Phân tích khả năng kháng chấn của công trình sử dụng các bể chứa trong đó có xét đến tương tác chất lỏng và thành bể

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÙI PHẠM ĐỨC TƯỜNG PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA CƠNG TRÌNH SỬ DỤNG CÁC BỂ CHỨA TRONG ĐÓ CÓ XÉT ĐẾN SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CHẤT LỎNG VÀ THÀNH BỂ CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP MÃ SỐ NGÀNH : 60 58 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2010 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LƯƠNG VĂN HẢI CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: PGS.TS ĐỖ KIẾN QUỐC CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2: TS NGUYỄN TRỌNG PHƯỚC Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại Học Bách Khoa, DHQG TPHCM ngày tháng năm 2010 Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ bao gồm: …………………………………… ……………………………………… …………………………………… …………………………………… …………………………………… Chủ tịch hội đồng đánh giá Luận Văn Bộ môn quản lý chuyên nghành 0B TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG -1B 2B CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: BÙI PHẠM ĐỨC TƯỜNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 20/12/1984 Nơi sinh: Gia Lai Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng công nghiệp MSHV: 02108500 1- TÊN ĐỀ TÀI PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA CƠNG TRÌNH SỬ DỤNG CÁC BỂ CHỨA TRONG ĐĨ CĨ XÉT ĐẾN SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CHẤT LỎNG VÀ THÀNH BỂ 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Khảo sát cách tổng quát đặc trưng riêng bể chứa chất lỏng, đặc biệt nhấn mạnh đến tương tác chất lỏng thành bể Qua đó, ứng dụng vào việc phân tích khả kháng chấn cơng trình sử dụng bể nước mái thiết bị cản dạng chất lỏng 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS LƯƠNG VĂN HẢI Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua 3B CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 4B TS LƯƠNG VĂN HẢI TRƯỞNG BAN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS.TS BÙI CÔNG THÀNH LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tác giả muốn gởi lời cảm ơn chân thành đến tất thầy nhiệt tình giảng dạy tạo điều kiện nghiên cứu thời gian tác giả học tập chương trình đào tạo sau đại học Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh Đây hội quý báu mà tác giả có Và hết, tác giả mong muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS Lương Văn Hải người trực tiếp hướng dẫn tác giả toàn chặng đường vừa qua để tác giả hồn thành luận văn Thầy tạo điều kiện tốt nhanh chóng giúp đỡ tác giả có tài liệu tham khảo uốn nắn câu chữ Và hết thầy truyền thụ tinh thần hăng say làm việc để tác giả tiếp tục cố gắng cho nghiên cứu tương lai Cuối cùng, tác giả muốn dành cho cha mẹ lịng kính trọng thiết tha cha mẹ hy sinh dành cho Những lời dạy bảo cha mẹ làm hành trang cho tác giả bước vào sống với tâm cao để đến ngày hôm Dẫu luận văn thực với tất nỗ lực thân cộng với giúp đỡ gia đình, bạn bè đồng nghiệp Nhưng kiến thức hạn chế chắn không tránh khỏi sai sót hay khiếm khuyết Cho nên tác giả mong muốn nhận lời góp ý chân thành tất thầy cô hay độc giả để luận văn hồn thiện TĨM TẮT LUẬN VĂN Thiết kế kháng chấn quan tâm để chống lại ảnh hưởng gió hay động đất, cơng trình ngày cao tầng Thiết bị kháng chấn sử dụng chất lỏng với nhiều ưu điểm giá thành rẻ, tốn chi phí bảo trì, dễ lắp đặt, không chiếm không gian sử dụng, ứng dụng cho hầu hết loại cơng trình dùng làm bể chứa nước mái áp dụng nhiều nơi giới Tuy