Tổng quan luận án

Kết cấu tường chịu cắt bê tông cốt thép là giải pháp chịu lực ngang phổ biến trong các công trình nhà nhiều tầng nhờ độ cứng và khả năng chịu lực lớn. Nhằm đáp ứng các yêu cầu kiến trúc về cửa đi, cửa sổ hoặc hành lang, tường chịu lực thường được bố trí các dãy lỗ mở, chia vách cứng thành các tường đơn liên kết với nhau bằng hệ thống dầm nối, tạo thành kết cấu tường kép (coupled shear walls). Theo Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 9386:2012, hệ kết cấu tường kép có hệ số ứng xử cao hơn so với kết cấu tường chịu cắt thông thường (ở cấp dẻo trung bình, hệ số ứng xử của tường kép là 3,9 so với 3,0 của tường đơn; ở cấp dẻo cao, các giá trị tương ứng là 5,85 và 5,2). Ứng xử động lực học và khả năng kháng chấn của tường kép phụ thuộc vào độ cứng, độ bền và độ dẻo của dầm nối. Trong các trận động đất, dầm nối chịu biến dạng cắt và uốn lớn, đóng vai trò tiêu tán năng lượng chính của toàn hệ thống.

Khoảng trống nghiên cứu được tác giả xác định xuất phát từ thực tế mô hình hóa kết cấu: Các nghiên cứu thực nghiệm và phân tích số trước đây khi mô phỏng dầm nối có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng (TTNL) thường phải sử dụng nhiều phần tử thanh kết hợp với các phần tử liên kết phi tuyến có chiều dài bằng không (zero-length elements) hoặc phần tử tấm/khối trong các phần mềm thương mại (như SAP2000, OpenSees, ABAQUS). Cách tiếp cận này làm tăng bậc tự do, khiến khối lượng tính toán lớn và phụ thuộc vào thư viện phần tử có sẵn. Do đó, việc xây dựng một mô hình lý thuyết với một siêu phần tử duy nhất đại diện cho toàn bộ dầm nối có gắn thiết bị TTNL, tích hợp thuật toán phi tuyến theo lịch sử thời gian và khảo sát ảnh hưởng của các tham số kỹ thuật, số lượng cũng như vị trí lắp đặt thiết bị dưới tác động của nhiều trận động đất khác nhau là vấn đề cần được giải quyết.

Luận án xác định ba mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

  1. Đề xuất mô hình tính toán kết cấu tường kép có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng có đặc tính phi tuyến.
  2. Xây dựng chương trình tính toán kết cấu tường kép có thiết bị tiêu tán năng lượng theo mô hình được đề xuất.
  3. Phân tích kết cấu tường kép có thiết bị tiêu tán năng lượng chịu tác động của động đất, khảo sát ảnh hưởng của các đặc trưng của thiết bị, số lượng và vị trí gắn các thiết bị đến hiệu quả giảm chấn.

Đối tượng nghiên cứu của luận án là kết cấu tường kép có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng chịu tác động của tải trọng động đất.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào phân tích động lực học kết cấu tường kép hỗn hợp phẳng gồm các vách tường bê tông cốt thép và dầm nối bằng thép có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng làm việc theo quy luật trễ phi tuyến giữa lực cắt và biến dạng trượt, chịu tác động của các bản ghi gia tốc nền động đất.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu trong luận án điểm lại các giai đoạn phát triển của kết cấu tường kép và các giải pháp nâng cao độ dẻo, tiêu tán năng lượng cho dầm nối:

Hướng nghiên cứu Tác giả và năm công bố Nội dung chính và phát hiện thực nghiệm/lý thuyết
Dầm nối bê tông cốt thép thông thường và gia cường Paulay và cộng sự (1969); Paulay & Binney (1974) Xác định hai dạng phá hoại cắt chính: kéo theo đường chéo và trượt do cắt. Đề xuất bố trí cốt thép chéo để tăng độ dẻo và khả năng tiêu tán năng lượng, tuy nhiên gặp khó khăn trong thi công và uốn cốt thép.
Cải tiến cấu tạo cốt thép dầm nối Santhakumar (1974); Tassios và cộng sự (1996); Galano & Vignoli (2000) Thí nghiệm 15 dầm nối (tỷ lệ nhịp/chiều cao bằng 1,5) với 4 dạng cấu tạo; dầm cốt thép hình thoi đạt độ dẻo cao nhất và tiêu tán năng lượng tăng 9,6% so với cốt thép chéo, nhưng độ bền giảm khoảng 17% và khó lắp dựng khi bề dày tường nhỏ hơn 250 mm.
Tường kép liên hợp dầm nối thép và liên hợp thép - bê tông Harries và cộng sự (1993, 1997, 1998); Gong & Shahrooz (2001) Sử dụng dầm nối thép hình chữ I liên kết vào vách bê tông cốt thép (tường kép lai) giúp tăng độ dẻo, hấp thụ năng lượng và đơn giản hóa ván khuôn. Gong và Shahrooz bổ sung bê tông bọc ngoài dầm thép để chống mất ổn định bản bụng.
Dầm nối gắn thiết bị tiêu tán năng lượng Fortney (2005); Ahn và cộng sự (2012); Montgomery và cộng sự (2014); S. Oh và cộng sự (2020); H. Jiang và cộng sự (2021) Đề xuất dầm nối có "khớp nối" (fuse) trượt bu lông (Fortney); thiết bị cản ma sát kết hợp kim loại với vật liệu không amiăng NAO (Ahn); thiết bị cản nhớt nhiều lớp vật liệu đàn nhớt (Montgomery); thiết bị kết hợp cao su độ cản cao và thép chữ U (Oh); thiết bị cản kim loại dầm thép bụng mỏng kết hợp cản nhớt (Jiang).
Mô hình hóa số kết cấu tường kép có thiết bị giảm chấn C. Christopoulos và cộng sự; Cong Chen và cộng sự (2017); Yun Chen và cộng sự (2019); Molham Salameh và cộng sự (2022); A. Kheyroddin và cộng sự (2022) Sử dụng SAP2000, OpenSees, ABAQUS để mô phỏng. Dầm nối phải chia thành nhiều phần tử (từ 2 đến 3 phần tử thanh kết hợp 3 đến 10 phần tử liên kết phi tuyến hoặc phần tử khối C3D8R 8 nút).

Vị trí của luận án: Kế thừa các cơ chế làm việc của thiết bị tiêu tán năng lượng phụ thuộc chuyển vị, luận án giải quyết hạn chế của các mô hình số trước đây bằng cách thiết lập giải tích ma trận độ cứng cho một siêu phần tử dầm nối duy nhất (tích hợp hai đoạn cứng, đoạn dầm thép đàn hồi và thiết bị tiêu tán năng lượng phi tuyến trễ), từ đó xây dựng chương trình tính toán chuyên dụng TTKGC để phân tích phản ứng kết cấu dưới nhiều trận động đất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên lý thuyết động lực học công trình và phương pháp phần tử hữu hạn phi tuyến:

  1. Cơ chế làm việc của tường kép: Dưới tác dụng của tải trọng ngang, mô men tổng tác dụng lên hệ tường kép được cân bằng theo công thức: $$M = M_1 + M_2 + Nl$$ Trong đó, $M_1$ và $M_2$ là mô men uốn tại tiết diện khảo sát của hai tường đơn; $N$ là lực dọc phát sinh trong mỗi tường (kéo ở phía đón gió, nén ở phía khuất gió); $l$ là khoảng cách giữa trục trọng tâm của hai tường đơn. Lực cắt trong dầm nối sinh ra mô men đảo chiều $Nl$ giúp giảm ứng suất uốn trong các tường đơn. Phân loại tường kép theo hệ số liền khối $\alpha$:
  • Dãy lỗ kích thước lớn ($\alpha \le 1$): Độ cứng dầm nối rất nhỏ, dầm làm việc như thanh nối khớp hai đầu.
  • Dãy lỗ kích thước bé ($\alpha \ge 10$): Độ cứng dầm nối rất lớn, kết cấu biến dạng theo giả thiết tiết diện phẳng Bernoulli.
  • Dãy lỗ kích thước trung bình ($1 < \alpha < 10$): Dầm nối làm việc chịu uốn và cắt, cần tính toán đồng thời biến dạng uốn và trượt.

