệ số tổn thất TLCD ω: tần số dao động R: bán kính CTLCD ζ: tỷ số cản p: áp suất chất khí M: ma trận khối lượng n: tỷ số đa hướng chất C: ma trận cản K: ma trận độ cứng Pg: ma trận vị trí kích khí ux, uy, uθ: lỏng TLCD thích UTLCD: Leff: hệ cản điều chỉnh cột L1: hệ cản điều chỉnh cột α ,κ ,κ : hệ cản điều chỉnh cột hệ số hình học TLCD chất lỏng hình tròn β: chiều dài tương đương cột chất lỏng chất lỏng chữ V CTLCD: chiều dài ảnh hưởng cột chất lỏng chất lỏng chữ U VTLCD: chuyển vị cột chất μ: góc nghiêng TLCD tỷ số khối lượng hệ cản kết cấu iv Chương 1: GIỚI THIỆU Chương GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề: Trong vài năm gần đây, ngòai khơi vùng biển phía Nam nước ta xảy vài trận động đất, cường độ chúng không lớn gây dư chấn cho số nơi TP HCM, Vũng Tàu, … Mặc dù dư chấn gây rung động nhẹ cho công trình xây dựng không gây thiệt hại phải cần phải xem xét vấn đề mà lâu ngành xây dựng Việt Nam bỏ qua đề cập đến cách sơ sài tiêu chuẩn xây dựng: ảnh hưởng tải trọng động đến công trình Các tải trọng động bao gồm sóng, gió, động đất, giao thông, … gây dao động cho kết cấu tùy vào mức độ dao động đặc trưng kết cấu mà công trình bị hư hại, gây bất lợi cho người sống làm việc đó, chí gây sụp đổ hòan tòan Bản chất tải trọng động gây dao động cho kết cấu, cần phải xem xét ứng xử kết cấu với tải trọng động thiết kế không đơn nhân tải trọng tónh với hệ số lớn gây lãng phí lại an tòan Những năm gần đây, chiều cao công trình xây dựng nước ta tăng lên nhiều, với phát triển công nghệ vật liệu xây dựng, công trình sử dụng nhiều lọai vật liệu nhẹ có cường độ cao để giảm tải trọng xuống móng, độ mảnh công trình lớn Khi ảnh hưởng tải trọng động lên kết cấu lớn, biện pháp điều khiển kết cấu để làm giảm dao Chương 1: GIỚI THIỆU động kết cấu chịu lực công trình phải lớn, độ cứng cao, làm giảm không gian sử dụng tăng tải trọng công trình Theo nhiều tài liệu nghiên cứu đáp ứng xoắn động đất nguyên nhân gây phá hủy kết cấu công trình chịu tải trọng động đất Người ta quan sát nhiều hư hại xảy đáp ứng xoắn vượt khả chịu lực công trình xây dựng nhà cửa, cầu, … Phá họai xoắn đặc biệt nguy hiểm công trình nhiều tầng đáp ứng xoắn làm thay đổi giả thiết thường sử dụng tính tóan kết cấu: sàn tuyệt đối cứng mặt phẳng nó, tức chuyển vị tịnh tiến ngang điểm sàn theo phương Do đáp ứng xoắn, chuyển vị khác nhau, gây tăng tải trọng bất thường phần tử nằm biên công trình, điều thường dẫn đến phá họai tải phần tử đó, phản ứng dây chuyền, phá họai phần tử khác nằm công trình, cuối sụp đổ hòan tòan công trình Do yêu cầu bố trí không gian sử dụng công trình theo công năng, theo thẩm mỹ kiến trúc, …, việc bố trí hệ kết cấu chịu lực cho khối tâm công trình trùng với tâm cứng việc khó khăn, không nói Vì kết cấu xuất độ lệch tâm đó, độ lệch tâm làm phát sinh dao động xoắn công trình lực kích thích tác dụng lên công trình lực tịnh tiến theo phương ngang Từ lý trên, việc nghiên cứu giải pháp giảm dao động xoắn công trình cần thiết, thiếu thiết kế xây dựng công trình Trong vài thập niên gần giới có số tác giả nghiên cứu vấn đề Dựa sở tìm hiểu viết điều khiển dao động Chương 1: GIỚI THIỆU xoắn, tác giả muốn tìm hiểu phương pháp giải vấn đề ứng dụng vào thực tiễn thiết kế H 1.1 