thiết bị phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam chưa ứng dụng cơng trình xây dựng Luận văn bước đầu khảo sát tổng quát đặc trưng yếu thiết bị kháng chấn sử dụng chất lỏng tần số tự nhiên chất lỏng bể, biên độ dao động sóng chất lỏng, tiêu tán lượng lực cắt đáy hình thành bể Và qua so sánh lý thuyết tính tốn lời giải giải tích với phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp với nghiên cứu trước đây, kết cho thấy thông số đặc trưng thiết bị kháng chấn dạng hồn tồn điều khiển kết cấu chịu tải trọng Sự tương tác chất lỏng thành bể điểm nhấn mạnh luận văn Các nghiên cứu trước thường bỏ qua tính chất để đơn giản tính tốn cách giả thiết thành bể tuyệt đối cứng giúp tiện lợi cho việc thiết kế, nhiên có tác hại không nhỏ xảy thực tế tương tác Những hư hỏng kết cấu xuất phát từ đơn giản hóa trở thành mục tiêu để tương tác chất lỏng thành bể khảo sát luận văn Khả kháng chấn công trình có sử dụng thiết bị kháng chấn chất lỏng chịu động đất phân tích cách khảo sát cơng trình sử dụng bể nước mái thiết bị kháng chấn có xét đến tương tác chất lỏng thành bể Kết chuyển vị đỉnh, gia tốc quán tính giảm mà thành phần nội lực cơng trình giảm cách đáng kể i MỤC LỤC TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu thiết bị kháng chấn sử dụng chất lỏng 1.2 Các nghiên cứu thực 1.3 Mục đích hướng nghiên cứu 19 1.4 Tóm tắt luận văn 20 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA TLD 2.1 Cơ chế hoạt động thiết bị TLD 21 2.2 Dao động tần số dao động tự nhiên sóng chất lỏng bể 23 2.3 Các thơng số cần phân tích tính tốn thiết kế TLD 28 2.3.1 Biên độ dao động sóng bề mặt chất lỏng 28 2.3.2 Hệ số cản sóng chất lỏng 30 2.3.3 Lực cắt đáy bể 32 2.4 Phân tích đặc trưng động lực học cho chất lỏng phương pháp số .34 2.5 Nhận xét 45 SỰ TƯƠNG TÁC CHẤT LỎNG THÀNH BỂ 3.1 Tổng quan tương tác chất lỏng thành bể 46 3.1.1 Sự khác bể cứng bể mềm 47 3.1.2 Ma trận khối lượng phụ trợ 50 3.1.3 Các tính chất đặc trưng bể chứa chất lỏng dạng mềm 52 3.2 Áp dụng phương pháp PTHH để xét tương tác chất lỏng thành bể 56 3.3 Ảnh hưởng tương tác chất lỏng thành bể đến tần số tự nhiên chất lỏng .59 3.4 Ảnh hưởng tương tác chất lỏng thành đến đặc trưng khác bể 63 ii 3.4.1 Khi bể không chịu ngoại lực kích động 65 3.4.2 Khi bể chịu ngoại lực kích thích điều hịa 67 3.4.3 Ảnh hưởng tương tác chất lỏng thành bể đến momen nội lực 70 3.4.4 Ảnh hưởng tương tác chất lỏng thành đến lực cắt đáy bể .72 3.5 Nhận xét 74 KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CHO CƠNG TRÌNH SỬ DỤNG TLD 4.1 Tổng quan việc sử dụng TLD thiết kế kháng chấn 76 4.2 Các nghiên cứu thực giảm chấn cho nhà cao tầng 78 4.3 Các phương pháp số để phân tích độ động lực học kết cấu 82 4.3.1 Phương pháp Runge Krutta 83 4.3.2 Phương pháp Newmark 86 4.3.3 Nhận xét kết luận phương pháp số 88 4.4 Tối ưu tham số thiết kế thiết bị TLD 89 4.5 Đánh giá khả kháng chấn TLD 92 4.5.1 Ví dụ minh họa 94 4.5.2 Đáp ứng dao động điều hịa cơng trình khơng sử dụng TLD 96 4.5.3 Phân tích độ cho khung chưa sử dụng thiết bị kháng chấn 97 4.5.4 Đáp ứng dao động điều hịa cơng trình có sử dụng TLD 98 4.5.5 Phân tích độ cho khung sử dụng thiết bị kháng chấn TLD 102 4.5.6 So sánh nội lực khung không sử dụng sử dụng TLD 105 4.5.7 Bài toán thiết kế thiết bị kháng chấn TLD 112 4.6 Nhận xét 115 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO iii Chương Tổng quan CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu thiết bị kháng chấn sử dụng chất lỏng Vấn đề thiết kế kháng chấn cho nhà cao tầng quan tâm nhiều nước giới nhiều thập niên qua Ở Việt