Phân tích ứng xử động lực học khung trên nền kết cấu nổi chịu tải trọng gió

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜ G ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦ QUỐC TUẤ PHÂ TÍCH Ứ G XỬ ĐỘ G LỰC HỌC KHU G TRÊ Ề KẾT CẤU ỔI CHNU TẢI TRỌ G GIÓ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Cơng Trình Dân Dụng Công Nghiệp Mã số ngành: 60 58 02 08 LUẬ VĂ THẠC SĨ Tp.HCM, 06 - 2018 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜ G ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MI H Cán hướng dẫn: PGS.TS LƯƠ G VĂ HẢI Cán chấm nhận xét 1: PGS TS Nguyễn Trung Kiên Cán chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Hồng Ân Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, ngày 23 tháng 08 năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm: PGS TS Bùi Công Thành - Chủ tịch Hội đồng TS Châu Đình Thành - Thư ký PGS TS Nguyễn Trung Kiên - Ủy viên (Phản biện 1) TS Nguyễn Hồng Ân - Ủy viên (Phản biện 2) PGS TS Lê Song Giang - Ủy viên Hội đồng CHỦ TNCH HỘI ĐỒ G TRƯỞ G KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰ G ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘ G HÒA XÃ HỘI CHỦ GHĨA VIỆT AM TRƯỜ G ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc HIỆM VỤ LUẬ VĂ THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦ QUỐC TUẤ MSHV: 1670037 Ngày, tháng, năm sinh: 20/06/1992 Nơi sinh: Tp Hồ Chí Minh Chun ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Cơng Trình Dân Dụng Công Nghiệp Mã số: 60 58 02 08 I TÊ ĐỀ TÀI: Phân tích ửng xử động lực học khung kết cấu chịu tải trọng gió II HIỆM VỤ VÀ ỘI DU G Trình bày sở lý thuyết, thiết lập ma trận khối lượng, ma trận độ cứng cho khung phẳng chịu tác dụng gió, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn Trình bày sở lý thuyết phân tích hydroelastic miền tần số phương pháp kết hợp phần tử hữu hạn phần tử biên cho Phát triển thuật toán, lập trình tính tốn chương trình Matlab Kiểm tra độ tin cậy chương trình tính cách so sánh kết với phần mềm phân tích kết cấu SAP2000, với kết cơng bố trước Tiến hành thực ví dụ số nhằm khảo sát ảnh hưởng nhân tố quan trọng đến ứng xử động kết cấu khung, từ rút kết luận kiến nghị III GÀY GIAO HIỆM VỤ : 01/2018 IV GÀY HOÀ THÀ H HIỆM VỤ : 06/2018 V HỌ VÀ TÊ CÁ BỘ HƯỚ G DẪ : PGS TS LƯƠ G VĂ HẢI Tp HCM, ngày 22 tháng 06 năm 2018 CÁ BỘ HƯỚ G DẪ BA QUẢ LÝ CHUYÊ PGS TS Lương Văn Hải TRƯỞ G KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰ G GÀ H ii LỜI CẢM Ơ Luận văn thạc sĩ Xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp kết sau gần hai năm học tập nghiên cứu Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, trường Đại học Bách Khoa – Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh Tơi tự hào sau kết thúc luận văn, học hỏi, nâng cao khả tự nghiên cứu, biết cách giải vấn đề cụ thể đặt thực tế xây dựng v.v Để hoàn thành luận văn này, cố gắng nỗ lực thân, nhận giúp đỡ nhiều từ tập thể cá nhân Tơi xin ghi nhận tỏ lịng biết ơn tới tập thể cá nhân dành cho tơi giúp đỡ q báu Đầu tiên tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS TS Lương Văn Hải, gợi ý để hình thành nên ý tưởng đề tài, góp ý cho tơi nhiều cách nhận định đắn vấn đề nghiên cứu, cách tiếp cận nghiên cứu hiệu quả, truyền đạt cảm hứng, lời khuyên quan tâm liên tục trình thực luận văn Tôi cảm thấy vui tự hào làm việc với thầy Ngồi ra, tơi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM truyền dạy kiến thức q giá cho tơi, kiến thức thiếu đường nghiên cứu khoa học nghiệp sau Tôi xin gửi lời cảm ơn đến NCS Nguyễn Xuân Vũ giúp đỡ nhiều trình thực luận văn Luận văn thạc sĩ hoàn thành thời gian quy định với nỗ lực thân, nhiên khơng có thiếu sót Kính mong q Thầy Cô dẫn thêm để bổ sung kiến thức hồn thiện thân Xin trân trọng cảm ơn Tp HCM, ngày 22 tháng 06 năm 2018 Trần Quốc Tuấn iii TÓM TẮT LUẬ VĂ THẠC SĨ Với gia tăng dân số mở rộng q trình thị hóa, quốc gia có đường bờ biển dài hay đảo quốc triển khai dự án lấn biển đề giải nhu cầu chỗ cho người dân phát triển hạ tầng đô thị Tuy nhiên, giải pháp địi hỏi lượng chi phí khổng lồ nhiều khó khăn mặt kỹ thuật vùng nước sâu đáy biển đất yếu Để giải vấn đề trên, nhà nghiên cứu, kỹ sư đưa giải pháp thay hiệu hơn, xây dựng hệ thống kết cấu siêu lớn (Very Large Floating Structures, VLFS) Phát triển hạ tầng thị, xây dựng cơng trình kết cấu siêu lớn cần có nghiên cứu kỹ lưỡng khảo sát đến nhiều yếu tố Mặt biển nơi thường xuyên xuất trận gió bão, cần thiết phải phân tích ứng xử kết cấu xây dựng kết cấu chịu tải trọng gió Phân tích động lực học cơng trình VLFS giúp xác định kích thước giới hạn cơng trình, kích thước VLFS phù hợp, từ áp dụng vào thực tiễn cách đắn Luận văn chủ yếu sử dụng phương pháp phần tử biên, phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích ứng xử với khung kết cấu chịu tải trọng gió iv LỜI CAM ĐOA Tơi xin cam đoan cơng việc thực hướng dẫn 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 22 tháng 06 năm 2018 Trần Quốc Tuấn 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 MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU x MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT xi CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan cơng trình biển tải trọng tác động lên cơng trình biển 1.1.1 Tổng quan cơng trình biển 1.1.2 Tổng quan tải trọng tác động lên cơng trình biển 1.1.3 Tổng quan tính tốn cơng trình biển .3 1.1.4 Ứng dụng kết cấu 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.2.1 Các cơng trình nghiên cứu nước 1.2.2 Các cơng trình nghiên cứu giới .9 1.3 Mục tiêu hướng nghiên cứu 12 1.4 Cấu trúc luận văn 12 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 2.1 Phương pháp phần tử hữu hạn 13 2.2 Cơ sở FEM cho kết cấu dạng khung 14 2.2.1 Các hệ thức biểu diễn mối tương quan 14 2.2.2 Xây dựng véc tơ tải trọng phần tử gió gây 16 2.2.3 Phương trình chuyển động phần tử hệ tọa độ cục 17 2.2.4 Phương trình chuyển động phần tử hệ tọa độ tổng thể 17 2.2.5 Ghép nối ma trận phần tử vào ma trận chung toàn hệ 18 vi 2.2.6 Phương trình chuyển động tồn hệ 18 2.3 Cơ sở FEM cho kết cấu dạng 19 2.3.1 Giới thiệu tổng quát 19 2.3.2 Biến dạng mối quan hệ biến dạng – chuyển vị 22 2.3.3 Biến dạng mối quan hệ ứng suất – biến dạng 23 2.3.4 Mơ hình FEM cho kết cấu 24 2.4 Phương pháp phần tử biên BEM 28 2.4.1 Tổng quan BEM 28 2.4.2 Thuật toán BEM 29 2.5 Phân tích hydroelastic miền tần số 30 2.5.1 Mơ hình chất lỏng 30 2.5.2 Áp lực chất lỏng 32 2.5.3 Giải hệ phương trình tương tác 32 2.6 Lưu đồ tính tốn 34 CHƯƠNG KẾT QUẢ PHÂN TÍCH SỐ 35 3.1 Bài toán 1: Kiểm tra độ tin cậy chương trình Matlab 37 3.2 Bài toán 2: Kiểm tra độ tin cậy chương trình Matlab 40 3.3 Bài toán 3: Khảo sát hội tụ nghiệm theo lưới phần tử 43 3.4 Bài toán 4: Khảo sát thay đổi độ sâu nước đến ứng xử khung phẳng chịu tải trọng gió, tương tác với VLFS miền tần số 45 3.5 Bài toán 5: Khảo sát thay đổi chiều dày đến ứng xử khung phẳng chịu tải trọng gió, tương tác với VLFS miền tần số 52 3.6 Bài toán 6: Khảo sát thay đổi chiều dài L đến ứng xử khung phẳng chịu tải trọng gió, tương tác với VLFS miền tần số 58 3.7 Bài toán 7: Khảo sát số tầng khung phẳng chịu tải trọng gió, tương tác với VLFS miền tần số 62 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHN 64 4.1 Kết luận 64 4.2 Kiến nghị 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 vii PHỤ LỤC 72 LÝ LNCH TRÍCH N GAN G 77 viii DA H MỤC CÁC HÌ H VẼ Hình 1.1 Cấu trúc kết cấu (điển hình) Hình 1.2 Mơ hình VLFS Hình 1.3 Mơ hình tổng thể tốn nghiên cứu Hình 1.4 Kho dầu Kamigoto N agasaki, Japan [54] Hình 1.5 Cầu Dubai [55] Hình 1.6 Sân bóng đá Singapore [56] Hình 1.7 Phối cảnh dự án N hà hát Hoa Sen hồ Hà N ội [58] Hình 1.8 