Khảo sát khả năng giảm chấn công trình với hệ cản có độ cứng biến thiên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ************************** NGUYỄN QUANG BẢO PHÚC KHẢO SÁT KHẢ NĂNG GIẢM CHẤN CƠNG TRÌNH VỚI HỆ CẢN CÓ ĐỘ CỨNG BIẾN THIÊN CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11 NĂM 2007 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH -oOo - Thầy hướng dẫn: PGS.TS CHU QUỐC THẮNG Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn Thạc sĩ bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2008 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: NGUYỄN QUANG BẢO PHÚC NGÀY THÁNG NĂM SINH: 03-9-1980 CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP PHÁI : NAM NƠI SINH: HUẾ MSHV : 02104552 I TÊN ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT KHẢ NĂNG GIẢM CHẤN CƠNG TRÌNH VỚI HỆ CẢN CĨ ĐỘ CỨNG BIẾN THIÊN II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1.NHIỆM VỤ: Khảo sát khả giảm chấn cơng trình lắp đặt thiết bị giảm chấn có độ cứng thay đổi CSD – Controlled Stiffness Damper 2.NỘI DUNG: PHẦN I: TỔNG QUAN Chương 1: Mở đầu – Giới thiệu tổng quan điều khiển kết cấu – Sơ lược nghiên cứu thực điều khiển cơng trình ĐH Bách Khoa PHẦN II: NỘI DUNG PHÂN TÍCH VÀ NGHIÊN CỨU Chương 2: Giới thiệu hệ cản có độ cứng thay đổi Chương 3: Cơ sở lý thuyết thuật tốn điều khiển Chương 4: Ví dụ tính tốn kết phân tích PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Chương 5: Kết luận kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 05 / 02/ 2007 05 / 11 / 2007 PGS.TS CHU QUỐC THẮNG BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH PGS.TS CHU QUỐC THẮNG Nội dung đề cương Luận Văn Thạc Sĩ Hội đồng chun ngành thơng qua Ngày PHỊNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC tháng năm 200 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến tất người góp phần vào thành công ngày hôm Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Chu Quốc Thắng hướng dẫn nhiệt tình giúp tơi hồn thành luận văn này, truyền đạt kiến thức quý báu, dìu dắt tơi đường học vấn Tơi xin cảm ơn tất thầy cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM góp ý cho tơi kiến thức bổ ích để hồn thiện luận văn Lời cuối cùng, tơi xin cảm ơn Gia đình bạn bè hỗ trợ tinh thần vật chất, ln động viên, cổ vũ tơi lúc khó khăn để tơi có ngày hơm Nguyễn Quang Bảo Phúc i TÓM TẮT LUẬN VĂN Sự hấp dẫn ngành điều khiển học phát triển ngày lớn mạnh lĩnh vực điều khiển kết cấu cơng trình hấp dẫn tác giả thực đề tài luận văn thạc sĩ khảo sát khả giảm đáp ứng kết cấu lắp hệ cản có độ cứng thay đổi Luận văn giới thiệu tổng quan hệ thống điều khiển kết cấu, sơ lược cơng trình nghiên cứu Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Tác giả điểm qua thiết bị giảm chấn có độ cứng thay đổi thực giới giới thiệu thiết bị giảm chấn mới, Tiến sĩ Yuri Ribakov giới thiệu năm gần Luận văn tập trung khảo sát, phân tích hiệu giảm đáp ứng hệ cản có độ cứng thay đổi thuật tốn điều khiển bán chủ động “Output Direct Feedback” Từ đưa nhận xét kiến nghị hiệu thiết bị giảm chấn có độ cứng thay đổi khả ứng dụng vào mục tiêu giảm chấn cơng trình ii MỤC LỤC TĨM TẮT LUẬN VĂN i MỤC LỤC ii CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề .1 1.2 Tổng quan .1 1.2.1 Các hệ thống điều khiển kết cấu 1.2.2 Một số cơng trình điều khiển dao động nghiên cứu Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TpHCM: 1.2.3 Giới thiệu hệ cản có độ cứng thay đổi: 1.3 Nhiệm vụ luận văn 1.4 Nội dung nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Tổ chức luận văn CHƯƠNG GIỚI THIỆU HỆ CẢN CÓ ĐỘ CỨNG THAY ĐỔI CSD 2.1.1 Mô tả thiết bị CSD [18],[19] 2.1.2 Lực sinh CSD 10 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 13 3.1 Đáp ứng kết cấu phương pháp xấp xỉ bậc Zero (ZOH) .13 3.1.1 Khái niệm mơ hình khơng gian trạng thái 13 3.1.2 Bài toán trị riêng đáp ứng dao động tự kết cấu: 14 3.1.3 Phân tích đáp ứng kết cấu với lực điều khiển tổng quát .15 3.2 Đáp ứng kết cấu sử dụng hệ cản CSD (bị động) 18 3.3 Phương trình cân lượng .21 3.4 Thuật toán điều khiển: 22 CHƯƠNG VÍ DỤ TÍNH TỐN 26 4.1 Phân tích đáp ứng kết cấu bậc tự 26 4.1.1 Mô tả kết cấu .26 4.1.2 Phân tích đáp ứng kết cấu tải trọng điều hòa: 26 4.1.3 Phân tích đáp ứng kết cấu tải trọng động đất .28 4.2 Phân tích đáp ứng kết cấu tầng 39 4.2.1 Mô tả kết cấu .39 4.2.2 Phân tích đáp ứng kết cấu tải trọng động đất ElCentro 39 4.2.3 Đánh giá mức độ hiệu CSD 43 4.3 Phân tích đáp ứng kết cấu tầng 48 4.3.1 Mô tả kết cấu .48 4.3.2 Các thông số kỹ thuật thực tế lò xo: .48 4.3.3 Lựa chọn phương án thiết kế 49 iii 4.3.4 So sánh hiệu giảm đáp ứng kết cấu với hệ cản ma sát biến thiên (VFD) 56 4.3.5 Đáp ứng kết cấu với tải trọng điều hòa .71 4.3.6 Đáp ứng kết cấu với tải trọng xung 72 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74 5.1 Kết luận kiến nghị 74 5.2 Hướng phát triển luận văn 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 PHỤ LỤC A: 78 PHỤ LỤC B: 84 Chương 1: Mở đầu CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Trước địa chấn động đất vốn gặp lịch sử xảy gần khu vực Việt Nam, tỉnh miền núi trung du phía Bắc đặc biệt Nam trước xu hướng phát triển đô thị đại với tòa nhà cao tầng nhiều chức năng, việc nghiên cứu ứng dụng giải pháp chống động đất tải trọng gió trở thành đòi hỏi cần thiết Việc sử dụng hệ cản nhằm điều khiển đặc trưng đáp ứng động lực học cơng trình giải pháp đại, kinh tế địi hỏi cần nhanh chóng nghiên cứu đưa vào ứng dụng cho cơng trình xây dựng Việt Nam Luận văn khảo sát loại thiết bị nhằm mở rộng khả áp dụng thiết bị giảm chấn vào việc cải tạo tăng cường khả kháng chấn nhà cao tầng có trước hiểm họa động đất 1.2 Tổng quan 1.2.1 Các hệ thống điều khiển kết cấu Kỹ thuật điều khiển nói chung điều khiển kết cấu cơng trình nói riêng phát triển từ sớm giới Rất nhiều thiết bị nghiên cứu nhằm hạn chế ảnh hưởng lên cơng trình tác nhân gây dao động gió bão, động đất, nổ, tải trọng xe [7]… Có thể liệt kê nhiều loại thiết bị giảm chấn nghiên cứu đưa vào sử dụng cơng trình thực tế như: hệ lập dao động (BIS), hệ cản đàn nhớt (VFD), hệ cản ma sát (FD), hệ cản điều chỉnh khối lượng (TMD), hệ cản độ cứng biến thiên, hệ cản lưu biến từ (MR), hệ cản lưu biến điện (ER), hệ cản điều chỉnh cột chất lỏng (TLCD)… Các khái niệm phân tích chuyên sâu thiết bị phương pháp điều khiển dao động cơng trình dễ dàng tìm thấy luận văn thạc sĩ thực trường Đại học Bách Khoa Tác giả không nhắc lại mà sơ lược giới thiệu lại số nghiên cứu thực thời gian qua Khảo sát khả giảm chấn cơng trình với hệ cản có độ cứng biến thiên -1 Chương 1: Mở đầu Hiện giới có tồn phương pháp điều khiển kết cấu sau: Điều khiển bị động: Phương pháp gồm dựa đặc tính tiêu tán lượng thiết bị gắn bổ sung vào kết cấu để thay đổi đặt trưng kết cấu (như hệ số cản, độ cứng…) nhằm giảm đáp ứng lại kết cấu tác nhân kích thích Nhóm chia thành nhóm nhỏ: cách ly dao động, tiêu tán lượng bị động, hệ cản khối lượng Điều khiển chủ động: Hệ thống thu nhận trạng thái kết cấu để từ tác động trả lại để đưa kết cấu trạng thái mong muốn Hệ thống điều khiển chủ động hoạt động thông qua cảm biến (sensors) để biết đáp ứng thật kết cấu, từ xử lý thơng qua thuật toán phát sinh lực điều khiển cần thiết tác động trực tiếp vào kết cấu tác động (actuators) Hệ thống điều khiển chủ động đòi hỏi cung cấp nguồn lượng lớn để actuator sinh lực điều khiển Điều khiển bán chủ động: thực theo nguyên lý điều khiển chủ động tác động dựa thiết bị tiêu tán lượng biến thiên khác biệt chúng thiết bị điều khiển bán chủ động cần