Mô phỏng ứng xử động phi tuyến khung thép phẳng nửa cứng dạng cổng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KEANG MAP MÔ PHỎNG ỨNG XỬ ĐỘNG PHI TUYẾN CỦA KHUNG THÉP PHẲNG NỬA CỨNG DẠNG CỔNG Chun ngành : XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Mã số ngành : 60 58 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 08 NĂM 2012 Cơng trình đƣợc hồn thành tại: Trƣờng Đại học Bách Khoa – ĐHQG – HCM Cán hƣớng dẫn khoa học: TS NGÔ HỮU CƢỜNG Cán chấm nhận xét 1: TS ĐỖ ĐẠI THẮNG Cán chấm nhận xét 2: TS NGUYỄN HỒNG ÂN Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 28 tháng 09 năm 2012 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS TS NGUYỄN VĂN YÊN Chủ tịch TS NGÔ HỮU CƢỜNG Ủy viên TS ĐỖ ĐẠI THẮNG Ủy viên TS NGUYỄN HỒNG ÂN Ủy viên TS LÊ VĂN PHƢỚC NHÂN Thƣ ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trƣởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn đƣợc sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS TS NGUYỄN VĂN YÊN TRƢỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : KEANG MAP MSHV : 10219003 Ngày, tháng, năm sinh : 24/04/1981 Nơi sinh : Campuchia Chun ngành : Xây dựng Cơng trình DD & CN Mã số : 60 58 20 1- TÊN ĐỀ TÀI: MÔ PHỎNG ỨNG XỬ ĐỘNG PHI TUYẾN CỦA KHUNG THÉP PHẲNG NỬA CỨNG DẠNG CỔNG 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Nghiên cứu mơ hình liên kết nửa cứng dùng phân tích kết cấu thép - Nghiên cứu cách mô độ cứng liên kết phần tử lò xo xoay phi tuyến COMBIN39 phần mềm phân tích phần tử hữu hạn ANSYS cho liên kết dầm-cột thép - Mô kết cấu khung thép phần mềm ANSYS có xét đến độ cứng liên kết dầm-cột nhƣ mềm, nửa cứng tuyến tính, nửa cứng phi tuyến sử dụng thuật toán NewtonRaphson Newmark để phân tích khung thép nửa cứng chịu tải trọng tĩnh động - So sánh kết phân tích đạt đƣợc với kết có sẵn để kiểm chứng độ xác phƣơng pháp mơ mơ hình phát triển - Khảo sát, so sánh ứng xử tĩnh động hệ kết cấu thông qua hệ số khuyếch đại động AF cho khung thép Vogel tầng nhịp 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06/02/2012 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/06/2012 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN : TS NGƠ HỮU CƢỜNG Tp Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 06 năm 2012 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) BAN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) TS NGÔ HỮU CƯỜNG TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Để hồn thành chƣơng trình cao học viết luận văn thạc sĩ này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới quý thầy cô truyền đạt kiến thức quý báu cho em suốt trình học tập hồn thành luận văn thạc sĩ Trƣớc hết em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến TS NGƠ HỮU CƢỜNG, Phó chủ nhiệm Bộ mơn Cơng trình, Khoa kỹ thuật xây dựng, Trƣờng Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, ngƣời dành nhiều thời gian để trực tiếp báo, hƣớng dẫn tận tình truyền đạt kiến thức lời khuyền có ích cho em suốt q trình nghiên cứu thực luận văn Xin cảm ơn quý thầy cô Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng tận tâm truyền đạt kiến thức bổ ích suốt năm học tập trƣờng Lời cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè hỗ trợ tinh thần nhƣ vật chất, động viên thời gian qua để hoàn thành luận văn Mặc dù em có nhiều cố gắng hồn thiện luận văn tất nhiệt tình lực mình, nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đƣợc đóng góp q báu thơng cảm q thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn! i MỤC LỤC MỤC LỤC .1 DANH MỤC HÌNH VẼ iii DANH MỤC BẢNG BIỂU vi TÓM TẮT .1 ABSTRACT .2 Chƣơng I GIỚI THIỆU .3 I.1 TỔNG QUAN .3 I.