Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu tường kép có thiết bị tiêu tán năng lượng chịu động đất

Luận án tiến sĩ toán học phân tích nghiên cứu tính toán kết cấu tường kép có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng chịu tác động động đất, xây dựng cơ sở lý luận, kiểm chứng thực

• Tác giả: Phạm Thu Hiền
• Người hướng dẫn: GS. TS. Nguyễn Tiến Chương
• Trường học: Trường Đại học Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Hà Nội
• Chuyên ngành: Công trình
• Đề tài: Nghiên Cứu Tường Kép Với Thiết Bị Tiêu Tán Năng Lượng Chống Động Đất
• Loại tài liệu: Luận án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ TẦNG KÉP NHÀ NHIỀU TẦNG CÓ THIẾT BỊ GIẢM CHẤN
• 1.1. Tầng kép bê tông cốt thép
• 1.1.1. Khái niệm, phân loại
• 1.1.2. Các nghiên cứu nổi bật và tầng kép bê tông cốt thép
• 1.2. Tầng kép liên hợp tầng bê tông cốt thép và dầm nối thép
• 1.3. Kết cấu tầng kép có thiết bị giảm chấn
• 1.3.1. Thiết bị giảm chấn trong kết cấu nhà nhiều tầng
• 1.3.2. Tình hình nghiên cứu kết cấu tầng kép có thiết bị giảm chấn
• 1.4. Nhiệm vụ của luận án
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH TÍNH TOÁN TẦNG KÉP CÓ THIẾT BỊ TIÊU TÁN NĂNG LƯỢNG
• 2.1. Mô hình tính toán tầng kép
• 2.1.1. Mô hình tầng kép sử dụng mô hình tấm
• 2.1.2. Mô hình khung tầng đứng
• 2.1.3. Mô hình tính toán tầng kép có thiết bị tiêu tán năng lượng
• 2.1.4. Thiết lập ma trận độ cứng của siêu phần tử dầm nối có thiết bị tiêu tán năng lượng
• 2.1.4.1. Phần tử thanh có thiết bị tiêu tán năng lượng
• 2.1.4.2. Phần tử thanh có thiết bị tiêu tán năng lượng gồm 2 đầu cứng
• 2.1.4.3. Kiểm tra ma trận độ cứng phần tử trong trường hấp đặc biệt
• 2.2. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN TẦNG KÉP CÓ THIẾT BỊ TIÊU TÁN NĂNG LƯỢNG
• 3.1. Thuật toán tính toán tầng kép có thiết bị tiêu tán năng lượng
• 3.1.1. Phương trình chuyển động
• 3.1.2. Giải hàm phương trình chuyển động
• 3.1.3. Chương trình tính toán
• 3.1.4. Kiểm tra chương trình
• 3.2. So sánh với kết quả tính giải tích
• 3.3. So sánh kết quả với phần mềm SAP2000
• 3.4. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT CẤU TẦNG KÉP CÓ THIẾT BỊ TIÊU TÁN NĂNG LƯỢNG CHỊU TÁC ĐỘNG ĐẤT
• 4.1. Khảo sát tính hiệu quả của giải pháp giảm chấn bằng thiết bị tiêu tán năng lượng
• 4.2. Khảo sát ảnh hưởng của các đặc tính kỹ thuật của thiết bị tiêu tán năng lượng đến hiệu quả giảm tác động của động đất
• 4.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của lắc chảy của thiết bị
• 4.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của độ cứng của thiết bị
• 4.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của độ cứng của dầm thép
• 4.2.4. Phân tích tầng kép có gắn mát thiết bị tiêu tán năng lượng
• 4.2.5. Phân tích tầng kép với các phương án gắn thiết bị tiêu tán năng lượng khác nhau
• 4.2.5.1. Tầng kép có 1/5 số tầng có gắn các thiết bị tiêu tán năng lượng
• 4.2.5.2. Tầng kép có 1/3 số tầng có gắn các thiết bị tiêu tán năng lượng
• 4.2.5.3. Tầng kép có 1/2 số tầng có gắn các thiết bị tiêu tán năng lượng
• 4.2.5.4. Tầng kép có 2/3 số tầng có gắn các thiết bị tiêu tán năng lượng
• 4.2.5.5. Tầng kép có 5/6 số tầng có gắn các thiết bị tiêu tán năng lượng
• 4.3. Kết luận chương 4
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, thiết kế kháng chấn trên thế giới phát triển theo xu hướng thiết kế các công trình phải có khả năng chịu lực, chịu bền và chịu dẻo thích hợp, nhằm đảm bảo trong trường hợp động đất xảy ra sinh mạng con người được bảo vệ và các hạ tầng được an toàn. Các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trong lĩnh vực xây dựng công trình cho thấy vấn đề chịu lực của kết cấu dưới tác động của động đất là bài toán năng lượng. Để công trình không bị sập đổ, công trình phải có khả năng hấp thụ và phân tán năng lượng được truyền đến kết cấu trong thời gian động đất xảy ra. Mặt khác, giải pháp thiết kế cần phải thay đổi đặc tính chịu lực của kết cấu: giảm chấn động, tăng độ cứng, hấp thụ bậc và phân tán năng lượng động đất cho toàn bộ công trình như giải pháp giảm chấn, chỉ giảm và bán chỉ giảm. Tầng cắt bê tông cát thép được sử dụng rộng rãi trong các kết cấu nhà nhiều tầng do khả năng chịu lực và độ cứng ngang lớn. Các dầm này có tính chất dầm trên chiều cao tiết diện dầm nhất định áp dụng để liên kết các tầng bên dưới tạo thành một hệ thống tầng kép hoạt động hiệu quả.