N hà hàng sơng Hương [59] Hình 1.9 N hà hàng vịnh Vĩnh Hy [60] Hình 1.10 Phối cảnh thành phố Lilypad KTS Vincent Callebaut [61] Hình 1.11 N hà máy điện mặt trời Kagoshima N anatsujima [62] Hình 2.1 Phần tử nút với hệ tọa độ cục 14 Hình 2.2 Mơ hình động học kết cấu theo lý thuyết Kirchhoff 20 Hình 2.3 Mơ hình động học kết cấu theo lý thuyết Mindlin 22 Hình 2.4 Quy ước chiều chuyển vị w hai chuyển vị xoay βx, βy 22 Hình 2.5 Phần tử tứ giác đẳng tham số nút hệ tọa độ tổng thể 25 Hình 2.6 Phần tử chuNn hệ tọa độ tự nhiên 25 Hình 2.7 Bề mặt phần tử theo BEM [52] 29 Hình 2.9 Mơ hình tổng thể toán 31 Hình 3.1 Sơ đồ tính tổng qt 36 Hình 3.2 Sơ đồ tính khung tốn 37 Hình 3.3 Chuyển vị khung SAP 38 Hình 3.4 Chuyển vị khung Matlab 38 Hình 3.5 Mơmen lực cắt khung SAP2000 39 Hình 3.6 Sơ đồ tính tốn 41 Hình 3.7 Định vị vị trí khung 41 Hình 3.8 Chuyển vị khung toán Matlab SAP2000 42 Chương 63 Hình 3.37 Tỉ số ∆ = f/Hk khảo sát theo số tầng Bảng 3.24 Tần số riêng thứ khung phân tích SAP2000 tần số riêng f1 Khung tầng 0.96Hz Khung tầng 0.47Hz Khung tầng 0.28Hz Khung tầng 0.19Hz Xét tỉ số ∆ = f/Hk, với f chuyển vị đỉnh khung, Hk chiều cao hệ khung Từ kết phân tích trên, nhận thấy số tầng khung tăng lên, ∆ có xu hướng gia tăng chậm ứng với miền tần số thấp từ 0.02 Hz đến 0.215 Hz, xuất giá trị ∆ cực đại xảy khoảng tần số từ 0.4Hz đến 0.5Hz khung tầng, từ 0.25Hz đến 0.35Hz khung tầng từ 0.15Hz đến 0.25Hz khung tầng, điều hợp lý số tầng tăng, tức tần số riêng kết cấu giảm Dựa vào Bảng 3.24 cho thấy tần số tải trọng gió gần tầng số riêng kết cấu, kết cho giá trị đột biến tăng cao, tức xảy rộng cộng hưởng Chương 64 CHƯƠ G KẾT LUẬ VÀ KIẾ GHN Luận văn tiến hành phân tích ửng xử động lực học khung phẳng kết cấu chịu tải trọng gió cách kết hợp BEM – FEM, có xét đến ảnh hưởng thông số quan trọng ứng xử kết cấu thay đổi độ sâu nước, chiều dày tấm, kích thước theo chiều dài, số tầng khung đặt VLFS Các thông số khảo sát chi tiết Qua kết phân tích số đạt trình bày Chương 3, tác giả rút số kết luận quan trọng kiến nghị hướng phát triển đề tài tương lai 4.1 Kết luận Luận văn tìm giải pháp phân tích động lực học khung phẳng, tương tác chúng dựa vào phương pháp FEM-BEM kết hợp Hình thành sở lý thuyết, phát triển thuật tốn, xây dựng chương trình phân tích, đánh giá cơng trình xây dựng VLFS chịu tải trọng gió Thơng qua tốn so sánh với phần mềm SAP2000, kết cho thấy mơ hình phân tích đề nghị luận văn phản ánh làm việc khung đặt kết cấu chịu tải trọng gió Mơ hình đảm bảo độ tin cậy xu hướng hợp lý Ảnh hưởng độ sâu nước đến ứng xử khung khơng đáng kể Tấm có chiều dày bé 1m gây ảnh hưởng lớn đến ứng xử khung, giải pháp dày hiệu việc lựa chọn loại kết cấu Chiều dài lớn gây ảnh hưởng đến ứng xử kết cấu bên tấm, cần lưu ý việc lựa chọn kích thước cho phù hợp với loại cơng trình mong muốn Chương 65 Đối với cơng trình xây dựng VLFS, tương quan quy mơ cơng trình kích thước điểm đáng lưu ý N goài cần lựa chọn hệ kết cấu có độ cứng hợp lý, nằm ngồi dãy tần số nguy hiểm tải trọng gió, tránh xuất cộng hưởng lên kết cấu gây phá hoại cho kết cấu 4.2 Kiến nghị N goài số kết đạt trình bày trên, cịn số vấn đề chưa tìm hiểu cần nghiên cứu thêm tương lai, bao gồm: Phân tích ứng xử khung VLFS chịu tải kết hợp đồng thời tải trọng sóng tải trọng gió Mở rộng phân tích ứng xử khung khơng gian VLFS chịu tải trọng sóng gió Tài liệu tham khảo 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] N guyễn Quốc Hòa (1996) N ghiên cứu tương tác động lực học sóng biển cơng trình biển nổi, Luận văn thạc sỹ [2] Hồ Hồng Sao, N guyễn Văn Dũng (2011) N ghiên cứu mơ hình vật lý hiệu giảm sóng đê chắn sóng hình hộp, cho khu tránh trú bão tàu thuyền, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy Lợi Môi Trường [3] N guyễn Văn Chình (2013) Phân tích động lực học cơng trình biển cố định san hơ chịu