nguồn lượng thấp nhiều so với hệ chủ động Do đó, nguồn lượng hệ bán chủ động làm việc hệ bị động Hệ điều khiển hỗn hợp: hệ kết hợp hệ chủ động hệ bị động, lực kích thích nhỏ (động đất yếu) hệ làm việc hệ cản bị động, chịu lực kích động lớn hệ chuyển sang làm việc hệ cản chủ động Có thể tóm tắt hệ thống điều khiển thông qua phương thức tương tác thiết bị giảm chấn kết cấu thông qua sơ đồ khiển sau [15]: Khảo sát khả giảm chấn cơng trình với hệ cản có độ cứng biến thiên -2 Chương 1: Mở đầu Hình 1.1a Đáp ứng kết cấu truyền thống Hình 1.1b Đáp ứng kết cấu điều khiển bị động Hình 1.1c Đáp ứng kết cấu điều khiển chủ động Hình 1.1d Đáp ứng kết cấu điều khiển hỗn hợp Hình 1.1 Kết cấu với kiểu điều khiển khác (PED = Passive Energy Dissipation: thiết bị tiêu tán lượng bị động) Khảo sát khả giảm chấn cơng trình với hệ cản có độ cứng biến thiên -3 [12] Satish Nagarajaiah, “Structural Vibration Damper With Continuously Variable Stiffness”, United States Patent US006098969A, 2000 [13] Satish Nagarajaiah, Sriram Narasimhan, “ASTFT semiactive controller for base isolated buildings with variable stiffness isolation systems”, Engineering Structures 27 (2005) 514–523 [14] Satish Nagarajaiah, S Narasimhan, “Seismic control of smart base isolated buildings with new semiactive variable damper”, Earthquake Engineering Structural Dynamics 36, 729–749, 2007 [15] Spencer Jr., B.F., Soong T.T., “Supplemental energy dissipation: state-ofthe-art and state-of-the-practice”, Engineering Structures 24, 243–259, 2002 [16] Y.Ohtori, R E Christenson, B F Spencer, “Benchmark Control Problems for Seismically Excited Nonlinear Buildings”, Journal of Engineering Mechanics, 2004 [17] Young W Kwon, Hyochoong Bang, “The finite Element Method using Matlab”, CRC Press, 1997 [18] Y Ribakov, A N Dancygier, “Optimal Control of MDOF Structures with Controlled Stiffness Dampers”, Structural design Tall Special Buildings 12, 351-369, 2003 [19] Y Ribakov, “Semi-Active predictive control of nonlinear structures with controlled stiffness devices and friction dampers”, Structural design Tall Special Buildings 13, 165-178, 2004 [20] Y Ribakov, J Gluck, “Selective combined control stiffness and magnetorheological damping system in nonlinear multistorey structures”, Structural design Tall Special Buildings 11, 171-195, 2002 [21] William N Patten, “Semi-Active Vibration Mitigation Assembly”, United States Patent US005595372A, 1997 [22] Website http://www.globalspec.com/ Khảo sát khả giảm chấn cơng trình với hệ cản có độ cứng biến thiên -77 PHỤ LỤC A: Kết phân tích độ giảm đáp ứng trung bình đặc trưng (Xem 4.3.3.1): CMratio=0.05% 0.10% 0.15% 0.20% 0.25% 0.30% 0.35% 0.40% 0.45% 0.50% =0.05 17,67 33,25 42,11 46,78 49,87 52,05 53,91 55,60 57,14 58,52 =0.10 17,57 33,16 42,13 46,98 50,18 52,44 54,39 56,22 57,92 59,44 =0.15 17,54 33,11 42,12 47,04 50,30 52,58 54,56 56,43 58,21 59,81 =0.20 17,52 33,08 42,11 47,06 50,35 52,65 54,66 56,56 58,37 60,04 =0.25 17,52 33,06 42,11 47,07 50,37 52,69 54,72 56,64 58,49 60,21 =0.30 17,51 33,05 42,10 47,07 50,38 52,71 54,76 56,71 58,57 60,33 =0.35 17,51 33,04 42,10 47,07 50,39 52,72 54,79 56,75 58,64 60,42 =0.40 17,51 33,03 42,10 47,07 50,39 52,72 54,81 56,78 58,69 60,49 =0.45 17,51 33,03 42,10 47,07 50,40 52,73 54,82 56,80 58,73 60,56 =0.50 17,51 33,02 42,10 47,07 50,40 52,73 54,83 56,82 58,76 60,61 CMratio=0.55% 0.10% 0.65% 0.70% 0.75% 0.80% 0.85% 0.90% 0.95% 1.00% =0.05 59,65 60,57 61,39 62,15 62,85 63,50 64,09 64,62 65,06 65,44 =0.10 60,70 61,75 62,70 63,59 64,44 65,23 65,96 66,63 67,21 67,72 =0.15 61,17 62,29 63,32 64,25 65,16 66,02 66,82 67,53 68,17 68,74 =0.20 61,46 62,63 63,71 64,68 65,61 66,51 67,34 68,08 68,75 69,34 =0.25 61,66 62,87 63,97 64,97 65,91 66,84 67,69 68,45 