Chương 1 Trình bày về tổn thất của một số trận động đất tiêu biểu, mục tiêu luận văn và cấu trúc luận văn. - Chương 2 Giới thiệu một số nghiên cứu đã có trong và ngoài nước, sơ lược về hệ cản khối lượng TMD, gối cách chấn BI, và thiết bị lưu biến từ MR (Magneto-Rheological Damper). - Chương 3 Trình bày cơ sở lý thuyết và đưa ra mô hình tính toán, phương pháp số để phân tích đáp ứng của hệ - Chương 4 Gồm các ví dụ tính toán để khẳng định hiệu quả của phương pháp đã trình bày. - Chương 5 Nêu lên các nhận xét, kết luận, kiến nghị và hướng phát triển của đề tài.
- Phần cuối Là các tài liệu tham khảo sử dụng trong luận văn, mã nguồn chương trình MATLAB. Đánh giá khả năng giảm chấn của kết cấu 6 Chương 2 Tổng quan CHƯƠNG 2.1 GIỚI THIỆU Chương này giới thiệu tổng quan về tình hình nghiên cứu liên quan đến Luận văn. Cụ thể hơn, những nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước về thiết bị cản khối lượng TMD, thiết bị lưu biến từ MR và hệ cô lập móng BI. Các nghiên cứu này phần lớn được trích dẫn từ các tài liệu tham khảo và có đánh giá để làm cơ sở để đưa ra hướng thực hiện Luận văn.2 HỆ CẢN KHỐI LƯỢNG TMD Hệ cản khối lượng, là một thiết bị giảm chấn kết cấu khi chịu động đất hoặc gió bão, được ra đời từ rất sớm, vào năm 1909 Frahm đề xuất lần đầu tiên, kể từ đó nó nhận được nhiều sự quan tâm của các tác giả trong và ngoài nước tìm mọi cách để tìm hiểu tối ưu các thông số trong hệ.
Có hàng nghìn nghiên cứu liên quan TMD và phát triển nó dưới nhiều dạng khác nhau. Thậm chí hiện nay chúng cũng đã được ứng dụng khá rộng rãi trong thực tế. Hiện nay, các nghiên cứu về TMD cũng tiếp tục được công bố trong thời gian gần và rất gần liên tục trên những diễn đàn khoa học. Dưới góc nhìn của Luận văn này, chỉ một số khía cạnh của hệ TMD được đề cập là việc đánh giá hiệu quả của nó kết hợp với một số thiết bị khác.
Roman Lewandowski, Justyna Gr zymis ławska [19] bài báo phân tích ứng xử của nhiều hệ cản TMD trước tải trọng gió và lực kích thích, từ việc phân Đánh giá khả năng giảm chấn của kết cấu 7 Chương 2 Tổng quan tích tính toán số liệu tác giả đã thiết lập công thức tính toán các hệ số tối ưu và ứng xử của MTMD. Fahim Sadek, Bijan Mohraz, Andrew W.Taylor and Riley M.Chung [14] đề ra phương pháp tính toán tối ưu các hệ số của TMD dưới tác dụng của lực kích thích động đất, trong bài báo đã đưa công thức tính toán tối ưu tỉ lệ khối lượng, độ cứng, hệ cản TMD. Phân tích hệ kết cấu một bậc tự do và nhiều bậc tự do, với các gia tốc nền khác nhau và đã đạt được kết quả tốt. Tiếp theo nghiên cứu của Rashmi Mishra 2011 [18] phân tích hệ khung với dầm consol với TMD, khung 2D với TMD, sau đó 2012 Paramanada Kudu [17] khảo sát ứng xử kết cấu với nhiều hệ cản khối lượng MTMD, với 3 dạng mô hình như sau : dầm consol với TMD, khung 2D với TMD, khung 2D với DTMD, ứng với các hệ số khối lượng, độ cứng, độ cản của TMD khác nhau, P.