tác dụng tải trọng sóng gió, Luận án Tiến sỹ [4] N guyễn Quốc Hòa (2013) N ghiên cứu ảnh hưởng độ sâu nước đến mômen uốn dọc lực cắt sóng kho chứa nổi, Tạp chí Khoa học cơng nghệ Xây dựng ISSN 1859-2996 [5] Phạm Hiền Hậu, Phạm Hồng Đức (2016) N ghiên cứu dự báo đánh giá ảnh hưởng khoảng tĩnh khơng cơng trình biển có kể đến hiệu ứng phi tuyến bậc hai tải trọng sóng, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi Môi trường / ISSN : 1859-3941 [6] N guyễn Phượng Kiều (2018) Phương pháp kết hợp phần tử biên phần tử hữu hạn phân tích trực hướng chịu tải trọng di động, Luận văn thạc sỹ [7] N guyễn Xuân Vũ, Lương Văn Hải, N guyễn Công Huân, “Dynamic analysis of very large floating structures (VLFS) subjected to both sea waves and moving loads using moving element method”, N gười Xây Dựng, 11&122016: 61-67 [8] Bishop, R E D and Price, W G (1979) Hydroelasticity of Ships Cambridge, UK, Cambridge University Press [9] Price, W G and Wu, Y (1985) Hydroelasticity of Marine Structures Theorectical and Applied Mechanics F I N iordson and N Olhoff, Elsevier Science Publisher: 311-337 Tài liệu tham khảo [10] 67 Ertekin, R C., Riggs, H R., Che, X L and Du, S X (1993) Efficient methods for hydroelastic analysis of very large floating structures Journal of Ship Research 37(1): 58–76 [11] Suzuki, H and Yoshida, K (1996) Design flow and strategy for safety of very large floating structures Proceedings of International Workshop on Very Large Floating Structures, Hayama, Japan, pp.21–27 [12] Suzuki, H (2005) Overview of megafloat: Concept, design criteria, analysis, and design Marine Structures 18(2): 111-132 [13] Yago, K and Endo, H (1996) On the hydroelastic response of boxshaped floating structure with shallow draft Journal of the Society of N aval Architects of Japan 180: 341-352 [14] Utsunomiya, T., Watanabe, E and Eatock Taylor, R (1998) Wave response analysis of a box-like VLFS close to a breakwater Proceedings of the 17th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, Lisbon, Portugal, pp.1-8 [15] Ohmatsu, S (1998) N umerical calculation of hydroelastic behavior of pontoon type VLFS in waves Proceedings of 17th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, Lisbon, Portugal, pp.5-9 [16] Ohmatsu, S (1999) N umerical calculation method of hydroelastic response of a pontoon-type VLFS close to a breakwater Proceedings of Third International Workshop on Very Large Floating Structures, Honolulu, Hawaii, USA, pp.805-811 [17] Meylan, M H and Squire, V A (1996) Response of a circular ice floe to ocean waves Journal of Geophysical Research 101(C4): 8869-8884 [18] Meylan, M H (1997) The forced vibration of a thin plate floating on an infinite liquid Journal of Sound and Vibration 205(5): 581-591 [19] Meylan, M H (2001) A variational equation for the wave forcing of floating thin plates Applied Ocean Research 23(4): 195-206 Tài liệu tham khảo [20] 68 Kashiwagi, M (2000) Research on hydroelastic responses of VLFS: Recent progress and future work International Journal of Offshore and Polar Engineering 10(2): 81–90 [21] Watanabe, E., Utsunomiya, T and Wang, C M (2004a) Hydroelastic analysis of pontoon-type VLFS: A literature survey Engineering Structures 26(2): 245–256 [22] Watanabe, E., Wang, C M., Utsunomiya, T and Moan, T (2004b) Very large floating structures: Applications, analysis and design CORE Report N ational University of Singapore, Singapore [23] Chen, X J., Moan, T., Fu, S X and Cui, W C (2006) Second-order hydroelastic analysis of a floating plate in multidirectional irregular waves International Journal of N on-Linear Mechanics 41(10): 1206-1218 [24] Hermans, A J (2000) A boundary element method for the interaction of freesurface waves with a very large floating flexible platform Journal of Fluids and Structures 14(7): 