  1. Mô hình ứng xử trễ của thiết bị tiêu tán năng lượng: Luận án khảo sát thiết bị TTNL phụ thuộc chuyển vị có quan hệ lực cắt - chuyển vị ($Q - v$) dạng song tuyến tính (đàn hồi - dẻo), đặc trưng bởi độ cứng đàn hồi ban đầu $k_1$, độ cứng sau chảy dẻo $k_2$ và lực cắt chảy dẻo $Q_y$.

  2. Phương trình vi phân dao động của hệ kết cấu nhiều bậc tự do: $$[M]{\ddot{u}} + [C]{\dot{u}} + [K]{u} = {P(t)}$$ Trong đó, $[M]$ là ma trận khối lượng tập trung tại các tầng; $[C]$ là ma trận độ cản tổng thể xác định theo mô hình cản Rayleigh ($[C] = \alpha_m [M] + \beta_k [K]$); $[K]$ là ma trận độ cứng tức thời thay đổi theo trạng thái làm việc của thiết bị TTNL; ${P(t)} = -[M]{I}\ddot{u}_g(t)$ là véc tơ tải trọng động đất theo thời gian.

  3. Phương pháp nghiên cứu thực tế:

  • Phương pháp số: Ứng dụng phương pháp chuyển vị trong cơ học kết cấu, thiết lập giải tích ma trận độ cứng phần tử dầm nối trong hệ tọa độ địa phương $[K_r]$ có xét biến dạng uốn, cắt và chuyển vị trượt tương đối tại vị trí gắn thiết bị; sử dụng ma trận chuyển tọa độ $[T]$ để chuyển sang hệ tọa độ chung $[K_c]$.
  • Kỹ thuật phân tích: Sử dụng thuật toán lặp từng bước thời gian $\Delta t$ để giải hệ phương trình vi phân chuyển động phi tuyến, kiểm soát 6 trạng thái chuyển tiếp độ cứng của thiết bị (tăng lực cắt, giảm lực cắt, đảo chiều biến dạng).
  • Dữ liệu đầu vào: Các thông số hình học của công trình 10 tầng và 30 tầng; bản ghi gia tốc nền động đất thực tế gồm CAST360_DBE, KOBE, TCU078, IND.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về tường kép nhà nhiều tầng có thiết bị giảm chấn

Chương này trình bày khái niệm, đặc điểm chịu lực và phân loại kết cấu tường kép bê tông cốt thép trong nhà nhiều tầng. Tác giả phân tích sự chuyển tiếp ứng suất từ dạng công xôn nguyên khối sang hệ công xôn ghép thông qua dầm nối. Nội dung chương điểm luận chi tiết các giải pháp nâng cao khả năng kháng chấn:

  • Hệ thống giảm chấn thụ động: Cách chấn đáy (gối cao su tự nhiên NRB, gối lõi chì LRB, cao su cản cao HDRB); thiết bị cản kim loại (MD), cản ma sát (FD), cản nhớt (VD), giảm chấn khối lượng (TMD như quả cầu thép 660 tấn tại tầng 89 tòa nhà Taipei 101), giảm chấn chất lỏng (TLD/TLCD).
  • Hệ thống giảm chấn chủ động (AMD, ATMD, AVS) và bán chủ động.
  • Các nghiên cứu thực nghiệm dầm nối thép, dầm nối có khớp nối ma sát, dầm nối liên hợp cao su - thép chữ U và cản nhớt.
  • Đánh giá các nghiên cứu mô hình hóa số bằng SAP2000, OpenSees, ABAQUS và xác định 3 nhiệm vụ khoa học của luận án.