Một công trình sụp đổ trận động đất Kobe (Japan – 1995) 1.2 Tổng quan hệ thống điều khiển kết cấu ([5],[6],[7],[35]): Các hệ thống điều khiển kết cấu chia thành lọai sau: Hệ thống điều khiển kết cấu (Structural control systems) Hệ cô lập móng (Base isolation systems) Hệ tiêu tán lượng bị động (Passive energy dissipation systems) Hệ điều khiển chủ động (Active control system) H 1.2 Sơ đồ phân lọai hệ thống điều khiển kết cấu Chương 1: GIỚI THIỆU 1.2.1 Hệ cô lập móng (Base Isolation Systems) ([5],[6]): Hệ cô lập móng thường lắp đặt móng công trình Bằng tính mềm dẻo khả hấp thu lượng, hệ cô lập móng phần phản hồi phần hấp thu lượng truyền vào động đất trước lượng chuyển vào kết cấu, từ giảm yêu cầu tiêu tán lượng hệ kết cấu tăng khả tồn H 1.3 Hệ cô lập móng – Gối tựa dạng lắc ma sát Nhiều nghiên cứu công trình cô lập móng tiến hành năm 1980 – 1990 Trung Quốc đưa thành tiêu chuẩn thiết kế chống động đất, tiêu chuẩn thiết kế cầu đường cao tốc, cầu đường sắt Trung Quốc 1.2.2 Hệ tiêu tán lượng bị động (Passive Energy Dissipation Systems) ([6]): Để giảm thiểu tác động gió động đất đến công trình, người ta nghiên cứu áp dụng thiết bị gọi hệ thống tiêu tán lượng Chương 1: GIỚI THIỆU (energy dissipation systems) Những thiết bị lắp đặt vào công trình hình thành hệ cản nhằm mục đích tiêu tán lượng gây dao động gió mạnh hay động đất, làm cho ảnh hưởng nguy hại chúng trở nên nhỏ đi, không dẫn đến phá hoại công trình Hiện có nhiều loại thiết bị tiêu tán lượng khác nhau, loại chúng có cách thức riêng để tiêu tán lượng điều khiển dao động Một số lọai hệ tiêu tán lượng bị động sử dụng: Hệ tiêu tán lượng bị động (Passive energy dissipation systems) Hệ cản kim loại (Metallic dampers) Hệ cản ma sát (Friction dampers) Hệ cản đàn nhớt (Viscoelastic dampers) Hệ cản chất lỏng nhớt (Viscous fluid dampers) Hệ cản TMD (Tuned mass dampers) Hệ cản TLD (Tuned liquid dampers) H 1.4 Sơ đồ phân lọai hệ tiêu tán lượng bị động 1.2.2.1 Hệ cản kim lọai (Metallic Dampers) ([5],[6]): Ý tưởng sử dụng hệ cản kim loại kết cấu năm 1970 Từ thời gian có nhiều nghiên cứu thực nhằm phát triển vấn đề Thiết bị tiêu tán lượng theo kiểu sử dụng New Zealand Người ta sử dụng hệ cản dầm thép xoắn để cản trở dao động trụ cầu Rangitikei (Rangitikei Bridge) Sau đó, số công trình New Zealand, Nhật Bản, Ý, Hoa Kỳ xây dựng lắp đặt thêm thiết bị dể làm giảm dao động động đất Hệ cản kim loại cấu hiệu để tiêu tán lượng động đất Hệ thống thiết kế dựa biến Chương 1: GIỚI THIỆU dạng không đàn hồi kim loại Biến dạng tức hình dáng kim loại bị thay đổi Biến dạng kim loại không đàn hồi lượng động lực học sau biến dạng nhỏ lượng động lực học trước biến dạng Đây đặc điểm trọng tâm hệ cản loại biến dạng làm tiêu hao lượng gây động đất hay gió Trong nhiều kết cấu, nút giao dầm – cột chịu hầu hết ứng suất gây dao động Ứng suất gây hư hỏng kết cấu Các hệ thống tiêu tán lượng kim loại sử dụng nhằm mục đích ngăn ngừa hư hỏng Có nhiều loại hệ cản kim loại khác bao gồm hệ cản xoắn (torsional bar dampers), hệ thống uốn (flexural plate systems), hệ cản vòng chảy dẻo (yield ring dampers), thiết bị đẩy (extrusion devices), hệ cản tam giác (triangular plate dampers), thiết bị cản độ cứng cộng thêm ADAS (Added Damping and Stiffness) a) Hệ cản tam giác b) Thiết bị ADAS H 1.5 Một số ví dụ hệ cản ma sát Hệ cản kim loại đưa vào sử dụng khắp nơi giới Một vài công trình Mexico sử dụng thiết bị ADAS để giảm tác động động đất, thiết bị ADAS ứng dụng cho kết cấu khung beton hay Chương 1: GIỚI THIỆU thép Một công trình sử dụng thiết bị ADAS công trình Izazaga #38 – 40 (13 tầng – Mexico City) Công trình bị hư hỏng vài lần động đất trước lắp đặt ADAS vào năm 1990 Người ta lắp đặt khoảng 250 ADAS lên khung công trình Các tính toán cho thấy hệ thống cung cấp khoảng 40% độ giảm chuyển động tầng Một công trình khác sử dụng hệ cản ADAS Cardiology Hospital Building (6 tầng – Mexico) Công trình nâng cấp năm 1990 để chống hư hỏng động đất khoảng 90 hệ ADAS liên kết 18 trụ đỡ bên với công trình Bằng cách việc xây dựng không làm gián đoạn hoạt động bệnh viện Kết ứng suất cắt công trình độ lệch tầng giảm rõ rệt 1.2.2.2 Hệ cản ma sát (Friction Dampers) ([5],[6]): Nguyên lý kỹ thuật thiết bị sử dụng ma sát rắn (solid friction) để làm tiêu tán lượng Ma sát rắn ma sát gây hai bề mặt rắn chúng trượt lên Pall Marsh tạo hệ cản ma sát dùng xây dựng lý luận “Kiềm hãm gãy đỗ” (braking rather than breaking) Phân tích tương tự hệ thống hãm xe hơi, hệ thống tiêu tán lượng ma sát hệ thống hãm kết cấu trình chuyển động dao động Khi có diện lực ma sát, ngược hướng với lực tác động lên vật thể Trong trường hợp kết cấu chịu tác động động đất, phận công trình dịch chuyển trượt Với việc lắp đặt thiết bị tiêu tán ma sát, có lực ma sát phát sinh ngược hướng với chuyển động công trình Lực làm giảm đáng kể chuyển động kết cấu suốt thời gian chịu kích thích Hệ cản ma sát dùng việc chống động đất nhiều chống gió mạnh Thường lắp đặt hệ giằng chữ thập công trình, chúng PHỤ LỤC - Menu Report: Xuất kết • Responses: Xuất số liệu đáp ứng công trình + Displacement: Chuyển vị X direction Y direction Torsional + Velocity: Vận tốc + Acceleration: Gia tốc + Interstory drift: Độ lệch tầng • TLCD Responses: Xuất số liệu đáp ứng TLCD A-6 PHỤ LỤC + XTLCD: TLCD theo phương x + YTLCD: TLCD theo phương y + CTLCD: TLCD tròn • Chart: Xuất biểu đồ so sánh Các bước để sử dụng chương trình sau: Bước 1: Chạy chương trình - Chọn thư mục làm việc thư mục có chứa chương trình - Từ dấu nhắc dòng lệnh cửa sổ Command Window Matlab, gõ: tlcd ↵ - Tạo file mới, lưu tên file Bước 2: Nhập liệu - Nhập số liệu vào cửa sổ nhập liệu từ menu chương trình Sau nhập xong liệu click vào nút OK để lưu liệu Bước 3: Phân tích tóan - Analysis ⇒ Run Chạy chương trình Bước 4: Xuất kết tóan, kết xuất dạng đồ thị, tùy theo lựa chọn người sử dụng A-7 PHỤ LỤC PHỤ LỤC C MATLAB CODES Phần gồm chương trình sử dụng luận văn C.1 CHƯƠNG TRÌNH XÁC ĐỊNH CÁC MA TRẬN TRẠNG THÁI CỦA KẾT CẤU: %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % CHUONG TRINH TINH CAC MA TRAN STATE SPACE CUA HE KET CAU % %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %Ma tran khoi luong cua cong trinh for i=1:N Mv(3*i-2)=m; Mv(3*i-1)=m; Mv(3*i)=Io; end Mv; M=diag(Mv); %Ma tran cung cua cong trinh Kii=[kx+kx -kx*ey-kx*ey; ky+ky ky*ex+ky*ex; -kx*ey-kx*ey ky*ex+ky*ex kt+kt+kx*ey^2+kx*ey^2+ky*ex^2+ky*ex^2]; K21=[-kx kx*ey; -ky -ky*ex; kx*ey -ky*ex -kt-kx*ey*ey-ky*ex*ex]; K12=[-kx kx*ey; -ky -ky*ex; kx*ey -ky*ex -kt-kx*ey*ey-ky*ex*ex]; KNN=[kx -kx*ey; ky ky*ex; -kx*ey ky*ex kt+kx*ey^2+ky*ex^2]; Kij=zeros(3,3,N,N); %Cong thuc xac dinh ma tran K tong quat if N==1 K=KNN; else for i = 1:(N-1) Kij(:,:,i,i) = Kii; end clear i Kij(:,:,N,N)=KNN; for i = 2:N Kij(:,:,i,i-1) = K21; end clear i for i = 1:(N-1) Kij(:,:,i,i+1) = K12; end clear i A-8 PHUÏ LUÏC % Chen duong cheo chinh for k = 1:N for i=1:3 for j=1:3 K(3*(k-1)+i,3*(k-1)+j)=Kij(i,j,k,k); end end end % Chen hai duong cheo hai ben duong cheo chinh for k=2:N for i=1:3 for j=1:3 K(3*(k-2)+i,3*(k-1)+j)=Kij(i,j,k-1,k);%Duong cheo tren K(3*(k-1)+i,3*(k-2)+j)=Kij(i,j,k,k-1);%Duong cheo duoi end end end end K %Xac dinh ma tran can cua cong trinh theo mode shap (can 0.02) invM=inv(M); [V,L]=eig(invM*K); [wo,Id]=sort(sqrt(diag(L))); Vo=V(:,Id); invVo=inv(Vo); zeta1=0.02; zeta=zeta1/wo(1)*wo; zeta=min(zeta,.10); Cbar=diag(2*zeta.*wo); C=M*Vo*Cbar*invVo; C Mmode1=Vo(:,1)'*M*Vo(:,1) %Ma tran vi tri cua gia toc nen Pi=diag([1 1]); for i=1:N Pg(3*i-2,:)=Pi(1,:); Pg(3*i-1,:)=Pi(2,:); Pg(3*i,:)=Pi(3,:); end Pg; %Cac ma tran trang thai cua ket cau A_uctrl=[zeros(3*N) eye(3*N); -inv(M)*K -inv(M)*C]; B_uctrl=[zeros(3*N,3);-Pg]; C_uctrl=[eye(3*N) zeros(3*N); zeros(3*N) eye(3*N); -inv(M)*K -inv(M)*C]; D_uctrl=[zeros(3*N,3);zeros(3*N,3);zeros(3*N,3)]; save uctrl_sys A_uctrl B_uctrl C_uctrl D_uctrl N %Ma tran vi tri cua luc dieu khien Pi=eye(3); Pf=zeros(3*N,3); Pf(3*Tnum-2,:)=Pi(1,:); Pf(3*Tnum-1,:)=Pi(2,:); Pf(3*Tnum,:)=Pi(3,:); A-9 PHUÏ LUÏC Pf %Cac ma tran trang thai cua ket cau A_pctrl=[zeros(3*N) eye(3*N); -inv(M)*K -inv(M)*C] B_pctrl=[zeros(3*N,3) zeros(3*N,3);-Pg inv(M)*Pf] C_pctrl=[eye(3*N) zeros(3*N); zeros(3*N) eye(3*N); -inv(M)*K -inv(M)*C; zeros(3,3*N) zeros(3,3*N)] D_pctrl=[zeros(3*N,3) zeros(3*N,3); zeros(3*N,3) zeros(3*N,3); zeros(3*N,3) inv(M)*Pf; eye(3) zeros(3)] tlcd_in=[(6*N+3*Tnum-2):(6*N+3*Tnum)]; save pctrl_sys A_pctrl B_pctrl C_pctrl D_pctrl tlcd_in N clear all C.2 CHƯƠNG TRÌNH XÁC ĐỊNH CÁC MA TRẬN TRẠNG THÁI CỦA HỆ TLCD: %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % CHUONG TRINH TINH CAC MA TRAN STATE SPACE CUA HE TLCD % %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %Mo hinh he can TLCD %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% clc; load TLCD_pos.mat; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %Cac thong so cua chat long g=9.81; %Gia toc truong (m/s2) if nx==1 load X_TLCD.mat; Knx=pol_x*p0x; %Do cung cua lo xo khong Lfx=2*Hx+(AHx/ABx)*Bx; %Chieu dai anh huong cua TLCD L1x=(2*Hx+(ABx/AHx)*Bx); omeAx=sqrt(2*g/Lfx*(sin(betax*pi/180)+Knx/(rhox*g)/Hax)); kax=(Bx+2*Hx*cos(betax*pi/180))/Lfx; ka1x=(Bx+2*Hx*cos(betax*pi/180))/L1x; mfx=rhox*AHx*L1x; mv1=1; kv1=omeAx^2; cv1=0.05*2*omeAx; kad1=[kax -kax*yx]; detax=detax/(2*Lfx); Mu1=[-mfx*ka1x;0;mfx*ka1x*yx]; else mv1=[]; kv1=[]; cv1=[]; kad1=[]; mfx=0;xx=0;yx=0; Mu1=[]; detax=[]; A-10 PHUÏ LUÏC end if ny==1 load Y_TLCD.mat; Kny=pol_y*p0y; %Do cung cua lo xo khong Lfy=2*Hy+(AHy/ABy)*By; %Chieu dai anh huong cua TLCD L1y=(2*Hy+(ABy/AHy)*By); omeAy=sqrt(2*g/Lfy*(sin(betay*pi/180)+Kny/(rhoy*g)/Hay)); kay=(By+2*Hy*cos(betay*pi/180))/Lfy; ka1y=(By+2*Hy*cos(betay*pi/180))/L1y; mfy=rhoy*AHy*L1y; mv2=1; kv2=omeAy^2; cv2=0.05*2*omeAy; kad2=[0 