Phân tích phi tuyến cáp treo bằng phần tử cáp chùng đàn hồi

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN VĂN SƠN PHÂN TÍCH PHI TUYẾN CÁP TREO BẰNG PHẦN TỬ CÁP CHÙNG ĐÀN HỒI Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã ngành: 60580208 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp HCM, 2018 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS Vũ Tân Văn PGS TS Lương Văn Hải Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn th ạc sĩ b ảo v ệ t ại Trường Đại h ọc Bách Khoa Tp HCM, ngày tháng năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá đề cương luận văn thạc sĩ gồm: CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KTXD i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc Tp HCM, ngày tháng … năm 2018 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : PHAN VĂN SƠN MSHV: 7140747 Ngày, tháng, năm sinh: 25/06/1991 Nơi sinh: Vĩnh Long Chuyên ngành: KTXD cơng trình dân dụng cơng nghiệp MN: 60580208 I TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích phi tuyến cáp treo phần tử cáp chùng đàn hồi II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Tìm hiểu loại phần tử dùng phân tích kết cấu cáp treo để phân tích ứng xử phi tuyến kết cấu cáp Tìm hiểu lưu đồ tính tốn ngơn ngữ lập trình Fortran để giải ví dụ số Kiểm chứng độ tin cậy ví dụ số trình bày cách so sánh kết ví dụ số với báo cơng bố Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến ứng xử học kết cấu mái treo III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 15/01/2018 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 17/06/2018 V GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS Vũ Tân Văn PGS TS Lương Văn Hải Tp HCM, ngày tháng năm 2018 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ii LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ Xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp nằm hệ thống luận cuối khóa nhằm trang bị cho Học viên cao học khả tự nghiên cứu, biết cách giải vấn đề cụ thể đặt thực tế xây dựng… Đó trách nhiệm niềm tự hào học viên cao học Để hoàn thành luận văn này, cố gắng nỗ lực thân, nhận giúp đỡ nhiều từ tập thể cá nhân Tôi xin ghi nhận tỏ lòng biết ơn đến tập thể cá nhân dành cho giúp đỡ quý báu Đầu tiên tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS TS Lương Văn Hải thầy TS Vũ Tân Văn đưa gợi ý để hình thành nên ý tưởng đề tài Thầy góp ý cho tơi nhiều cách nhận định đắn vấn đề nghiên cứu, cách tiếp cận nghiên cứu hiệu Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM truyền dạy kiến thức quý giá cho tơi, kiến thức khơng thể thiếu đường nghiên cứu khoa học nghiệp sau Tôi xin gửi lời cảm ơn đến cử nhân kinh tế Nguyễn Thị Hòa, gia đình tơi tất thầy, cơ, bạn bè, đồng nghiệp động viên tơi nhiều q trình thực luận văn Luận văn thạc sĩ hoàn thành thời gian quy định với nỗ lực thân, nhiên khơng thể khơng có thiếu sót Kính mong q Thầy Cơ dẫn thêm để tơi bổ sung kiến thức hồn thiện thân Xin trân trọng cảm ơn, Tp HCM, ngày…….tháng…… năm 2018 Phan Văn Sơn iii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Ở