69,13 69,74 =0.30 61,81 63,04 64,16 65,17 66,13 67,07 67,94 68,71 69,41 70,03 =0.35 61,92 63,18 64,30 65,32 66,29 67,25 68,12 68,91 69,62 70,24 =0.40 62,01 63,28 64,41 65,44 66,42 67,38 68,27 69,06 69,79 70,42 =0.45 62,08 63,36 64,49 65,52 66,51 67,48 68,38 69,18 69,92 70,55 =0.50 62,14 63,43 64,56 65,58 66,57 67,56 68,46 69,29 70,02 70,67 CMratio=1.05% 1.10% 1.15% 1.20% 1.25% 1.30% 1.35% 1.40% 1.45% 1.50% =0.05 65,78 66,08 66,34 66,59 66,81 67,00 67,18 67,34 67,50 67,65 =0.10 68,17 68,55 68,90 69,23 69,53 69,82 70,08 70,33 70,54 70,75 =0.15 69,24 69,68 70,07 70,42 70,74 71,04 71,33 71,59 71,84 72,07 =0.20 69,87 70,35 70,78 71,16 71,51 71,83 72,12 72,40 72,66 72,90 =0.25 70,29 70,79 71,25 71,66 72,02 72,37 72,67 72,95 73,23 73,46 Khảo sát khả giảm chấn công trình với hệ cản có độ cứng biến thiên -78 =0.30 70,59 71,10 71,58 72,01 72,39 72,75 73,06 73,35 73,63 73,86 =0.35 70,81 71,34 71,83 72,27 72,67 73,03 73,35 73,64 73,91 74,15 =0.40 70,98 71,52 72,02 72,47 72,88 73,24 73,57 73,87 74,14 74,36 =0.45 71,12 71,66 72,17 72,64 73,06 73,42 73,75 74,04 74,31 74,53 =0.50 71,23 71,78 72,30 72,77 73,20 73,56 73,90 74,19 74,45 74,67 CMratio=1.55% 1.60% 1.65% 1.70% 1.75% 1.80% 1.85% 1.90% 1.95% 2.00% =0.05 67,79 67,91 68,03 68,14 68,24 68,32 68,41 68,48 68,55 68,61 =0.10 70,94 71,11 71,28 71,44 71,59 71,74 71,87 72,00 72,11 72,22 =0.15 72,27 72,46 72,65 72,83 73,00 73,17 73,33 73,48 73,63 73,77 =0.20 73,11 73,31 73,51 73,69 73,87 74,03 74,19 74,35 74,50 74,65 =0.25 73,67 73,88 74,09 74,28 74,46 74,63 74,80 74,96 75,12 75,28 =0.30 74,06 74,28 74,49 74,70 74,89 75,07 75,24 75,40 75,57 75,74 =0.35 74,35 74,57 74,79 75,00 75,20 75,39 75,57 75,73 75,90 76,08 =0.40 74,56 74,78 75,01 75,23 75,44 75,64 75,82 75,99 76,16 76,33 =0.45 74,73 74,95 75,17 75,40 75,61 75,82 76,01 76,18 76,36 76,53 =0.50 74,87 75,08 75,30 75,53 75,75 75,96 76,16 76,34 76,52 76,69 CMratio=0.05% 0.10% 0.15% 0.20% 0.25% 0.30% 0.35% 0.40% 0.45% 0.50% =0.55 17,51 33,02 42,09 47,07 50,40 52,74 54,83 56,83 58,79 60,65 =0.60 17,51 33,01 42,09 47,07 50,40 52,74 54,84 56,84 58,81 60,69 =0.65 17,51 33,01 42,09 47,07 50,40 52,74 54,84 56,85 58,82 60,72 =0.70 17,51 33,01 42,09 47,07 50,40 52,75 54,84 56,86 58,84 60,75 =0.75 17,51 33,01 42,09 47,07 50,40 52,75 54,84 56,87 58,85 60,77 =0.80 17,51 33,01 42,09 47,07 50,40 52,75 54,85 56,87 58,86 60,79 =0.85 17,52 33,01 42,09 47,07 50,41 52,75 54,85 56,88 58,88 60,81 =0.90 17,52 33,00 42,09 47,07 50,41 52,75 54,85 56,88 58,89 60,82 =0.95 17,52 33,00 42,09 47,07 50,41 52,75 54,85 56,88 58,89 60,84 =1.00 17,52 33,00 42,09 47,07 50,41 52,75 54,85 56,89 58,90 60,85 CMratio=0.55% 0.10% 0.65% 0.70% 0.75% 0.80% 0.85% 0.90% 0.95% 1.00% =0.55 62,19 63,49 64,60 65,63 66,62 67,61 68,53 69,37 70,12 70,76 =0.60 62,24 63,53 64,64 65,66 66,65 67,64 68,58 69,44 70,19 70,84 Khảo sát khả giảm chấn cơng trình với hệ cản có độ cứng biến thiên -79 =0.65 62,28 63,57 64,67 65,69 66,67 67,67 68,62 69,50 70,26 70,91 =0.70 62,31 63,60 64,69 65,71 66,69 67,69 68,65 69,54 70,32 70,98 =0.75 62,34 63,63 64,71 65,73 66,71 67,70 68,67 69,58 70,37 71,04 =0.80 62,37 63,65 64,72 65,75 66,72 67,71 68,69 69,61 70,41 71,09 =0.85 62,39 63,67 64,74 65,76 66,73 67,72 68,70 69,63 70,45 71,13 =0.90 62,41 63,69 64,75 65,77 66,73 67,73 68,71 69,65 70,49 71,18 =0.95 62,43 63,71 64,76 65,77 66,74 67,73 68,72 69,67 70,52 71,21 =1.00 62,45 63,72 64,77 65,78 66,74 67,74 68,73 69,69 70,54 71,25 CMratio=1.05% 1.10% 1.15% 1.20% 1.25% 1.30% 1.35% 1.40% 1.45% 1.50% =0.55 71,33 71,88 72,41 72,89 73,32 73,68 74,02 74,31 74,57 74,79 =0.60 71,41 71,96 72,50 72,99 73,42 73,79 74,13 74,42 74,67 74,89 =0.65 71,48 72,04 72,58 73,07 73,51 73,88 74,22 74,51 74,76 74,98 =0.70 71,54 72,10 72,65 73,15 73,59 73,96 74,30 74,60 74,85 