kay kay*xy]; detay=detay/(2*Lfy); Mu2=[0;-mfy*ka1y;-mfy*ka1y*xy]; else mv2=[]; kv2=[]; cv2=[]; kad2=[]; mfy=0;xy=0;yy=0; Mu2=[]; detay=[]; end if nt==1 load C_TLCD.mat; Knt=pol_t*p0t; %Do cung cua lo xo khong Lft=2*Ht+(AHt/ABt)*2*pi*R; %Chieu dai anh huong cua TLCD L1t=(2*Ht+(ABt/AHt)*(2*pi*R)); omeAt=sqrt((2*g/Lft)*(1+Knt/(rhot*g*Hat))); kat=(2*pi*R)/Lft; ka1t=(2*pi*R)/L1t; mft=rhot*AHt*L1t; mv3=1; kv3=omeAt^2; cv3=0.05*2*omeAt; kad3=[0 kat*R]; detat=detat/(2*Lft); Mu3=[0;0;-mft*R*ka1t]; else mv3=[]; kv3=[]; cv3=[]; kad3=[]; mft=0;R=0; Mu3=[]; detat=[]; end n=nx+ny+nt; deta=diag([detax detay detat]); tlcd_out=[(2*n+1):(3*n+3)]; %Cac ma tran cua he TLCD md=diag([mv1 mv2 mv3]); cd=diag([cv1 cv2 cv3]); A-11 PHUÏ LUÏC kd=diag([kv1 kv2 kv3]) kad=[kad1;kad2;kad3]; Ad=[zeros(n) eye(n); -inv(md)*kd -inv(md)*cd] Bd=[zeros(n,3);-inv(md)*kad] Cd=[eye(n) zeros(n); zeros(n) eye(n); zeros(3,n) zeros(3,n); -inv(md)*kd -inv(md)*cd] Dd=[zeros(n,3);zeros(n,3);eye(3);-inv(md)*kad] %Ma tran luc tac dung Mw=[-(mfx+mfy+mft) (mfx*yx+mfy*yy); -(mfx+mfy+mft) -(mfx*xx+mfy*xy); (mfx*yx+mfy*yy) -(mfx*xx+mfy*xy) -mfx*(xx^2+yx^2)-mfy*(xy^2+yy^2)mft*R^2]; Mu=[Mu1 Mu2 Mu3]; Mf=[Mw Mu] save passTLCD_sys Ad Bd Cd Dd Mf md kd cd kad n deta tlcd_out clear all C.3 CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG CỦA HỆ KẾT CẤU: %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % CHUONG TRINH MO PHONG DAO DONG CUA HE KET CAU VA TLCD % %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %CHAY CHUONG TRINH MO PHONG clear all; load ctrl_type.mat; load simul_input.mat; dtint=0.005; if ctrltype==1 load uctrl_sys.mat; sim('UncontrolSimulation',Tf,simset('solver','ode15s')); %sim('UncontrolSimulation',Tf,simset('solver','ode5','FixedStep',dtint)); t_un=t; yout_un=yout; save y_un yout_un t_un dx_un=max(abs(dxout)); dy_un=max(abs(dyout)); dt_un=max(abs(dtout)); dx_un=dx_un(1:N); dy_un=dy_un(1:N); dt_un=dt_un(1:N); save d_un dx_un dy_un dt_un elseif ctrltype==2 load pctrl_sys.mat; load passTLCD_sys.mat; sim('PassiveControlSimulation',Tf,simset('solver','ode15s')); %sim('PassiveControlSimulation',Tf,simset('solver','ode5','FixedStep',dti nt)); t_pass=t; yout_pass=yout A-12 PHUÏ LUÏC save y_pass yout_pass t_pass u_out dx_pass=max(abs(dxout)); dy_pass=max(abs(dyout)); dt_pass=max(abs(dtout)); dx_pass=dx_pass(1:N); dy_pass=dy_pass(1:N); dt_pass=dt_pass(1:N); save d_pass dx_pass dy_pass dt_pass else ctrltype==3 load actrl_sys.mat; load actTLCD_sys.mat; system_LQG; load simul_input.mat; sim('ActiveControlSimulation',Tf,simset('solver','ode15s')); %sim('ActiveControlSimulation',Tf,simset('solver','ode5','FixedStep',dtin t)); end %XU LY SO LIEU %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% clc; %Chuyen vi, van toc va gia toc lon nhat wx=max(abs(yout(:,1))); wy=max(abs(yout(:,2))); wt=max(abs(yout(:,3))); dwx=max(abs(yout(:,4))); dwy=max(abs(yout(:,5))); dwt=max(abs(yout(:,6))); ddwx=max(abs(yout(:,7))); ddwy=max(abs(yout(:,8))); ddwt=max(abs(yout(:,9))); %Chuyen vi, van toc va gia toc RMS wx1=std(yout(:,1)); wy1=std(yout(:,2)); wt1=std(yout(:,3)); dwx1=std(yout(:,4)); dwy1=std(yout(:,5)); dwt1=std(yout(:,6)); ddwx1=std(yout(:,7)); ddwy1=std(yout(:,8)); ddwt1=std(yout(:,9)); %Viet