Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- VĂN NGỌC TÙNG LÂM THÀNH LẬP MA TRẬN ĐỘ CỨNG XÉT ĐẾN HIỆU ỨNG BẬC HAI CỦA PHẦN TỬ KHUNG BẰNG HÀM CHUYỂN VỊ TỔNG QUÁT ĐƯỢC GIẢI TỪ PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN Chuyên ngành: Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số ngành : 60 58 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp. HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2012 Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- VĂN NGỌC TÙNG LÂM THÀNH LẬP MA TRẬN ĐỘ CỨNG XÉT ĐẾN HIỆU ỨNG BẬC HAI CỦA PHẦN TỬ KHUNG BẰNG HÀM CHUYỂN VỊ TỔNG QUÁT ĐƯỢC GIẢI TỪ PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN Chuyên ngành: Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số ngành : 60 58 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp.
HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2012 i CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học : Cán bộ hướng dẫn : PGS.TS CHU QUỐC THẮNG Cán bộ chấm nhận xét 1 : Cán bộ chấm nhận xét 2 : Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ - TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 27 tháng 09 năm 2012 ii TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ---------------- ---oOo--- Tp. HCM, ngày 27 tháng 09 năm 2012 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: VĂN NGỌC TÙNG LÂM MSHV: 10210228. Ngày, tháng, năm sinh: 05/07/1985 Nơi sinh: Quảng Trị.
Chuyên ngành: Xây dựng công trình Dân dụng và Công nghiệp. 1- TÊN ĐỀ TÀI: “THÀNH LẬP MA TRẬN ĐỘ CỨNG XÉT ĐẾN HIỆU ỨNG BẬC HAI CỦA PHẦN TỬ KHUNG BẰNG HÀM CHUYỂN VỊ TỔNG QUÁT ĐƢỢC GIẢI TỪ PHƢƠNG TRÌNH VI PHÂN”. 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Xây dựng mô hình phân tích phi tuyến về hình học và vật liệu cho phần tử dầm-cột 3D với liên kết nửa cứng. Đi sâu vào thuật toán giải phi tuyến tĩnh.
Sử dụng ngôn ngữ Matlab để lập trình chƣơng trình phân tích phi tuyến. So sánh kết quả với giá trị lý thuyết và một số bài báo khoa học. 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: / /2012. 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: / /2012.
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS CHU QUỐC THẮNG. Nội dung và đề cƣơng Luận văn thạc sĩ đã đƣợc Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) PGS.TS Chu Quốc Thắng iii LỜI CẢM ƠN ------ Luận văn Thạc Sĩ nằm trong hệ thống bài luận cuối khóa nhằm trang bị cho học viên khả năng tự nghiên cứu, biết cách giải quyết những vấn đề cụ thể đặt ra trong thực tế xây dựng, nâng cao khả năng lập trình tính toán và ứng dụng công nghệ thông tin vào nghiên cứu khoa học,…Đó là trách nhiệm và niềm tự hào của mỗi học viên Cao học. Để hoàn thành luận văn này, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS CHU QUỐC THẮNG, Người đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức, phương pháp tư duy và suy luận, dành cho tôi những thời gian vô cùng quí báu để giải thích những thắc mắc và định hướng cho tôi,…để giúp tôi hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn quí Thầy, Cô trong Khoa Kỹ Thuật Xây dựng, trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM đã truyền dạy những kiến thức quí giá cho tôi và đó cũng là những kiến thức không thể thiếu trên con đường nghiên cứu khoa học và sự nghiệp của tôi sau này. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các tổ chức và cá nhân đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Luận văn Thạc Sĩ đã hoàn thành trong thời gian qui định với sự nỗ lực của bản thân, tuy nhiên không thể không có những thiết sót. Kính mong quí Thầy, Cô chỉ dẫn thêm để tôi bổ sung những kiến thức và hoàn thiện bản thân mình hơn.
Xin trân trọng cảm ơn! Tp. HCM, ngày 27 tháng 09 năm 2012 VĂN NGỌC TÙNG LÂM iv TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Phương pháp phân tích nâng cao (Advanved Analysis Method) hay còn gọi là phương pháp phân tích trực tiếp (Direct Analysis Method) đã và đang được áp dụng trong thiết kế kết cấu thép cùng với các phương pháp truyền thống khác của tiêu chuẩn các nước. Và Việt Nam cũng đang dần áp dụng phương pháp này trong tiêu chuẩn thiết kế nhưng nó vẫn còn xa lạ và chưa phổ biến đối với người kỹ sư thiết kế. Phương pháp này đã đánh giá được ứng xử về cường độ và ổn định của hệ kết cấu cũng như của từng phần tử một cách trực tiếp mà không cần tách riêng từng phần tử ra để kiểm tra như những phương pháp truyền thống khác.
Trong nội dung luận văn này, tác giả đã sử dụng phương pháp khớp dẻo hiệu chỉnh của phương pháp phân tích nâng cao để phân tích phi tuyến khung không gian 3D, tác giả sẽ xây dựng lại mô hình phân tích phi tuyến về hình học và vật liệu cho phần tử dầm-cột 3D với liên kết nửa cứng ở hai đầu phần tử. Trong đó các hiệu ứng P và P , tác giả sẽ sử dụng hàm ổn định (stability functions) [6] để mô phỏng. Sử dụng mô hình ba tham số của Kishi-Chen [5] để xét đến ứng xử của liên kết. Sự chảy dẻo dần dần do ảnh hưởng của ứng suất dư dọc theo chiều dài phần tử sẽ được kể đến thông qua module tiếp tuyến của CRC (The Column Research Council).