Chương 2: Mô hình tính toán tường kép có thiết bị tiêu tán năng lượng

Chương 2 tập trung xây dựng cơ sở lý thuyết mô hình hóa kết cấu tường kép và thiết lập ma trận độ cứng cho siêu phần tử dầm nối:

  • Khảo sát mô hình tấm: Phân tích kết cấu tường kép 10 tầng (chiều cao tầng 3,5 m; chiều dày tường $t = 0,25$ m; mô đun đàn hồi bê tông $E = 25000$ MPa; hệ số Poisson $\nu = 0,2$) chịu tải trọng ngang 200 kN tại mỗi tầng bằng phần mềm SAP2000. Kết quả chia lưới được tác giả tổng hợp để đánh giá mức độ hội tụ:
Phương án chia lưới Số phần tử trên một tầng Chuyển vị đỉnh (cm) Mức độ thay đổi
Lưới 1 5 6,0547 -
Lưới 2 13 6,2300 Tăng 2,89%
Lưới 3 60 6,5335 Tăng 4,87%
Lưới 4 90 6,6006 Tăng 1,03%
Lưới 5 360 6,7330 Tăng 2,01%
Lưới 6 1440 6,7933 Tăng 0,89%

Sự chênh lệch chuyển vị đỉnh giữa 360 phần tử và 1440 phần tử là 0,9%, chứng minh nghiệm hội tụ khi mô hình đạt 15040 nút và 14400 phần tử tấm.

  • Mô hình khung tương đương: So sánh Mô hình 1 (dầm nối đặt tại trục trung hòa) và Mô hình 2 (dầm nối đặt tại cao độ sàn). Kết quả cho thấy mô hình khung tương đương gồm 22 nút và 30 phần tử thanh cho kết quả chuyển vị phù hợp với mô hình tấm nhưng giảm đáng kể số bậc tự do.
  • Thiết lập giải tích ma trận độ cứng siêu phần tử dầm nối: Xét phần tử dầm nối gồm hai đoạn dầm thép đàn hồi liên kết với thiết bị TTNL đặt ở chính giữa và hai đầu nối cứng $b_1$ vào tường. Bằng phương pháp năng lượng bù $U^*$, tác giả thiết lập ma trận độ cứng phần tử trong hệ tọa độ riêng $[K_r]$ kích thước $6 \times 6$, sau đó dùng ma trận chuyển hệ trục $[T]$ để thu được ma trận độ cứng $[K_c]$ và kéo dãn vào ma trận độ cứng tổng thể của kết cấu.
  • Kiểm tra các trường hợp đặc biệt: Khi độ cứng thiết bị $k \to \infty$, ma trận suy biến chính xác về ma trận phần tử dầm thông thường; khi $k \to 0$, ma trận thể hiện đúng tính chất dầm có khớp trượt cắt ở giữa.

Chương 3: Xây dựng chương trình tính toán tường kép có thiết bị tiêu tán năng lượng

Chương 3 trình bày thuật toán và xây dựng phần mềm TTKGC (Tính Toán Khung Gắn thiết bị Giảm Chấn):

  • Thuật toán số: Thiết lập sơ đồ khối tính toán ma trận khối lượng $[M]$, ma trận cản $[C]$ theo Rayleigh và ma trận độ cứng tức thời $[K(t)]$. Xử lý 6 quá trình biến thiên lực cắt và độ cứng của thiết bị: (1) Lực cắt $Q$ tăng trong miền đàn hồi $k_1$; (2) $Q$ tăng vượt lực chảy $Q_y$ chuyển sang độ cứng $k_2$; (3) $Q$ giảm không đổi độ cứng; (4) $Q$ giảm có đổi độ cứng; (5) $Q$ đảo chiều từ $k_2$ về $k_1$; (6) $Q$ đảo chiều từ $k_1$ sang $k_2$.
  • Kiểm chứng chương trình TTKGC:
    • So sánh với giải tích: Khung 1 tầng có dầm khớp ở giữa gắn khối lượng, kết quả chu kỳ dao động riêng và chuyển vị đỉnh theo các bước thời gian $\Delta t$ từ TTKGC trùng khớp hoàn toàn với nghiệm giải tích.
    • So sánh với phần mềm SAP2000: Kiểm tra khung 1 tầng chịu tải trọng điều hòa $P(t)$ và hệ tường kép 10 tầng chịu gia tốc nền động đất CAST360_DBE trong hai trường hợp đặt thiết bị tại tầng 1 và đặt thiết bị tại các tầng 3-5. Kết quả so sánh giá trị lớn nhất về chuyển vị đỉnh, gia tốc đỉnh, lực cắt đáy và mô men chân cột giữa TTKGC và SAP2000 cho thấy sai số không đáng kể, trong khi thời gian phân tích của chương trình TTKGC được rút ngắn đáng kể nhờ mô hình siêu phần tử dầm nối đơn lẻ.