nước ta việc áp dụng kết cấu cáp cơng trình dân dụng cơng nghiệp cịn nhiều lạ Tuy nhiên thời gian gần quan tâm nhiều tới việc áp dụng kết cấu lĩnh vực xây dựng, đặc biệt thành công việc thiết kế thi cơng xây dựng cơng trình cầu, nhiên việc ứng dụng hạn chế Kết cấu cáp hệ phi tuyến hình học, phải giả thiết dạng ban đầu cáp dùng phép tốn đơn giản hố tính chiều dài phần tử cáp nên việc tìm kiếm lời giải xác cịn hạn chế, phương pháp tính tốn nhiều tác giả nghiên cứu gần Luận văn trình bày phương pháp phân tích kết cấu cáp phần tử cáp chùng khơng gian Một số tốn giải so sánh với phương pháp số có sẵn để chứng minh tính đắn luận văn, đồng thời phân tích yếu tố ảnh hưởng đến ứng xử học kết cấu mái treo iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng việc tơi thực hướng dẫn thầy TS Vũ Tân Văn thầy PGS TS Lương Văn Hải Các kết luận văn thật chưa công bố nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm cơng việc thực Tp HCM, ngày …tháng…… năm 2018 Phan Văn Sơn v MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ iii LỜI CAM ĐOAN iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xi MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT xii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.2 Các loại kết cấu điển hình sử dụng kết cấu cáp 1.2.1 Cầu treo .3 1.2.2 Kết cấu cáp treo mái 1.2.3 Kết cấu cáp neo cột .5 1.2.4 Kết cấu cáp neo kết cấu nước sâu 1.2.5 Hệ thống dây xích neo phao chịu tải trọng khơi 1.3 Tình hình nghiên cứu tính cấp thiết đề tài 1.3.1 Các cơng trình nghiên cứu giới 1.3.2 Các cơng trình nghiên cứu nước 1.4 Mục tiêu hướng nghiên cứu 10 1.5 Cấu trúc luận văn 11 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 2.1 Tổng quan phần tử cáp 12 2.1.1 Giới thiệu chung 12 2.1.2 Phương pháp phân tích phần tử cáp 13 2.1.3 Phân loại phần tử cáp chùng không gian 20 2.1.4 Phần tử thẳng phần tử parabolic 23 2.1.5 Phần tử cáp chùng hai chiều 26 vi 2.2 Phần tử cáp chùng không gian 35 2.2.1 Giả thiết 35 2.2.2 Phương trình phần tử cáp chùng không gian 35 2.2.3 Thuật tốn để tính phần tử ma trận độ cứng lực điểm cuối 39 CHƯƠNG KẾT QUẢ PHÂN TÍCH SỐ 45 3.1 Kiểm chứng ví dụ số 45 3.1.1 Cáp đơn chịu tải trọng tập trung 45 3.1.2 Cáp treo mái sân vận động Scandinavium arena 51 3.2 Khảo sát ảnh hưởng thông số ban đầu cáp đến chuyển vị nút kết cấu mái sân vận động Scandinavium Arena 54 3.2.1 Xét ảnh hưởng biến thiên lực căng ban đầu T đến chuyển vị nút cáp mái Scandinavium Arena 55 3.2.2 Xét ảnh hưởng biến thiên độ cứng AE đến chuyển vị nút cáp mái Scandinavium Arena 56 3.2.3 Xét ảnh hưởng biến thiên trọng lượng thân kết cấu w đến chuyển vị nút cáp mái Scandinavium Arena .58 3.2.4 Xét ảnh hưởng biến thiên độ lớn fx, fy đến chuyển vị nút cáp mái Scandinavium Arena .59 3.2.5 Xét ảnh hưởng biến tỉ số fx/ fy đến chuyển vị nút cáp mái Scandinavium Arena 60 3.2.6 Xét ảnh hưởng biến thiên đường kính kết cấu mái L đến chuyển vị nút cáp mái Scandinavium Arena 60 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 4.1 Kết luận 62 4.2 Kiến