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU I.2.1 Tình hình nghiên cứu giới I.2.2 Các nghiên cứu Việt Nam I.3 Chƣơng II MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG LIÊN KẾT DẦMCỘT 10 II.1 GIỚI THIỆU .10 II.2 PHÂN LOẠI LIÊN KẾT THEO EUROCODE3 [20] 11 II.2.1 Phân loại theo độ cứng 11 II.2.2 Phân loại theo độ bền 13 II.3 CÁC LOẠI LIÊN KẾT NỬA CỨNG 14 II.4 CÁC MƠ HÌNH LIÊN KẾT NỬA CỨNG .15 II.4.1 Mô hình tốn học 16 II.4.2 Mơ hình số 25 II.4.3 Mơ hình thí nghiệm .25 II.5 MƠ HÌNH LIÊN KẾT DƢỚI CHỊU TẢI TUẦN HOÀN [24] 25 II.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG II 28 Chƣơng III MƠ HÌNH PHÂN TÍCH 29 III.1 MƠ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN .29 III.2 MƠ HÌNH LIÊN KẾT DẦMCỘT TRONG ANSYS 12.1 .32 III.2.1 Mơ hình liên kết 32 ii III.2.2 Phần tử lò xo xoay COMBIN39 32 III.3 NHỮNG GIẢ ĐỊNH ĐỂ ĐƠN GIẢN HÓA 35 III.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG III 36 Chƣơng IV VÍ DỤ KIỂM CHỨNG .37 IV.1 PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG 37 IV.1.1 Phân tích đối chứng: Khung thép tầng Silva 37 IV.1.2 Khung nhịp tầng Vogel .41 IV.1.3 Khung 10 tầng Kameshki [7] 45 IV.2 PHÂN TÍCH TĨNH VÀ ĐỘNG 50 IV.2.1 Mơ hình dầm hai đầu liên kết lò xo xoay 50 IV.2.2 Khung nhịp tầng Vogel .54 Chƣơng V SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ TĨNH VÀ ĐỘNG .67 V.1 PHÂN TÍCH TĨNH .67 V.2 PHÂN TÍCH ĐỘNG 68 V.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG V 81 Chƣơng VI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 VI.1 TÓM TẮT 82 VI.2 KẾT LUẬN 82 VI.3 KIẾN NGHỊ 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 PHỤ LỤC .88 iii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình vẽ Tiêu đề Trang Hình I–1.Mơ hình ứng xử vòng trễ liên kết nửa cứng phi tuyến Hình II–1 Phân loại liên kết theo độ cứng 11 Hình II–2 Phân loại liên kêt theo độ bền 13 Hình II–3 Liên kết nút bền nút bán bền .14 Hình II–4 Đƣờng cong moment-góc xoay liên kết nửa cứng 15 Hình II–5 Các mơ hình tuyến tính M- 17 Hình II–6 Mơ hình liên kết ba thơng số Kishi-Chen (1987) 19 Hình II–7 Đƣờng cong mơmen góc xoay, Chen-Lui (1988) 22 Hình II–8 Quan hệ độ cứng - góc xoay liên kết, Lui - Chen (1988) .23 Hình II–9 Mơ hình liên kết bốn thơng số Richard-Abbott (1975) 24 Hình II–10 Mơ hình ứng xử tăng bền độc lập Kishi-Chen liên kết 26 Hình III–1 Phần tử hữu hạn Beam23 ANSYS .29 Hình III–2 Hàm trọng số tiết diện tổng quát BEAM23 30 Hình III–3 Phần tử MASS21 31 Hình III–4 Mơ hình liên kết dầm-cột 32 Hình III–5 Đƣờng quan hệ mơ men-góc xoay đa tuyến 33 Hình III–6 Đặc trƣng hình học phần tử lị xo COMBIN39 33 Hình IV–1 Các khung phẳng thép tầng Silva [12] 38 Hình IV–2 Mode dao động khung I 40 Hình IV–3 Mode dao động khung II 40 Hình IV–4 Mode dao động khung III 40 Hình IV–5 Mode dao động khung IV 40 Hình IV–6 Khung nhịp tầng Vogel [29] 41 Hình IV–7 Quan hệ tần số - độ cứng liên kết khung Vogel 43 Hình IV–8 Mode dao động ứng với tần số tự nhiên thứ 44 Hình IV–9 Mode dao động ứng với tần số tự nhiên thứ hai 44 Hình IV–10 Mode dao động ứng với tần số tự nhiên thứ ba 45 Hình IV–11 Mơ hình khung đề xuất Kameshki [7] 46 Hình IV–12 Quan hệ tần số thứ với độ cứng liên kết mơ hình 47 iv Hình IV–13 Mode dao động ứng với tần số tự nhiên thứ .48 Hình IV–14 Mode dao động ứng với tần số tự nhiên thứ hai 48 Hình IV–15 Mode dao động ứng với tần số tự nhiên thứ ba 49 Hình IV–16 Sơ đồ kết cấu dầm .51 Hình IV–17 Tải trọng động tác dụng lên dầm 51 Hình IV–18 Biểu đồ quan hệ tải chuyển vị điểm dầm 51 Hình IV–19 Các mode dao động dầm hai đầu liên kết lị xo 52 Hình IV–20 Chuyển vị điểm dầm hai đầu liên kết lị xo .52 Hình IV–21 Biểu đồ so sánh khác biệt quan hệ lực tĩnh chuyến vị có xét khơng xét ứng xử phi tuyến hình học 53 Hình IV–22 Biểu đồ so sánh khác biệt quan hệ lực động chuyển vị có xét khơng xét ứng xử phi tuyến hình học 53 Hình IV–23 Sơ đồ liệu khung Vogel tầng (bài tốn tĩnh) 54 Hình IV–24 Quan hệ mơmen-góc xoay loại liên kết nửa cứng 56 