943-956 [25] Watanabe, E., Utsunomiya, T and Kubota, A (2000) Analysis of wave-drift damping of a VLFS with shallow draft Marine Structures 13(2000): 383-397 [26] Wang, C M., Xiang, Y., Utsunomiya, T and Watanabe, E (2001) Evaluation of modal stress resultants in freely vibrating plates International Journal of Solids and Structures 38(36–37): 6525–6558 [27] Endo H, Yago K (1999) Time-history response of a large floating structure subjected to a dynamic load (in Japanese) Journal of the Society of N aval Architect of Japan 186:369–376 [28] Sim, I.H, Yoon, J.D, Choi, H.S (1999) An analysis of the hydroelastic response of large floating structures in oblique waves Journal of the Society of N aval Architects of Korea 36, 83–92 [29] Choi, Y.R Hong, S.Y (2002) An analysis of hydrodynamic interaction of floating multi-body using higher-order boundary element method In: Proceedings of the 12th International Offshore and Polar Engineering Conference, pp 303–308 Tài liệu tham khảo [30] 69 Ohmatsu, S (1998) N umerical calculation of hydroelastic behavior of VLFS in time domain, Hydroelasticity in Marine Technology, 89-97 [31] Endo, H (2000) The behavior of a VLFS and airplane during take-off/landing run in wave conditions, Marine struc-ture, 13, 477-491 [32] N M N ewmark (1959) A method of computation for structural dynamics Journal of the Engineering Mechanics, 85:67-94 [33] Wang, C.D, Meylan, M.H (2004) A higher order coupled boundary element and finite element method for the wave forcing of a floating elastic plate [34] Lee, D H and Choi, H S (2003) Transient hydroelastic response of very large floating structures by FE-BE hybrid method, Proceeding of Thirteenth International Offshore and Polar Engineering Conference, Hawaii, May 2530, ISOPE, 100-105 [35] Kashiwagi, M (2004) Transient responses of a VLFS during landing and takeoff of an airplane, Journal Material Science and Technology, 9, 14-23 [36] Qiu, L and Liu, H (2007) Three-dimensional time-domain analysis of very large floating structures subjected un-steady external loading, Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering, 129 (2), 21- 28 [37] Qiu, L (2009) Modeling and simulation of transient responses of a flexible beam floating in finite depth water under moving loads, Applied Mathematical Modeling, 33, 1620-1632 [38] Wang, C.M, Tay, Z.Y (2011) Very Large Floating Structures: Applications, Research and Development [39] Kashiwagi, M (2000) A time-domain mode-expansion method for calculating transient elastic responses of a pontoon-type J Mar Sci Technol 5, 89–100 [40] Kim, J.W and Ertekin, R.C (1998) An eigenfunction-expansion method for predicting hydroelastic behavior of a shallow-draft VLFS Proc 2nd Int Conf On Hydroelasticity in Marine Technology (Hydroelasticity '98), December, Kyushu, pp 47-59 Tài liệu tham khảo [41] 70 Kashiwagi, M (1998) A B-spline Galerkin scheme for calculating the hydroelastic response of a very large floating structure in waves J Mar Sci Technol; 3, pp 37–49 [42] Ismail, R E S (2016) Time-Domain Three Dimensional BE-FE Method for Transient Response of Floating Structures Under Unsteady Loads Lat Am j solids struct, vol.13, n.7, pp.1340-1359 [43] Cheng, Y., Zhai, GJ and Ou, JP., (2014) Direct time domain numerical analysis of transient behavior of a VLFS during unsteady external loads in waves condition, Abstract and Applied Analysis, 1-17 [44] Brebbia, C.A and Dominguez, J., (1989) Boundary Elements, Computational Mechanics Publications, Southampton [45] Hamamoto, T and Fujita, K., (1995) Three Dimensional BEM-FEM Coupled Analysis of Module-Linked Large Floating Structures, Proc of 5th ISOPE Vol 3,392-399 [46] Wang, C.M and Tay, Z.Y., (2010) Hydroelastic Analysis and Response of Pontoon-Type Very Large Floating Struc-tures, Fluid Structure