nghị 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 67 vii viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cầu treo Winch Footbridge 1830 dùng thay cho cầu treo xây dựng 1741 qua sông Tees bị sập năm 1802 Hình 1.2 Kết cấu triển lãm nghệ thuật Nizhny Novgorod, thiết kế kỹ sư người Nga Vladimir Shukhov năm 1896 Hình 1.3 Cầu Niagara nối Canada Hoa Kỳ, nhịp dài 246m (1855) Hình 1.4 Cầu Brooklyn (New York) dài 1825m, khánh thành 24/05/1883 Hình 1.5 Cầu Golden Gate năm 1934, SanFrancisco, nhịp dài 1280m Hình 1.6 Cầu Akashi Kaikyo (Nhật), nhịp dài 1991m Hình 1.7 Sơ đồ kết cấu cáp chịu lực điển hình cầu treo Hình 1.8 Cáp mái thiết kế cho vận hội 1972 Munich, Đức .5 Hình 1.9 Diplomatic Club Heart Tent, 1980, Riyadh, Saudi Arabia Hình 1.10 Cảnh quan bên Olympic Stadium, Munich Hình 1.11 Chi tiết cột neo cáp cơng trình vận hội 1972 Munich, Đức Hình 1.12 Trạm thu phát sóng Beckley, Oxfordshire, cao 154,4m .6 Hình 1.13 Mơ hình cột tháp neo cáp .6 Hình 1.14 Cáp neo cột để đỡ thiết bị bên mực nước .7 Hình 1.15 Mơ hình cáp neo tàu Hình 1.16 Cáp neo tàu ngồi khơi Hình 2.1 Đoạn cáp khơng mở rộng 13 Hình 2.2 Sự khác biệt độ oằn lực cáp cho phần tử chùng không mở rộng parabola với nhịp l lực ngang H 15 Hình 2.3 Đoạn cáp mở rộng 16 Hình 2.4 Hệ toạ độ cho cáp không mở rộng với độ cứng uốn khác 19 Hình 2.5 Hàm chiều cao b, nhịp a cáp không mở rộng với độ cứng uốn 20 Hình 2.6 Một số kết cho cáp không mở rộng với độ cứng uốn .20 Hình 2.7 Phần tử thẳng không gian 24 Hình 2.8 Ba lời giải cho phẩn tử cáp chùng 34 Kết phân tích số 53 Hình 3.11 Mặt cáp mái sân vận động Scandinavium Arena (Nút số hình 3.7 tương đương nút 309 ví dụ số, nút số 34 hình tương đương nút 255 ví dụ số) Hình 3.12 Kiểm chứng toạ độ nút luận văn phần mềm Midas Bảng 3.3 Thông số ban đầu cáp Kết phân tích số 54 Thơng số cáp Dữ liệu Diện tích tiết diện (m2) 2.12x10-6 Modulus đàn hồi (MPa) 162,000 Trọng lượng thân (kN/m3) 580 Lực căng trước (kN) 583.2 Bảng 3.4 Bảng so sánh kết chuyển vị cáp treo mái sân vận động Scandinavium Arena Elastic catenay Elastic parabola Luận văn x x Nút x 34 16.24 23.48 y -4.38 -7.69 z -138.65 -229.81 y z y z 16.25 -4.38 -138.8 16.3 -4.43 -145 0.06% 0.00% 0.11% 0.37% 1.14% 4.58% 23.5 -7.69 -230.01 23.5 -7.85 -237 0.09% 0.00% 0.09% 0.09% 2.08% 3.13% Kết số so sánh với nghiên cứu Sun-Gil Gwon, Dong-Ho Choi (2015) [25] Nhận xét: Số lượng nút phần tử luận văn trình bày lớn, 644 nút 1132 phần tử Kết chuyển vị luận văn thể sai số bé so với phần tử nghiên cứu khác công bố - sai số lớn 4.58% Chứng tỏ hiệu phần tử mà luận văn thể 3.2 Khảo sát ảnh hưởng thông số ban đầu cáp đến chuyển vị nút kết cấu mái sân vận động Scandinavium Arena Sử dụng mơ hình cáp treo kết cấu mái sân vận động Scandinavium Arena – Thuỵ Điển với 644 nút 1132 phần tử để phân tích Kết cấu mái có dạng đường trịn đường kính 108m bề mặt hyperbolic paraboloic tạo thành phương trình theo phương đứng z = fx(x/R)2 – fy(y/R)2 Lực tập trung tác dụng theo phương thẳng đứng tất nút bên lưới cáp có độ lớn 10kN Kết phân tích số 55 Khảo