Nam, vấn đề ngày kỹ sư nhà nghiên cứu trọng nhiều năm gần Vì lý dân số mơi trường nên số lượng cơng trình cao tầng tăng lên nhiều Nếu trước người ta nghĩ tới việc tăng cường độ bê tông hay thép để thỏa mãn điều kiện chịu lực xu thập niên vừa qua người ta sử dụng vật liệu nhẹ hơn, mảnh để cơng trình xây dựng cao Tuy nhiên cơng trình ngày cao mà nhẹ lại dẫn đến việc ảnh hưởng tải trọng động tác dụng lên cơng trình tăng cao Do thiết bị nhằm giảm chấn động gió hay động đất cần phải đưa vào sử dụng Và từ mở chân trời nghiên cứu đáp ứng cho mục tiêu điều khiển dao động kết cấu (Yao, 1972) Các thiết bị kháng chấn có nhiều loại thiết bị cách chấn đáy, thiết bị kháng chấn chủ động, thiết bị kháng chấn bị động, thiết bị kháng chấn bán tự động … (Soong & Spencer, 2002) Thiết bị kháng chấn chất lỏng Tuned Liquid Dampers (TLD) hình 1.1 thiết bị kháng chấn dạng bị động, tức không cần sử dụng thêm lượng hay vật điều khiển trình hoạt động Chương Tổng quan Hình 1.1 – Thiết bị kháng chấn chất lỏng dạng bể chứa Nếu so sánh với thiết bị kháng chấn khác TLD có số khía cạnh đặc biệt chẳng hạn:  Có thể kết hợp sử dụng thiết bị TLD làm bể nước sinh hoạt hình 1.2  Tốn chi phí để xây dựng bảo trì so với thiết bị khác  Không chiếm nhiều không gian sử dụng  Thường lắp đặt mái nên không làm ảnh hưởng đến mỹ quan kiến trúc  Ngoài việc lắp đặt thiết bị dễ dàng TLD ngày phổ biến, đặc biệt ứng dụng cho nhiều dạng cơng trình có kích thước lớn nhỏ khác cách thay đổi kích thước bể chứa Trong ngành xây dựng dân dụng cơng trình cao tầng giới ứng dụng TLD cho thiết kế kháng chấn One Wall Center Vancouver, British Columbia (hình 1.3) Cơng trình có 48 tầng với bể chứa nước đặc biệt, bể có khoảng 50.000 gal (189.250 L) nước nằm tầng Penthouse cơng trình Chương Tổng quan Hình 1.2 – Tịa nhà One Rincon Hill cao 68 tầng cơng trình Hoa Kỳ sử dụng bể nước sinh hoạt thiết bị kháng chấn Có nhiều cách để phân loại TLD cách phổ biến phân theo cao độ mực chất lỏng Theo thiết bị TLD phân làm hai loại chính: (1) loại dùng mực nước nơng (2) loại cịn lại dùng mực nước sâu Khi tỷ số chiều cao mực chất lỏng bề rộng bể theo phương kích thích ngoại lực nhỏ 0.15 lần xem bể có mực nước nơng ngược lại bể có mực nước sâu TLD có mực nước nơng tiêu tán lượng thơng qua chế chuyển động sóng bề mặt dẫn đến tượng sóng vỡ Đối với TLD có mực nước sâu vách ngăn (Baffle) (Screen) thường sử dụng để điều khiển dao động sóng Do tiêu tán lượng TLD có mực nước sâu lại phụ thuộc vào chế hoạt động chất lỏng, vị trí vách ngăn, kích thước dạng vách ngăn Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO Yozo Fujino Pacheno Parametric studies on tuned liquid damper (TLD) using circular container by free oscillation experiments, JSCE No.398/I-10, 1988 Li Min Sun Yozo Fujino Nonlinear waves and dynamic pressures in rectangular tuned liquid damper (TLD), JSCE No.410/I-12, 1989 Ahsan Kareem Reduction of wind induced motion utilizing a tuned sloshing damper, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 36, 725-737, 1990 Yukio Tamura Kunio Fujii Effectiveness of tuned liquid dampers under wind excitation, Engineering Structures, Vol 17, 9, 609-621, 1995 Pei Ming Chang Jack Lou Model identification and control of a tuned liquid damper, Engineering Structures, Vol 20, 3, 155-163, 1998 Dorothy Reed Investigation of tuned liquid dampers under large amplitude excitation, Journal of Engineering Mechanics, 405, 1998 Jin Kyu Yu A non linear numerical model of the tuned liquid dampers, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 28, 671-686, 1999 Ahsan