CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VAN DE Với xu hướng ngày càng phát triển, việc đô thị hóa là qui luật tất yếu của xã hội. Tại các thành phố lớn hoặc các khu đô thị mới, các tòa nhà văn phòng làm việc hay chung cư có số tầng tương đối lớn luôn được ưu tiên xây dựng. Các nha nhiều tang này làm tăng hiệu quả sử dụng đất và cũng được coi như là một biéu tượng sức mạnh kinh tế cho khu vực đó. Cùng sự phát triển kinh tế, đô thị ở Việt Nam hình thành ngày càng nhiều lên, mật độ các công trình xây dựng với số tầng tương đối nhiều là có xu hướng tăng lên, số lượng và kế cả số tầng như trong bảng 1.
Chưa kế hàng loạt những chung cư có số tang thấp hơn, khoảng từ 20-30 tầng xuất hiện với mật độ khá dày tại các đô thị lớn như Thành phó Hỗ Chí Minh, Hà nội, Nha trang, Đà nẵng.1: Một số công trình nhà cao tầng hoàn thành ở Việt Nam STT Tòa nhà Chiều Số tầng Năm hoàn thành | ToHS Chi mình 461.2m 81 Dang hoan thién 2 Keangnam Landmark 72 Hanoi - 336m 72 2011 3 vor Non 265m 65 2014 5 | tower TP. HaChiMinn | 206m | 33 2015 Trong lĩnh vực thiết kế kết cau các công trình xây dựng dang nhà nhiều tầng, thường tài trọng ngang như gió bão và động đất có vai trò rất quan trọng và là sự thách thức với các kỹ su. Dù các tiêu chuẩn ngành cũng kha day đủ, tuy nhiên việc tìm hiểu rõ hơn ứng xử của kết cầu nhà nhiều tang chịu tác nhân nay là rất cần thiết. Đặt biệt, với hiện tượng biến đối khí hau, các tác động gió bão va động đất diễn ra càng ngày càng phức tạp về ca cường độ và tầm hoạt động.
Tuy Việt Nam không năm trong khu vực hoạt động mạnh của động đất nhưng nước ta từng phải chịu trên 1000 trận động dat có cường độ lớn nhỏ khác nhau, đặt biệt thời gian gần đây bat đầu xuất hiện nhiều trận động đất khá lớn. Kể tới như khu vực Sơn La, Điện Biên năm 1983 từng ghi nhận trận động đất 6.8 độ richter tương đương độ lớn động đất ở Kobe làm chết 4400 người. PGS TS Nguyễn Hồng Phương, Phó giám đốc Trung tâm Báo tin động đất và cảnh báo sóng thần Việt Nam dự báo có thể có động đất cực đại lên tới 7 độ richter. Vùng có động đất mạnh nhất nằm ở khu vực Tây Bắc.
Mặt khác, Việt Nam lại năm trong khu vực hoạt động mạnh của bão nhiệt đới và gió bão cũng là tác nhân nguy hiểm lớn cho các công trình xây dựng. Thực tế, một số công trình bị phá hoại do động đất gây ra một số hình ảnh minh họa thiệt hại do động đất.2:TrađộngdtạiTứXuyênmh7,9độgày12-058 Khi kết cau chịu tải trọng ngang lớn, đặc biệt là tải trọng động gây ra dao động cho kết cầu và có thé làm cho kết cau trở nên nguy hiểm hon; việc phân tích ứng xử động lực học phải được thực hiện để thu được ứng xử phù hợp hơn và có những giải pháp cần thiết dé gia tăng độ an toàn cho kết cau. Thường dé an toàn hơn khi chịu tải trọng ngang lớn, kết cau thường tăng tiết diện dé tăng độ bên, giam ứng suất và mức độ chịu đựng của cầu kiện; tuy nhiên giải pháp này mang lại hiệu quả chưa cao do tăng tiết diện cấu kiện thì khối lượng tăng điều đó dẫn đến lực quán tính cũng tăng theo khi hệ chịu tải trọng động do vậy cần có giải pháp khác hơn dé giải quyết bai toán này. Giải pháp được đề xuất đó là giảm chan.