Hình IV–25 Phân tích đàn hồi với loại liên kết khác .56 Hình IV–26 Sự khác biệt biểu đồ quan hệ hệ số tải – chuyển vị có xét khơng xét đến ứng xử phi tuyến hình học – tải trọng tác dụng tĩnh 57 Hình IV–27 Sơ đồ khung nửa cứng Vogel nhịp tầng (bài tốn động) 58 Hình IV–28 Lƣu đồ q trình mơ tính tốn mơ hình khung thép .59 Hình IV–29 Sơ đồ khung nửa cứng Vogel đƣợc mô ANSYS 12.1 60 Hình IV–30 Chuyển vị đỉnh  theo thời gian, ω = 1.00 rad/s 61 Hình IV–31 Chuyển vị đỉnh theo thời gian, ω = 1.66 rad/s 62 Hình IV–32 Chuyển vị đỉnh  theo thời gian, ω = 2.41 rad/s 62 Hình IV–33 Chuyển vị đỉnh  theo thời gian, ω = 3.3 rad/s 63 Hình IV–34 Chuyển vị đỉnh theo thời gian, dƣới tải trọng động tập trung 63 Hình IV–35 Quan hệ mơmen–góc xoay liên kết dầm–cột kiểu mặt bích 65 Hình IV–36 Quan hệ độ cứng–góc xoay liên kết dầm–cột kiểu mặt bích 65 Hình IV–37 Chuyển vị đỉnh  theo thời gian với mơ hình liên kết 66 Hình IV–38 Quan hệ mơmen – góc xoay liên kết J theo thời gian 66 Hình V–1 Khung Vogel nhịp tầng – Bài toán tĩnh 67 Hình V–2 Khung Vogel nhịp tầng – Bài toán động 69 v Hình V–3 Hệ số khuếch đại chuyển vị ngang đỉnh A, ω = 1.00 rad/s .70 Hình V–4 Hệ số khuếch đại chuyển vị ngang đỉnh A, ω = 1.66 rad/s .70 Hình V–5 Hệ số khuếch đại chuyển vị ngang đỉnh A, ω = 2.41 rad/s .71 Hình V–6 Hệ số khuếch đại chuyển vị ngang đỉnh A, ω = 3.30 rad/s .71 Hình V–7 Hệ số khuếch đại phản lực RxB, ω = 1.00 rad/s 72 Hình V–8 Hệ số khuếch đại phản lực RxB, ω = 1.66 rad/s 72 Hình V–9 Hệ số khuếch đại phản lực RxB, ω = 2.41 rad/s 73 Hình V–10 Hệ số khuếch đại phản lực RxB, ω = 3.30 rad/s 73 Hình V–11 Hệ số khuếch đại phản lực RyB, ω = 1.00 rad/s 74 Hình V–12 Hệ số khuếch đại phản lực RyB, ω = 1.66 rad/s 74 Hình V–13 Hệ số khuếch đại phản lực RyB, ω = 2.41 rad/s 75 Hình V–14 Hệ số khuếch đại phản lực RyB, ω = 3.30 rad/s 75 Hình V–15 Hệ số khuếch đại phản lực MB, ω = 1.00 rad/s .76 Hình V–16 Hệ số khuếch đại phản lực MB, ω = 1.66 rad/s .76 Hình V–17 Hệ số khuếch đại phản lực MB, ω = 2.41 rad/s .77 Hình V–18 Hệ số khuếch đại phản lực MB, ω = 3.30 rad/s .77 Hình V–19 Quan hệ hệ số khuếch đại chuyển vị UX tần số ω 79 Hình V–20 Quan hệ hệ số khuếch đại phản lực RxB tần số ω 79 Hình V–21 Quan hệ hệ số khuếch đại phản lực RyB tần số ω 80 Hình V–22 Quan hệ hệ số khuếch đại phản lực MB tần số ω .80 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Tiêu đề Trang Bảng II-1 Thông số liên kết nửa cứng theo mơ hình hàm mũ Chen-Lui (1988) .22 Bảng IV-1 Đặc trƣng vật lý khung phẳng thép tầng Silva [12] .38 Bảng IV-2 Đặc trƣng hình học khung I .38 Bảng IV-3 Đặc trƣng hình học khung II 38 Bảng IV-4 Đặc trƣng hình học khung III 39 Bảng IV-5 Đặc trƣng hình học khung IV 39 Bảng IV-6 So sánh giá trị tần số tự nhiên từ kết phân tích dao động .39 Bảng IV-7 Đặc trƣng vật lý khung nhịp tầng Vogel 42 Bảng IV-8 Đặc trƣng hình học khung nhịp tầng Vogel 42 Bảng IV-9 Tần số tự nhiên mơ hình Vogel 43 Bảng IV-10 Đặc trƣng vật lý mơ hình đề xuất Kameshki 45 Bảng IV-11 Đặc trƣng hình học mơ hình đề xuất Kameshki .45 Bảng IV-12 Tần số tự nhiên mơ hình đề xuất Kameshki 47 Bảng IV-13 Đặc trƣng vật lý hình học dầm hai đầu liên kết lò xo xoay 50 Bảng IV-14 Tần số thu đƣợc cho mơ hình dầm hai đầu ngàm .52 Bảng IV-15 Đặc trƣng vật lý mô hình khung Vogel nhịp tầng 54 Bảng IV-16 Đặc trƣng hình học mơ hình đề xuất Vogel 55 Bảng IV-17 Thông số liên kết theo mơ hình hàm mũ Chen-Lui (1986) .55 Bảng IV-18 Đặc trƣng hình học mơ hình đề xuất Vogel 58 Bảng V-1 Chuyển vị đỉnh theo phƣơng ngang phản lực chân cột 67 77 rad/s rad/s Hình V–17 Hệ số khuếch đại phản lực MB, ω = 2.41 rad/s rad/s Hình V–18 Hệ số khuếch đại phản lực MB, ω = 3.30 rad/s 78 Quan sát đồ thị Hình V4 Hình V5 cho thấy tƣợng cộng hƣởng không xảy khung thép Vogel có liên kết nửa cứng phi tuyến tiêu tán lƣợng kích thích liên