Kareem Mitigation of motions of tall buildings with specific examples of recent application, Wind and Structures, Vol.2, No.3, p.201-251, 1999 M Souli A Ouahsine ALE formulation for fluid-structure interaction problems Compt Methods Appl Mech Engrg - Elsevier 190, p.659-675, 2000 10 Swaroop K Yalla Ahsan Kareem Beat phenomenon in combined structure-liquid damper systems, Engineering Structures, 23, p.622-630, 2001 11 Gardarsson Behavior of sloped bottom tuned liquid dampers, Journal of Engineering Mechanics, 2001 12 T.T Soong Spencer Supplemental energy dissipation: state of the art and state of the practice, Engineering Structures, 24 p.243-259, 2002 13 Swaroop Yalla Ahsaan Kareem Discussion of tuned liquid dampers for controlling earthquake response of structures, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 31, p.10371039 2002 14 Damathy, Studies on the application of tuned liquid dampers (TLD) to up-grade the seismic resistance of structure, 2002 121 Tài liệu tham khảo 15 N.Aquelet M.Souli A new ALE formulation for sloshing analysis Structural Engineering and Mechanics, 16, No.4, 2003 16 Chen Jianping Zhou Rurong Dynamic simulation of fluid-structure interaction problems involving large amplitude sloshing Chineses Journal of Mechanical Engineering, Vol 17, No 1, 2004 17 Han Jun Li Yingmin Numerical modelling on the damping control of TLD structure, 4th International Conference on Earthquake Engineering, Taipei, Taiwan, Paper No 183, 2006 18 Hemalatha Jaya Water tank as passive TMD for seismically excited structures, ASCE Vol.9, No.4, p.349-366, 2008 19 Kourosh Shahverdiani AliReza Rahai Fluid-structure interation in concrete cylindrical tanks under harmonic excitations, International Journal of Civil Engineering Vol.6, No.2, June 2008 20 M.J.Tait Modelling and preliminary design of a structure-TLD system Engineering Structure, 30, p.2644-2655, 2008 21 Li Min Sun Semi-analytical modelling of tuned liquid damper (TLD) with emphasis on damping of liquid sloshing, Luận án tiến sỹ, University of Tokyo, 1992 22 Jin Kyu Yu Non-linear characteristic of tuned liquid damper (TLD), Luận án tiến sỹ, University of Washington, 1997 23 Bui Thanh Tam A displacement based formulation of nearly incompressible fluid element for analysis of large amplitude liquid sloshing for tuned liquid damper applications, Luận án tiến sỹ, Asian Institude of Technology (AIT), 1997 24 Swaroop Yalla Liquid dampers for mitigation of structural response theoretical development and experimental validation, Luận án tiến sỹ, University of Notre Dame, Indiana, 2001 25 Kishore Chandra Biswa Dynamic response of liquid filled composite containers with baffles considering liquid structure interaction, Luận án tiến sỹ, Indian Institude of Technology, 2003 26 Luong Van Hai Modelling, simulation and behaviour of sloshing liquid-tank-ship coupled system, Luận án tiến sỹ, 2008 27 Marija Gradinscak Liquid sloshing in containers with flexibility, Luận án tiến sỹ, Victoria University, Australia, 2009 28 Nguyễn Thế Hùng Phương pháp phần tử hữu hạn chất lỏng, Nhà Xuất Bản Xây Dựng Hà Nội, 2004 122 Phụ lục PHỤ LỤC Phụ lục chương Phần trình bày bảng biểu sử dụng để vẽ biểu đồ chương bao gồm đồ thị:  Ảnh hưởng độ dày thành đến tần số tự nhiên  Ảnh hưởng độ cứng thành đến biên độ dao động sóng chất lỏng  Áp suất chất lỏng tác dụng lên thành bể  Các thành phần nội lực thành chịu khơng chịu ngoại lực kích thích Bảng – Ảnh hưởng độ dày thành đến tần số tự nhiên bể T0.59x0.03 (hình 3.3) Sai khác so với thành tuyệt đối cứng (%) 79.074 76.171 51.347 41.740 33.162 26.017 20.340 15.958 12.616 10.076 8.135 6.639 5.476 4.564 3.837 3.253 2.782 2.395 0.722 0.307 0.156 0.091  0.462 Chiều dày thành (m)  T 0.59x0.03 (mxm) 0.002 0.013 0.208 0.359 0.571 0.852 1.213 1.664 2.214 2.875 3.655 4.565 5.614 6.814 8.173 9.702 11.410 13.308 44.915 106.466 207.941 359.322 Tần số tự nhiên (Hz) 0.097 0.110 0.225 0.270 0.309 0.342 0.368 0.389 0.404 0.416 0.425 0.432 0.437 0.441 0.445 0.448 0.450 0.452 0.459 0.461 0.462 0.462 TLD 1.00E-06 2.00E-06 5.00E-06 6.00E-06 7.00E-06 8.00E-06 9.00E-06 1.00E-05 1.10E-05 1.20E-05 1.30E-05 1.40E-05 1.50E-05 1.60E-05 1.70E-05 1.80E-05 1.90E-05 2.00E-05 3.00E-05 4.00E-05 5.00E-05 6.00E-05 THÀNH BỂ TUYỆT ĐỐI CỨNG 123 Phụ lục Bảng – Ảnh hưởng độ dày thành đến tần số tự nhiên bể T1.00x0.10 (hình 3.4) Sai khác so với thành tuyệt đối cứng (%) 50.630 40.973 28.684 19.752 15.461 13.720 12.203 10.886 9.733 8.730 7.853 7.083 6.406 5.807 5.281 2.305 1.197 0.697 0.440 0.294 0.206 0.152 0.000 0.000  0.316 Chiều dày thành (m)  T 1.00x0.1 (mxm) 0.414 0.716 1.397 2.415 3.313 3.835 4.409 5.038 5.724 6.470 7.278 8.150 9.090 10.099 11.180 26.500 51.758 89.438 142.023 212.000 301.852 414.063 414062.500 414000000.000 Tần số tự nhiên (Hz) 0.156 0.186 0.225 0.253 0.267 0.272 0.277 0.281 0.285 0.288 0.291 0.293 0.296 0.297 0.299 0.309 0.312 0.314 0.314 0.315 0.315 0.315 0.316 0.316 TLD 1.00E-05 1.20E-05 1.50E-05 1.80E-05 2.00E-05 2.10E-05 2.20E-05 2.30E-05 2.40E-05 2.50E-05 2.60E-05 2.70E-05 2.80E-05 2.90E-05 3.00E-05 4.00E-05 5.00E-05 6.00E-05 7.00E-05 8.00E-05 9.00E-05 1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02 THÀNH BỂ TUYỆT ĐỐI CỨNG 124 Phụ lục Bảng – Ảnh hưởng độ dày thành đến tần số tự nhiên bể T3.00x0.20 (hình 3.5) Sai khác so với thành tuyệt đối cứng (%) 75.769 67.031 62.231 56.812 51.083 45.334 39.791 34.631 29.958 25.819 22.215 19.120 16.482 14.248 12.352 10.754 9.397 5.088 3.019 1.298 0.670 0.386 0.114  0.23583 Chiều dày thành (m)  T 3.00x0.20 (mxm) 0.001 0.138 0.239 0.379 0.565 0.805 1.104 1.470 1.908 2.426 3.030 3.727 4.523 5.425 6.440 7.573 8.833 17.253 29.813 70.667 138.021 238.500 804.938 Tần số tự nhiên (Hz) 0.057 0.078 0.089 0.102 0.115 0.129 0.142 0.154 0.165 0.175 0.183 0.191 0.197 0.202 0.207 0.210 0.214 0.224 0.229 0.233 0.234 0.235 0.236 TLD 1.00E-05 5.00E-05 6.00E-05 7.00E-05 8.00E-05 9.00E-05 1.00E-04 1.10E-04 1.20E-04 1.30E-04 1.40E-04 1.50E-04 1.60E-04 1.70E-04 1.80E-04 1.90E-04 2.00E-04 2.50E-04 3.00E-04 4.00E-04 5.00E-04 6.00E-04 9.00E-04 THÀNH BỂ TUYỆT ĐỐI CỨNG 125 Phụ lục Bảng – Ảnh hưởng độ dày thành đến tần số tự nhiên bể T6.00x0.50 (hình 3.6) Sai khác so với thành tuyệt đối cứng (%) 86.008 83.317 69.863 52.642 35.960 23.582 15.510 14.971 14.433 13.895 12.819 11.743 10.666 8.514 7.437 5.285 3.670 0.441 -0.097  0.18582 Chiều dày thành (m)  T 6.00x0.50 (mxm) 0.000 0.035 0.283 0.954 2.261 4.417 7.632 8.020 8.421 8.835 9.703 10.627 12.119 14.906 18.091 25.758 35.333 282.667 954.000 Tần số tự nhiên (Hz) 0.026 0.031 0.056 0.088 0.119 0.142 0.157 0.158 0.159 0.16 0.162 0.164 0.166 0.17 0.172 0.176 0.179 0.185 0.186 TLD 0.010 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.610 0.620 0.630 0.650 0.670 0.700 0.750 0.800 0.900 0.950 1.000 2.000 THÀNH BỂ TUYỆT ĐỐI CỨNG 126 Phụ lục Bảng – Sự ảnh hưởng độ cứng thành đến biên độ dao động sóng chất lỏng (3.11) Vị trí sóng mặt thống (m) 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500 1.600 1.700 1.800 1.900 2.000 2.100 2.200 2.300 2.400 2.500 2.600 2.700 2.800 2.900 3.000 3.100 3.200 3.300 3.400 3.500 3.600 3.700 