Nishitani [16] đã kết hợp TMD với hệ cản VSFLD và gối cách chấn trong việc giảm chuyển vị và nội lực trong thiết kế kháng chấn cho kết cấu. Nguyễn Trọng Phước , Huỳnh Tuấn Dũng (2013) [10] bài báo phân tích ảnh hưởng của hệ cản khối lượng và lưu biến điện trong khung phẳng chịu động đất, từng hệ cản TMD Và ER được tìm hiểu và áp dụng, khi đó ER sinh ra lực điều khiển phụ thuộc vào điện thế cung cấp, và chuyển vị , vận tốc của kết cấu , thiết lập phương trình chuyển động kết cấu khung chịu gia tốc nền động đất có sử dụng TMD và ER, và giải bằng phương pháp số Newmark. Đánh giá khả năng giảm chấn của kết cấu 8 Chương 2 Tổng quan Dưới đây là một số công trình đã được ứng dụng TMD để giảm phản ứng động trên thế giới.1: Taipei Financial Center (1999-2004) Đánh giá khả năng giảm chấn của kết cấu 9 Chương 2 Tổng quan Hình 2.2 Shanghai World Hình 2.3 John Hancock Tower Financial Center (1997-2008) (1968-1976) Năm 1999 hệ cản khối lượng được lắp tầng trên tòa nhà Taipei Financial Center Hình 2.8, điểm đặc biệt ở công trình này trong khi hầu hết thiết bị cản điều được giấu ở một nơi nào đó trong công trình, nhưng hệ TMD, có hình dạng như một quả cầu màu vàng nặng 728 tấn được bố trị từ tầng 58 đến tầng 60, và được trưng bày ra bên ngoài. Ngoài ra hệ cản khối lượng được lắp ở Shanghai World Financial Center Hình 2.9, John Hancock Tower Hình 2.
Qua các trích dẫn trên, có thể thấy rằng việc nghiên cứu ứng xử của TMD theo hướng đặc tính của chính TMD ngày càng phát triển và hoàn thiện dần, có thể tiếp tục là các thí nghiệm kiểm chứng kết quả. Đây là những nghiên cứu tốn nhiều công sức và tiền của nhưng cũng mang đến sự tin cậy cao của thiết bị TMD và sẽ đưa vào áp dụng trong thực tế. Một hướng nghiên cứu khác của TMD được các nhà nghiên cứu tìm hiểu đó là kết hợp hệ cản TMD với một số thiết bị đã có khác để đánh giá sự hiệu quả giảm chấn cho kết cấu chính; tuy nhiên hướng này chưa thật sự nhiều và cũng chưa thấy hoặc còn ít phổ biến khi đưa những giải pháp này vào ứng dụng thực tiễn. Đánh giá khả năng giảm chấn của kết cấu 10 Chương 2 Tổng quan 2.3 THIẾT BỊ LƯU BIẾN TỪ MR (MAGNETO-RHEOLOGICAL) 2.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Hệ cản lưu biến từ là một hệ cản đa năng, có thể hoạt động ở nhiều trạng thái, bị động chủ động, bán chủ động tùy thuộc vào mục đích của người sử dụng.
Hệ cản này được Rabinow khám phá và phát triển đầu tiên vào năm 1940 tại cục Tiêu Chuẩn Quốc Gia Hoa Kỳ, có dạng là các hạt sắt trôi lơ lửng trong dung môi đặc biệt và có thể chuyển từ lỏng sang rắn khi có lực từ đi qua từ đó sinh ra giới hạn đàn hồi cho chất lưu, giá trị này phụ thuộc vào độ từ hóa trong chất lưu (Dyke 1996), Có rất nhiều nghiên cứu có liên quan đến MR và phát triển nó dưới nhiều dạng khác nhau. Ngoài ra hiện nay chúng cũng được ứng dụng rộng rãi trong thực tế, phần lớn các nghiên cứu xét đến sự ảnh hưởng của cản MR gắn bên trong kết cấu.J Dyke (1996)[22] nói lên sự ưu việt của thiết bị điều khiển bán chủ động nói chúng thiết bị lưu biến từ nói riêng so với các thiết bị điều khiển khác, trong việc giảm tác dụng của địa chấn đối với kết cấu. Simon Laflamme ( 2007) [23] đưa ra thật toán giải phương trình ứng xử của hệ cản lưu biến từ, bằng cách viết lại phương trình động lực học dưới dạng không gian trạng thái và dùng công cụ Simulink trong MATLAB để mô phỏng chuyển động hệ kết cấu hay ứng xử của hệ điều khiển. Nguyễn Minh Hiếu (2007)[8] đã giới thiệu các thuật giải điều khiển MR qua các nguyên cứu mô hình dự đoán ứng xử, như mô hình Bingham, mô hình Gamota và Filishko, mô hình Bouc-Wen, và cuối cùng là mô hình cải tiến Bouc- Wen.