75,06 =0.75 71,60 72,15 72,71 73,21 73,66 74,04 74,37 74,67 74,92 75,13 =0.80 71,65 72,20 72,77 73,27 73,73 74,10 74,44 74,74 74,98 75,19 =0.85 71,70 72,25 72,82 73,33 73,78 74,16 74,50 74,80 75,04 75,24 =0.90 71,74 72,29 72,86 73,37 73,84 74,22 74,56 74,86 75,09 75,29 =0.95 71,77 72,33 72,90 73,42 73,88 74,27 74,61 74,91 75,14 75,34 =1.00 71,81 72,36 72,94 73,46 73,92 74,32 74,66 74,96 75,19 75,38 CMratio=1.55% 1.60% 1.65% 1.70% 1.75% 1.80% 1.85% 1.90% 1.95% 2.00% =0.55 74,98 75,19 75,41 75,64 75,86 76,07 76,27 76,46 76,64 76,82 =0.60 75,07 75,28 75,50 75,72 75,95 76,17 76,37 76,56 76,75 76,93 =0.65 75,16 75,36 75,58 75,80 76,03 76,25 76,45 76,65 76,84 77,03 =0.70 75,23 75,43 75,65 75,87 76,10 76,32 76,53 76,72 76,92 77,11 =0.75 75,29 75,49 75,71 75,93 76,16 76,38 76,59 76,79 76,99 77,18 =0.80 75,35 75,55 75,76 75,99 76,22 76,44 76,65 76,85 77,05 77,25 =0.85 75,41 75,60 75,81 76,04 76,27 76,49 76,70 76,90 77,10 77,30 =0.90 75,45 75,64 75,85 76,08 76,31 76,54 76,75 76,95 77,15 77,35 =0.95 75,50 75,69 75,89 76,12 76,36 76,58 76,79 76,99 77,19 77,40 =1.00 75,54 75,72 75,93 76,16 76,40 76,62 76,83 77,03 77,23 77,44 Khảo sát khả giảm chấn cơng trình với hệ cản có độ cứng biến thiên -80 CMratio=0.05% 0.10% 0.15% 0.20% 0.25% 0.30% 0.35% 0.40% 0.45% 0.50% =1.05 17,52 33,00 42,09 47,07 50,41 52,75 54,86 56,89 58,91 60,86 =1.10 17,52 33,00 42,09 47,07 50,41 52,75 54,86 56,89 58,91 60,87 =1.15 17,52 33,00 42,09 47,07 50,41 52,75 54,86 56,89 58,92 60,88 =1.20 17,52 33,00 42,09 47,07 50,41 52,75 54,86 56,90 58,92 60,89 =1.25 17,52 33,00 42,09 47,07 50,41 52,75 54,86 56,90 58,93 60,90 =1.30 17,52 33,00 42,09 47,07 50,41 52,75 54,86 56,90 58,93 60,90 =1.35 17,52 33,00 42,09 47,07 50,41 52,76 54,86 56,90 58,93 60,91 =1.40 17,52 33,00 42,09 47,07 50,41 52,76 54,86 56,90 58,94 60,92 =1.45 17,52 33,00 42,09 47,07 50,41 52,76 54,86 56,90 58,94 60,92 =1.50 17,52 33,00 42,09 47,07 50,41 52,76 54,86 56,90 58,94 60,93 CMratio=0.55% 0.10% 0.65% 0.70% 0.75% 0.80% 0.85% 0.90% 0.95% 1.00% =1.05 62,46 63,73 64,78 65,78 66,75 67,74 68,73 69,70 70,56 71,28 =1.10 62,48 63,74 64,79 65,79 66,75 67,74 68,74 69,71 70,58 71,31 =1.15 62,49 63,75 64,80 65,79 66,75 67,74 68,74 69,72 70,60 71,34 =1.20 62,50 63,76 64,80 65,79 66,75 67,74 68,74 69,73 70,61 71,36 =1.25 62,52 63,77 64,81 65,79 66,75 67,74 68,75 69,73 70,63 71,38 =1.30 62,53 63,77 64,81 65,79 66,75 67,74 68,75 69,74 70,64 71,40 =1.35 62,54 63,78 64,82 65,79 66,75 67,74 68,75 69,74 70,65 71,42 =1.40 62,55 63,78 64,82 65,79 66,75 67,74 68,75 69,75 70,66 71,44 =1.45 62,55 63,79 64,83 65,79 66,75 67,74 68,75 69,75 70,67 71,45 =1.50 62,56 63,79 64,83 65,79 66,75 67,74 68,75 69,76 70,68 71,47 CMratio=1.05% 1.10% 1.15% 1.20% 1.25% 1.30% 1.35% 1.40% 1.45% 1.50% =1.05 71,84 72,40 72,97 73,50 73,96 74,36 74,70 75,01 75,23 75,42 =1.10 71,87 72,43 73,01 73,53 74,00 74,40 74,74 75,05 75,27 75,46 =1.15 71,90 72,45 73,04 73,56 74,03 74,43 74,78 75,09 75,31 75,50 =1.20 71,93 72,48 73,06 73,59 74,06 74,47 74,82 75,12 75,35 75,53 =1.25 71,95 72,50 73,09 73,62 74,09 74,50 74,85 75,16 75,38 75,56 =1.30 71,97 72,53 73,11 73,64 74,12 74,53 74,88 75,19 75,41 75,59 =1.35 71,99 72,55 73,14 73,67 74,14 74,55 74,91 75,22 75,44 75,62 =1.40 72,01 72,57 73,16 73,69 74,17 74,58 74,93 75,25 75,47 75,64 =1.45 72,03 72,59 73,18 73,71 74,19 74,60 74,96 75,27 75,49 75,67 Khảo sát khả giảm chấn cơng trình với hệ cản có độ cứng biến thiên -81 =1.50 72,05 72,61 73,20 73,73 74,21 74,63 74,98 75,30 75,52 75,69 CMratio=1.55% 1.60% 1.65% 1.70% 1.75% 1.80% 1.85% 1.90% 1.95% 2.00% =1.05 75,58 75,76 75,96 76,19 76,43 76,66 76,87 77,07 77,27 77,48 =1.10 75,61 75,79 76,00 76,22 76,46 76,69 76,90 77,10 77,30 77,52 =1.15 75,65 75,82 76,03 76,25 76,49 76,72 76,93 77,13 77,34 