Interaction II: Modeling, Simulation, Optimization, Volume 73 de Lecture N otes in computa-tional Science and Engineering, Springer Science & Business Media, N um pages 432,chapter, 103-130 [47] Kashiwagi M., (1999) A time-domain green function method fortransient problems of a pontoon-type VLFS Proceedings of the 3rd International Workshop on Very Large Floating Structures, Honolulu, vol 1, pp 97–104 [48] Bletzinger K U, (1980) Theory of Plates Part III Finite elements for Plates in Bending International Journal For N umerical Methods In Engineering, vol 15, pp 1771-1812 [49] Taheri M R, Ting E C, (1990) Dynamic response of plate to moving loads: finite element method Computers and Structures, 34(3):509-521 [50] E Reissner, The effect of tranverse shear deformation on the Bending of Elastic Plates, Journal of Applied Mechanics ASCE 1945; 12: 69-77 Tài liệu tham khảo [51] 71 R D Mindin, Influence of Rotatory inertia and shear on flexural motion of isotropic Elastic plates, Journal of the Engineering Mechanics Trans 1951; 73:31-38 [52] Đỗ Kiến Quốc, Lương Văn Hải, (2010) Động lực học kết cấu, N XB ĐHQG Tp.HCM [53] Đỗ Kiến Quốc, N guyễn Trọng Phước, (2010) Các phương pháp số động lực học kết cấu, N XB ĐHQG Tp.HCM [54] http://physik.uni-graz.at/~atr/research.html [55] Hansen, Kurt S and Courtney, www.winddata.com, 01/03/1999 in N ice, France [56] https://wikiwaves.org/files/6/6f/Kamigoto2.jpg [57] https://en.wikipedia.org/wiki/Floating_Bridge,_Dubai [58] http://twistedsifter.com/2013/02/float-at-marina-bay-singapore-worldslargest-floating-stage/ [59] http://vneconomy.vn/the-gioi/10-san-bay-dat-tien-nhat-the-gioi20131203123745154.htm [60] http://bnews.vn/ha-noi-sap-xay-dung-nha-hat-hoa-sen-hien-dai-nhat-thudo/50713.html [61] https://www.youtube.com/watch?v=AvBIvcDRoqU [62] https://baotainguyenmoitruong.vn/kinh-te/khanh-hoa-ha-thuy-nha-hang-noidau-tien-trong-nam-2018-1248080.html [63] http://vi.rfi.fr/xa-hoi/20150520-%C2%AB-thanh-pho-noi-%C2%BB-haimuoi-ngan-dam-tren-bien [64] http://khoahoc.tv/nha-may-nang-luong-mat-troi-noi-lon-nhat-the-gioi-57856 Phụ lục 72 PHỤ LỤC Phụ lục - Một số đoạn mã lập trình Matlab Chương trình Mainprogram.m % Chuong trinh chinh %% -echo on global K h lamda Ls D bs global omega k0 m % Data of structure -% Vat lieu cua Plate E=11.9e6 ; % don vi: KN/m2 nuy=0.13; % he so poison m=0.25; % ratio of mass density of water % ti so can sican=0.06; % Kich thuoc va thong so hinh hoc cua Plate Ls= Lsx ; % m % m khao sat 0.5 5m hs= 2; bs= 50 ; % m B/Ls: 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 ds= hs/2; % m D=E*hs^3/(12*(1-nuy^2)); % T.m3/s2 nmode=35; %% Data of water wave omega=2*pi/T; g=10; % m/s^2 K=omega^2/g; h = 6.5 ; % khao sat 6.5 50 100 200 260m fun=@(x) x.*tanh(x.*h)-K; % Matlab 2015b xi=fsolve(fun,K); k0=xi; % Note: Warning lamda=2*pi/k0; % 0.2 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 lam=lamda/Ls; r=1; % T/m2 % Incident wave Aw=0; % 10 20 mm Phi0=1i*g*Aw/omega; theta=0*pi/180; % degree 15 30 45 60 75 90 %% Mesh dx=0.5; ny=10 ; %Tu hoc vien dieu chinh so luoi nx=Ls/dx; dy=bs/ny; [vectorX,vectorY,vectorZ,Xpanel,Ypanel,Zpanel,kconecpanel,X,Y,Z,XM,YM,ZM, N]=Meshpanel(nx,ny,Ls,bs); [vcor,kconec]=updatemeshplate9(kconecpanel,X,Y); Centerline=[0:Ls/nx:Ls]; ix=[]; for i=1:size(Centerline,2) ix=[ix find(Xpanel==Centerline(i))]; end Node_Centerline= find(Ypanel(ix)==bs/2); %% Matrix of Structure VLFS display('Matrix of Structure VLFS'); Datathickplate Phụ lục 73 [Ks,Kw,M,~,~,PHI,PHIw,EIGV,ndlt,kcond]=Thickplate(nomtype,vcor,kconec,[], ktypel,vprelg,kprop,nmode,sican); Ksw=(Ks+Kw); % Plate stiffness matrix Ms=M; % Plate mass matrix %% Natural frequency f_Natural=diag(sqrt(EIGV)/(2*pi)); omega_Natural=diag(sqrt(EIGV)); %% Frame rests on floating plate Khungmientanso %% Matrix L display('Matrix