lai ket qua duoi dang vector w(1,:)=[wx wx1]; w(2,:)=[wy wy1]; w(3,:)=[wt wt1]; w(4,:)=[dwx dwx1]; w(5,:)=[dwy dwy1]; w(6,:)=[dwt dwt1]; w(7,:)=[ddwx ddwx1]; w(8,:)=[ddwy ddwy1]; w(9,:)=[ddwt ddwt1]; w dx=max(abs(dxout)); dy=max(abs(dyout)); dt=max(abs(dtout)); dx=dx(1:N) A-13 PHUÏ LUÏC dy=dy(1:N) dt=dt(1:N) C.4 CHƯƠNG TRÌNH TỐI ƯU THAM SỐ CHO CTLCD: %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % VI DU TOI UU THAM SO CHO CTLCD % %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% clc; clear all; %Cac gia tri khong doi %r=0.5; %Ban kinh xoay cua ket cau (m) ex=0.4; %Do lech tam theo phuong x ey=0.3; %Do lech tam theo phuong y e=sqrt(ex^2+ey^2); R=0.5; %Ban kinh cua CTLCD (m) zetax=0.02; %Ty so can theo phuong x zetay=0.02; %Ty so can theo phuong y zetat=0.02; %Ty so can theo phuong teta omex=6.28; %Tan so tu nhien cua he theo phuong x (Hz) omey=6.28; %Tan so tu nhien cua he theo phuong y (Hz) eqnum=5; numxout=[1 3]; optcase=input('Nhap truong hop toi uu:'); if optcase==1 %Truong hop %Cac tham so dau vao Om=2; s=0.5; r=e/s; sx=ex/r; sy=ey/r; omet=sqrt(omex^2*ey^2+omey^2*ex^2)/(e*Om); Omx=omex/omet; Omy=omey/omet; alp=0.8; zet=0.02; %Ty so can cua CTLCD str=[]; for muy=0.005:0.005:0.02; i=round((muy-0.005)/0.005)+1 peak_u=[]; rms_u=[]; peak=[]; rms=[]; for deta=0:0.1:2.5 %Ty so tan so dieu khien [Au,Bu,Cu,Du,Aopt,Bopt,Copt,Dopt]=state_sys(r,R,zetax,zetay,zetat,omet,Om x,Omy,sx,sy,muy,deta,alp,zet); sim('unOptSimulation'); sim('OptimumSimulation'); peak0_u=max(abs(yu)); peak_u=[peak_u;peak0_u]; rms0_u=std(yu); rms_u=[rms_u;rms0_u]; peak0=max(abs(yout)); A-14 PHUÏ LUÏC peak=[peak;peak0]; rms0=std(yout); rms=[rms;rms0]; end allpeak_u(:,:,i)=peak_u allrms_u(:,:,i)=rms_u allpeak(:,:,i)=peak allrms(:,:,i)=rms perx(:,:,i)=allpeak(:,1,i)./allpeak_u(:,1,i) pert(:,:,i)=allpeak(:,3,i)./allpeak_u(:,3,i) end detvec=[0:0.1:2.5]'; cla; figure(1); plot(detvec,perx(:,1,1),'b.'); hold on plot(detvec,perx(:,1,2),'r '); hold on plot(detvec,perx(:,1,3),'m-.'); hold on plot(detvec,perx(:,1,4),'k-'); hold on legend('muy=0.005','muy=0.01','muy=0.015','muy=0.02',1); xlabel('Ty so tan so dieu khien'); ylabel('Ty so chuyen vi'); title('TY SO CHUYEN VI THEO PHUONG X'); grid on hold off figure(2); plot(detvec,pert(:,1,1),'b.'); hold on plot(detvec,pert(:,1,2),'r '); hold on plot(detvec,pert(:,1,3),'m-.'); hold on plot(detvec,pert(:,1,4),'k-'); hold on legend('muy=0.005','muy=0.01','muy=0.015','muy=0.02',1); xlabel('Ty so tan so dieu khien'); ylabel('Ty so goc xoay'); title('TY SO CHUYEN VI XOAY'); grid on hold off elseif optcase==2 %Truong hop %Cac tham so dau vao Om=2; s=0.5; r=e/s; sx=ex/r; sy=ey/r; omet=sqrt(omex^2*ey^2+omey^2*ex^2)/(e*Om); Omx=omex/omet; Omy=omey/omet; deta=1; %Ty so tan so dieu khien zet=0.02; %Ty so can cua CTLCD str=[]; for alp=0.5:0.1:0.9; A-15 PHUÏ LUÏC i=round((alp-0.5)/0.1)+1 peak_u=[]; rms_u=[]; peak=[]; rms=[]; for muy=0.005:0.001:0.05 [Au,Bu,Cu,Du,Aopt,Bopt,Copt,Dopt]=state_sys(r,R,zetax,zetay,zetat,omet,Om x,Omy,sx,sy,muy,deta,alp,zet); sim('unOptSimulation'); sim('OptimumSimulation'); peak0_u=max(abs(yu)); peak_u=[peak_u;peak0_u]; rms0_u=std(yu); rms_u=[rms_u;rms0_u]; peak0=max(abs(yout)); peak=[peak;peak0]; rms0=std(yout); rms=[rms;rms0]; end