1.1. Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là kết cấu tầng kép có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng chịu tác động của động đất. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu phân tích kết cấu tầng kép gồm các tầng bê tông cát thép và các dầm thép có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng chịu tác động của động đất. Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết theo mô hình số. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Mô hình và chương trình tính toán được xuất trong luận án dùng để phân tích kết cấu tầng kép có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng chịu tác động của động đất. Ý nghĩa thực tiễn Những kết quả phân tích kết cấu tầng kép có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng chịu tác động của động đất có thể tham khảo trong thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng chịu động đất.

II. Tổng quan và tầng kép nhà nhiều tầng có thiết bị giảm chấn

Trong nhà nhiều tầng, các kết cấu chịu lực theo phương thẳng đứng có dạng tâm và chiều ráng không nhỏ hơn một nửa chiều cao thông thường của tầng (b ≥ 0,5H) và không nhỏ hơn năm lần độ dày của tâm (b ≥ 5t) được gọi là kết cấu tầng hoặc kết cấu vách. Trong thực tế, kết cấu tầng có thể là các tâm phẳng, tâm phẳng có phần mũ ráng ở đầu, tâm phẳng kết hợp với các tâm tầng theo phương vuông góc tạo thành kết cấu tầng tiết diện chữ I, chữ H, chữ T, chữ C hoặc chữ L. Kết cấu tầng trong nhà nhiều tầng có ý nghĩa đặc biệt, đóng vai trò quan trọng trong khả năng chịu lực của kết cấu chịu lực, nên các tâm tầng chịu lực đã được thiết kế để chịu tải trọng ngang và tải trọng đứng. Do đó, trong các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn, tầng chịu lực còn được hiểu theo nghĩa vách cứng hoặc tầng chịu cắt. Tầng chịu cắt thường được bố trí ở những vị trí thuận lợi trong tòa nhà, kết cấu tầng có thể tạo thành hệ thống chịu lực ngang hiệu quả bằng cách giảm chuyển vị khi chịu tải trọng động đất.

2.1. Tầng kép bê tông cát thép

Khái niệm về tầng kép bê tông cát thép được định nghĩa là kết cấu có khả năng chịu lực tốt hơn so với kết cấu thông thường. Tầng kép có thể được thiết kế với nhiều loại vật liệu khác nhau, trong đó bê tông cát thép là vật liệu phổ biến nhất. Việc sử dụng bê tông cát thép trong thiết kế kết cấu tầng kép không chỉ giúp tăng cường khả năng chịu lực mà còn giảm thiểu thiệt hại trong trường hợp xảy ra động đất. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, việc áp dụng các thiết bị giảm chấn trong kết cấu tầng kép có thể làm giảm đáng kể tác động của động đất lên công trình. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp thiết kế kết cấu tầng kép có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng.

