Phân tích hiệu quả giảm chấn của hệ cản lưu biến từ trong kết cấu khung chịu động đất

TRƯỜNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHĨ HỊ CHÍ MINH ~ &s«6 - PHẠM ĐÌNH TRUNG PHÂN TÍCH HIỆU QUÁ GIAM CHAN CUA HE CAN LUU BIEN TU TRONG KET CAU KHUNG CHIU DONG DAT Chun nganh : Xây dựng Cơng trình dân dụng Công nghiệp Mã số chuyên ngành : 60 58 20 08 LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI Hf HỦ TP.BCh THƯ VIỆN Người hướng dẫn khoa học Tiến sĩ Nguyễn Trọng Phước Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014 TÓM TẮT “PHAN TICH HIEU QUA GIAM CHAN CUA HE CAN LUU BIEN TU TRONG KET CAU KHUNG CHIU DONG DAT” Pham Dinh Trung Luận văn tập trung phân (Magneto-Rheological, MR) tích hiệu giảm chấn bố trí khung hệ cản lưu biến từ chịu động đất Hệ kết cấu khung xem xét gồm kết cấu khung phẳng khung không gian; rời rạc dựa tảng phương pháp phần tử hữu hạn lý thuyết phần tử đầm Euler-Bernoulli Hệ cản lưu biến từ MR sử dụng mơ hình hiệu chỉnh Bouc-Wen; mơ hình lò xo cản nhớt; lực cản sinh từ mơ hình hàm phụ thuộc vào điện cung cấp thông số đặc trưng thiết bị Ứng xử hệ cản lưu biến từ MR thể phương trình vi phân thường giải phương pháp Runge-Kutta bước thời gian Dữ liệu băng gia tốc lựa chọn từ phân tích phổ lượng dựa biến đổi phổ biên độ Fourier Phương trình chuyển động hệ kết cấu gồm có kết cấu khung thiết bị cản lưu biến từ MR chịu tác động băng gia tốc thiết lập dựa cân động giải phương pháp tích phân số NEWMARK toàn miễn thời gian Một chương trình máy tính viết đạng tổng qt ngơn ngữ lập trình MATLAB để phân tích phản ứng động hệ kết cấu Độ tin cậy chương trình máy tính viết đánh giá thơng qua so sánh với kết phần mềm SAP2000 Kết phân tích số khảo sát cho kết cấu khung phẳng khung không gian tác động băng gia tốc Elcentro 1940, Superstition 1987, Northridge 1994 trường hợp không gắn hệ cản có gắn hệ cản lưu biến từ MR với hai trường hợp có khơng có điện cung cấp cho thiết bị Kết thể gồm có chuyển vị, vận tốc, gia tốc nội lực hệ khung cho thấy hiệu giảm chấn hệ cản lưu biến từ MR gắn khung Đồng thời, ứng xử trễ hệ cản lưu biến từ tác động băng gia tốc trường hợp có khơng có điện cung cấp cho thiết bị xem xét cho thấy hệ cản lưu biến từ MR tiêu tán phần lớn lượng hệ; điều có nghĩa hệ cản phát huy tác dụng bảo vệ cho kết cấu an toàn Ngồi ra, độ xác lời giải đánh giá thông qua sai số lượng đầu vào lượng đầu trường hợp phân tích MỤC LỤC Danh mục cơng thức Danh mục hình dé thi Danh mục bảng Danh mục từ ViẾT tẮt « -+.ee HH ErETE 1100.1001101101010144011010101101.8Tn11e Một số kết đạt trình học thực luận văn Chương GIỚI THIỆU 55 +vvvvtrtertrttttttrtrrrrrrrrrrrrrrrrriee b 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ reo seeseeeeessssssstsessssssssssssssssissensnensessess 1⁄2 MỤC TIÊU CUA LUAN VAN .-¿: ¿ tt O 1.3 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN 2222ttvkttriririrrirtirriirrrrrrree Chương TỎNG QUAN bc (0š: 555cc 15875 § 2.2 TƠNG QUAN ĐIỀU KHIỂN KẾT CÁU -c:ccccvscceereeeeeeerrrrree Ổ 2.2.1 Điều khiển bị động . c:cc 2222k Ủ 2.2.2 Điều khiển chủ động -5ccvveereerrrrrrrrrrrrirrrrrrrrrrrrrrev TÔ 2.2.3 Điều khiển kết hợp . ccccccccettrtrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrer T3 2.2.4 Điều khiển bán chủ động -5csvcsrrtrerrrrrrrrrrrrrrv T3 2.4.5 Liên kết hai cơng trình 2++++222vYvzrrttrEEExtrrrrtrrrkkrrrrrrrrrkrrrrrri 16 bJe:.v00090 0:15 19 2.3.1 Thành phần cấu tạo 5ccccccsrtrrtrrrtrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrro TỔ 2.3.2 Cơ chế hoạt động . -+-55scccccvvrerrrterrrtrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrerrkrerreeeeev 2Ô) 2.4 CAU TAO HE CAN MR 2.4.1 Cấu tao chung 2.4.2 Giá thành số loại hệ cản MR 2.4.3 Mô hình học hệ can MR Hư 942000.)/09:i09i 600159787 " Chương CƠ SỞ LÝ THUYÊT -. .22:2525vScccstttxxterrrerrrrrrersrrrkkrerrrrr e 7Ô) Eicoyi 3.2 MƠ HÌNH KÉT CẤU . -c¿£22252vsrteertrrterrrtrtrrrtrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrereerrev TƠ, 3.3 MƠ HÌNH PHÀN TỬ KHUNG PHẲNG -c -©25ccvcccsrerrxverrersreev sổÍ 3.4 THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH CHUYỀN ĐỘNG -c-ccccvccrrree 34 3.5 TINH TOAN LUC DIEU KHIEN MR :csssriccerrrrierrrrrierrrrrrree 35 3.6 CAC PHUONG PHAP SO GIAI HE PHUONG TRINH VI PHAN DONG LUC 3.6.1 Phuong phap tich phan Newmark ccscseseesesesseseesesesseseeseseensseeneseensneeneneees 37 3.6.2 Thuật tốn giải phương trình vi phân chuyển động -:-. 3Ô k8 /c2n59/9) 611157 41 3.8 SO LIEU BANG GIA TOC NEN SU DUNG DE PHAN TICH KET CAU 41 3.8.1 Đánh giá sức mạnh động đất -cccccccseerrrrrrsrrrrrrrrree 4Ï 3.8.2 Phân tích đữ liệu băng gia tốc nên . -5522svvvvvrrrrrrrrrrrrrrrrrkee 42 k5 ‹z000/.0109:0009 c7 Chong VI DU SO - ốỐố ` 4.1 GIGI THIEU 4.2 MO TA HE KET CAU KHUNG 4.2.1 Thông số mơ hình khung 4.2.2 Thơng số thiết bị cản MR 4.3 DU LIEU CAC TRẬN ĐỘNG ĐÁTT -ccccccccvrerrrrrerrrrrrrrrrrrrrrrrrree 47 4.4 KHAO SAT SO KIEM CHUNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH 51 4.4.1 Mơ hình kết cấu khung phẳng -5cccccrrrrrirrirrrrrierrrrrrcer 5Í 4.3.2 Mơ hình kết cấu khung khơng gian 4.4.3 Nhận xét 4.5 CÁC TRƯỜNG HỢP KHẢO SÁT SÓ VÀ THƠNG SĨ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ HIỆU QUẢ CỦA HỆ CẢN MR TRONG KÉT CẤU KHƯNG - 52 4.5.1 Các trường hợp khảo sát sỐ -.ccccc Sex, 22) 4.5.2 Thông số đánh giá hiệu hệ cản MR kết cấu khung 53 4.6 PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA HỆ KỆT CẤU KHUNG PHẲNG 53 4.6.1 Phân tích ứng xử kết cấu đưới tác động băng gia tốc Elcentro 53 4.6.1.1 Phân tích hiệu giảm chấn hệ cản MR .¿-55555sc2 53 4.6.1.2 Phân tích ảnh hưởng số lượng hệ cản MR - 65 4.6.1.3 cố .