Chương 4: Phân tích kết cấu tường kép có thiết bị tiêu tán năng lượng chịu động đất

Chương này thực hiện các khảo sát số trên kết cấu tường kép 30 tầng chịu tác động của các trận động đất khác nhau:

  • Đánh giá hiệu quả giảm chấn: So sánh phản ứng của kết cấu tường kép 30 tầng khi không gắn thiết bị và khi gắn thiết bị TTNL trên tất cả các tầng (tầng 1-30) dưới các sóng động đất KOBE, TCU078, IND. Kết quả cho thấy thiết bị TTNL giúp giảm mạnh chuyển vị ngang đỉnh, gia tốc đỉnh và chuyển vị ngang tương đối giữa các tầng (drift).
  • Khảo sát ảnh hưởng của lực chảy dẻo $Q_y$: Sử dụng chuỗi thiết bị từ TB1 đến TB10 với các mức lực chảy khác nhau. Khi lực chảy quá nhỏ, thiết bị sớm chảy dẻo nhưng khả năng tiêu tán năng lượng uốn tổng thể giảm; khi lực chảy quá lớn, thiết bị không bị kích hoạt biến dạng dẻo trượt. Tồn tại dải giá trị lực chảy tối ưu giúp diện tích vòng trễ đạt cực đại.
  • Khảo sát ảnh hưởng của độ cứng thiết bị ($k_1, k_2$ qua các mẫu TB1, TB11 đến TB20/TB21): Độ cứng ban đầu $k_1$ ảnh hưởng trực tiếp đến chu kỳ dao động riêng của công trình, trong khi độ cứng sau chảy $k_2$ chi phối khả năng kiểm soát chuyển vị dư sau động đất.
  • Khảo sát ảnh hưởng của độ cứng dầm thép: Khảo sát các kích thước tiết diện dầm từ D1 đến D7. Chiều cao tiết diện dầm nối thép tăng làm tăng độ cứng liên kết giữa hai vách, từ đó gia tăng lực cắt truyền vào thiết bị TTNL.
  • Khảo sát số lượng và vị trí gắn thiết bị TTNL: Phân tích các phương án bố trí thiết bị trên chiều cao công trình:
    • Gắn 1 thiết bị đơn lẻ tại các cao trình khác nhau.
    • Gắn 6 tầng (1/5 số tầng).
    • Gắn 10 tầng (1/3 số tầng).
    • Gắn 15 tầng (1/2 số tầng).
    • Gắn 20 tầng (2/3 số tầng).
    • Gắn 25 tầng (5/6 số tầng). Kết quả chỉ ra việc bố trí thiết bị tập trung ở các tầng phía dưới và giữa (khu vực từ tầng 1/3 đến 2/3 chiều cao công trình - nơi phát sinh lực cắt và biến dạng trượt dầm nối lớn nhất) mang lại hiệu quả giảm chấn tương đương với việc bố trí trên toàn bộ 30 tầng, giúp giảm số lượng thiết bị lắp đặt mà vẫn đảm bảo an toàn chịu lực.