sát ảnh hưởng thông số ban đầu kết cấu cáp đến chuyển vị nút trình bày Gambhir, M Batchelor, B (1979) [3] Luận văn khảo sát trường hợp sau: Trường hợp 1: thay đổi lực căng ban đầu T cáp để khảo sát thay đổi chuyển vị nút Trường hợp 2: thay đổi độ cứng AE cáp để khảo sát thay đổi chuyển vị nút Trường hợp 3: thay đổi trọng lượng thân w kết cấu để khảo sát chuyển vị nút Trường hợp 4: thay đổi độ lớn fx, fy kết cấu mái theo tỉ số không đổi để khảo sát thay đổi chuyển vị nút kết cấu Trường hợp 5: thay đổi tỉ số fx, fy kết cấu mái để khảo sát thay đổi chuyển vị nút kết cấu Trường hợp 6: thay đổi độ lớn đường kính kết cấu mái L để khảo sát thay đổi chuyển vị nút kết cấu Hình 3.13 Lưới cáp sân vận động Scandinavium Arena 3.2.1 Xét ảnh hưởng biến thiên lực căng ban đầu T đến chuyển vị nút cáp mái Scandinavium Arena Khảo sát chuyển vị nút 34 thay đổi giá trị lực căng T Giá trị lực căng ban đầu T0 = 583.2kN Tăng dần lực căng với bước nhảy 0,5T0 thu T1 = 0.5T0 = 291.6kN, T2 = 1.5T0 = 874.8kN, T3 = 2T0 = 1166.4kN, T4 = 2.5T0 = 1458kN, T5 = Kết phân tích số 56 3T0 = 1749.6kN, T6 = 3.5T0 = 2041.2kN Các thơng số cịn lại cáp độ cứng AE cáp, trọng lượng thân cáp, kích thước đường kính mái cáp, hình dạng kết cấu cáp treo fx, fy (độ cong mái) không thay đổi Với biến thiên lực căng T0 từ giá trị trên, ta xây dựng biểu đồ tương quan biến thiên lực căng T0 với chuyển vị nút 34 hình 3.9 Hình 3.14 Biểu đồ tương quan lực căng trước chuyển vị nút Nhận xét: Với lực căng ban đầu, chuyển vị nút âm (nút chuyển vị xuống dưới), tăng dần lực căng chuyển vị nút lớn dần đạt giá trị nhỏ vị trí lực căng T3 = 2T0 Khi tăng lực căng lớn 2T0 chuyển vị nút dương chứng tỏ nút bị chuyển vị vồng lên Lực căng cáp ban đầu chuyển vị nút quan hệ tuyến tính với Việc lựa chọn lực căng cáp ban đầu ảnh hưởng lớn đến chuyển vị nút cáp Chọn lực căng ban đầu cáp có độ lớn phù hợp để thu chuyển vị nút mong muốn 3.2.2 Xét ảnh hưởng biến thiên độ cứng AE đến chuyển vị nút cáp mái Scandinavium Arena Khảo sát chuyển vị nút 34 thay đổi giá trị độ cứng AE Độ cứng ban đầu (AE)0 Tăng dần độ cứng AE theo bước nhảy 0,5(AE)0 thu (AE)1 = Kết phân tích số 57 0.5(AE)0; (AE)2 = 1.5(AE)0; (AE)3 = 2(AE)0; (AE)4 = 2.5(AE)0; (AE)5 = 3(AE)0; (AE)6 = 3.5(AE)0 Các thơng số cịn lại cáp lực căng ban đầu cáp, trọng lượng thân cáp, kích thước đường kính mái cáp, hình dạng kết cấu cáp treo fx, fy (độ cong mái) không thay đổi Với biến thiên độ cứng EA phần tử cáp theo giá trị trên, ta xây dựng biểu đồ quan hệ biến thiên độ cứng với chuyển vị nút số 34 tương ứng hình 3.10 Hình 3.15 Biểu đồ tương quan biến thiên độ cứng – chuyển vị nút Nhận xét: Độ cứng dọc trục cáp lớn chuyển vị nhỏ dần tiệm cận giá trị chuyển vị bé Lựa chọn độ cứng cáp treo phù hợp để đảm bảo hiệu vật liệu sử dụng mà đảm bảo chuyển vị mong muốn giá trị độ cứng lớn chuyển vị tiệm cận với giá trị chuyển vị nhỏ mà không thay đổi nhiều Kết phân tích số 3.2.3 58 Xét ảnh hưởng biến thiên trọng lượng thân kết cấu w đến chuyển vị nút cáp mái Scandinavium Arena Khảo sát chuyển vị nút 34 thay đổi giá trị trọng lượng kết cấu w Trọng lượng kết cấu ban đầu w0, tăng dần trọng lượng thân w theo bước nhảy 0,5w0 thu w1 = 0.5w0; w2 = 1.5w0; w3 = 2w0; w4 = 2.5w0; w5 = 3w0; w6 = 3.5w0 Các thông số lại cáp lực căng ban đầu cáp, độ cứng AE cáp, kích thước đường kính mái cáp, hình dạng kết cấu cáp treo fx, fy (độ cong mái) không thay đổi Với biến thiên trọng lượng thân cáp treo, ta xây dựng biểu đồ quan hệ biến thiên trọng lượng thân cáp treo với chuyển vị nút số 34 tương ứng hình 3.11 Hình 3.16 Biểu đồ tương quan biến thiên trọng lượng thân kết cấu – chuyển vị nút tương ứng Nhận xét: Trọng lượng thân cáp treo lớn chuyển vị lớn Quan hệ độ biến thiên trọng lượng cáp treo chuyển vị nút quan hệ tuyến tính Kết phân tích số 59 Lựa chọn kích thước tiết diện cáp phù hợp để vừa đảm bảo khả chịu lực cáp tận dụng vật liệu sử dụng mà đảm bảo chuyển vị theo yêu cầu 3.2.4 Xét ảnh hưởng biến thiên độ lớn fx, fy đến chuyển vị nút cáp mái Scandinavium Arena Khảo sát nút số 34, theo thông số ban đầu, fx0 = 10m, fy0 = 4m, tỉ số fx0/ fy0 = 2.5 Thay đổi độ lớn fx fy theo tỉ số 2.5 không đổi với bước nhảy fx1 = 0.5fx0; fx2 = 1.5fx0; fx3 = 2fx0; fx4 = 3fx0; fx5 = 3.5fx0; fx6 = 4fx0 Các thơng số cịn lại cáp lực căng ban đầu cáp, độ cứng AE cáp, trọng lượng thân cáp, kích thước đường kính mái cáp khơng thay đổi Với biến thiên fx, fy kết cấu cáp treo mái, ta xây dựng biểu đồ quan hệ biến thiên độ lớn fx, fy với chuyển vị nút tương ứng hình 3.12 Hình 3.17 Biểu đồ tương quan biến thiên độ lớn fx, fy với chuyển vị nút Nhận xét: Giá trị fx, fy tăng chuyển vị nút nhỏ Lựa chọn giá trị fx, fy kết cấu cáp treo mái phù hợp để đảm bảo chuyển vị mong muốn giá trị fx, fy lớn chuyển vị tiệm cận với giá trị chuyển vị nhỏ mà khơng thay đổi nhiều Kết phân tích số 3.2.5 60 Xét ảnh hưởng biến tỉ số fx/ fy đến chuyển vị nút cáp mái Scandinavium Arena Khảo sát chuyển vị nút 34 thay đổi tỉ số fx/ fy Tỉ số fx/ fy = 2.5; fx1/ fy1 = 0.5; fx2/ fy2 = 1.5; fx3/ fy3 = 2; fx4/ fy4 = 2.5; fx5/ fy5 = 3; fx6/ fy = 3.5 Các thơng số cịn lại cáp lực căng ban đầu cáp, độ cứng AE cáp, trọng lượng thân cáp, kích thước đường kính mái cáp khơng thay đổi Sau thay đổi tỉ số fx/ fy theo giá trị trên, ta thu kết chuyển vị tương ứng với tỉ số fx/ fy biểu đồ tương quan biến thiên tỉ số fx/ fy với chuyển vị nút tương ứng hình 3.13 Hình 3.18 Biểu đồ tương quan biến thiên độ lớn fx, fy với chuyển vị nút Nhận xét: Chuyển vị nút đạt giá trị nhỏ tỉ số fx/ fy = 0.5 Chuyển vị nút đạt giá trị lớn tỉ số fx/ fy = Chuyển vị nút không thay đổi nhiều tỉ số fx/ fy biến thiên từ đến 3.5 3.2.6 Xét ảnh hưởng biến thiên đường kính kết cấu mái L đến chuyển vị nút cáp mái Scandinavium Arena Khảo sát chuyển vị nút 34 thay đổi giá trị đường kính L kết cấu mái cáp Đường kính kết cấu mái ban đầu L0 = 108m, thay đổi giá trị L0 Kết phân tích số 61 L1=0.25L0, L2=0.5L0, L3=0.75L0, L4=1.25L0, L5=1.5L0, L6=1.75L0, L7=2L0, L8=2.25L0, L9=2.5L0, L10=2.75L0, L11=3L0 Các thơng số cịn lại cáp lực căng ban đầu cáp, độ cứng AE cáp, trọng lượng thân cáp, hình dạng kết