77,56 =1.20 75,68 75,85 76,06 76,28 76,52 76,75 76,96 77,16 77,37 77,59 =1.25 75,71 75,88 76,08 76,30 76,55 76,78 76,99 77,19 77,39 77,62 =1.30 75,73 75,90 76,11 76,33 76,57 76,81 77,02 77,22 77,42 77,65 =1.35 75,76 75,93 76,13 76,35 76,59 76,83 77,04 77,24 77,45 77,67 =1.40 75,78 75,95 76,15 76,37 76,61 76,85 77,07 77,27 77,47 77,69 =1.45 75,81 75,97 76,17 76,39 76,64 76,88 77,09 77,29 77,49 77,72 =1.50 75,83 75,99 76,19 76,41 76,66 76,90 77,11 77,31 77,51 77,74 CMratio=0.05% 0.10% 0.15% 0.20% 0.25% 0.30% 0.35% 0.40% 0.45% 0.50% =1.55 17,52 33,00 42,09 47,07 50,41 52,76 54,87 56,91 58,94 60,93 =1.60 17,52 33,00 42,09 47,07 50,41 52,76 54,87 56,91 58,95 60,94 =1.65 17,52 33,00 42,09 47,07 50,41 52,76 54,87 56,91 58,95 60,94 =1.70 17,52 33,00 42,09 47,07 50,41 52,76 54,87 56,91 58,95 60,95 =1.75 17,51 33,00 42,09 47,07 50,41 52,76 54,87 56,91 58,95 60,95 =1.80 17,51 33,00 42,09 47,07 50,41 52,76 54,87 56,91 58,95 60,96 =1.85 17,51 33,00 42,09 47,07 50,41 52,76 54,87 56,91 58,95 60,96 =1.90 17,51 33,00 42,09 47,07 50,41 52,76 54,87 56,91 58,96 60,96 =1.95 17,51 33,00 42,10 47,07 50,41 52,76 54,87 56,91 58,96 60,97 =2.00 17,51 32,99 42,10 47,07 50,41 52,76 54,87 56,91 58,96 60,97 CMratio=0.55% 0.10% 0.65% 0.70% 0.75% 0.80% 0.85% 0.90% 0.95% 1.00% =1.55 62,57 63,80 64,83 65,79 66,75 67,74 68,75 69,76 70,69 71,48 =1.60 62,57 63,80 64,83 65,79 66,75 67,74 68,75 69,76 70,69 71,49 =1.65 62,58 63,80 64,83 65,79 66,75 67,74 68,75 69,76 70,70 71,50 =1.70 62,59 63,81 64,84 65,79 66,75 67,74 68,75 69,77 70,71 71,52 =1.75 62,59 63,81 64,84 65,79 66,75 67,74 68,75 69,77 70,71 71,53 =1.80 62,60 63,81 64,84 65,79 66,75 67,73 68,75 69,77 70,72 71,54 Khảo sát khả giảm chấn cơng trình với hệ cản có độ cứng biến thiên -82 =1.85 62,60 63,81 64,84 65,79 66,75 67,73 68,75 69,77 70,72 71,54 =1.90 62,61 63,82 64,84 65,79 66,75 67,73 68,75 69,77 70,73 71,55 =1.95 62,61 63,82 64,84 65,79 66,75 67,73 68,75 69,77 70,73 71,56 =2.00 62,61 63,82 64,84 65,79 66,74 67,73 68,75 69,77 70,74 71,57 CMratio=1.05% 1.10% 1.15% 1.20% 1.25% 1.30% 1.35% 1.40% 1.45% 1.50% =1.55 72,07 72,63 73,21 73,75 74,23 74,65 75,01 75,32 75,54 75,71 =1.60 72,08 72,64 73,23 73,77 74,25 74,67 75,03 75,34 75,56 75,74 =1.65 72,10 72,66 73,25 73,79 74,27 74,69 75,05 75,37 75,58 75,76 =1.70 72,11 72,68 73,26 73,80 74,28 74,71 75,07 75,39 75,60 75,77 =1.75 72,13 72,69 73,28 73,82 74,30 74,72 75,09 75,40 75,62 75,79 =1.80 72,14 72,70 73,29 73,84 74,32 74,74 75,10 75,42 75,64 75,81 =1.85 72,15 72,72 73,31 73,85 74,33 74,76 75,12 75,44 75,66 75,83 =1.90 72,16 72,73 73,32 73,86 74,34 74,77 75,14 75,46 75,67 75,84 =1.95 72,17 72,74 73,33 73,88 74,36 74,79 75,15 75,47 75,69 75,86 =2.00 72,18 72,75 73,34 73,89 74,37 74,80 75,17 75,49 75,70 75,87 CMratio=1.55% 1.60% 1.65% 1.70% 1.75% 1.80% 1.85% 1.90% 1.95% 2.00% =1.55 75,85 76,01 76,21 76,43 76,68 76,91 77,13 77,33 77,53 77,76 =1.60 75,87 76,03 76,23 76,45 76,69 76,93 77,15 77,35 77,55 77,78 =1.65 75,89 76,05 76,25 76,47 76,71 76,95 77,17 77,37 77,57 77,79 =1.70 75,91 76,07 76,27 76,49 76,73 76,97 77,18 77,38 77,58 77,81 =1.75 75,93 76,08 76,28 76,50 76,74 76,98 77,20 77,40 77,60 77,83 =1.80 75,95 76,10 76,30 76,52 76,76 77,00 77,22 77,41 77,61 77,84 =1.85 75,96 76,11 76,32 76,53 76,77 77,02 77,23 77,43 77,62 77,85 =1.90 75,98 76,13 76,33 76,55 76,79 77,03 77,24 77,44 77,64 77,87 =1.95 76,00 76,14 76,35 76,56 76,80 77,04 77,26 77,46 77,65 77,88 =2.00 76,01 76,16 76,36 76,58 76,82 77,06 77,27 77,47 77,66 77,89 Khảo sát khả giảm chấn công trình với hệ cản có độ cứng biến thiên -83 PHỤ LỤC B: Mã nguồn chương trình viết ngơn ngữ Mathlab: a) File Input_data.m clear clc commandwindow close all % -%Nap du lieu ket cau TenDOF; %================================================================= % -%Nap