L,Incident wave'); [L1,L2]=MatrixL(vcor(:,1),vcor(:,2),kconec,N); %% Compute H and G matrices and form system (AV=F) display('Compute H and G matrices'); [~,G1,G2]= GHMATPC(X,Y,Z,kconecpanel); G=-1/(2*pi)*G1+G2; %% Incident wave Phiic=Phi0*exp(-1i*k0*(cos(theta)*XM+sin(theta)*YM)); %% Solve system of equations display('Solve system and print result'); ndltFrame=Fndlt; for i=1:length(node) ndltFrame=ndltFrame-3; end L1=kron(L1,[1; 0; 0]); L1=[L1;zeros(ndltFrame,N)]; L1=L1'; L2=kron(L2,[1;0;0]); L2=[L2;zeros(ndltFrame,N)]; display('Assembly plate matrix to global matrix') Kglobal=sparse(ndlt+ndltFrame,ndlt+ndltFrame); Kglobal(1:ndlt,1:ndlt)=Kglobal(1:ndlt,1:ndlt)+Ksw; Mglobal=sparse(ndlt+ndltFrame,ndlt+ndltFrame); Mglobal(1:ndlt,1:ndlt)=Mglobal(1:ndlt,1:ndlt)+Ms; Fglobal=zeros(ndlt+ndltFrame,1); kcond=[kcond,zeros(1,ndltFrame)]; display('Assembly frame matrix to global matrix') Nodegeneral=[]; for i=1:length(node) Nodegeneral=[Nodegeneral;find(vcor(:,1)==SAPcor(node(i),1)& vcor(:,2)==SAPcor(node(i),2))]; end %% -kloceframe=[]; klocelocal=[]; for inode=1:size(Fvcor,1) if node(node==inode) > kloceframe=[kloceframe,3*Nodegeneral((node==inode))-[2 1]]; else kloceframe=[kloceframe,ndlt+(inode-1length(node))*Fndln+[1:Fndln]]; end if node(node==inode) > klocelocal=[klocelocal,node(node==inode)*3-[1 0]]; else klocelocal=[klocelocal,(inode-1)*Fndln+[1:Fndln]]; end end %% Phụ lục 74 Kglobal(kloceframe,kloceframe)=Kglobal(kloceframe,kloceframe)+Fvkg(klocel ocal,klocelocal); Mglobal(kloceframe,kloceframe)=Mglobal(kloceframe,kloceframe)+Fvmg(klocel ocal,klocelocal); Fglobal(kloceframe)=Fglobal(kloceframe)+Fvfcg(klocelocal); %% Fwind=1i*omega*G*L1*((Kglobal-omega^2*Mglobal)\(Fglobal)); Poi=(K*G-1/2*eye(N)-r*omega^2*(G*(L1)*((Kglobalomega^2*Mglobal)\(L2))))\(0.5*Phiic+Fwind); Sol=((Kglobal-omega^2*Mglobal)\(-1i*r*omega*L2*Poi+Fglobal)); Dispnode_wave=Sol(1:ndlt); W_wave=Dispnode_wave(1:3:end); Dispnode_frame=zeros(Fndlt,1); %% -kloceframe=[]; klocelocal=[]; for inode=1:size(Fvcor,1) if node(node==inode) > kloceframe=[kloceframe,3*Nodegeneral((node==inode))-[2 1]]; else kloceframe=[kloceframe,ndlt+(inode-1length(node))*Fndln+[1:Fndln]]; end if node(node==inode) > klocelocal=[klocelocal,node(node==inode)*3-[1 0]]; else klocelocal=[klocelocal,(inode-1)*Fndln+[1:Fndln]]; end end Dispnode_frame(klocelocal)=Sol(kloceframe); display(' Finish ') %% Stress Plate Resultants [Mxx,Myy,Mxy,Qx,Qy]=Stressthickplate(nomtype,vcor,kconec,ktypel,vprelg,kp rop,Dispnode_wave); %% Frame Resultants dispframe=real(Dispnode_frame); %% Plot frame plotsol_mail(Fvcor,Fkconec,real(Dispnode_frame),[1 1e0]); title('Chuyen vi cua khung (m)'); xlabel('Be rong khung (m)');ylabel('Chieu cao tang (m)');%zlabel('|w/Aw|'); %% Plot plate figure surf(Xpanel,Ypanel,real(reshape(W_wave(1:size(vectorX,1),1),ny+1,nx+1))); title('Chuyen vi cua Tam VLFS'); xlabel('Chieu dai VLFS (m)');ylabel('Chieu rong VLFS (m)');zlabel('|w/Aw|'); Chương trình DATA.m %% - Reading of the coordinatesx y SAPcor=[FrX1 FrY FrZ1; %diem FrX2 FrY FrZ1; %diem FrX1 FrY FrZ2; %diem FrX2 FrY FrZ2; %diem FrX1 FrY FrZ3; %diem FrX2 FrY FrZ3]; %diem SAPconecframe=[1 3; 4; 4; 5; 6; 6]; %Khai bao frame SAPconeclink=[]; %% Phụ lục 75 Fvcor=[SAPcor(:,1),SAPcor(:,3),SAPcor(:,2)]; Fkconecframe=SAPconecframe; % Warning Fkconeclink=SAPconeclink; % Warning Fkconec=[Fkconecframe;Fkconeclink]; Fndln=3; % bac tu tren nut %% TINH TOAN THONG SO CHUNG MO HINH Fnnt=size(Fvcor,1); % tong so nut Fnnel=size(Fkconec,2);% so nut tren phan tu Fnelt=size(Fkconec,1);% tong so phan tu Fndlt=Fndln*Fnnt;%tong so bac tu % LUC TAP TRUNG TAI NUT Fvfcg=zeros(Fndlt,1); JOINTFOCRE=[3 Fgio Fgio Fgio/2 Fgio/2]; for i=1:size(JOINTFOCRE,1) Fvfcg((Fndln*JOINTFOCRE(i,1)-2))=JOINTFOCRE(i,2); end %% Vat lieu Fvprelg=[0 30000000 0.3 0.3 0.09 0.001141 