III. Mô hình tính toán tầng kép có thiết bị tiêu tán năng lượng

Mô hình tính toán tầng kép có thiết bị tiêu tán năng lượng được xây dựng dựa trên các nguyên lý cơ bản của cơ học vật rắn và lý thuyết động đất. Mô hình này cho phép phân tích các đặc tính chịu lực của kết cấu dưới tác động của động đất. Việc sử dụng mô hình số trong tính toán giúp tối ưu hóa thiết kế và nâng cao độ chính xác trong việc dự đoán hành vi của kết cấu. Các phương pháp tính toán hiện đại như phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng để mô phỏng hành vi của kết cấu trong các tình huống khác nhau. Điều này không chỉ giúp đánh giá khả năng chịu lực của kết cấu mà còn cho phép nghiên cứu các giải pháp thiết kế hiệu quả hơn. Mô hình tính toán cũng cần được kiểm tra và xác nhận thông qua các thí nghiệm thực tế để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả.

3.1. Mô hình tầng kép sử dụng mô hình số

Mô hình tầng kép sử dụng mô hình số cho phép phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của kết cấu. Các yếu tố này bao gồm vật liệu, hình dạng kết cấu, và vị trí của thiết bị tiêu tán năng lượng. Việc xác định các thông số này là rất quan trọng để đảm bảo rằng kết cấu có thể chịu được các tác động của động đất mà không bị hư hại nghiêm trọng. Mô hình số cũng cho phép thực hiện các phân tích nhạy cảm để đánh giá ảnh hưởng của các biến số khác nhau đến hiệu suất của kết cấu. Điều này giúp các kỹ sư có thể đưa ra các quyết định thiết kế hợp lý và hiệu quả hơn.

IV. Phân tích kết cấu tầng kép có thiết bị tiêu tán năng lượng chịu động đất

Phân tích kết cấu tầng kép có thiết bị tiêu tán năng lượng chịu động đất là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Việc phân tích này giúp đánh giá khả năng chịu lực của kết cấu dưới tác động của động đất và xác định các điểm yếu có thể xảy ra. Các phương pháp phân tích động lực học được sử dụng để mô phỏng hành vi của kết cấu trong các tình huống động đất khác nhau. Kết quả phân tích cho thấy rằng việc sử dụng thiết bị tiêu tán năng lượng có thể làm giảm đáng kể các tác động của động đất lên kết cấu. Điều này không chỉ giúp bảo vệ kết cấu mà còn bảo vệ tính mạng con người trong trường hợp xảy ra động đất. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc tối ưu hóa vị trí và số lượng thiết bị tiêu tán năng lượng là rất quan trọng để đạt được hiệu quả tối đa trong việc giảm thiểu thiệt hại.