du lieu ve CSD % %Dung phuong an de phan tich voi cac tai dao dong khac CSD_TenDOF_02b; zeta_c=0.8; chuongtrinhchinhElCentro; % % % % % % chuongtrinhchinhHachinohe; chuongtrinhchinhNorthrigde; chuongtrinhchinhKobe; chuongtrinhchinhHamonic; chuongtrinhchinhImpulsive; Plot_result Plot_Displacement; Plot_Shear_Force; Plot_Acceleration; Plot_Displacement_activating_bar; b) File CSD_TenDOF_2b.m index_r=[1;2;3;4;5;6;7;8;9;10]; r=length(index_r); % Cac sensor tuong ung voi vi tri dat CSD index_q=[1;2;3;4;5;6;7;8;9;10;11;12;13;14;15;16;17;18;19;20]; q=length(index_q); % C_M_ratio: ti le cung lo xo chinh CSD voi cung tang lap CSD C_M_ratio=0.01; % Gioi han dan hoi cua lo xo chinh limit_x_c=ones(r,1)*0.05; % Thong so kich thuoc cua CSD nn=ones(r,1)*4; a=ones(r,1)*0.3; x_0=ones(r,1)*0.25; Khảo sát khả giảm chấn cơng trình với hệ cản có độ cứng biến thiên -84 C_M=ones(r,1)*mean(ks)*C_M_ratio; clear l_c; for i=1:r l_c(i,1)=sqrt(a(i,1)^2/4+x_0(i,1)^2); end C_C=C_M.*a./(2*nn.*(l_c-a/2)); c) File TenDOF.m % Structrure: Ms.xdot2+Ds.xdot+Ks.x=Fd.u-Ms.l.xdot2g; n=10; l=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; cs=zeros(n,1); [Ms,Ks]=connection_matrices(ms,cs,ks,n); [V,eigenvalue]=eig(Ks,Ms); omega=sort(diag(sqrt(eigenvalue)),'descend'); % (n.1) frequency=sort(omega/(2*pi)); % (n.1) zeta_s=ones(n,1)*0.02; cs=2*ms.*zeta_s.*omega; [Ms,Ks,Ds]=connection_matrices(ms,cs,ks,n); % d) File connection_matrices.m function [Ms,Ks,Ds]=connection_matrices(ms,cs,ks,n) Ms=zeros(n); Csa=zeros(n); Csb=zeros(n); Csc=zeros(n); Ksa=zeros(n); Ksb=zeros(n); Ksc=zeros(n); for k=1:n Ms(k,k)=ms(k); Csa(k,k)=cs(k); Ksa(k,k)=ks(k); end for k=1:n-1 Csb(k,k)=cs(k+1); Csc(k,k+1)=-cs(k+1); Ksb(k,k)=ks(k+1); Ksc(k,k+1)=-ks(k+1); end Ds=Csa+Csb+Csc+transpose(Csc); Khảo sát khả giảm chấn cơng trình với hệ cản có độ cứng biến thiên -85 Ks=Ksa+Ksb+Ksc+transpose(Ksc); e) File chuongtrinhchinhElCentro.m % -% Chuong trinh chinh phan tich dap ung ket cau % Analysis time: t_f=25; delta_t=0.00125; t=0:delta_t:t_f; total_k=t_f/delta_t+1; % -% Design of feedback gain: Feedback_gain; % -% Equation of space state: zdot=A.z+B.u+E.w; % y=C.z; v=D.z; u=F.y; [A,B,C,D,E,Fd]=trans_space_state(n,index_r,index_q,Ms,Ds,Ks,l); % -% Assign initial conditions: z0=zeros(2*n,1); z=zeros(2*n,total_k); % zdot=zeros(2*n,total_k); u_cir_0=zeros(r,1); u_cir=zeros(r,total_k); u=zeros(r,total_k); x_c=zeros(r,total_k); storage_x=zeros(n,total_k); F_M=zeros(r,total_k); F_C=zeros(r,total_k); % -% Seismic loading Elcentro; w=xdot2g; save data_Input % -% Response of structure without control: Response_without_control; % -% Response of structure with CSD control: clear load data_Input Ad=expm(A*delta_t); %A=(2n.2n) Bd=inv(A)*(Ad-eye(2*n,2*n))*B; %B=(2n.r) Ed=inv(A)*(Ad-eye(2*n,2*n))*E; %E=(2n.1) u_cir(:,1)=u_cir_0; z(:,1)=z0; z(:,2)=Ad*z(:,1)+Bd*u_cir(:,1)+Ed*w(:,1); for k=2:total_k u_cir(:,k)=F*C*z(:,k); % Displacement_activating_bar % -z(:,k+1)=Ad*z(:,k)+Bd*u(:,k)+Ed*w(:,k); end z(:,k)=[]; Khảo sát khả giảm chấn cơng trình với hệ cản có độ cứng biến thiên -86 zdot=A*z+B*u+E*w; % -xs=z(1:n,:); xsdot=zdot(1:n,:); xsdot2=zdot(n+1:2*n,:); save data_SA_CSD % ================================================================ load data_NCT load data_SA_CSD RD_NCT=xs_NCT(1,:); RD_CSD=xs(1,:); for i=2:n tam=xs(i,:)-xs(i-1,:); RD_CSD=[RD_CSD;tam]; tam_NCT=xs_NCT(i,:)-xs_NCT(i-1,:); RD_NCT=[RD_NCT;tam_NCT]; end % -% Tinh toan giam % Max and Average Displacement