Nghiên Cứu Tải Trọng Gió Lên Kết Cấu Pano Tấm Lớn Tại Việt Nam

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

MỞ ĐẦU

0.1. Lý do chọn đề tài nghiên cứu

0.2. Mục đích nghiên cứu

0.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

0.4. Phương pháp nghiên cứu

0.5. Nội dung nghiên cứu

0.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

0.7. Cấu trúc luận án

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BẢNG QUẢNG CÁO, GIÓ VÀ TẢI TRỌNG GIÓ LÊN BẢNG QUẢNG CÁO, CÔNG CỤ MÔ PHỎNG SỐ VÀ THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH BẢNG QUẢNG CÁO, CÁC NGHIÊN CỨU GẦN ĐÂY Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ BẢNG QUẢNG CÁO

1.1. Tính toán tải trọng gió lên pano tấm lớn theo một số tiêu chuẩn

1.1.1. Các vấn đề về thông số gió và hệ số chuyển đổi vận tốc gió

1.1.2. Profile vận tốc gió

1.1.3. Chiều dài rối

1.1.4. Hệ số chuyển đổi vận tốc gió theo các chu kỳ lặp

1.1.5. Tính toán tải trọng gió lên pano bảng quảng cáo

1.1.6. Hệ số khí động và lực gió theo một số tiêu chuẩn

1.1.7. Xây dựng quy trình tính toán

1.1.8. Lập bảng tính và ví dụ tính toán

1.1.9. Kết luận chương 1

2. CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT THAM SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG VÀ LỰC GIÓ BẰNG PHẦN MỀM ANSYS FLUENT

2.1. Cơ sở lý thuyết và quy trình mô phỏng số CFD

2.2. Quy trình mô phỏng số CFD

2.3. Cụ thể hóa mô phỏng số trong Ansys Fluent

2.4. Lựa chọn thông số mô phỏng trong phần mềm Ansys Fluent

2.5. Lựa chọn kích thước vùng không gian mô phỏng

2.6. Lựa chọn mô hình dòng chảy rối

2.7. Lựa chọn mô tả hàm tường

2.8. Lực gió tác động lên pano

2.9. Khảo sát tham số ảnh hưởng đến hệ số khí động và lực gió

2.9.1. Mẫu thử nghiệm số

2.9.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ mẫu

2.9.3. Ảnh hưởng của mô hình chảy rối

2.9.4. Ảnh hưởng của dạng địa hình

2.9.5. Ảnh hưởng của profile vận tốc gió

2.9.6. Ảnh hưởng của hướng gió

2.9.7. Nhận xét kết quả tính

2.10. Kết luận chương 3

3. CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH BẢNG QUẢNG CÁO TRONG ỐNG THỔI KHÍ ĐỘNG THEO ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM

3.1. Xây dựng quy trình thí nghiệm

3.2. Thiết lập thí nghiệm mô hình

3.3. Thiết lập môi trường gió

3.4. Thiết lập mô hình thí nghiệm

3.5. Thí nghiệm và ghi kết quả

3.6. Kết quả thí nghiệm và bàn luận

3.7. Kiểm chứng kết quả thí nghiệm

3.8. Ảnh hưởng của hướng gió đến các lực gió

3.9. Ảnh hưởng của độ cao đặt pano đến các lực gió

3.10. Nhận xét kết quả

3.11. Đề xuất giá trị Cf,x và tỷ số ey/b áp dụng cho bảng quảng cáo

3.12. Kết luận chương 4

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI VỀ KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Kết Cấu Pano Tấm Lớn Tại Việt Nam Khái Niệm Phân Loại

Kết cấu pano tấm lớn đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực quảng cáo ngoài trời tại Việt Nam. Bài viết này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về loại kết cấu này, bao gồm định nghĩa, phân loại dựa trên vật liệu, kích thước và vị trí lắp đặt. Pano tấm lớn thường được sử dụng để truyền tải thông điệp quảng cáo đến đối tượng mục tiêu một cách hiệu quả. Các yếu tố như vật liệu pano, kết cấu thép, và phương pháp thi công ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền và an toàn của công trình. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào các kết cấu chịu gió phổ biến, đánh giá ưu nhược điểm của từng loại, đồng thời đề xuất các giải pháp thiết kế tối ưu. Theo nghiên cứu của Nguyễn Lệ Thủy (2023), số lượng pano quảng cáo tấm lớn đang tăng lên nhanh chóng, đòi hỏi các nghiên cứu chuyên sâu về tải trọng gió để đảm bảo an toàn.

