3. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
1.4.Tổng quan về hệ giảm chấn chất lỏng TLD
Hệ giảm chấn dùng chất lỏng là một dạng thiết bị điều khiển dao động kiểu bị động – gọi tắt là TLD (tuned liquid damper). Hệ thiết bị này có thể giảm các tác động động lực học nhƣ động đất, gió, bão hay hoạt tải khi thừa nhận các công nghệ làm tăng đặc tính cản cho kết cấu. Các giảm chấn đƣợc định nghĩa nhƣ khả năng của kết cấu để làm tiêu tan một phần năng lƣợng giải phóng khi chịu tải trọng động. Một hệ giảm chấn chất lỏng (TLD) thể hiện là có hiệu quả và là công nghệ đơn giản để tăng tính cản cho kết cấu. Hoạt động của hệ thiết bị dựa trên cơ sở sự chuyển động văng té của chất lỏng trong một thùng cứng mà kết quả làm cho dao động của kết cấu phân tán một phần năng lƣợng do tác động của tải trọng động và do vậy tăng tính cản tƣơng đƣơng cho kết cấu.
Nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ giảm chấn chất lỏng nói chung là dựa vào sự phát triển chuyển động sóng tại bề mặt tự do của chất lỏng để giải phóng một phần năng lƣợng động học. Trong hệ giảm chấn chất lỏng gồm các thùng thiết bị chứa chất lỏng với chiều
dài, chiều rộng thùng và chiều sâu chất lỏng tính toán phù hợp với việc tăng tính cản tƣơng đƣơng cần thiết cho kết cấu. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng TLD có thể đáp ứng tốt dƣới tác động của các dao động ở mức thấp còn ứng xử của chúng với các dao động lớn hơn là khá phức tạp đặc biệt với sự xuất hiện các hiện tƣợng của bề mặt sóng vỡ và khi đó hiệu quả của TLD sẽ giảm đi đáng kể [10][11][105].
Hình 1.5: Chuyển động chất lỏng trong 1 thùng chứa – 1 TLD và các kích thước
Đặc trƣng của hệ giảm chấn chất lỏng TLD bao gồm các đặc tính phi tuyến do chuyển động của chất lỏng bên trong thùng chứa [33][86][93]. Chúng bị ảnh hƣởng bởi các đặc trƣng của các vật liệu của bản thân giảm chấn chất lỏng nhƣ là kích thƣớc của thùng chứa chất lỏng, tỷ số chiều sâu chất lỏng và tính nhớt của chất lỏng .
Hệ giảm chấn chất lỏng (TLD) bao gồm sự tham gia của một hoặc nhiều thùng chứa chất lỏng vào sự làm việc của kết cấu. Nếu hệ gồm các thùng chứa chất lỏng mà các thùng cùng chứa một lƣợng chất lỏng với chiều sâu nhƣ nhau thì hệ này đƣợc gọi là hệ giảm chấn chất lỏng đơn tần số (STLD). Nếu hệ giảm chấn chất lỏng có sự tham gia của nhiều thùng chứa chất lỏng mà các thùng có tần số dao động riêng khác nhau với khoảng chênh lệch nhất định thì hệ này gọi là hệ giảm chấn chất lỏng đa tấn số (MTLD). Ƣu điểm vƣợt trội phải kể đến của loại thiết bị giảm chấn chất lỏng này có thể là:
Giá thành thấp,
Dễ lắp đặt cho các cấu trúc hiện có và cả kết cấu mới;
Có khả năng áp dụng cho các kết cấu phụ trợ; không giới hạn theo một hƣớng kích động duy nhất; và hiệu quả thậm trí cho các dao động có biên độ nhỏ.
Nhờ chuyển động của chất lỏng bên trong một thùng dạng hình chữ nhật hoặc hình tròn mà áp lực chất lỏng tạo ra do tính chất chuyển động liên tục của sóng nƣớc sẽ làm tăng tính cản cho kết cấu dƣới các tác động động lực học và thắng đƣợc tác động này.
Thiết bị TLD điều chỉnh dao động cho các hệ kết cấu dựa trên nguyên tắc chính là sự hoạt động của chất lỏng mà đặc biệt là sự văng té của chất lỏng bên trong thùng chứa để
tạo ra hiệu quả giảm dao động cho các kết cấu. Khi nƣớc chuyển động, các sóng nƣớc hình thành trong thùng sẽ va đập vào biên các thùng và tạo thành áp lực chất lỏng. Áp lực này đƣợc xác đinh là bằng nhƣng ngƣợc pha với tác động của ngoại tải thì hiệu quả giảm dao động đƣợc cho là tối ƣu. Nếu áp lực này tạo ra không đủ lớn (trƣờng hợp các sóng chuyển động mạnh và hình thành sóng vỡ) thì hiệu quả giảm dao động sẽ giảm đi [13],[32]. Nhƣ vậy các lực xuất hiện trong giảm chấn chất lỏng TLD khi nƣớc chuyển động văng té hợp lại theo nguyên lý cộng tác dụng do tính chất chuyển động liên tục của sóng nƣớc sẽ làm tăng tính cản cho kết cấu ứng với các điều kiện ràng buộc liên quan đến các đặc trƣng của giảm chấn chất lỏng và cần đƣợc phân tích kỹ lƣỡng. Cụ thể gồm:.
mật độ, chiều sâu và khối lƣợng chất lỏng: ρ (kg/m3); h0 (cm); mt (kg)
chiều rộng, chiều cao và chiều dài của thùng chứa: b (cm); a(cm); L(cm) Bản chất sự làm việc của hệ giảm chấn chất lỏng là làm tiêu tan năng lƣợng bởi:
Dao động của chất lỏng trong thùng chứa
Ma sát giữa chất lỏng và tƣờng của thùng cứng.
Tần số dao động của chất lỏng trong thùng cứng đƣợc điều khiển phù hợp với tần số dao động riêng của kết cấu (thời điểm xảy ra cộng hƣởng).
Với nguyên lý hoạt động đơn giản, vật liệu và thiết bị dễ chế tạo mà hiệu quả giảm chấn lại cao là lý do nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi hệ thiết bị này.
Trên cơ sở phân tích các đặc trƣng của giảm chấn chất lỏng và bản chất sự làm việc mà cần nêu rõ các tham số lựa chọn khi sử dụng hệ giảm chấn chất lỏng nhằm giảm dao động cho các bộ phận kết cấu. Các tham số cấu tạo cơ bản của giảm chấn chất lỏng bao gồm: đặc điểm của thùng chứa chất lỏng và chất lỏng trong thùng chứa nhƣ sau.