quan đến ứng xử vòng trễ liên kết nửa cứng phi tuyến Đặc trƣng tƣợng cộng hƣởng biên độ chuyển vị tăng dần theo thời gian tần số lực kích thích tần số khung thép Với giá trị hệ số khuếch đại theo thời gian lớn chuyển vị ngang đỉnh A 2.76, ta thấy với khung thép có liên kết nửa cứng phi tuyến tải trọng động tác dụng có tần số thấp cho hệ số khuếch đại chuyển vị lớn Đối với trƣờng hợp khung có liên kết nửa cứng tuyến tính liên kết cứng, hệ số khuếch đại lớn lần lƣợt 16.55, 25.26 tần số tải trọng động tần số khung thép ứng với việc xảy tƣợng cộng hƣởng, nhƣ biểu diễn Hình V4 Hình V5 Điều khẳng định vai trò đặc biệt quan trọng việc giảm chấn vòng trễ liên kết nửa cứng phi tuyến khung thép chịu tải trọng động nguy hiểm Khảo sát tƣơng tự hệ số khuếch đại động theo thời gian phản lực RxB, RyB mơmen MB từ Hình V7 đến Hình V18 ta thấy nhƣ sau Đối với khung thép có liên kết nửa cứng phi tuyến hệ số khuếch đại phản lực RxB, RyB, MB lần lƣợt 1.64, 1.83, 1.92, cịn khung thép có liên kết nửa cứng tuyến tính hệ số khuếch đại theo thời gian lớn phản lực lần lƣợt RxB, RyB, MB 12.48, 16.92, 12.41 với liên kết cứng 18.97, 23.51, 17.69 Dựa vào kết thu đƣợc ta thấy hệ số khuếch đại theo thời gian lớn phản lực RxB, RyB, MB ứng với trƣờng hợp khung thép có liên kết nửa cứng tuyến tính liên kết cứng đƣợc khuếch đại lớn tƣợng cộng hƣởng xảy tần số tải kích thích tần số khung thép, điều cho thấy liên kết nửa cứng tuyến tính liên kết cứng khơng có khả tiêu tán lƣợng kích thích nhƣ liên kết nửa cứng phi tuyến Kế tiếp ta khảo sát thay đổi hệ số khuếch đại chuyển vị phản lực thay đổi theo tần số dao động tải trọng điều hòa tác dụng lên khung thép có liên kết nửa cứng phi tuyến, tuyến tính cứng đƣợc diễn tả Hình V19, Hình V20, Hình V21 Hình V22 phần sau Ngoài giá trị nêu, giá trị 79 tần số ω = 1.33, 2.035 2.855 rad/s lực động đƣợc khảo sát thêm để khảo sát chi tiết đƣờng quan hệ hệ số khuyếch đại AF tần số Hình V–19 Quan hệ hệ số khuếch đại chuyển vị UX tần số ω Hình V–20 Quan hệ hệ số khuếch đại phản lực RxB tần số ω 80 Hình V–21 Quan hệ hệ số khuếch đại phản lực RyB tần số ω Hình V–22 Quan hệ hệ số khuếch đại phản lực MB tần số ω Với khung thép có liên kết nửa cứng phi tuyến, chịu tác dụng tải trọng động có tần số thấp ω = 1.00 rad/s hệ số khuếch đại chuyển vị 81 phản lực RxB, RyB MB lớn giảm dần chịu tác động tải trọng động có tần số cao hơn, nhƣ thấy Hình V19 Hình V22 Cịn khung có liên kết nửa cứng tuyến liên kết cứng, hệ số khuếch đại chuyển vị phản lực RxB, RyB MB đƣợc khuếch đại lớn tần số tải kích thích tần số khung thép Theo kết cho thấy khung thép chịu tải trọng động với tần số kích thích lớn tần số khung thép biên độ phản ứng động khung có liên kết nửa cứng phi tuyến thấp so với biên độ phản ứng động khung thép có liên kết nửa cứng tuyến tính Các phân tích liên quan đến số yếu tố quan trọng tác động đến ứng xử khung thực tế nhƣ tác động phi tuyến hình học (tác động bậc hai), phi tuyến liên kết (lò xo xoay phi tuyến) ứng xử trễ liên kết dầm cột Tất nhiên ứng xử phức tạp nhƣ chƣa đƣợc đƣa vào tính tốn phân tích kết cấu truyền thống Ta thấy hiệu ứng phi tuyến hình học tải trọng tĩnh gây độ võng lớn cho kết cấu nên đƣợc kể vào phân tích; hiệu ứng phi tuyến hình học, ứng xử phi tuyến nhƣ ứng xử trễ liên kết nửa cứng nên đƣợc xem xét phân tích kết cấu khung thép dƣới tác dụng tải trọng động Việc xem xét tới ứng xử phi tuyến hình học, phi tuyến liên kết nhƣ ứng xử trễ mơ hình tính tốn kết cấu điều quan trọng tình phân tích Rõ ràng, lựa chọn liên kết để sử dụng hệ kết cấu dầm-cột đóng vai trị quan trọng việc thiết kế khung thép, đặc biệt khung thép chịu tải trọng động V.