4.1. Khảo sát tính hiệu quả của giải pháp giảm chấn

Khảo sát tính hiệu quả của giải pháp giảm chấn bằng thiết bị tiêu tán năng lượng cho thấy rằng các thiết bị này có thể làm giảm đáng kể chuyển vị và ứng suất trong kết cấu. Các thí nghiệm thực tế và mô phỏng số đã được thực hiện để xác nhận tính hiệu quả của giải pháp này. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng thiết bị tiêu tán năng lượng không chỉ giúp giảm thiệt hại cho kết cấu mà còn tăng cường độ an toàn cho người sử dụng. Điều này cho thấy rằng việc áp dụng các giải pháp giảm chấn là cần thiết trong thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng, đặc biệt là trong các khu vực có nguy cơ động đất cao.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong những năm gần đây, việc thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng chịu tác động của động đất ngày càng được quan tâm do tần suất và mức độ ảnh hưởng của các trận động đất gia tăng trên toàn cầu. Theo báo cáo của ngành xây dựng, các công trình cao tầng phải đảm bảo khả năng chịu lực, hấp thụ và phân tán năng lượng động đất để bảo vệ tính mạng con người và tài sản. Luận văn tập trung nghiên cứu tính toán kết cấu tường kép có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng chịu tác động của động đất, nhằm nâng cao hiệu quả giảm chấn và tăng độ bền vững cho công trình. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các kết cấu tường kép bê tông cốt thép và dầm nối thép có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng, phân tích tác động của các đặc tính kỹ thuật, số lượng và vị trí gắn thiết bị tiêu tán năng lượng trong khoảng thời gian nghiên cứu năm 2023 tại Việt Nam. Mục tiêu cụ thể là xây dựng mô hình tính toán kết cấu tường kép có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng phi tuyến, phát triển chương trình tính toán và phân tích hiệu quả giảm chấn dưới các tải trọng động đất khác nhau. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc phát triển mô hình và chương trình tính toán mới, đồng thời có giá trị thực tiễn trong thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng chịu động đất, góp phần nâng cao an toàn và giảm thiểu thiệt hại do động đất gây ra.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết kết cấu chịu tải trọng động đất và lý thuyết tiêu tán năng lượng trong kết cấu. Lý thuyết kết cấu chịu tải trọng động đất tập trung vào phân tích ứng xử phi tuyến của kết cấu tường kép bê tông cốt thép và dầm nối thép dưới tác động của tải trọng động đất ngang. Lý thuyết tiêu tán năng lượng mô tả cơ chế hấp thụ và phân tán năng lượng động đất thông qua các thiết bị tiêu tán năng lượng (TTNL) như thiết bị cản ma sát, cản kim loại, cản nhớt và các thiết bị điều chỉnh khối lượng dao động (TMD, TLD). Các khái niệm chính bao gồm: kết cấu tường kép, dầm nối thép, thiết bị tiêu tán năng lượng, mô hình khung tương đương, mô hình phần tử hữu hạn, và cơ chế phi tuyến của thiết bị tiêu tán năng lượng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp lý thuyết kết hợp mô hình số dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn và mô hình khung tương đương để mô phỏng kết cấu tường kép có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng. Nguồn dữ liệu bao gồm các thông số kỹ thuật của vật liệu bê tông cốt thép, thép, đặc tính kỹ thuật của thiết bị tiêu tán năng lượng, và các tải trọng động đất tiêu chuẩn theo TCVN 9386:2012. Cỡ mẫu mô hình tính toán gồm các kết cấu tường kép từ 10 đến 30 tầng với các phương án bố trí thiết bị tiêu tán năng lượng khác nhau (từ 1/5 đến 5/6 số tầng có gắn thiết bị). Phương pháp phân tích sử dụng phần mềm SAP2000, OpenSees và ABAQUS để so sánh kết quả phân tích phi tuyến và tuyến tính. Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2023, bao gồm xây dựng mô hình, phát triển thuật toán tính toán, kiểm tra và so sánh kết quả với các phương pháp hiện có.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả giảm chấn của thiết bị tiêu tán năng lượng: Kết quả phân tích cho thấy việc gắn thiết bị tiêu tán năng lượng vào dầm nối thép trong kết cấu tường kép làm giảm đáng kể biên độ chuyển vị ngang đỉnh tầng, với mức giảm từ 15% đến 40% tùy thuộc vào số lượng và vị trí gắn thiết bị. Ví dụ, khi gắn thiết bị ở 2/3 số tầng, chuyển vị ngang đỉnh tầng giảm khoảng 35% so với kết cấu không gắn thiết bị.

2. Ảnh hưởng của đặc tính kỹ thuật thiết bị: Các đặc tính phi tuyến của thiết bị tiêu tán năng lượng như độ cứng ban đầu, lực ma sát và khả năng lún dẻo ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tiêu tán năng lượng và giảm mô men uốn trong dầm nối. Thiết bị có đặc tính ma sát cao giúp tăng khả năng hấp thụ năng lượng lên đến 25% so với thiết bị có đặc tính nhớt.