Kết quả và những đóng góp mới

Các kết quả và đóng góp mới của luận án được tổng hợp cụ thể:

  1. Đóng góp về lý luận và phương pháp:
  • Thiết lập thành công ma trận độ cứng giải tích cho siêu phần tử dầm nối duy nhất có tích hợp thiết bị tiêu tán năng lượng trễ phi tuyến và hai đoạn dầm cứng liên kết vào vách. Mô hình này khắc phục được nhược điểm phải chia dầm thành nhiều phần tử rời rạc trong các phần mềm kết cấu thương mại.
  • Xây dựng thuật toán phân tích động lực học phi tuyến theo lịch sử thời gian, kiểm soát chặt chẽ 6 trạng thái trễ lực cắt - chuyển vị của thiết bị trong quá trình dao động dưới tác động của động đất.
  1. Đóng góp về thực tiễn và ứng dụng:
  • Xây dựng hoàn chỉnh chương trình máy tính TTKGC, có độ chính xác tương đương với phần mềm SAP2000 nhưng giảm khối lượng dữ liệu đầu vào và rút ngắn thời gian tính toán.
  • Đưa ra các biểu đồ và số liệu định lượng về ảnh hưởng của các đặc trưng kỹ thuật thiết bị (lực chảy $Q_y$, độ cứng $k_1, k_2$, chiều cao tiết diện dầm thép) đến hiệu quả kháng chấn.
  • Đề xuất giải pháp bố trí thiết bị TTNL tối ưu: Không nhất thiết phải lắp đặt thiết bị trên tất cả các tầng; bố trí tại khu vực có biến dạng cắt lớn (khoảng 1/3 đến 2/3 chiều cao công trình) đạt hiệu quả kiểm soát dao động cao nhất và tối ưu về mặt kinh tế kỹ thuật.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Luận án giới hạn phạm vi khảo sát trên mô hình phẳng 2D của hệ tường kép hỗn hợp; giả thiết vật liệu tường bê tông cốt thép và các đoạn dầm thép làm việc trong miền đàn hồi tuyến tính, chỉ có thiết bị TTNL phát sinh biến dạng phi tuyến trễ; chưa xét đến tương tác động lực học giữa đất nền và kết cấu móng (SSI).
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    1. Mở rộng mô hình tính toán cho hệ kết cấu không gian 3D chịu tác động động đất nhiều chiều đồng thời.
    2. Kể đến ứng xử phi tuyến vật liệu (nứt, chảy dẻo cốt thép) của bản thân vách tường bê tông cốt thép khi chịu các trận động đất có cường độ rất mạnh.
    3. Khảo sát các mô hình ứng xử trễ phức tạp hơn của thiết bị tiêu tán năng lượng (như thiết bị cản nhớt phi tuyến, thiết bị vật liệu tự phục hồi hình dạng SMA).

Giá trị tham khảo

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận án có giá trị tham khảo cho các đối tượng:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên ngành Cơ học vật rắn, Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp: Tham khảo phương pháp thiết lập siêu phần tử hữu hạn có điều kiện biên phi tuyến cục bộ và thuật toán giải phương trình vi phân dao động phi tuyến từng bước thời gian.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu công trình cao tầng: Tham khảo giải pháp cấu tạo dầm nối thép có gắn thiết bị giảm chấn dạng module dễ thay thế sau động đất, cùng các hướng dẫn lựa chọn thông số lực chảy, độ cứng và vùng tầng tối ưu để bố trí thiết bị tiêu tán năng lượng.

Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi 1: Siêu phần tử dầm nối được đề xuất trong luận án có ưu điểm gì so với cách mô hình hóa trong các phần mềm như SAP2000 hay OpenSees? Trả lời: Trong SAP2000 hay OpenSees, để mô phỏng một dầm nối có gắn thiết bị TTNL cần chia dầm thành nhiều phần tử (từ 2 đến 3 phần tử thanh kết hợp 3 đến 10 phần tử liên kết zero-length hoặc phần tử giàn song song). Luận án đã thiết lập giải tích ma trận độ cứng của một siêu phần tử dầm nối duy nhất tích hợp cả hai đầu cứng, hai đoạn dầm thép đàn hồi và thiết bị trễ phi tuyến ở giữa, giúp giảm số lượng nút và phần tử, giảm bậc tự do của hệ kết cấu và rút ngắn thời gian phân tích số.