cấu cáp treo fx, fy (độ cong mái) không thay đổi Sau thay đổi thông số cáp trên, ta thu kết chuyển vị tương ứng với giá trị độ lớn đường kính mái cáp L biểu đồ quan hệ biến thiên độ lớn đường kính mái cáp L với chuyển vị nút tương ứng hình 3.14 Hình 3.19 Biểu đồ tương quan biến thiên đường kính kết cấu L với chuyển vị nút Nhận xét: Giá trị đường kính mái cáp L tăng chuyển vị nút nhỏ dần tiệm cận giá trị chuyển vị nhỏ Lựa chọn giá trị đường kính mái cáp L kết cấu phù hợp để vừa đảm bảo chuyển vị nút mong muốn mà đảm bảo kiến trúc kinh tế Kết luận kiến nghị 62 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Nội dung luận văn trình bày việc sử dụng phần tử cáp chùng khơng gian cho tốn phân tích kết cấu mái cáp treo chịu tác dụng tải trọng tĩnh Việc xây dựng mơ hình phần tử cáp chùng dựa biểu thức giải tích Ma trận độ cứng phần tử cáp xác định cách xác mà khơng cần giả thiết nào, phần tử ma trận độ cứng lực điểm cuối tính tốn dựa phương pháp lặp Newton - Raphson Ngồi ra, thuật tốn lặp sử dụng để xác định độ dài ban đầu phần tử cáp dựa lực căng trước biết So sánh kết số luận văn trình bày với kết nghiên cứu công bố mơ hình phần tử cáp khác để thấy hiệu tính đắn mơ hình phần tử cáp chùng khơng gian mà luận văn trình bày Dựa kết phân tích kết cấu mái cáp sân vận động Scadivium Arena chịu tác dụng tải trọng tĩnh kết luận sau: Khi cho giá trị độ lớn lực căng trước tăng dần nút chuyển vị lớn dần đạt giá trị nhỏ tại vị trí lực căng T = 2T0 Lực căng chuyển vị nút quan hệ tuyến tính với Do vậy, lựa chọn lực căng ban đầu phù hợp để kết cấu đạt chuyển vị nút tối ưu Độ cứng dọc trục cáp treo lớn chuyển vị nút nhỏ dần tiệm cận giá trị nhỏ Do vậy, lựa chọn độ cứng cáp treo phù hợp để vừa đảm bảo chuyển vị nút vừa tối ưu vật liệu sử dụng giá trị độ cứng lớn chuyển vị nút tiệm cận với giá trị chuyển vị nhỏ mà không thay đổi nhiều Trọng lượng thân cáp treo lớn chuyển vị nút lớn Quan hệ trọng lượng thân cáp treo chuyển vị nút tuyến tính Do vậy, có Kết luận kiến nghị 63 thể lựa chọn kích thước tiết diện cáp treo phù hợp để vừa đảm bảo khả chịu lực, tối ưu vật liệu sử dụng chuyển vị nút theo yêu cầu Có thể lựa chọn giá trị fx, fy kết cấu mái treo phù hợp để đảm bảo chuyển vị mong muốn giá trị fx, fy lớn chuyển vị tiệm cận với giá trị chuyển vị nhỏ mà không thay đổi nhiều Giá trị fx, fy tăng chuyển vị nút nhỏ Giá trị độ lớn đường kính kết cấu cáp treo ảnh hưởng lớn đến chuyển vị nút kết cấu Đường kính L mái treo tăng chuyển vị nút nhỏ dần tiệm cận giá trị chuyển vị nhỏ Nhưng việc thay đổi độ lớn đường kính mái treo khó vấn đề kiến trúc kinh tế 4.2 Kiến nghị Luận văn xét ảnh hưởng thông số cấu trúc cáp đến chuyển vị đứng mái cáp sân vận động Scandinavium Arena tác dụng tải trọng tĩnh Việc nghiên cứu ứng xử học kết cấu mái treo tương lai cần phải khảo sát thêm ứng xử kết cấu mái treo với ảnh hưởng nhiệt độ tác dụng tải trọng động (gió, động đất) Ngồi ra, luận văn sử dụng phương pháp lặp Newton - Raphson việc giải phương trình phi tuyến dẫn đến kết có tốc độ hội tụ chậm Vì vậy, sử dụng