3. Tác động của số lượng và vị trí gắn thiết bị: Phân tích các phương án bố trí thiết bị cho thấy việc gắn thiết bị ở các tầng thấp (tầng 1-5) giúp giảm tải trọng động đất truyền lên móng và tăng độ ổn định của kết cấu. Trong khi đó, bố trí thiết bị đều trên tất cả các tầng (từ tầng 1 đến tầng 30) mang lại hiệu quả giảm chấn tổng thể cao nhất, giảm mô men uốn và chuyển vị ngang trung bình trên toàn bộ kết cấu từ 30% đến 45%.

4. So sánh mô hình khung tương đương và mô hình phần tử hữu hạn: Mô hình khung tương đương cho kết quả chuyển vị và mô men uốn gần với mô hình phần tử hữu hạn, sai số dưới 5%, cho thấy mô hình khung tương đương là phương pháp hiệu quả và tiết kiệm thời gian tính toán cho các phân tích sơ bộ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả giảm chấn là do thiết bị tiêu tán năng lượng hấp thụ và phân tán phần lớn năng lượng động đất, giảm tải trọng truyền lên kết cấu chính. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu gần đây về hiệu quả của thiết bị tiêu tán năng lượng trong kết cấu nhà cao tầng. Việc phân tích chi tiết ảnh hưởng của đặc tính kỹ thuật thiết bị giúp tối ưu hóa thiết kế và lựa chọn thiết bị phù hợp với từng loại kết cấu và điều kiện địa chất. So sánh giữa các phương án bố trí thiết bị cho thấy cần cân nhắc giữa chi phí và hiệu quả giảm chấn, ưu tiên bố trí thiết bị ở các tầng thấp để bảo vệ móng và tăng độ bền kết cấu. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ chuyển vị ngang đỉnh tầng theo số lượng thiết bị gắn, bảng so sánh mô men uốn và chuyển vị giữa các phương án, giúp trực quan hóa hiệu quả giảm chấn.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường sử dụng thiết bị tiêu tán năng lượng trong thiết kế kết cấu nhà cao tầng: Khuyến nghị các nhà thiết kế và kỹ sư xây dựng áp dụng thiết bị tiêu tán năng lượng trong dầm nối thép của kết cấu tường kép để nâng cao khả năng chịu động đất, giảm chuyển vị ngang và mô men uốn. Thời gian áp dụng: ngay trong các dự án xây dựng mới.

2. Tối ưu hóa đặc tính kỹ thuật thiết bị tiêu tán năng lượng: Đề xuất nghiên cứu và lựa chọn thiết bị có đặc tính ma sát và độ cứng phù hợp với từng loại kết cấu và điều kiện địa chất nhằm tối đa hóa hiệu quả tiêu tán năng lượng. Chủ thể thực hiện: các viện nghiên cứu và nhà sản xuất thiết bị, trong vòng 1-2 năm.

3. Bố trí thiết bị hợp lý theo tầng: Khuyến nghị bố trí thiết bị tiêu tán năng lượng tập trung ở các tầng thấp (tầng 1-5) để giảm tải trọng truyền xuống móng, đồng thời cân nhắc bố trí đều trên các tầng để đạt hiệu quả giảm chấn tổng thể cao hơn. Chủ thể thực hiện: các đơn vị thiết kế kết cấu, áp dụng trong giai đoạn thiết kế chi tiết.

4. Phát triển và ứng dụng chương trình tính toán chuyên dụng: Đề xuất phát triển phần mềm tính toán kết cấu tường kép có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng dựa trên mô hình phi tuyến, giúp phân tích chính xác và tối ưu thiết kế. Chủ thể thực hiện: các nhóm nghiên cứu và trường đại học, trong vòng 2-3 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế kết cấu: Luận văn cung cấp mô hình và phương pháp tính toán chi tiết giúp kỹ sư thiết kế lựa chọn và bố trí thiết bị tiêu tán năng lượng hiệu quả, nâng cao độ an toàn công trình.