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG V Chƣơng tập trung nghiên cứu so sánh ứng xử tĩnh ứng xử động khung thép với ứng xử liên kết dầmcột (nửa cứng phi tuyến, nửa cứng tuyến tính cứng) thơng qua hệ số khuếch đại động AF Theo kết thu đƣợc cho thấy ứng xử trễ liên kết nửa cứng phi tuyến khung thép có tác động tích cực việc tiêu tán lƣợng tải động đảm bảo an toàn cho hệ kết cấu khung thép chiu tải trọng động nguy hiểm cần đƣợc đánh giá lại để áp dụng tiêu chuẩn thiết kết cấu thép 82 Chƣơng VI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ VI.1 TÓM TẮT Luận văn trình bày việc đánh giá ứng xử động khung thép có liên kết nửa cứng Tác giả tìm hiểu mơ hình liên kết nửa cứng dùng phân tích kết cấu thép tác giả khác Sau đó, tác giả mơ kết cấu khung thép phần mềm thƣơng mại ANSYS 12.1 [26] có xét đến độ cứng liên kết dầmcột (mềm, nửa cứng tuyến tính, nửa cứng phi tuyến cứng) Về luận văn đƣợc phát triển theo hai giai đoạn:  Đầu tiên nghiên cứu cách mơ độ cứng liên kết phần tử lị xo xoay phi tuyến COMBIN39 cho liên kết dầm-cột thép mô lại kết cấu khung thép phẳng đƣợc trình bày tài liệu nghiên cứu trƣớc (chủ yếu tài liệu tác giả Chan Chui [5]) So sánh kết phân tích đạt đƣợc với kết sẵn có để kiểm chứng độ xác mơ hình phát triển  Tiếp theo khảo sát, so sánh ứng xử tĩnh động hệ kết cấu thông qua hệ số khuếch đại động AF cho khung thép Vogel tầng nhịp AF tỷ lệ ứng xử động ứng xử tĩnh chuyển vị ngang, phản lực, mômen VI.2 KẾT LUẬN Trên sở so sánh đƣợc thực mơ hình tính toán với kết nghiên cứu trƣớc đó, tác giả kết luận kết thu đƣợc trình nghiên cứu phù hợp đáng tin cậy Ứng xử động khung thép ứng với việc sử dụng mơ hình phần tử lò xo xoay đại diện cho ứng xử thực liên kết dầm-cột nguồn thông tin hữu ích việc thiết kế kết cấu thép có xét đến ứng xử thực tế liên kết dầm-cột Liên quan đến việc phân tích trị riêng (tần số tự nhiên) vectơ riêng (mode dao động) mô hình, cho thấy việc thay đổi giá trị độ cứng liên kết dầm-cột ban đầu làm cho thành phần mode dao động thay đổi đáng kể, đặc biệt với mode dao động cao 83 Kết phân tích ứng xử động kết cấu khung thép Vogel chịu tải trọng tĩnh tải trọng động điều hòa cho thấy: liên kết dầm-cột liên kết nửa cứng tuyến tính hay liên kết cứng xảy tƣợng cộng hƣởng tần số kích thích tần số kết cấu; đó, khung thép có liên kết dầm-cột nửa cứng phi tuyến khơng xảy tƣợng cộng hƣởng lƣợng kích thích bị tiêu tán ứng xử vòng lặp trễ liên kết nửa cứng phi tuyến dầm-cột Đây ứng xử thật khung thép thực tế, đó, ngƣời thiết kế cần phải xét đến ứng xử vòng trễ liên kết thiết kế cơng trình thực tiễn chịu tải trọng động Khi khung thép chịu tác dụng tải trọng điều hịa có giá trị tần số kích thích thấp (có giá trị thấp tần số bản) phản ứng chuyển vị khung thép có liên kết nửa cứng phi tuyến lớn nhiều so với khung thép có liên kết nửa cứng tuyến tính hay liên kết cứng Phát cho thấy ảnh hƣởng tính phi tuyến liên kết với ứng xử trễ quan trọng cần đƣợc xem xét đến mơ hình phân tích kết cấu thép thực tế Tuy nhiên, khung thép chịu tác động tải dao động điều hịa có tần số kích thích lớn tần số khung thép phản ứng chuyển vị khung thép có liên kết nửa cứng phi tuyến có xu hƣớng thấp so với khung thép có liên kết nửa cứng tuyến tính hay liên kết cứng, điều cho thấy phản ứng chuyển vị khung thép đƣợc giảm chấn tải trọng điều hịa có tần số cao Từ kết phân tích tác giả đƣa kết luận nên tránh thiết kế khung thép có liên kết cứng chịu tải trọng động Liên kết nửa cứng phi tuyến khung thép có khả tiêu tán lƣợng kích thích tải trọng động thông qua ứng xử trễ liên kết, đƣợc coi nhƣ mơ hình giảm chấn cho kết cấu Giảm chấn vòng trễ liên kết nửa cứng phi tuyến làm tăng khả hấp thụ lƣợng kết cấu, điều đặc biệt quan trọng cho kết cấu chịu tải trọng động nguy hiểm Tiếp theo, luận văn này, tác giả đánh giá so sánh ứng xử tĩnh với ứng xử động khung thép thông qua hệ số khuếch đại động AF Quan sát kết thu đƣợc từ phân tích tĩnh động khung thép có liên kết nửa