Dé đảm bao sự an toàn cho kết cau chịu lực phương pháp thường sử dụng là sử dụng thiết bị làm giảm dao động. Thiết bị làm giảm dao động cho kết câu được chia thành ba loại chính như sau: e Hệ cô lập địa chân thường như là các thiết bị gối đàn hồi, gối cao su- chi, gối ma sát trượt là loại thiết bị cách ly kết cấu với kích thích dưới nền móng như là động đất và thường được đặt tại chan móng công trình. e Hệ điều khiển chủ động & bán chủ động như là các thiết bị hệ giằng chủ động, hệ cản khối lượng bán chủ động & chu động. hệ có thé thay đôi độ cứng hoặc tính cản, vật liệu thông minh.
Hệ điều khiến chủ động cần thuật toán điều khiến va nguồn cung cấp điện dé hoạt động. Hệ bán chủ động cũng yêu cầu nguồn điện tuy nhiên thấp hơn so với hệ chủ động. Khi ngưng cung cấp điện, hệ bán chủ động làm việc như hệ bị động. e HỆ tiêu tán năng lượng bị động như là các thiết bị hệ cản kim loại, hệ cản ma sát, hệ cản đàn nhớt, hệ cản chất lỏng nhớt, hệ cản khối lượng, hệ cản chất lỏng.
Hệ không can phụ thuộc thuật toán điều khiển cũng như nguồn điện cung cấp trong quá trình hệ kết cầu chịu nguyên nhân động. Chức năng chính của hệ tiêu tán năng lượng bị động là thay đổi đặc trưng của kết cầu như tính cản và độ cứng. Do dễ dàng lắp đặt và mang lại hiệu quả cao trong việc giảm dao động cho kết cau nên hệ tiêu tan năng lượng bị động thường được áp dụng trong ngành xây dựng dân dụng. Thiết bị giảm chan băng hệ cản chất lỏng (Tuned Liquid Dampers, TLD) là loại thiết bị dạng hệ tiêu tán năng lượng bị động thuộc loại đơn giản, dễ dàng sử dụng và lắp đặt linh hoạt vào các công trình xây dựng đã hoản thành trước đó với chỉ phí thấp.
Giải pháp này cũng đã xuất hiện trên thế giới khá lâu và được ứng dụng nhiều công trình thực tế. Ngoài ra, bể chứa phan chat lỏng bên trong thường là nước nên nó có thể được sử dụng cho mục đích sinh hoạt hoặc chữa cháy khi cần thiết. Tuy nhiên, cho đến này giải pháp này van đang là van dé thời sự trong lĩnh vực giảm chan cho kết câu chịu gió bão và động dat. Đã có nhiều nghiên cứu về thiết bị TLD chủ yếu tập trung vao phát triển lý thuyết mô tả ứng xử của TLD.
Sau đó, các nghiên cứu tập trung vào phát triển thiết bi TLD truyền thống nhăm tăng thêm hiệu quả giảm chấn cho thiết bị ví dụ như việc sử dụng nhiều bể nước thay vì một bê, nhiều thí nghiệm được thực hiện đê đưa ra mô hình của bê nước, thêm màn ngăn vào nước tăng can cho nước hay là việc đặt nhiêu bê trên nhiêu tang khác nhau của công trình. Cho đến nay, một hướng nghiên cứu của TLD đó là thay đổi cau tạo của bé nước để làm tăng tính cản của bể, tạo ra sự tiêu tán năng lượng nhiều hơn dẫn đến kết câu chính an toàn hơn được phát triển trong thời gian rất gần đây. Như TLD có màn ngăn, cột chất lỏng TLD,. Trong các giải pháp này thì có một công bố liên quan đến TLD được trang bị tam nồi trên bề mặt TLD được cho thay là khá mới, từ một Luận án tiễn sĩ ở nước ngoài va các công bồ trên tạp chí cũng chưa nhiều.