3.800 3.900 Biên độ sóng bể TĐC (m) t = 0.01m 0.023 0.024 0.026 0.026 0.027 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.027 0.027 0.026 0.025 0.024 0.022 0.021 0.019 0.018 0.016 0.014 0.012 0.010 0.008 0.006 0.004 0.002 0.000 -0.002 -0.004 -0.006 -0.008 -0.010 -0.012 -0.014 -0.016 -0.018 Biên độ sóng t = 0.001m Biên độ sóng t = 0.002m Biên độ sóng t = 0.0015m Biên độ sóng t = 0.0005m 0.038 0.038 0.037 0.035 0.033 0.031 0.029 0.027 0.025 0.022 0.020 0.017 0.014 0.011 0.008 0.005 0.002 -0.001 -0.004 -0.007 -0.010 -0.013 -0.016 -0.019 -0.022 -0.024 -0.027 -0.029 -0.031 -0.033 -0.035 -0.036 -0.038 -0.039 -0.040 -0.041 -0.041 -0.041 -0.041 0.025 0.026 0.027 0.027 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.027 0.026 0.026 0.025 0.024 0.022 0.021 0.020 0.018 0.016 0.014 0.013 0.011 0.009 0.007 0.005 0.003 0.000 -0.002 -0.004 -0.006 -0.008 -0.010 -0.012 -0.014 -0.016 -0.017 -0.019 -0.020 0.027 0.028 0.028 0.029 0.029 0.029 0.028 0.028 0.027 0.027 0.026 0.025 0.023 0.022 0.021 0.019 0.017 0.016 0.014 0.012 0.010 0.008 0.006 0.004 0.001 -0.001 -0.003 -0.005 -0.007 -0.009 -0.011 -0.013 -0.015 -0.017 -0.019 -0.020 -0.022 -0.023 -0.024 -0.151 -0.136 -0.127 -0.124 -0.097 -0.074 -0.044 -0.020 0.004 0.024 0.044 0.063 0.083 0.102 0.122 0.141 0.159 0.177 0.193 0.208 0.222 0.235 0.246 0.256 0.264 0.271 0.277 0.281 0.283 0.284 0.283 0.281 0.277 0.271 0.264 0.255 0.245 0.234 0.222 127 Phụ lục 4.000 4.100 4.200 4.300 4.400 4.500 4.600 4.700 4.800 4.900 5.000 5.100 5.200 5.300 5.400 5.500 5.600 5.700 5.800 5.900 -0.019 -0.021 -0.022 -0.024 -0.025 -0.026 -0.027 -0.027 -0.028 -0.028 -0.028 -0.028 -0.028 -0.028 -0.028 -0.027 -0.026 -0.026 -0.024 -0.023 -0.041 -0.041 -0.040 -0.039 -0.038 -0.037 -0.035 -0.033 -0.031 -0.029 -0.027 -0.024 -0.022 -0.019 -0.017 -0.014 -0.011 -0.008 -0.005 -0.001 -0.022 -0.023 -0.024 -0.025 -0.026 -0.027 -0.027 -0.028 -0.028 -0.028 -0.028 -0.028 -0.028 -0.027 -0.026 -0.026 -0.025 -0.023 -0.022 -0.022 -0.025 -0.026 -0.027 -0.028 -0.028 -0.029 -0.029 -0.029 -0.029 -0.028 -0.028 -0.027 -0.026 -0.026 -0.024 -0.023 -0.022 -0.020 -0.019 -0.017 0.208 0.193 0.176 0.159 0.140 0.121 0.101 0.082 0.062 0.043 0.023 0.003 -0.021 -0.045 -0.074 -0.097 -0.125 -0.127 -0.136 -0.152 Bảng – Momen thành bể T6.00x0.50 khơng có ngoại lực (hình 3.8, 3.9) Cao độ thành bể (m) -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 -0.9 -1 Momen thành trái (Nm) Momen thành phải (Nm) (t=0.01m) (t=0.0005m) (t=0.0001m) (t=0.01m) (t=0.0005m) (t=0.0001m) 0.000 0.000 0.000 -0.001 -0.001 0.009 -2.443 12.167 -19.713 40.169 60.378 0.000 -0.008 -0.008 0.077 0.077 -0.759 -0.356 5.499 -11.174 28.734 44.164 0.000 -0.007 -0.007 0.068 0.068 -0.668 0.909 -1.273 0.812 1.393 2.592 0.000 0.000 0.000 0.001 0.001 -0.009 2.443 -12.167 19.713 -40.169 -60.378 0.000 0.008 0.008 -0.077 -0.077 0.759 0.356 -5.499 11.174 -28.734 -44.164 0.000 0.007 0.007 -0.068 -0.068 0.668 -0.909 1.273 -0.812 -1.393 -2.592 128 Phụ lục Bảng – Lực cắt tác dụng lên thành bể T6.00x0.50 có ngoại lực (hình 3.17, 3.18) Vị trí (m) Nút số 10 11 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 -0.9 -0.10 Thành trái Lực nút (N) -0.009 0.055 -0.221 0.829 -3.095 -8.513 -131.950 -26.063 -884.810 1053.800 -1180.700 Nút số 12 14 15 16 17 13 19 20 21 22 18 Thành phải Lực nút (N) 0.009 -0.055 0.221 -0.829 3.095 8.513 131.950 26.063 884.810 -1053.800 1180.700 Bảng – Momen thành bể T6.00x0.50 chịu ngoại lực x  0.05sin   /  t  (hình 3.14, 3.15) Thành trái (m) -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 -0.9 -1 Thành phải (m) -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 -0.9 -1 t =100mm t = 1mm 0.000 -0.144 0.297 -0.472 0.556 -0.425 -2.321 13.468 -21.538 42.966 64.358 0.000 0.007 0.003 -0.053 -0.062 0.571 -3.850 16.455 -25.133 47.239 70.354 t =100mm t = 1mm 0.000 -0.144 0.297 -0.470 0.558 -0.444 2.565 -10.869 17.890 -37.376 -56.404 0.000 -0.004 0.007 -0.006 0.021 -0.077 2.578 -12.517 20.122 -40.595 -60.952 t = 0.9mm t = 0.8mm t = 0.7mm t = 0.6mm t = 0.5mm 0.000 0.009 0.002 -0.062 -0.078 0.693 -4.148 17.351 -26.258 48.681 72.383 0.000 0.013 0.001 -0.078 -0.105 0.908 -4.676 18.937 -28.251 51.241 75.985 0.000 0.020 0.001 -0.114 -0.158 1.344 -5.748 22.164 -32.311 56.470 83.348 0.000 0.037 0.001 -0.210 -0.294 2.498 -8.587 30.712 -43.076 70.386 102.950 0.000 0.136 0.007 -0.803 -1.105 9.449 -25.674 82.143 -107.940 154.570 221.640 t = 0.9mm t = 0.8mm t = 0.7mm t = 0.6mm t = 0.5mm 0.000 -0.006 0.007 0.007 0.038 -0.220 2.933 -13.595 21.480 -42.351 -63.427 129 0.000 -0.010 0.007 0.028 0.066 -0.465 3.540 -15.433 23.797 -45.348 -67.650 0.000 -0.017 0.006 0.069 0.122 -0.943 4.724 -19.011 28.306 -51.183 -75.871 0.000 -0.034 0.004 0.173 0.262 -2.154 7.713 -28.035 39.680 -65.918 -96.640 0.000 -0.134 -0.003 0.774 1.079 -9.178 24.994 -80.073 105.320 -151.140 -216.810 Phụ lục Bảng – Lực cắt tác dụng lên thành bể T6.00x0.50 chịu ngoại lực x  0.05sin   /  t  Cao Độ Thành trái (m) -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 -0.9 -1 Thành phải (m) -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 -0.9 -1 Lực cắt đáy (N) Lực tác dụng lên bể cho độ dày thành t thay đổi (N) t =100mm t = 1mm t = 0.9mm t = 0.8mm t = 0.7mm t = 0.6mm t = 0.5mm 0.26526 -0.26526 1.8112 -1.8112 -0.6429 0.6429 -326.12 326.12 -1347.1 1347.1 -1326.6 -0.08472 0.084722 0.48722 -0.48722 -6.4549 6.4549 -384.31 384.31 -1472.4 1472.4 -1415.4 -0.11571 0.11571 0.52196 -0.52196 -7.9193 7.9193 -408.59 408.59 -1526.2 1526.2 -1454 -0.16531 0.16531 0.61023 -0.61023 -10.467 10.467 -451.57 451.57 -1621.7 1621.7 -1522.3 -0.25764 0.25764 0.83388 -0.83388 -15.581 15.581 -539.05 539.05 -1816.5 1816.5 -1662 -0.4854 0.4854 1.5145 -1.5145 -29 29 -770.91 770.91 -2333.7 2333.7 -2033.7 -1.7959 1.7959 5.9457 -5.9457 -109.43 109.43 -2167.8 2167.8 -5456.1 5456.1 -4281.2 t =100mm t = 1mm t = 0.9mm t = 0.8mm t = 0.7mm t = 0.6mm t = 0.5mm 0.26817 -0.26817 1.7941 -1.7941 -0.41919 0.41919 211.48 -211.48 1077.1 -1077.1 1126.1 0.082973 -0.08297 0.32193 -0.32193 1.3275 -1.3275 278.58 -278.58 1230.5 -1230.5 1237.3 0.1086 -0.1086 0.22353 -0.22353 2.9738 -2.9738 307.68 -307.68 1295.7 -1295.7 1284.3 0.15339 -0.15339 0.060108 -0.06011 5.7976 -5.7976 357.38 -357.38 1406.8 -1406.8 1364.4 0.24184 -0.24184 -0.25364 0.25364 11.318 -11.318 454.19 -454.19 1623.3 -1623.3 1520.4 0.4672 -0.4672 -1.0419 1.0419 25.313 -25.313 698.71 -698.71 2170 -2170 1914.1 1.7774 -1.7774 -5.5966 5.5966 106.5 -106.5 2111.8 -2111.8 5329.9 -5329.9 4189.8 -200.5 -178.1 -169.7 -157.9 -141.6 -119.6 -91.4 130 Phụ lục Phụ lục chương – Cơ sở thiết kế TLD Phân tích chế hoạt động thiết bị TLD khẳng định tương tự với thiết bị kháng chấn phổ biến ứng dụng nhiều từ sớm TMD, thông số lựa chọn để tối ưu thiết kế TLD dựa sở TMD sau Hình – Mơ hình đơn giản hóa cho thiết bị TLD Thiết bị điều chỉnh tắt dần dao động (Tuned absorber) thiết bị rung động học có khả điều chỉnh tần số dao động tự nhiên với tần số dao động thiết bị cần điều khiển Chẳng hạn kết cấu cần điều khiển dao động có khối lượng m1 độ cứng k1 , ngược lại m2 , k2 khối lượng độ cứng thiết bị kháng chấn hình Phần chi tiết tham khảo thêm sách tham