cứng phi tuyến, nửa cứng tuyến tính cứng chịu tải trọng tĩnh động cho thấy giá trị hệ số khuếch đại động chuyển vị ngang phản lực lớn tần số 84 lực kích thích tần số dao động riêng khung thép có liên kết nửa cứng tuyến tính liên kết cứng xảy tƣợng cộng hƣởng, cịn khung có liên kết nửa cứng phi tuyến hệ số khuếch đại có xu hƣớng giảm dần tần số tải kích thích lớn khơng xảy tƣợng cộng hƣởng tiêu tán lƣợng vòng lặp trễ liên kết nửa cứng phi tuyến Từ quan điểm kết cấu tổng thể, bỏ qua ổn định cục bộ, kết cấu không bị phá hoại có khả hấp thu lƣợng lớn lƣợng tác động vào Sự đóng góp ứng xử vòng trễ liên kết nửa cứng phi tuyến góp phần cho kết cấu hấp thu lƣợng cách đáng kể đảm bảo an toàn cho kết cấu Điều ứng xử vòng trễ liên kết nửa cứng có tác động tích cực việc tiêu tán lƣợng tải trọng động nên cần đƣợc phân tích, đánh giá lại để áp dụng tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép VI.3 KIẾN NGHỊ Trong tốn phân tích tĩnh động tác giả phân tích tốn với trƣờng hợp vật liệu thép ứng xử đàn hồi suốt trình chịu lực Bài tốn đƣợc phát triển thêm để phân tích mơ hình có kể đến ứng xử vật liệu thép phi đàn hồi với mơ hình vật liệu khác nhƣ mơ hình đàn dẻo lý tƣởng, mơ hình đàn dẻo tái bền tuyến tính… có kể đến ứng suất dƣ ban đầu vật liệu thép Hƣớng nghiên cứu mở rộng mơ hình phần tử hữu hạn ba chiều để khảo sát lan truyền dẻo khung không gian xét đến thay đổi độ cứng liên kết, đặc biệt khung chịu tải trọng động Bên cạnh đó, hƣớng nghiên cứu mở rộng phân tích cho tốn khung thép-bêtơng liên hợp 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Chen WF, Lui EM Effects of joint flexibility on the behavior of steel frames, Computers and Structures 1986; 26(5):719-732 [2] Nader MN, Astaneh Dynamic behavior of flexible, semirigid and rigid steel frames, Journal of Constructional Steel Research 1991; 18,199: 179-192 [3] Elnashai AS, Elghazouli AY Seismic behavior of semi-rigid steel frames Journal of Construction Steel Research 1994; 29: 149-174 [4] Barsan GM, Chiorean CG Computer program for large deflection elastoplastic analysis of semi-rigid steel frame Computers and Structures 1996; 72: 699-711 [5] Chan S.L, Chui P.P.T Non-Linear Static and Cyclic Analysis of Steel Frames with Semi-Rigid Connections Elsevier Science; 2000 [6] Sekulovic M et al Dynamic analysis of steel frames with flexible connections; Computer and Structures 2002; 80:935-955 [7] Kameshki E.S, Saka M.P Optimum design of nonlinear steel frames with flexible connections using a genetic algorithm Computer and Structure2001; 79: 1593-1604 [8] Kim S, Choi S Practical advanced analysis for semi-rigid space frames International Journal of Solid and Structures 2001; 38:9111-9131 [9] Keulen et al Frame analysis incorporating semi- rigid joint action: Applicability of the half initial Secant stiffness approach Journal of Constructional Steel Research2003; 59: 1083–1100 [10] CASTRO and et al Modelagem Computacional de Ligaỗừes Semi-Rớgidas e sua Influờncia no Comportamento Dinõmico de Púrticos de Aỗo Guarapari/ES : Editora da Universidade Federal Espirito Santo, 2005; 1: 1-12 [11] SILVA et al Anỏlise Dinõmica de Púrticos de Aỗo com Ligaỗừes SemiRớgidas In: XXV CILAMCE - Iberian Latin American Congress on Computational Methods- CILAMCE 2004; 1:1-14 [12] Silva J.G.S., Lima L.R.O., Vellasco P.C.G., Andrade S.A.L., Castro R.A Nonlinear dynamic analysis of steel portal frame with semi-rigid connections Engineering Structures 2008; 30:2566–2579 [13] Đoàn Tuyết Ngọc Độ đàn hồi nút khung thép cách xác định nội lực 86 phần tử đơn giản cấu kiện có liên kết nửa cứng Tạp chí Xây dựng 2002; 2:17-19 [14] Trần Tuấn Kiệt Phân tích khung thép phẳng phƣơng pháp nâng cao Luận văn Thạc sĩ Khoa Kỹ thuật Xây dựng: Trƣờng Đại Học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh; 