Ụ, 4.6.2 Phân tích ứng xử kết cấu tác động băng gia tốc Northidge 4.6.2.1 Phân tích hiệu giảm chấn hệ cản MR . - - 4.6.2.2 Phân tích ảnh hưởng số lượng hệ cản MR 8Ù L9 6c 4.6.3 Phân tích ứng xử kết cầu tác động băng gia tốc Superstition 4.6.3.1 Phân tích hiệu giảm chấn hệ cản MR - - 83 4.6.3.2 Phân tích ảnh hưởng số lượng hệ cản MR 4.6.3.3 Nhận xét ke TH rrrrrrrerrre 4.7 PHAN TÍCH ỨNG XỬ CUA HE KET CẤU KHUNG KHƠNG GIAN 4.7.1 Phân tích ứng xử kết cấu tác động băng gia tốc Elcentro 98 4.7.1.1 Phân tích hiệu giảm chấn hệ cản MR 4.7.1.2 Phân tích ảnh hưởng số lượng hệ cản MR 4.7.1.3 Nhận xét 4.7.2 Phân tích ứng xử kết cấu tác động băng gia tốc Northidge 113 4.7.2.1 Phân tích hiệu giảm chấn hệ cản MR 113 4.7.2.2 Phân tích ảnh hưởng số lượng hệ cản MR 125 4.7.2.3 Nhận xét .cetheHerererererree 127 4.7.3 Phân tích ứng xử kết cấu đưới tác động băng gia tốc Superstition 4.7.3.1 Phân tích hiệu giảm chấn can MR 4.7.3.2 Phân tích ảnh hưởng số lượng hệ cản MR -+ 140 4.7.3.3 Nhận xét 4.8 KÉT LUẬN CHƯƠNG Chương KẾT LUẬN . s2c25555cccrrtrrrrrrrirrtrrrrrrirrriiiiiirrrrrriirrriiir 144 E400) 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI -sc-52++ecccvverrerxrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrre 145 TÀI LIỆU THAM KHẢO +222222222t!tttt191211.1.1 .mree 146 111 152 PHU LUC MOT SO KET QUA DAT DUQC -+++cccnnhttrtrtrrrrrrrrrrrrer 196 / DANH MUC CONG THUC Công thức 1.1 Công thức 2.1-2.2 21 Công thức 2.3-2.4 Công thức 2.5-2.6 ch tt He 1H gi ri 23 24 Công thức 2.7-2.13 Công thức 3.1-3.3 Công thức 3.4-3.11 set Công thức 3.12 .s- 22 tình Cơng thức 3.13-3.14 .-56c csctthrrtrirrriirrriirririrrirrrrririiriiriiriieeierroee Công thức 3.15 -222 22tr 3) COng thie 3.16-3.17 eccseseeseseeeeseeeeeneeeeneeeeneeeeneenensenesssesseenenssessssesessesnsnesnsnesnensenenne 35 COng thie 3.18-3.23 eccseseccsssesccsssescssseesssseiecssseeessssesessseescsssneccsssecesssnecsssnseessnneessanees OO OT COng thie 3.24-3.27 esecsssescsnssecssvecsssvesssssverssssessssvesssssssesssssesssssescssneccssnneessaneeessnneens COng thie 3.28-3.30 ccescsecsseesssessssecssecsseessssessseessssesseessseessssessnecssneecsnecsneecsnecssessnes OB COng thie 3.31-3.33 ccecssesseesssecsssesssecssseesssesssessssesssseesssecsssccssvecsssecsnectaneessnessnnensnees OD Cong thie 3.34-3.35 cccsccsessssesssessseesssecsssecssssesssssssvesssessnessusesssesseesnsecsneessnecssneesaes Công thức 3.36-3.4() ch HH Hư Công thức 3.41-3.44 .c cưng 43 44 / DANH MỤC HÌNH VÀ BO THI Hình 1.1 Động đất Northridge, California — 1994 cccrtrrrtriiiirerrrre Hình 1.2 Động đất Kobe, Nhật Bản — 1995 cccvsrrrrrrrrrrrrrrrrrirrrre Hình 1.3 Động đất Tứ Xuyên, Trung Quốc — 2008 Hình 1.4 Động đất Haiti — 2010 sesesaseessnseesanseesiaseesaneeesnneeesnneeesnasseenneseiise Hình 1.5 Động đất Déng Bac, Nhat Ban — 2012 Hình 2.1 Phân loại điều Khién két CAU ccccccccssssssssesscsssescsssseccsssseccesneccessnececsneeeessneeessens Hình 2.2 Hệ điều khiển bị dong — Liquid Tuned Mass Damper Hình 2.3 Hệ điều khiển bị động — Tuned Mass Damper - :-c-s+sc+csscseerex 11 Hình 2.4 Hệ điều khiển bị động — Viscous Fluid Dampers Hình 2.5 Hệ điều khiển bị động — Base Isolafion cccccccceerrrrxerrrrrrrrrer 12 Hình 2.6 Điều khiển chủ động - Tòa nhà Kyobashi SeiWa . - sec 13 Hình 2.7 Điều khiển chủ động — Tòa nhà Applause -. ec+ccccrcrrscrer 13 Hình 2.8 Cơ cấu điều khiển kết hợp khối lượng -++-+cccccvvvrrrrrrrrrree 14 Hình 2.9 Viện bảo tàng quốc gia Tokyo thiết bị MR-30T - . . 16 Hình 2.10 Cầu Dongting Lake thiết bị MR Lord SD-1005 . 17 Hình 2.11 Cơ chế hoạt động chất lưu c-: -cc+vvveeererxeertrrtrrkrrrrrrrrree 19 Hình 2.12 Cầu tạo chung hệ cản MR .- -55scccvrrtrtrkerrrrrirrrrrirrrrrrrrrrrree 20 Hình 2.13 Mơ hình Bingham ::+£ 22 EvExtririrrrirrrrrrrrrrrrrrrrii 21 Hình 2.14 Kết so sánh mơ hình Bingham thực nghiệm Hình 2.15 Mơ hình Gamota Filisko (1991) +++c+resxerrrrerrrrsrsrrerrree Hình 2.16 Kết so sánh mơ hình Gamota Filisko thực nghiệm 23 111 tre 24 9313 111222 5252 S+*t tt Hình 2.17 Mơ hình Bouc-WWen Hình 2.18 Kết so sánh mơ hình Bouc-Wen thực nghiệm errrrree 25 - +c+c*t‡eeeertrrrrered ¿5:5 Hình 2.19 Mơ hình hiệu chỉnh Bouc-WWen Hình 2.20 Kết so sánh mơ hình hiệu chỉnh Bouc-Wen thực nghiệm 27 Hình 3.1 Mơ hình kết cấu khung có gắn hệ cân MR ccccccccrrrrrrrrrrrer 30 Hình 3.2 Mơ hình phần tử khung phẳng, Hình 3.3 Mơ hình phần tử khung khơng gian . cc©ccccccvrrtrrerrrrrrrrrrrrer 34 Hình 3.4 Lưu đồ thuật tốn phân tích động lực học kết cầu có hệ cản MR Hình 4.1 Mơ hình kết cấu khung . . -555cc222ccccrerrrrrrrrtrrrrrrrrrr Hình 4.2 Đồ thị gia tốc trận động đất Elcentro 1940 Hình 4.3 Phổ lượng trận động đất Elcentro 1940 - - c.c-cccerrrrrrrr 48 Hình 4.4 Đồ thị gia tốc trận động đất Superstition 1987 .-errrrev 49 Hình 4.5 Phổ lượng trận động đất Superstition 1987 49 Hình 4.6 Đồ thị gia tốc trận động đất Northrid 1994 ccrrrrrrrrer 50 Hình 4.7 Phổ lượng trận động đất Northrid 1994 -.cccccccerrrrrrrer 50 Hình 4.8 Mơ hình kết cấu khung trường hợp hệ cản MR khác 53 Hinh 4.9 Chuyén vị động theo thời gian nút phải tác động trận động đất Elcentro cccvccccccrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrtrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrirrrrrrrrrrir 53 Hình 4.10 Chuyển vị ngang lớn nút tac động trận động đất ... BIEN TU TRONG KET CAU KHUNG CHIU DONG DAT” Pham Dinh Trung Luận văn tập trung phân (Magneto-Rheological, MR) tích hiệu giảm chấn bố trí khung hệ cản lưu biến từ chịu động đất Hệ kết cấu khung xem... chọn từ phân tích phổ lượng dựa biến đổi phổ biên độ Fourier Phương trình chuyển động hệ kết cấu gồm có kết cấu khung thiết bị cản lưu biến từ MR chịu tác động băng gia tốc thiết lập dựa cân động. .. 4.6.2 Phân tích ứng xử kết cấu tác động băng gia tốc Northidge 4.6.2.1 Phân tích hiệu giảm chấn hệ cản MR . - - 4.6.2.2 Phân tích ảnh hưởng số lượng hệ cản MR 8Ù L9 6c 4.6.3 Phân tích