phương pháp khác Modified Newton - Raphson, phương pháp Arc - Length nhằm cải thiện tốc độ hội tụ độ xác Đây đề tài nghiên cứu mang ý nghĩa khía cạnh học thuật thực tiễn Kết nghiên cứu tạo sở lý thuyết để phát triển cơng cụ tính tốn phần mềm để giúp người kỹ sư phân tích đánh giá xác ứng xử phi tuyến kết cấu cáp treo phần tử cáp chùng Tài liệu tham khảo 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M S A Abad, A Shooshtari, V Esmaeili, and A N Riabi, “Nonlinear analysis of cable structures under general loadings,” Finite Elements in Analysis and Design, vol 73, pp 11–19, 2013 [2] Tibert, G (1999) Numerical analyses of cable roof structures, Royal Institude of Technology, Dept of Structural Engineering, Stockholm, Sweden [3] Gambhir, M and Batchelor, B (1979), “Finite element study of the free vibration of 3-D cable networks”, Int J.Solids Struct, 127-136 [4] Argyris, J and Scharpf, D (1972), “Large deflection analysis of prestressed networks”, J Struct Div, ASCE, 83, 98 (3), 633 – 654 [5] Gambhir, M and Batchelor, B (1977), “A finite element for 3-D prestressed cable nets”, Int J Number Meth Eng, 11(11), 1699-1718 [6] Cohen, E and Perrin, H (1957), “Design of multi – level guyed towers analysis”, J Struct Div, ASCE, 83, 1356.1 [7] Poskitt, T.J and Livesley, R.K (1963), “Structural analysis of guyed masts”, Proc Inst Civ Eng, 14, 373 [8] Mollmann, H (1970), “Analysis of plane prestressed cable structure”, J Struct Div, ASCE, 96, 2059 [9] O’Brien, W and Francis, A (1964), “Cable movements under two- dimensional loads”, J Struct Div, ASCE, 90(3), 89-123 [10] Peyrot, A.H and Goulois, A.M (1979), “Analysis of cable structures”, Comput Struct, 10(5), 805-813 [11] Jayaraman, H and Knudson, W (1981), “A curved element for the analysis of cable structures”, Comput Struct., 14(3-4), 325-333 [12] Nguyễn Xuân Toản (2006), “Dao động phi tuyến phần tử cáp ứng dụng phân tích dao động cầu dây văng tác dụng đoàn tải Tài liệu tham khảo 65 trọng di động”, Hội nghị khoa học toàn quốc sơ kỹ thuật tự động hoá, trang 281 – 290 [13] Tan-Van Vu, Hak-Eun Lê and Quoc-Tinh Bui (2012), “Nonlinear analysis of cable – supported structure with a spatial catenary cable element” Structural Engineering and Mechanics 43 (5), 583-605 (4) [14] Phùng Bá Thắng (2014), “Phân tích tĩnh học kết cấu hệ dây liên hợp theo phương pháp nguyên lý cực trị Gauss”, Học viện kỹ thuật quân [15] Nguyễn Tiến Lương (2011), “Tính tốn tĩnh tìm tần số dao động riêng hệ lưới dây theo phương pháp nguyên lý Gauss”, luận văn thạc sĩ, Trường đại học Kiến Trúc Hà Nội [16] Michalos, J and Birnstiel, C (1960), “Movements of a cable due to changes in loading” J Struct Div., ASCE, 86(12), 23-38 [17] Andreu, A., Gil, L and Roca, P (2006), “A new deformable catenary element for the analysis of cable net structures”, Comput Struct., 84 (29-30), 1882-1890 [18] Yang, Y.B and Tsay, J.Y (2007), “Geometric nonlinear analysis of cable structures with a two-node cable element by generalized displacement control method”, Int J Struct Stab