1.1. Định Nghĩa và Đặc Điểm Chung Của Pano Quảng Cáo Ngoài Trời

Pano quảng cáo ngoài trời, hay còn gọi là billboard, là một loại hình quảng cáo sử dụng các tấm lớn để hiển thị thông tin, hình ảnh ở những vị trí công cộng, dễ thấy. Đặc điểm chung của chúng là kích thước lớn, thường được đặt ở các vị trí cao, thoáng đãng như ven đường cao tốc, khu vực đô thị đông đúc. Vật liệu pano thường là bạt hiflex, vinyl hoặc các loại vật liệu composite có khả năng chống chịu thời tiết tốt. Khung kết cấu thép đảm bảo sự vững chắc cho tấm pano, chịu được tải trọng gió và các tác động môi trường khác. Việc lựa chọn vị trí lắp đặt cũng đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến hiệu quả quảng cáo và tính an toàn của công trình.

1.2. Phân Loại Kết Cấu Pano Tấm Lớn Theo Vật Liệu và Thiết Kế

Kết cấu pano tấm lớn có thể được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau, trong đó vật liệu và thiết kế là hai yếu tố quan trọng. Về vật liệu, pano có thể được làm từ kết cấu thép, nhôm, composite, hoặc kết hợp nhiều loại vật liệu khác nhau. Thiết kế kết cấu cũng rất đa dạng, từ các khung đơn giản đến các hệ thống phức tạp có khả năng chịu gió giật, gió xoáy lớn. Việc lựa chọn vật liệu và thiết kế phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm kích thước pano, vị trí lắp đặt, và yêu cầu về độ bền, tuổi thọ. Theo Nguyễn Lệ Thủy (2023), cần chú trọng đến an toàn kết cấu khi lựa chọn vật liệu và thiết kế.

II. Vấn Đề Giải Pháp Phân Tích Tải Trọng Gió Lên Pano Tại Việt Nam

Phân tích tải trọng gió là một bước quan trọng trong quá trình thiết kế và xây dựng pano tấm lớn tại Việt Nam. Việc xác định chính xác tải trọng gió giúp đảm bảo an toàn kết cấu và độ bền của công trình. Tuy nhiên, việc tính toán tải trọng gió có thể gặp nhiều khó khăn do sự phức tạp của điều kiện thời tiết, địa hình và các yếu tố khác. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tải trọng gió, đồng thời đề xuất các phương pháp tính toán tải trọng gió chính xác và hiệu quả. Theo đó, cần xem xét các yếu tố khảo sát gió, mật độ gió và vận tốc gió khu vực.

2.1. Các Thách Thức Trong Tính Toán Tải Trọng Gió Cho Pano Lớn

Việc tính toán tải trọng gió cho pano tấm lớn gặp nhiều thách thức do ảnh hưởng của nhiều yếu tố. Địa hình xung quanh, vị trí lắp đặt (khu vực đô thị hay nông thôn), và hướng gió đều có thể ảnh hưởng đáng kể đến tải trọng gió. Bên cạnh đó, sự thay đổi thất thường của thời tiết, đặc biệt là gió giật, gió xoáy trong mùa mưa bão, cũng gây khó khăn trong việc dự đoán và tính toán tải trọng gió chính xác. Để giải quyết các thách thức này, cần sử dụng các phương pháp mô phỏng tải trọng gió tiên tiến, kết hợp với dữ liệu khảo sát gió thực tế.

2.2. Các Yếu Tố Địa Hình Ảnh Hưởng Đến Tải Trọng Gió Lên Pano Tại Việt Nam

Địa hình đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tải trọng gió lên pano tấm lớn tại Việt Nam. Các công trình xây dựng, cây cối, đồi núi có thể tạo ra hiệu ứng chắn gió, làm giảm vận tốc gió ở một số khu vực. Ngược lại, địa hình gồ ghề, không bằng phẳng có thể làm tăng cường gió giật, gió xoáy, gây ra tải trọng gió lớn hơn. Để đánh giá chính xác ảnh hưởng của địa hình, cần thực hiện khảo sát gió chi tiết, kết hợp với các phương pháp mô phỏng tải trọng gió tiên tiến. Việc này giúp đảm bảo an toàn kết cấu cho pano tấm lớn.