Lê Thanh Cường (2012)[6] sử dụng hệ cản lưu biến từ nối giữa hai kết cấu để giảm va đập dưới tác dụng của động đất, trong đó tác giả đã đưa vào phân tích nhiều trận động đất khác nhau Elcentrol, Northrid, Superstiton qua biến đổi FFT (Fast Fourier Transform) để suy ra độ trội, hay là năng lượng ứng với tần số đó là lớn nhất, để chọn lựa thông số kết cấu phù hợp. Đánh giá khả năng giảm chấn của kết cấu 11 Chương 2 Tổng quan Phạm Đình Trung và Nguyễn Trọng Phước (2013)[12] đã khảo sát Hiệu quả giảm chấn của hệ cản lư biến từ kết hợp gối trượt ma sát trong kết cấu chịu động đất trong bài báo này tác giả đã sử dụng gối trượt ma sát TFP (Triple Friction Pendulum) 2.2 Cấu tạo, thành phần và cơ chế hoạt động của thiết bị lưu biến từ Cấu tạo hệ cản lưu biến từ Hệ MR là thiết bị tiêu tán năng lượng bán chủ động, hiện nay trên thế giới có rất nhiều loại với hình dạng và giá thành khác nhau như: WRF-140CG, MRF- 122EG, MRF-132DG, RD-8041-1, RD-3002-03, RD-2013-02… Nhưng nó có chung cấu tạo được thể hiện ở Hình 2.4 như sau: Lớp vỏ ngoài Piston, có khả năng dịch chuyển trong môi trường chất lưu MR khi chịu tác dụng của các điện thế khác nhau Cuộn dây cảm biến, được nối với thiết bị cung cấp điện, khi có dòng điện chạy qua, sẽ phát sinh ra từ trường làm cho chất lưu chuyển hóa trạng thái từ lỏng sang rắn, Bộ phận khí nén (accumulator), giúp cho piston di chuyển dễ dàng, Vách ngăn (diaphragm) cách bộ phận khí nén với chất lưu Khớp nối Dây dẫn điện Bạc đạn và vòng đệm Chất lưu MR Luồng chất lưu Cuộn cảm ứng Vách ngăn Bộ phận khí nén Hình 2.Cấu tạo chung thiết bị MR Đánh giá khả năng giảm chấn của kết cấu 12 Chương 2 Tổng quan Thành phần thiết bị lưu biến từ Các dạng hình cầu hoặc elip với kích thước nhỏ vài micrometer (3-5 micrometer ) có thể bị từ hóa. Loại hạt được sử dụng nhiều nhất là các hạt sắt nguyên chất (pure iron) Dung môi chứa các hạt trên, làm môi trường cho các hạt di chuyển, thông thương là dầu khoáng hoặc silicon. Ngoài hai thành phần chính trên, người ta còn đưa thêm một số phụ gia vào để tránh hiện tượng các hạt chìm xuống do tác dụng của trọng lực và tăng khả năng treo lơ lửng của các hạt trong dung môi Cơ chế hoạt động Trong điều kiện bình thường không có từ trường đi qua, các hạt phân bố ngẫu nhiên, nhưng khi có từ trường đi qua các hạt được sắp xếp theo thứ tự dọc theo đường sức của từ trường, và có hướng vuông góc với hướng chuyển động của chất lưu, đồng nghĩa với tăng độ nhớt của chất lưu, cơ chế này được biểu diễn qua Hình 2.
KHI KHÔNG CÓ ĐIỆN THẾ Chất lưu MR Dòng chảy parabol Đường sức KHI CÓ ĐIỆN THẾ Lớp trượt (Ứng suất trượt và giới hạn chảy) Nút (Ứng suất trượt và giới hạn chảy) Lớp trượt (Ứng suất trượt và giới hạn chảy) Hình 2.5 Cơ chế hoạt động của chất lưu Đánh giá khả năng giảm chấn của kết cấu 13 Chương 2 Tổng quan 2.