Dyn., 7(4), 571-588 [19] Saafan, S.A (1970), “Theoretical analysis of suspension roofs”, J Struct Div., ASCE, 96(2), 393-404 [20] West, H.H and Kar, A.K (1973), “Dicretized initial-value analysis of cable nets”, Int J Solids Struct., 9, 14031420 [21] Lewis, W., Jones, M and Rushton, K (1984), “Dynamic relaxation analysis of the non-linear static response of pretensioned cable roofs”, Comput Struct., 18(6), 989-997 [22] Sufian, F.M.A and Tempelman, A.B (1992), “On the non-linear analysis of pre-tensioned cable net structures”, Struct Eng., 4(2), 147-158 [23] Kwan, A (1998), “A new approach to geometric nonlinearity of cable structures”, Comput Struct., 67(4), 243-252 Tài liệu tham khảo [24] 66 Huu-Tai Thai, Seung-Eock Kim, "Finite element in analysis and design 47 (2011) 237-246 [25] Sun-Gil Gwon, Dong-Ho Choi (2016), “Three dimentional parabolic cable element for static analysis of cable structure”, ASCE Journal of Structural Engineering [26] Russell, J C., and Lardner, T J Statics experiments on an elastic catenary Journal of the Engineering Mechanics, ASCE Vol 123, No 12 (December 1997), pp 1322–132 [27] Roth, B., and Whiteley, W Tensegrity frameworks Transactions of the American Mathematical Society Vol 265, No (1981), pp 419–446 [28] Costello, G A Theory of wire rope, second ed Springer-Verlag, New York, 1997 [29] Cardou, A., and Jolicoeur, C Mechanical models of helical strands Applied Mechanics Reviews, ASME Vol 50, No (January 1997), pp 1– 14 [30] Wang, C Y., and Watson, L T The elastic catenary International Journal of Mechanical Science Vol 24, No (1982), pp 349–357 [31] Ernst, H.-J Der E-modul von Seilen unter Beră ucksichtigung des Durchhanges Der Bauingenieur Vol 40, No (1965), pp 52–55 (In German) [32] Ahmadi-Kashani, K Development of cable elements and their applications in the analysis of cable structures PhD thesis, University of Manchester Institute of Science and Technology (UMIST), 1983 Tài liệu tham khảo 67 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: PHAN VĂN SƠN Ngày, tháng, năm sinh: 25/06/1991 Nơi sinh: Vĩnh Long Địa liên lạc: 52 Đặng Thúc Vịnh, huyện Hóc Mơn, Tp HCM ĐTDĐ: 090.901.99.83 Email: phansonxdbk@gmail.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 2014 - 2015: Học viên cao học chun ngành Kỹ Thuật Xây Dựng Cơng Trình Dân Dụng Công Nghiệp, Trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM ... TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích phi tuyến cáp treo phần tử cáp chùng đàn hồi II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Tìm hiểu loại phần tử dùng phân tích kết cấu cáp treo để phân tích ứng xử phi tuyến kết cấu cáp Tìm hiểu... tốn mơ hình phần tử cáp chùng sử dụng luận văn Cơ sở lý thuyết phần tử cáp chùng không gian sử dụng để phân tích phi tuyến hình học kết cấu cáp treo Các phương trình cân phần tử cáp chùng trình... quan phần tử cáp 12 2.1.1 Giới thiệu chung 12 2.1.2 Phương pháp phân tích phần tử cáp 13 2.1.3 Phân loại phần tử cáp chùng không gian 20 2.1.4 Phần tử thẳng phần tử