Do đó luận van này theo hướng nghiên cứu nảy, đó là tìm hiểu hệ can chat long được lắp tam nỗi bên trên bé chứa (Tuned Liquid Damper with Floating Roof) gọi tat là TLDFR gắn trên mái của kết câu khung nha nhiều tang. Từ đó, đánh giá hiệu quả giảm dao động do TLDFR mang lại cho kết cấu.2 MỤC TIỂU NGHIÊN CUU Mục tiêu của luận văn này là đánh giá hiệu quả giảm dao động của thiết bị TLDFR lên kết cau đang xét trong không gian chịu tác dụng của tải trọng động gồm có tải điều hòa và gia toc nên động dat. Cac nội dung chi tiệt của nghiên cứu được sơ lược như sau: - Tìm hiểu co sở lý thuyết của thiết bi TLDFR, tương tác giữa chất lỏng, bể va tam nồi; tương tác giữa kết cấu và thiết bi TLDFR, mô hình mô tả thiết bị TLDFR va tác động của tam nỗi lên phan ứng của chất lỏng, cơ chế tiêu tan năng lượng của thiết bị TLDFR. - Tìm hiểu dự đoán các thông số ảnh hưởng hiệu quả giảm chấn của kết cấu: Hệ kết cầu khung bê tông không gian được chia nhỏ thành các phan tử nút và hệ lưới theo phương pháp phân tử hữu hạn, liên kết giữa kết câu với đất là liên kết ngam cứng, phan tử tam nổi cũng được chia nhỏ thành các phan tử nút, các phan tử nút nay trùng phan ứng với các phan tử nước bề mặt, tam nối không liên kết với thành bẻ.
- Dùng chương trình mã nguồn mở ANSYS để viết chương trình máy tính giải quyết mục tiêu đặt ra và mã nguồn MATLAB để phân tích dữ liệu đầu vào của gia tốc nền động đất, xây dựng hệ mô hình tương tác khung và thiết bị TLDFR dạng không gian bằng phan mềm ANSYS, kiểm chứng chương trình. - Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến hiệu quả giảm dao động của TLDFR bao gồm mực nước, ảnh hưởng cua tâm nôi, dưới tac dụng tải điêu hòa và tải động dat.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN Phương pháp thực hiện của luận văn được lựa chọn là lý thuyết. Xây dựng cơ sở lý thuyết và tiễn hành mô hình bai toán dựa trên phương pháp phan tử hữu han và lý thuyết động lực học, so sánh kết quả với các nghiên cứu khác để đánh giá độ tin cậy của lời giải. Công cụ dé thực hiện mô phỏng và phân tích hệ kết câu-TLDFR trong không gian là các công cụ mã nguồn mở trong ANSYS.
Chỉ tiết như sau: - Thiết lập mô hình kết cấu-TLDER, dùng phan tử khối solid không gian để thu được lời giải tin cậy nhất. - Khảo sát sự tương tác của thiết bi và kết cầu trong không gian bằng việc khảo sát mô hình được thiết lập trong không gian; phân tích các thông số ảnh hưởng tới tần số dao động tự nhiên, đáp ứng động như chiều cao mực chat lỏng, tải trong,. và kết hợp với các tài liệu nghiên cứu trước đây đê lựa chọn thông sô này. - Khảo sát ảnh hưởng của chiều cao mực nước, ảnh hưởng của tắm nỗi, từ đó xác định ảnh hưởng cho việc nghiên cứu ứng dụng các thông số đặc trưng của thiết bị TLDER, trong thiết kế thiết bị kháng chan sử dụng chất lỏng cho công trình chịu tải trọng động.4 CÂU TRÚC LUẬN VĂN Luận văn này được trình bày trong 5 chương với những nội dung sau: Chương 1: Chương đầu tiên giới thiệu sơ lược về dé tài, nêu ra van dé giảm dao động cho kêt cầu và lựa chọn đê tài.
Chương 2: Tổng quan về các hệ giảm chan chất lỏng.