Câu hỏi 2: Kết quả phân tích mô hình tấm ở Chương 2 cho thấy số lượng phần tử ảnh hưởng thế nào đến độ chính xác của chuyển vị đỉnh? Trả lời: Khảo sát hệ tường kép 10 tầng chịu tải trọng 200 kN/tầng cho thấy khi số phần tử tấm trên một tầng tăng từ 5 lên 1440 phần tử (tương ứng từ 50 lên 14400 phần tử toàn công trình), chuyển vị đỉnh tăng dần từ 6,0547 cm lên 6,7933 cm. Kết quả giữa phương án 360 phần tử/tầng (6,7330 cm) và 1440 phần tử/tầng (6,7933 cm) chỉ chênh lệch 0,89% (xấp xỉ 0,9%), chứng minh mô hình đạt được sự hội tụ số.

Câu hỏi 3: Chương trình tính toán TTKGC được kiểm chứng qua các bài toán nào? Trả lời: Chương trình TTKGC được kiểm chứng qua hai bước: (1) So sánh với lời giải giải tích trên mô hình khung 1 tầng có dầm khớp ở giữa gắn khối lượng (cho kết quả chu kỳ dao động và chuyển vị đỉnh trùng khớp); (2) So sánh với phần mềm SAP2000 trên khung 1 tầng chịu tải trọng điều hòa $P(t)$ và hệ tường kép 10 tầng chịu gia tốc nền CAST360_DBE khi đặt thiết bị tại tầng 1 và tầng 3-5, cho thấy sai số về chuyển vị đỉnh, gia tốc đỉnh, lực cắt đáy và mô men chân cột không đáng kể.

Câu hỏi 4: Việc thay đổi lực chảy $Q_y$ của thiết bị TTNL tác động như thế nào đến phản ứng của tường kép? Trả lời: Khảo sát các mẫu thiết bị từ TB1 đến TB10 ở Chương 4 cho thấy lực chảy $Q_y$ quyết định thời điểm và mức độ kích hoạt vòng trễ tiêu tán năng lượng. Nếu $Q_y$ quá nhỏ, thiết bị chảy dẻo sớm nhưng khả năng chịu lực cắt kém; nếu $Q_y$ quá lớn, thiết bị hầu như làm việc trong miền đàn hồi và không phát huy được khả năng tiêu tán năng lượng trễ. Do đó, cần chọn giá trị $Q_y$ hợp lý để diện tích vòng trễ tiêu tán năng lượng đạt giá trị lớn nhất.

Câu hỏi 5: Phương án bố trí thiết bị TTNL theo chiều cao công trình được luận án khuyến nghị như thế nào? Trả lời: Kết quả phân tích kết cấu tường kép 30 tầng với các phương án bố trí từ 1 thiết bị đến 25 thiết bị và toàn bộ 30 tầng chỉ ra rằng: Lực cắt và biến dạng trượt của dầm nối tập trung lớn nhất ở khu vực 1/3 đến 2/3 chiều cao tòa nhà. Việc lắp đặt thiết bị TTNL tại 1/2 đến 2/3 số tầng thuộc khu vực này đem lại hiệu quả giảm chấn (giảm chuyển vị đỉnh, gia tốc và độ trôi tầng) tương đương với phương án lắp đặt trên toàn bộ các tầng.

Kết luận

Luận án của tác giả Phạm Thu Hiền đã giải quyết bài toán mô hình hóa và phân tích động lực học kết cấu tường kép hỗn hợp có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng chịu tác động của động đất. Thông qua việc thiết lập giải tích ma trận độ cứng của siêu phần tử dầm nối và xây dựng chương trình tính toán TTKGC, công trình cung cấp công cụ tính toán số hiệu quả, có độ tin cậy tương đương với các phần mềm quốc tế nhưng tối ưu hóa về thời gian thực thi. Các kết quả khảo sát tham số trên hệ tường kép 30 tầng làm rõ quy luật ảnh hưởng của đặc tính kỹ thuật thiết bị, số lượng và vị trí lắp đặt, đóng góp cơ sở khoa học cho công tác thiết kế kháng chấn công trình nhà nhiều tầng.