Mô hình mềm hóa khớp dẻo thông qua hàm parabol (the parabolic function) để xét đến sự giảm dần độ cứng từ giai đoạn đàn hồi cho đến giai đoạn chảy dẻo hoàn toàn bằng phương pháp khớp dẻo hiệu chỉnh (The Refined Plastic Hinge Method). Hàm parabol này được xây dựng từ mặt dẻo Orbison [21] và một số mặt dẻo khác được đề xuất bởi W. Chen và các tác giả khác. Phương pháp chuyển vị dư nhỏ nhất (The Minimum Residual Displacement Method) là một thuật toán giải phi tuyến tĩnh mà có tốc độ hội tụ của mỗi bước gia tăng tải trọng nhanh sẽ được tác giả đề cập đến.
Để giải quyết vấn đề trên, tác giả sử dụng ngôn ngữ Matlab để lập trình chương trình phân tích phi tuyến về hình học, liên kết và vật liệu. Từ đó tác giả sẽ so sánh kết quả từ chương trình lập trình với v với các giá trị tính toán từ lý thuyết và kết quả của những tác giả khác đã được công bố trên các tạp chí khoa học có uy tín. vi LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ và tên: VĂN NGỌC TÙNG LÂM Giới tính : Nam. Ngày, tháng, năm sinh: 05/07/1985 Nơi sinh : Quảng Trị.
Dân tộc: Kinh Tôn giáo : Không. Nguyên quán: Thị xã Quảng Trị, Tỉnh Quảng Trị. Địa chỉ liên lạc: 22 Trần Phú, Khu phố 4, Phường 1, Thị xã Quảng Trị, Tỉnh Quảng Trị. Email : vanngoctunglam@gmail.
QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO : ĐẠI HỌC Thời gian học: Từ 2003 đến 2008. Nơi học: Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Đà Nẵng. Ngành học: Xây dựng dân dụng và công nghiệp. SAU ĐẠI HỌC Thời gian học: Từ 2010 đến 2012.
Nơi học: Trường Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh. Ngành học: Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC : Năm 2009: Làm việc tại Ban quản lý dự án Thị xã Quảng Trị, Tỉnh Quảng Trị. 1 MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ………………………………….ii LỜI CẢM ƠN…………………….iii TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ….iv LÝ LỊCH TRÍCH NGANG…………………….vi MỤC LỤC .1 MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT.4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.6 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .10 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.
Lý do chọn đề tài. Tình hình nghiên cứu. Các công trình nghiên cứu của các tác giả ngoài nước. Các công trình nghiên cứu của các tác giả trong nước.
Nhiệm vụ và mục tiêu. Đối tượng và phạm vi luận văn. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.19 CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHÂN TÍCH PHI TUYẾN VỀ HÌNH HỌC VÀ VẬT LIỆU. Hiệu ứng P và P .
Một số giả thiết. Phi tuyến hình học. Phương trình độ dốc-độ lệch (the slope-deflection equation) [6]. Ma trận độ cứng phi tuyến hình học P phần tử dầm-cột 3D.
Phi tuyến vật liệu. Sự chảy dẻo dần dần do ảnh hưởng của ứng suất dư. Sự chảy dẻo dần dần do moment uốn [3]. Ảnh hưởng của biến dạng cắt.33 CHƢƠNG 3: LIÊN KẾT NỬA CỨNG [5] [40].
Mô hình ba thông số Kishi - Chen (Power Model). Liên kết loại TSA. Hiệu chỉnh ma trận độ cứng của phần tử khi có liên kết 2 đầu [40]. Ma trận độ cứng phần tử………………………………………………………44 CHƢƠNG 4: THUẬT TOÁN GIẢI PHI TUYẾN.
Phương pháp gia tăng đơn giản (The Pure Incremental Method). Phương pháp Euler (The Euler Method). Một số phương pháp khác. Phương pháp lặp trực tiếp (The Direct Iteractive Method).
Phương pháp lặp gia tăng (The Incremental Iterative Methods). Phương pháp chuyển vị dư nhỏ nhất (The Minimum Residual Displacement Method). Chương trình tính toán.58 CHƢƠNG 5: THÍ DỤ TÍNH TOÁN MINH HỌA VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ. KHUNG CÓ LIÊN KẾT CỨNG.
Ví dụ phân tích phi tuyến hình học. Phần tử cột 1. Phần tử cột 2. Phần tử cột 3.
Phần tử cột 4. Khung phẳng 1 tầng 1 nhịp. Ví dụ phân tích phi tuyến hình học và vật liệu. Ví dụ khung không gian 2 tầng.
Ví dụ khung không gian 6 tầng-Orbison. Ví dụ khung không gian 20 tầng. KHUNG CÓ LIÊN KẾT NỬA CỨNG. Khung cổng Vogel [37].
Khung không gian 4 tầng [40]. Khung không gian 6 tầng [37].90 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.94 TÀI LIỆU THAM KHẢO. vii 4 MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT A Diện tích mặt cắt ngang của phần tử dầm-cột. Asy , Asz Diện tích mặt cắt ngang chống cắt tương ứng với trục y và z (đã xét đến hệ số hiệu chỉnh để kể tới sự phân bố không đều của ứng suất tiếp).
Ciiy , Cijy , C jjy Độ cứng phi tuyến hình học và vật liệu của phần tử dầm-cột kể đến biến dạng cắt tương ứng với trục y. Ciiz , Cijz , C jjz Độ cứng phi tuyến hình học và vật liệu của phần tử dầm-cột kể đến biến dạng cắt tương ứng với trục z. E Module đàn hồi. Et Module tiếp tuyến CRC.
G Module đàn hồi trượt. I y, Iz Moment quán tính tương ứng với trục y và z của tiết diện. J Hằng số xoắn. k Hệ số chiều dài tính toán.