allpeak_u(:,:,i)=peak_u allrms_u(:,:,i)=rms_u allpeak(:,:,i)=peak allrms(:,:,i)=rms perx(:,:,i)=allpeak(:,1,i)./allpeak_u(:,1,i) pert(:,:,i)=allpeak(:,3,i)./allpeak_u(:,3,i) end muyvec=[0.005:0.001:0.05]'; cla; figure(1); plot(muyvec,perx(:,1,1),'b.'); hold on plot(muyvec,perx(:,1,2),'r '); hold on plot(muyvec,perx(:,1,3),'m-.'); hold on plot(muyvec,perx(:,1,4),'g '); hold on plot(muyvec,perx(:,1,5),'k-'); hold on legend('alp=0.5','alp=0.6','alp=0.7','alp=0.8','alp=0.9',1); xlabel('Ty so khoi luong'); ylabel('Ty so chuyen vi'); title('TY SO CHUYEN VI THEO PHUONG X'); grid on hold off figure(2); plot(muyvec,pert(:,1,1),'b.'); hold on plot(muyvec,pert(:,1,2),'r '); hold on plot(muyvec,pert(:,1,3),'m-.'); hold on plot(muyvec,pert(:,1,4),'g '); hold on plot(muyvec,pert(:,1,5),'k-'); hold on legend('alp=0.5','alp=0.6','alp=0.7','alp=0.8','alp=0.9',1); A-16 PHUÏ LUÏC xlabel('Ty so khoi luong'); ylabel('Ty so goc xoay'); title('TY SO CHUYEN VI XOAY'); grid on hold off elseif optcase==3 %Truong hop %Cac tham so dau vao Om=2; s=0.5; r=e/s; sx=ex/r; sy=ey/r; omet=sqrt(omex^2*ey^2+omey^2*ex^2)/(e*Om); Omx=omex/omet; Omy=omey/omet; deta=1; %Ty so tan so dieu khien muy=0.01; %Ty so khoi luong cua CTLCD str=[]; for alp=0.5:0.1:0.9; i=round((alp-0.5)/0.1)+1 peak_u=[]; rms_u=[]; peak=[]; rms=[]; for zet=0:0.01:0.2 [Au,Bu,Cu,Du,Aopt,Bopt,Copt,Dopt]=state_sys(r,R,zetax,zetay,zetat,omet,Om x,Omy,sx,sy,muy,deta,alp,zet); sim('unOptSimulation'); sim('OptimumSimulation'); peak0_u=max(abs(yu)); peak_u=[peak_u;peak0_u]; rms0_u=std(yu); rms_u=[rms_u;rms0_u]; peak0=max(abs(yout)); peak=[peak;peak0]; rms0=std(yout); rms=[rms;rms0]; end allpeak_u(:,:,i)=peak_u allrms_u(:,:,i)=rms_u allpeak(:,:,i)=peak allrms(:,:,i)=rms perx(:,:,i)=allpeak(:,1,i)./allpeak_u(:,1,i) pert(:,:,i)=allpeak(:,3,i)./allpeak_u(:,3,i) end zetvec=[0:0.01:0.2]'; cla; figure(1); plot(zetvec,perx(:,1,1),'b.'); hold on plot(zetvec,perx(:,1,2),'r '); hold on plot(zetvec,perx(:,1,3),'m-.'); hold on plot(zetvec,perx(:,1,4),'g '); hold on A-17 PHUÏ LUÏC plot(zetvec,perx(:,1,5),'k-'); hold on legend('alp=0.5','alp=0.6','alp=0.7','alp=0.8','alp=0.9',1); xlabel('Ty so can cua CTLCD'); ylabel('Ty so chuyen vi'); title('TY SO CHUYEN VI THEO PHUONG X'); grid on hold off figure(2); plot(zetvec,pert(:,1,1),'b.'); hold on plot(zetvec,pert(:,1,2),'r '); hold on plot(zetvec,pert(:,1,3),'m-.'); hold on plot(zetvec,pert(:,1,4),'g '); hold on plot(zetvec,pert(:,1,5),'k-'); hold on legend('alp=0.5','alp=0.6','alp=0.7','alp=0.8','alp=0.9',1); xlabel('Ty so can cua CTLCD'); ylabel('Ty so goc xoay'); title('TY SO CHUYEN VI XOAY'); grid on hold off elseif optcase==4 %Truong hop %Cac tham so dau vao alp=0.8; zet=0.02; deta=1; %Ty so tan so dieu khien muy=0.01; %Ty so khoi luong cua CTLCD str=[]; for s=0.2:0.2:1; r=e/s; sx=ex/r; sy=ey/r; i=round((s-0.2)/0.2)+1 peak_u=[]; rms_u=[]; peak=[]; rms=[]; for Om=0.2:0.05:2.5 omet=sqrt(omex^2*ey^2+omey^2*ex^2)/(e*Om); Omx=omex/omet; Omy=omey/omet; [Au,Bu,Cu,Du,Aopt,Bopt,Copt,Dopt]=state_sys(r,R,zetax,zetay,zetat,omet,Om x,Omy,sx,sy,muy,deta,alp,zet); sim('unOptSimulation'); sim('OptimumSimulation'); peak0_u=max(abs(yu)); peak_u=[peak_u;peak0_u]; rms0_u=std(yu); rms_u=[rms_u;rms0_u]; peak0=max(abs(yout)); peak=[peak;peak0]; rms0=std(yout); A-18 