khảo chẳng hạn Rao (1995) Dimarogonas (1995) phụ lục chủ yếu tập trung vào nguyên lý số phương trình đặc biệt cần đặc biệt lưu ý Chủ yếu đây, ba thông số quan trọng khảo sát là: Ảnh hưởng tần số dao động thiết bị điều khiển đến dao động kết cấu bên Ảnh hưởng tỷ số khối lượng đến tần số dao động hệ Ảnh hưởng hệ số cản c đến việc giảm biên độ dao động kết cấu cần điều khiển dao động 131 Phụ lục Phương trình vi phân dao động, cho lực kích thích điều hịa Fo eit tác động vào kết cấu m1 là: m1 y1  k1 y1  k2 ( y2  y1 )  Fo eit (1) m2 y2  k2 ( y2  y1 )  (2) Bằng cách giả thiết biên độ dao động hệ có dạng: y1  X 1eit  y1   X 1eit (3) y2  X eit  y2   X 2eit (4) Sau (3) (4) vào (1) (2) có hệ:  m1 X 1eit  k1 X 1eit  k2 ( X 1eit  X 2eit )  F0 eit (5) m2 X eit  k ( X eit  X 1eit )  (6) Sau loại trừ eit phương trình (5) (6) ta có: m1 X  k1 X  k X  k2 X  F0 (7)  m2 X  k2 X  k X  (8) Từ phương trình (8) rút được: X  k X / (k2  m2 )  (9) Thế (9) vào (7) thu được: X (k1  k2  m1 )  F0  k2 k2 X / (k2  m2 ) (10) X  F0 (k2  m2 ) /  (k1  k  m1 ) (k2  m2 )  k22  (11) Thay (11) vào (9) biên độ dao động thiết bị điều khiển viết lại là: 132 Phụ lục X  k F0 /  (k1  k2  m1 ) (k2  m2 )  k22  (12) Mục tiêu toán cho biên độ dao động kết cấu X giảm 0, F0 (k  m2 ) / (k1  k2  m1 ) (k2  m2 )  k 22  (13) Phương trình (13) thỏa mãn khi: k2  m2  (14)   k / m2 (15) hay Điều có nghĩa tần số thiết bị tiêu tán lượng với tần số lực kích thích Trong trường hợp thiết bị kháng chấn dùng để giảm rung động cho hệ kết cấu cần điều khiển cho tần số tự nhiên hệ tần số tự nhiên thiết bị Tức là: (k2 / m2 )1/  (k2 / m2 )1/2 (16) Nếu thiết bị kháng chấn thiết kế phương trình (16) biên độ dao động hệ hoạt động tần số cộng hưởng, zero Bằng cách đặt:  st  Fo / k1 (17) đó: 12  k1 / m1 tần số dao động tự nhiên hệ kết cấu dao động độc lập 2  k2 / m2 tần số tự nhiên thiết bị kháng chấn Chia phương trình (11) (12) cho  st thu được:  2 X /  st  1    / 2   / 1  k2 / k1    / 1   1   / 2    k / k1      2 X /  st  1/ 1  k2 / k1    / 1   1   / 2    k / k1    133   (18) (19) Phụ lục Khi X    2 từ phương trình (19) thu được: X  k1 / k 2 st   F0  k2 (20) k2 X   F0 (21) hay nói cách khác lực k2 X   F0 lực đàn hồi tác dụng lên kết cấu bên thông qua dao động thiết bị m2 nằm m1 Lực “điều khiển” thiết bị tạo với ngoại lực tác động lên kết cấu có chiều ngược chiều với ngoại lực Các phân tích sở lý thuyết để nhà nghiên cứu chứng minh TLD hồn tồn sử dụng để giảm chấn cho cơng trình 134 LÝ LỊCH KHOA HỌC  Họ tên: BÙI PHẠM ĐỨC TƯỜNG  Năm sinh: Ngày 20 tháng 12 năm 1984  Cơ quan công tác: Công ty cổ phần phát triển xây dựng nhà DTHouse  Địa liên hệ: 30/3 Phùng Văn Cung – P7 – Quận Phú Nhuận – Tp Hồ Chí Minh  Điện thoại: 0903 044 230 QÚA TRÌNH ĐÀO TẠO  2003 – 2008: Sinh viên ngành Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh  2008 – 2010: Học viên cao học ngành Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh ... Xây dựng dân dụng công nghiệp MSHV: 02108500 1- TÊN ĐỀ TÀI PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA CƠNG TRÌNH SỬ DỤNG CÁC BỂ CHỨA TRONG ĐÓ CÓ XÉT ĐẾN SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CHẤT LỎNG VÀ THÀNH BỂ 2- NHIỆM... chất lỏng thành bể khảo sát luận văn Khả kháng chấn cơng trình có sử dụng thiết bị kháng chấn chất lỏng chịu động đất phân tích cách khảo sát cơng trình sử dụng bể nước mái thiết bị kháng chấn có. .. VĂN: Khảo sát cách tổng quát đặc trưng riêng bể chứa chất lỏng, đặc biệt nhấn mạnh đến tương tác chất lỏng thành bể Qua đó, ứng dụng vào việc phân tích khả kháng chấn cơng trình sử dụng bể nước