CSD_MD=(max(abs(xs_NCT),[],2)max(abs(xs),[],2))./max(abs(xs_NCT),[],2)*100; %(%) CSD_MDv=max(abs(xs),[],2)*1000; %(mm) NCT_MDv=max(abs(xs_NCT),[],2)*1000; %(mm) CSD_AD=mean((abs(mean_amt_mo(xs_NCT))abs(mean_amt_mo(xs)))./abs(mean_amt_mo(xs_NCT))*100,2); %(%) CSD_ADv=max(abs(mean_amt_mo(xs)),[],2)*1000;%(mm) NCT_ADv=max(abs(mean_amt_mo(xs_NCT)),[],2)*1000;%(mm) CSD_MRD=(max(abs(RD_NCT),[],2)max(abs(RD_CSD),[],2))./max(abs(RD_NCT),[],2)*100;%(%) CSD_MRDv=max(abs(RD_CSD),[],2)*1000;%(mm) NCT_MRDv=max(abs(RD_NCT),[],2)*1000;%(mm) CSD_ARD=mean((abs(mean_amt_mo(RD_NCT))abs(mean_amt_mo(RD_CSD)))./abs(mean_amt_mo(RD_NCT))*100,2); %(%) CSD_ARDv=max(abs(mean_amt_mo(RD_CSD)),[],2)*1000;%(mm) NCT_ARDv=max(abs(mean_amt_mo(RD_NCT)),[],2)*1000;%(mm) % -% Max and Average Shear force SF_CSD=Ks*xs/1000; SF_NCT=Ks*xs_NCT/1000; CSD_MSF=(max(abs(SF_NCT),[],2)max(abs(SF_CSD),[],2))./max(abs(SF_NCT),[],2)*100; CSD_MSFv=max(abs(SF_CSD),[],2);%(kN) NCT_MSFv=max(abs(SF_NCT),[],2);%(kN) CSD_ASF=mean((abs(mean_amt_mo(SF_NCT))abs(mean_amt_mo(SF_CSD)))./abs(mean_amt_mo(SF_NCT))*100,2); %(%) CSD_ASFv=max(abs(mean_amt_mo(SF_CSD)),[],2);%(kN) NCT_ASFv=max(abs(mean_amt_mo(SF_NCT)),[],2);%(kN) Khảo sát khả giảm chấn cơng trình với hệ cản có độ cứng biến thiên -87 % -% Max and Average Acceleration CSD_MA=(max(abs(xsdot2_NCT),[],2)max(abs(xsdot2),[],2))./max(abs(xsdot2_NCT),[],2)*100; CSD_MAv=max(abs(xsdot2),[],2);%(m/s2) NCT_MAv=max(abs(xsdot2_NCT),[],2);%(m/s2) CSD_AA=mean((abs(mean_amt_mo(xsdot2_NCT))abs(mean_amt_mo(xsdot2)))./abs(mean_amt_mo(xsdot2_NCT))*100,2); CSD_AAv=max(abs(mean_amt_mo(xsdot2)),[],2);%(m/s2) NCT_AAv=max(abs(mean_amt_mo(xsdot2_NCT)),[],2);%(m/s2) f) File Feedback_gain.m % Design of feedback gain: A2=A(2*n-r+1:2*n,:); B2=B(2*n-r+1:2*n,:); % (r.2n) % (r.r) Ac=A; [PHI,eigenvalue]=eig(Ac); for j=1:q PHIc(:,j)=PHI(:,index_q(j)); % (2n.q) end PHI2c=PHIc(2*n-r+1:2*n,:); % (r.q) F=inv(B2)*(PHI2c*diag(lamda_c)-A2*PHIc)*inv(C*PHIc); % (r.q) Ac=A+B*F*C; % (2n.2n) for j=1:10 [PHI,eigenvalue]=eig(Ac); for j=1:q PHIc(:,j)=PHI(:,index_q(j)); end PHI2c=PHIc(1:r,:); F=inv(B2)*(PHI2c*diag(lamda_c)-A2*PHIc)*inv(C*PHIc); Ac=A+B*F*C; end % (2n.q) F=real(F); g) File trans_space_state.m function [A,B,C,D,E,Fd]=trans_space_state(n,index_r,index_q,Ms,Ds,Ks,l) % Structrure: Ms.xdot2+Ds.xdot+Ks.x=Fd.u-Ms.l.xdot2g; % tam=eye(n,n); r=length(index_r); for j=1:r Khảo sát khả giảm chấn cơng trình với hệ cản có độ cứng biến thiên -88 Fd(:,j)=tam(:,index_r(j)); % (n.r) end % -% Equation of space state: zdot=A.z+B.u+E.w; % y=C.z; v=D.z; u=F.y; q=length(index_q); A=[zeros(n,n) eye(n,n);-inv(Ms)*Ks -inv(Ms)*Ds]; % (2n.2n) B=[zeros(n,r);inv(Ms)*Fd]; % (2n.r) tam=eye(2*n,2*n); for j=1:q C(j,:)=tam(index_q(j),:); % (q.2n) end tam=[eye(n,n) zeros(n,n)]; for j=1:r D(j,:)=tam(index_r(j),:); % (r.2n) end clear tam E=[zeros(n,1);-l]; % (2n.1) h) File Response_without_control.m xs=zeros(n,1); xsdot=zeros(n,1); xsdot2=zeros(n,1); epsilon_a=0.0001; P=-Ms*l*xdot2g; xs_0=xs; xsdot_0=xsdot; xsdot2_0=inv(Ms)*(P(:,1)-Ds*xsdot_0-Ks*xs_0); xs_NCT(:,1)=xs; xsdot_NCT(:,1)=xsdot; xsdot2_NCT(:,1)=xsdot2; xsdot2_assumed=zeros(n,1); for j=2:length(t) result=1; while result xsdot2_assumed=xsdot2; xs=xs_0+delta_t*xsdot_0+delta_t^2/6*(2*xsdot2_0+xsdot2_assumed); xsdot=xsdot_0+delta_t/2*(xsdot2_0+xsdot2_assumed); xsdot2=inv(Ms)*(P(:,j)-Ds*xsdot-Ks*xs); [result]=compare(xsdot2,xsdot2_assumed,epsilon_a); end xs_NCT(:,j)=xs; xsdot_NCT(:,j)=xsdot; xsdot2_NCT(:,j)=xsdot2; xs_0=xs; xsdot_0=xsdot; xsdot2_0=xsdot2; end save data_NCT Khảo sát khả giảm chấn cơng trình với hệ cản có độ cứng biến thiên -89 i) File Displacement_activating_bar.m x=z(1:n,k); % -F_M(:,k)=u_cir(:,k); %x_c neccesary dispalacement of main control mechanism x_c(1,k)=F_M(1,k)/C_M(1)-x(1); for j=2:r x_c(j,k)=F_M(j,k)/C_M(j)-(x(j)-x(j-1)); end % -storage_x(1,k)=x_c(1,k)+x(1); if storage_x(1,k)>=limit_x_c(1) x_c(1,k)=limit_x_c(1)-x(1); elseif storage_x(1,k)=limit_x_c(j) x_c(j,k)=limit_x_c(j)-(x(j)-x(j-1)); elseif storage_x(j,k)