0.000675 0.000675 0.075 0.075 0.0045 0.0045 0.00675 0.00675 0.086603 0.086603 30000000 0.5 0.3 0.15 0.002817 0.003125 0.001125 0.125 0.125 0.0125 0.0075 0.01875 0.01125 0.144338 0.086603]; NSAP=length(Fvprelg); FDAMP=0; Fkprop=[1 1 1]; %chon vat lieu cho frame Fkproplink=ones(1,size(Fkconeclink,1)); Fnomtype=['dam2d ';'can ']; Fktypel=ones(1,size(Fkconecframe,1)); Fktypellink=2*ones(1,size(Fkconeclink,1)); %% DIEU KIEN BIEN CHUYEN VI Fkcond=zeros(1,Fndlt); node=[1 2]; %% Gan khoi luong tap trung FMnode=[3 6]; %Assign M vao nut Fmass=[75 75 75 75]; %kN DegreeContact=[1 2]; Chương trình khungmientanso.m global Fnnt Fnelt Fndlt Fndln Fnnel Fndle % parameters global Fntypel Fnprop Fnprel global Fvcor Fkconec Fktypel Fkconecframe Fkconeclink % mesh and allocation global Fvprelg Fvprel Fkprop FDAMP % properties global Fvsol Fvdle % solution % reading of the data DATA close all trace_mail(Fvcor,Fkconec) disp(' =======blin MODULE, finite element method version 1.0 ======= '); disp(' '); % TAO MA TRAN TONG THE Fvkg=zeros(Fndlt); % MA TRAN CUNG TONG THE Fvfg=zeros(Fndlt,1); % VECTO TAI TONG THE Fvfg=Fvfcg; % UPDATE VECTO TAI TAP TRUNG %% loop on the elements for ie=1:size(Fkconecframe,1) fprintf(' - élément ie=%5i\n',ie) Phụ lục 76 kloce=[]; for ii=1:Fnnel if Fkconecframe(ie,ii)> kloce=[kloce,(Fkconecframe(ie,ii)-1)*Fndln+[1:Fndln]];end end; Fvprel=Fvprelg(Fkprop(ie),:); [Fvke,Fvfe]=feval([deblank(Fnomtype(Fktypel(ie),:)),'_ke'],ie); Fvkg(kloce,kloce)=Fvkg(kloce,kloce)+Fvke; Fvfg(kloce)=Fvfg(kloce)+Fvfe; end %% MA TRAN KHOI LUONG TAP TRUNG Fvmg=zeros(size(Fvkg,2)); for i=1:size(FMnode,2) Fvmg(Fndln*i-2,Fndln*i-2)=Fmass(i); Fvmg(Fndln*i-1,Fndln*i-1)=Fmass(i); Fvmg(Fndln*i,Fndln*i)=0; end Chương trình taigio.m Datagio = 'DataWind.xlsx'; Ugio1 = xlsread(Datagio,'A2:A102'); Ugio=interp1([0:1:100],Ugio1,[0:0.1:100]); Agio = 25 ; % m2 % Sampling frequency fs = length(Ugio)-1; Twind = 1/fs; % Sample time Lgio=length(Ugio); % Length of signal tgio = (0:Lgio-1)*Twind; % Time vector NFFT = 2^nextpow2(Lgio); % Next power of from length of y fgio = fs/2*linspace(0,0.01,NFFT/2+1); %% Luc gio tai level 5m, tai level 10m F[10]=F[5]/2 Qgio=0.5*1.5*0.0125*Agio*Ugio.^2; Qgio=Qgio-mean(Qgio); Ygio = fft(Qgio,NFFT)/Lgio; % figure % plot(tgio,Ugio) % title('Van toc gio theo thoi gian (m/s)') % xlabel('Thoi gian (s)') F_gio=2*abs(Ygio(1:NFFT/2+1)); Pgio=[fgio([3 10 13 17 23 32 37 45 52]);F_gio([3 10 13 17 23 32 37 45 52])]'; %% plot(fgio,F_gio) title('Luc gio theo tan so'); xlabel('Frequency (Hz)'); ylabel('Fwind (kN)'); xlim([0 0.5]) %% plot(tgio1,Qgio) title('Luc gio dong theo thoi gian (kN)'); xlabel('Thoi gian (s)'); ylabel('Fwind(t) (kN)'); %% Ugio2=Ugio-mean(Ugio); tgio1=(0:Lgio-1)*0.1; plot(tgio1,Ugio2);title('Thanh phan u(t) dao dong quanh gia tri U0 (m/s)'); xlabel('Thoi gian (s)'); ylabel('u(t) (m/s)'); %% save save('phogio.mat'); Lý lịch trích ngang 77 LÝ LNCH TRÍCH GA G Họ tên: TRẦ QUỐC TUẤ N gày, tháng, năm sinh: 20/06/1992 N sinh: Tp HCM Địa liên lạc: 3, Phạm Hữu Lầu, P Phú Mỹ, Quận 7, Tp HCM ĐTDĐ: 0931.783.288 – 0167.310.1915 Email: tqtuanxd@gmail.com QUÁ TRÌ H ĐÀO TẠO 2010 – 2015: học đại học Đại học Bách Khoa Tp HCM 2016 – 2018: học cao học Đại học Bách Khoa Tp HCM ... thể Phân tích chuyển vị khung u Kết thúc Thành lập Ma trận H, G Chương 35 CHƯƠ G KẾT QUẢ PHÂ TÍCH SỐ Với mục tiêu luận văn nhằm phân tích ửng xử động lực học khung phẳng kết cấu chịu tải trọng gió. .. pháp phần tử hữu hạn (FEM) sử dụng để phân tích ứng xử với khung kết cấu chịu tải trọng gió Hình 1.1 thể cấu trúc kết cấu điển hình, bao gồm: kết cấu kết cấu thượng tầng (đối tượng nghiên cứu... yếu tố Mặt biển nơi thường xuyên xuất trận gió bão, cần thiết phải phân tích ứng xử kết cấu xây dựng kết cấu chịu tải trọng gió Phân tích động lực học cơng trình VLFS giúp xác định kích thước