2.3. Ứng Dụng Các Tiêu Chuẩn Tải Trọng Gió Việt Nam Hiện Hành

Việc áp dụng đúng các tiêu chuẩn tải trọng gió Việt Nam hiện hành là yếu tố then chốt để đảm bảo an toàn cho pano tấm lớn. Các tiêu chuẩn này quy định các thông số gió cơ bản, hệ số khí động, và phương pháp tính toán tải trọng gió phù hợp với điều kiện Việt Nam. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng các tiêu chuẩn này có thể khác nhau về một số chi tiết, do đó, cần lựa chọn tiêu chuẩn phù hợp với loại kết cấu pano và vị trí lắp đặt cụ thể. Theo Nguyễn Lệ Thủy (2023) cần nghiên cứu kỹ các tiêu chuẩn để áp dụng chính xác.

III. Phương Pháp Mô Phỏng Tải Trọng Gió Thiết Kế Pano ANSYS CFD

Để nâng cao độ chính xác trong thiết kế pano tấm lớn, các phương pháp mô phỏng tải trọng gió như ANSYS và CFD (Computational Fluid Dynamics) ngày càng được ứng dụng rộng rãi. ANSYS cho phép phân tích tải trọng gió tác động lên kết cấu thép, đánh giá ứng suất, biến dạng, và độ tin cậy kết cấu. CFD giúp mô phỏng dòng chảy không khí xung quanh pano, xác định hệ số khí động và lực gió một cách chi tiết. Kết hợp hai phương pháp này giúp các kỹ sư tối ưu hóa thiết kế pano tấm lớn, đảm bảo an toàn kết cấu và hiệu quả kinh tế.

3.1. Giới Thiệu Về Phần Mềm Tính Toán Kết Cấu ANSYS SAP2000 ETABS

Các phần mềm tính toán kết cấu như ANSYS, SAP2000, và ETABS đóng vai trò quan trọng trong thiết kế pano tấm lớn. ANSYS nổi bật với khả năng mô phỏng tải trọng gió và phân tích phần tử hữu hạn (FEM) chi tiết, giúp đánh giá ứng suất, biến dạng và độ tin cậy kết cấu. SAP2000 và ETABS thường được sử dụng để phân tích kết cấu thép, xác định tải trọng và kiểm tra an toàn kết cấu. Việc lựa chọn phần mềm phù hợp phụ thuộc vào độ phức tạp của thiết kế pano và yêu cầu về độ chính xác.

3.2. Ưu Điểm Của CFD Mô Phỏng Dòng Chảy Trong Phân Tích Tải Trọng Gió

CFD (mô phỏng dòng chảy) mang lại nhiều ưu điểm vượt trội trong phân tích tải trọng gió cho pano tấm lớn. Phương pháp này cho phép mô phỏng chi tiết dòng chảy không khí xung quanh pano, xác định hệ số khí động và lực gió tác động lên bề mặt một cách chính xác. CFD cũng giúp các kỹ sư hiểu rõ hơn về các hiện tượng khí động học phức tạp, như gió giật, gió xoáy, từ đó đưa ra các giải pháp thiết kế tối ưu để giảm thiểu tác động của gió lên pano.

IV. Thực Nghiệm Thí Nghiệm Tải Trọng Gió Mô Hình Pano Trong Ống Thổi

Thí nghiệm tải trọng gió trên mô hình pano trong ống thổi khí động là một phương pháp quan trọng để kiểm chứng kết quả mô phỏng và đánh giá hệ số khí động trong điều kiện thực tế. Các thí nghiệm này cho phép đo đạc trực tiếp lực gió tác động lên mô hình, xác định hệ số khí động và đánh giá an toàn kết cấu. Kết quả thí nghiệm giúp các kỹ sư hiệu chỉnh các mô hình mô phỏng, từ đó nâng cao độ tin cậy của quá trình thiết kế pano tấm lớn.

4.1. Quy Trình Thí Nghiệm Mô Hình Pano Thiết Lập Đo Đạc Phân Tích

Quy trình thí nghiệm mô hình pano trong ống thổi khí động bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, cần thiết kế và chế tạo mô hình pano thu nhỏ, đảm bảo tỷ lệ chính xác so với pano thực tế. Tiếp theo, mô hình được lắp đặt trong ống thổi khí động, và các cảm biến được sử dụng để đo đạc lực gió, áp suất và biến dạng. Cuối cùng, dữ liệu đo đạc được phân tích để xác định hệ số khí động, đánh giá an toàn kết cấu, và kiểm chứng kết quả mô phỏng.