2002 [15] Ngơ Hữu Cƣờng Phân tích vùng dẻo phi tuyến hình học cho khung thép phẳng phƣơng pháp phần tử hữu hạn Luận văn Thạc sĩ Khoa Kỹ Thuật Xây dựng: Trƣờng Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh; 2003 [16] Bùi Lâm Phân tích phản ứng khung thép phẳng chịu tải trọng động Luận văn Thạc sĩ Khoa Kỹ thuật Xây dựng: Trƣờng Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh; 2004 [17] Phạm Quốc Lâm Ảnh hƣởng liên kết nửa cứng đến ứng xử động lực học khung thép Luận văn Thạc sĩ Khoa Kỹ thuật Xây dựng: Trƣờng Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh; 2005 [18] Nguyễn Ngọc Dƣơng Phân tích động lực học khung thép liên kết nửa cứng dùng hàm dạng siêu Việt Luận văn Thạc sĩ Khoa Kỹ Thuật Xây dựng: Trƣờng Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh; 2008 [19] Nguyễn Phú Cƣờng Phân tích phi tuyến khung thép phẳng nửa cứng tải trọng động đất phƣơng pháp vùng dẻo Luận văn Thạc sĩ Khoa Kỹ Thuật Xây dựng: Trƣờng Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh; 2010 [20] EC Eurocode 3- Revised Annex J Design of Steel Structures EN 1993, Part 1-1: General rules and rules for buildings, European Committee for Standardization CEN/TC250/SC3- N419E; 1997 [21] Lui E M., Chen W F Analysis and behaviour of flexible-jointed frames Engineering Structures 1986; 8(4), 107-118 [22] Faella C et al Structural Steel Semi-rigid Connections Theory, Design and Software, CRC Press 2000, Boca Raton - London - New York - Washington, D.C 87 [23] Kishi N, Chen W.F., Goto Y, and Matsuoka K.G Design aid of semi-rigid connections for frame analysis, Engineering Journal - American Institute of Steel Construction 1993; 3: 90-107 [24] Chui P.P.T and Chan S.L Transient response of moment-resistant steel frames with flexible and hysteretic joints Elsevier Scien Journal of Constructional Steel Research 1996; 39(3):221-243 [25] Madmoud Hassan EI-Boghdadi Elastic Plastic Analysis of Semi Rigid Industrial Frames Doctoral Dissertation, King Fahd University of Petroleum & Minerals, Dhaaran, Saudi Arabia, 1998 [26] ANSYS Swanson Analysis Systems Inc., P.O Box 65 Johnson Road, Houston, PA, 15342-0065 version 12.1 Basic analysis procedures 1rst edition; 2010 [27] TS Vũ Quốc Anh, Ths Phạm Thanh Hoan Thiết kế kết cấu phần mềm ANSYS, version 10.0 NXB Xây dựng; 2006 [28] Đinh Bá Trụ, Hoàng Văn Lợi Hƣớng dẫn sử dụng ANSYS, Phần I Phần II, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Bộ môn Gia công Áp lực; Hà Nội 2003 [29] Vogel U Calibrating Frames, Stahbau 1985; 54: 295-301 88 PHỤ LỤC Bảng III1 Bảng tóm tắt liệu đầu vào phần tử BEAM23 Tên phần tử Các nút BEAM23 I, J Các bậc tự UX, UY, ROTZ Diện tích AREA, Mơmen qn tính IZZ, Chiều cao tiết diện HEIGHT KEYOPT (6) = 0, Đƣờng kính ngồi OD, Chiều dày thành WTHK KEYOPT (6) Các số = 1, thực Đƣờng kính ngồi OD KEYOPT (6) = 2, Chiều cao tiết diện HEIGHT, A (-50), A (-30), A (0), A (30), A (50), and Hằng số chuyển vị cắt SHEARZ KEYOPT (6) = Đặc trƣng vật EX, ALPX, DENS, GXY, DAMP liệu Áp lực: mặt (I-J) (phƣơng pháp tuyến -Y), mặt (I-J) (phƣơng tiếp tuyến Tải bề mặt +X), mặt (I) (phƣơng dọc trục +X), mặt (J) (phƣơng dọc trục X) (dùng giá trị âm cho tải tác dụng theo chiều ngƣợc lại) Nhiệt độ: Tải trọng T1, T2, T3, T4 Dòng chảy: thân FL1, FL2, FL3, FL4 Dẻo (BISO, MISO, BKIN MKIN, KINH, DP, ANISO), Từ biến Các tính (HEO), Trƣơng nở (SWELL), Tính đàn hồi (MELAS), Các vật liệu khác (USER), Sự làm cứng ứng suất, Chuyển vị lớn (Large đặc biệt deflection), Biến dạng lớn (Large strain) – Khơng có biến dạng cắt KEYOPT(2) – Kể đến biến dạng cắt (cũng nhập SHEARZ KEYOPT(6)=4) – Không xuất thành phần lực mômen cấu kiện KEYOPT(4) – Xuất thành phần lực mômen cấu kiện hệ tọa độ phần tử – Tiết diện chữ nhật – Tiết diện thành mỏng KEYOPT(6) – Tiết diện tròn đặc – Tiết