PHUÏ LUÏC rms=[rms;rms0]; end allpeak_u(:,:,i)=peak_u allrms_u(:,:,i)=rms_u allpeak(:,:,i)=peak allrms(:,:,i)=rms perx(:,:,i)=allpeak(:,1,i)./allpeak_u(:,1,i) pert(:,:,i)=allpeak(:,3,i)./allpeak_u(:,3,i) end Omvec=[0.2:0.05:2.5]'; cla; figure(1); plot(Omvec,perx(:,1,1),'b-'); hold on plot(Omvec,perx(:,1,2),'r '); hold on plot(Omvec,perx(:,1,3),'m-.'); hold on plot(Omvec,perx(:,1,4),'g '); hold on plot(Omvec,perx(:,1,5),'k-'); hold on legend('s=0.2','s=0.4','s=0.6','s=0.8','s=1',1); xlabel('Ty so lech tan so cua ket cau'); ylabel('Ty so chuyen vi'); title('TY SO CHUYEN VI THEO PHUONG X'); grid on hold off figure(2); plot(Omvec,pert(:,1,1),'b-'); hold on plot(Omvec,pert(:,1,2),'r '); hold on plot(Omvec,pert(:,1,3),'m-.'); hold on plot(Omvec,pert(:,1,4),'g '); hold on plot(Omvec,pert(:,1,5),'k-'); hold on legend('s=0.2','s=0.4','s=0.6','s=0.8','s=1',1); xlabel('Ty so lech tan so cua ket cau'); ylabel('Ty so goc xoay'); title('TY SO CHUYEN VI XOAY'); grid on hold off end function [Au,Bu,Cu,Du,Aopt,Bopt,Copt,Dopt]=state_sys(r,R,zetax,zetay,zetat,omet,Om x,Omy,sx,sy,muy,deta,alp,zet) %Cac ma tran cua he ket cau m=[1 0; 0; 0 r^2]; c=[2*zetax*Omx*omet -2*zetax*Omx*r*sy*omet; 2*zetay*Omy*omet 2*zetay*Omy*r*sx*omet; A-19 PHUÏ LUÏC -2*zetax*Omx*r*sy*omet 2*zetay*Omy*r*sx*omet 2*omet*r^2*(zetat+zetax*Omx*sy^2+zetay*Omy*sx^2)]; k=[Omx^2*omet^2 -Omx^2*omet^2*r*sy; Omy^2*omet^2 Omy^2*omet^2*r*sx; -Omx^2*omet^2*r*sy Omy^2*omet^2*r*sx omet^2*r^2*(1+Omx^2*sy^2+Omy^2*sx^2)]; Pgu=eye(3); %Xac dinh tan so tu nhien dau tien [V,L]=eig(inv(m)*k); [wo,Id]=sort(sqrt(diag(L))); ome1=wo(1); omT=ome1*deta %Cac ma tran trang thai cua ket cau uncontrol Au=[zeros(3) eye(3); -inv(m)*k -inv(m)*c]; Bu=[zeros(3); -Pgu]; Cu=[eye(3) zeros(3); zeros(3) eye(3); -inv(m)*k -inv(m)*c]; Du=[zeros(3); zeros(3); zeros(3)]; %Cac ma tran tong the cua he ket cau - CTLCD M=[1+muy 0 0; 1+muy 0; 0 r^2+muy*R^2 alp*R*muy; 0 alp*R 1]; C=[2*zetax*Omx*omet -2*zetax*Omx*r*sy*omet 0; 2*zetay*Omy*omet 2*zetay*Omy*r*sx*omet -2*zetax*Omx*r*sy*omet 2*zetay*Omy*r*sx*omet 2*omet*r^2*(zetat+zetax*Omx*sy^2+zetay*Omy*sx^2) 0; 0 2*zet*omT]; K=[Omx^2*omet^2 -Omx^2*omet^2*r*sy 0; Omy^2*omet^2 Omy^2*omet^2*r*sx 0; -Omx^2*omet^2*r*sy Omy^2*omet^2*r*sx omet^2*r^2*(1+Omx^2*sy^2+Omy^2*sx^2) 0; 0 omT^2]; Pg=[eye(3);zeros(1,3)]; %Cac ma tran trang thai Aopt=[zeros(4) eye(4); -inv(M)*K -inv(M)*C]; Bopt=[zeros(4,3); -Pg]; Copt=[eye(4) zeros(4); zeros(4) eye(4); -inv(M)*K -inv(M)*C]; Dopt=[zeros(4,3); zeros(4,3); zeros(4,3)]; A-20 0; ... uθ: lỏng TLCD thích UTLCD: Leff: hệ cản điều chỉnh cột L1: hệ cản điều chỉnh cột α ,κ ,κ : hệ cản điều chỉnh cột hệ số hình học TLCD chất lỏng hình tròn β: chiều dài tương đương cột chất lỏng chất. .. hiểm đến độ bền công trình Luận văn nghiên cứu giải pháp điều khiển dao động công trình: sử dụng hệ cản điều chỉnh cột chất lỏng (TLCD) , với nội dung sau: - Phân tích dao động xoắn kết hợp (torsionally... Mô hình hệ cản TLD Hệ cản điều chỉnh chất lỏng tiêu tán lượng theo cách tương tự hệ cản điều chỉnh khối lượng Khác biệt dễ nhận thấy hệ cản điều chỉnh chất lỏng gồm khối lượng thứ hai chất rắn