4.2. Ảnh Hưởng Của Hướng Gió Và Độ Cao Đến Lực Gió Tác Động

Hướng gió và độ cao là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến lực gió tác động lên pano tấm lớn. Hướng gió khác nhau có thể tạo ra tải trọng gió khác nhau, tùy thuộc vào hình dạng và thiết kế pano. Độ cao lắp đặt pano cũng ảnh hưởng đến vận tốc gió, do đó, cần xem xét yếu tố này trong quá trình tính toán tải trọng gió. Các thí nghiệm trong ống thổi khí động giúp xác định ảnh hưởng của hướng gió và độ cao một cách chính xác, từ đó đưa ra các giải pháp thiết kế phù hợp.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Đề Xuất Giá Trị Hệ Số Lực Gió Cho Pano Tại VN

Nghiên cứu này đề xuất các giá trị hệ số lực gió phù hợp cho việc thiết kế pano tấm lớn tại Việt Nam. Các giá trị này được xác định dựa trên kết quả mô phỏng CFD, thí nghiệm trong ống thổi khí động, và phân tích dữ liệu thực tế. Việc sử dụng các giá trị hệ số lực gió được đề xuất giúp các kỹ sư tính toán tải trọng gió chính xác hơn, đảm bảo an toàn kết cấu và hiệu quả kinh tế cho các công trình pano tấm lớn.

5.1. So Sánh Kết Quả Thí Nghiệm Với Tiêu Chuẩn Tải Trọng Gió Hiện Hành

Kết quả thí nghiệm trong ống thổi khí động được so sánh với các tiêu chuẩn tải trọng gió hiện hành để đánh giá độ tin cậy của các tiêu chuẩn này. Sự khác biệt giữa kết quả thí nghiệm và tiêu chuẩn giúp các nhà nghiên cứu xác định các yếu tố cần điều chỉnh trong tiêu chuẩn, từ đó nâng cao độ chính xác của quá trình tính toán tải trọng gió.

5.2. Đề Xuất Giá Trị Hệ Số Lực Và Độ Lệch Tâm Cho Thiết Kế Pano

Nghiên cứu đề xuất các giá trị hệ số lực và độ lệch tâm phù hợp cho việc thiết kế pano tấm lớn tại Việt Nam. Các giá trị này được xác định dựa trên kết quả mô phỏng CFD, thí nghiệm trong ống thổi khí động, và phân tích dữ liệu thực tế. Việc sử dụng các giá trị hệ số lực và độ lệch tâm được đề xuất giúp các kỹ sư tính toán tải trọng gió chính xác hơn, đảm bảo an toàn kết cấu và hiệu quả kinh tế cho các công trình pano tấm lớn.

VI. Kết Luận Giải Pháp Kết Cấu Chịu Gió Hiệu Quả Kinh Tế Cho Pano

Nghiên cứu này kết luận về tầm quan trọng của việc phân tích tải trọng gió chính xác trong thiết kế pano tấm lớn tại Việt Nam. Việc áp dụng các phương pháp mô phỏng tiên tiến, kết hợp với thí nghiệm thực tế, giúp các kỹ sư tối ưu hóa thiết kế, đảm bảo an toàn kết cấu và hiệu quả kinh tế. Nghiên cứu cũng đề xuất các giá trị hệ số lực gió phù hợp, góp phần nâng cao độ tin cậy của quá trình tính toán tải trọng gió.

6.1. Tóm Tắt Các Giải Pháp Kết Cấu Để Gia Cố Pano Chống Gió Bão

Để chống lại tác động của gió bão, cần áp dụng các giải pháp kết cấu phù hợp để gia cố kết cấu pano tấm lớn. Các giải pháp này có thể bao gồm sử dụng kết cấu thép cường độ cao, tăng cường liên kết giữa các bộ phận, và sử dụng các vật liệu composite có khả năng chống chịu gió tốt. Việc lựa chọn giải pháp kết cấu phù hợp phụ thuộc vào kích thước pano, vị trí lắp đặt, và mức độ rủi ro do gió bão gây ra.

6.2. Đánh Giá Hiệu Quả Kinh Tế Của Các Phương Pháp Thiết Kế Chịu Gió

Việc áp dụng các phương pháp thiết kế chịu gió có thể làm tăng chi phí ban đầu của dự án, nhưng lại mang lại hiệu quả kinh tế lâu dài. Kết cấu pano được thiết kế tốt sẽ có tuổi thọ công trình cao hơn, giảm thiểu chi phí bảo trì, sửa chữa, và phòng ngừa các rủi ro do gió bão gây ra. Việc đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương pháp thiết kế chịu gió giúp các nhà đầu tư đưa ra các quyết định sáng suốt, đảm bảo hiệu quả kinh tế cho dự án.

Nghiên Cứu Tải Trọng Gió Lên Kết Cấu Pano Tấm Lớn Trong Điều Kiện Việt Nam