diện tổng quát 89 Bảng III2 Bảng tóm tắt liệu đầu vào phần tử MASS21 Tên phần tử MASS21 Nút I Bậc tự UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ KEYOPT (3) = UX, UY, UZ KEYOPT (3) = UX, UY, ROTZ KEYOPT (3) = UX, UY KEYOPT (3) = (các bậc tự lấy theo hệ tọa độ nút) Hằng số thực MASSX, MASSY, MASSZ, IXX, IYY, IZZ KEYOPT (3) = MASS KEYOPT (3) = MASS, IZZ KEYOPT (3) = MASS KEYOPT (3) = (Phƣơng khối lƣợng mômen quán tính đƣợc lấy theo hệ tọa độ phần tử) Các tính Chuyển vị lớn đặc biệt – Hệ tọa độ phần tử ban đầu song song với hệ tọa độ Đề tổng KEYOPT(2) thể – Hệ tọa độ phần tử ban đầu song song với hệ tọa độ nút – Khối lƣợng 3-D có qn tính xoay – Khối lƣợng 3-D khơng có qn tính xoay – Khối lƣợng 2-D có qn tính xoay KEYOPT(3) – Khối lƣợng 2-D khơng có quán tính xoay Chú ý: Tất phần tử 2-D đƣợc giả thiết nằm mặt phẳng Đề tổng thể X-Y Bảng III3 Bảng tóm tắt liệu đầu vào phần tử COMBIN39 Tên phần tử Các nút Bậc tự Hằng số thực Đặc trƣng vật liệu Lực bề mặt Tải trọng thân Các tính đặc biệt COMBIN39 I, J UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ, PRES, TEMP Tạo lựa chọn 1-D với KEYOPT(3) Tạo lựa chọn giới hạn 2- 3D với KEYOPT(4) D1, F1, D2, F2, D3, F3,D4, F4, D20, F20 Khơng có Khơng có Khơng có Phi tuyến, Sự tăng cứng ứng suất, Chuyển vị lớn 90 KEYOPT(1) KEYOPT(2) – Dỡ tải theo đƣờng cong tăng tải – Dỡ tải theo đƣờng song song với độ dốc đƣờng cong gốc tạo độ – Đƣờng tải nén theo đƣờng nén đƣợc định nghĩa (hoặc phản ánh đƣờng kéo đƣờng nén không đƣợc định nghĩa) – Phần tử khơng có khả chịu tải nén – Sự tăng tải ban đầu theo đƣờng cong kéo sau theo đƣờng cong nén sau ổn định (độ cứng không âm) KEYOPT(3) (KEYOPT(4) đƣợc quyền ƣu tiên KEYOPT(3)) 0, - UX (Chuyển vị dọc theo trục nút X) - UY (Chuyển vị dọc theo trục nút Y) - UZ (Chuyển vị dọc theo trục nút Z) - ROTX (Xoay quanh trục nút X) - ROTY (Xoay quanh trục nút Y) - ROTZ (Xoay quanh trục nút Z) - PRES - TEMP KEYOPT(4) – Dùng tùy chọn KEYOPT(3) – Phần tử dọc trục 3-D (UX, UY UZ) – Phần tử xoắn 3-D (ROTX, ROTY ROTZ) – Phần tử dọc trục 2-D (UX UY) Phần tử phải nằm mặt phẳng X-Y KEYOPT(6) – In phần tử – Cũng in bảng lực-chuyển vị cho phần tử (chỉ vòng lặp toán) Bảng III4 Các số thực phần tử COMBIN39 TT Tên D1 F1 D2 F2 5, 40 D3, F3,… Mô tả D giá trị điểm đƣờng cong lực-chuyển vị F giá trị điểm đƣờng cong lực-chuyển vị D giá trị điểm thứ hai đƣờng cong lực-chuyển vị F giá trị điểm thứ hai đƣờng cong lực-chuyển vị Tiếp tục cho giá trị đầu vào D F tối đa 20 điểm nằm đƣờng cong lực-chuyển vị 91 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Keang Map Giới tính: Nam Ngày tháng năm sinh: 24/04/1981 Nơi sinh: Cămpuchia Địa liên lạc: Cămpuchia Email: keangmap@yahoo.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: - Năm 2000 - 2001: Học Tiếng Việt Tại Trƣờng Hữu Nghị T80 Sơn Tây, Việt Nam - Năm 2001 – 2006: Sinh viên khoa Công trình thủy lợi Trƣờng Đại học Thủy Lợi Hà Nọi - Năm 2010 – nay: Học Viên cao học Khoa Kỹ Thuật Xây dựng Trƣờng Đại học Bách Khoa Tp.HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC: - Năm 2006-2010: Nhân viên kỹ thuật công ty OCIC (Overseas Cambodian Investment Corporation) Phnom Penh, Cămpuchia ... dụng để mô ứng xử phi tuyến nhƣ ứng xử trễ liên kết dầm-cột khung thép chịu tải trọng tĩnh động Kết dao động riêng, ứng xử phi tuyến tĩnh ứng xử động theo lịch sử thời gian khung thép nửa cứng có... TÀI: MÔ PHỎNG ỨNG XỬ ĐỘNG PHI TUYẾN CỦA KHUNG THÉP PHẲNG NỬA CỨNG DẠNG CỔNG 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Nghiên cứu mơ hình liên kết nửa cứng dùng phân tích kết cấu thép - Nghiên cứu cách mơ độ cứng. .. ứng xử hệ kết cấu khung thép kể đến độ cứng liên kết dầmcột Ở đây, tác giả sử dụng phần tử lị xo xoay phi tuyến để mơ liên kết dầm-cột thép có ứng xử cứng, nửa cứng tuyến tính, nửa cứng phi tuyến