2. Nhà nghiên cứu và học viên cao học: Tài liệu là nguồn tham khảo quý giá về mô hình hóa kết cấu phi tuyến, phương pháp phân tích phần tử hữu hạn và ứng dụng thiết bị giảm chấn trong kết cấu nhà cao tầng.

3. Chủ đầu tư và quản lý dự án xây dựng: Hiểu rõ về hiệu quả và lợi ích của thiết bị tiêu tán năng lượng giúp chủ đầu tư đưa ra quyết định đầu tư hợp lý, giảm thiểu rủi ro do động đất.

4. Nhà sản xuất và cung cấp thiết bị tiêu tán năng lượng: Nghiên cứu giúp cải tiến thiết bị, phát triển sản phẩm phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và thực tiễn thi công tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Thiết bị tiêu tán năng lượng là gì và hoạt động ra sao?
   Thiết bị tiêu tán năng lượng là các thiết bị được gắn vào kết cấu để hấp thụ và phân tán năng lượng động đất thông qua các cơ chế ma sát, biến dạng dẻo hoặc nhớt, giúp giảm dao động và tải trọng truyền lên kết cấu chính. Ví dụ như cản ma sát, cản kim loại, cản nhớt.

2. Lợi ích của việc gắn thiết bị tiêu tán năng lượng trong kết cấu tường kép?
   Việc gắn thiết bị giúp giảm chuyển vị ngang đỉnh tầng từ 15% đến 40%, giảm mô men uốn và tăng độ bền kết cấu, đồng thời giảm thiểu thiệt hại do động đất gây ra, nâng cao an toàn cho công trình và người sử dụng.

3. Phương pháp nào được sử dụng để mô hình hóa kết cấu có thiết bị tiêu tán năng lượng?
   Nghiên cứu sử dụng mô hình khung tương đương và mô hình phần tử hữu hạn, kết hợp với các phần mềm chuyên dụng như SAP2000, OpenSees và ABAQUS để phân tích phi tuyến và tuyến tính, đảm bảo độ chính xác và hiệu quả tính toán.

4. Ảnh hưởng của số lượng và vị trí gắn thiết bị tiêu tán năng lượng như thế nào?
   Số lượng và vị trí gắn thiết bị ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả giảm chấn. Bố trí thiết bị ở tầng thấp giúp giảm tải trọng truyền xuống móng, trong khi bố trí đều trên các tầng mang lại hiệu quả giảm chấn tổng thể cao hơn.

5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu này vào các công trình hiện có không?
   Có thể áp dụng trong việc cải tạo và nâng cấp kết cấu nhà cao tầng hiện có bằng cách bổ sung thiết bị tiêu tán năng lượng, tuy nhiên cần khảo sát kỹ thuật chi tiết để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả.

Kết luận

• Đã xây dựng thành công mô hình tính toán kết cấu tường kép có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng phi tuyến, phù hợp với các tải trọng động đất tiêu chuẩn.
• Phát triển chương trình tính toán chuyên dụng giúp phân tích hiệu quả giảm chấn của thiết bị tiêu tán năng lượng trong kết cấu nhà nhiều tầng.
• Kết quả phân tích cho thấy thiết bị tiêu tán năng lượng giúp giảm chuyển vị ngang đỉnh tầng từ 15% đến 40%, tăng độ bền và ổn định kết cấu.
• Đề xuất bố trí thiết bị tập trung ở tầng thấp hoặc đều trên các tầng để tối ưu hiệu quả giảm chấn và bảo vệ móng công trình.
• Khuyến nghị áp dụng kết quả nghiên cứu trong thiết kế và cải tạo kết cấu nhà cao tầng chịu động đất, đồng thời phát triển phần mềm tính toán hỗ trợ thiết kế.

Next steps: Triển khai thử nghiệm thực tế các phương án thiết kế, mở rộng nghiên cứu cho các loại kết cấu khác và phát triển phần mềm tính toán hoàn chỉnh.

Các nhà thiết kế, kỹ sư và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng mô hình và chương trình tính toán trong các dự án xây dựng để nâng cao hiệu quả giảm chấn và an toàn công trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O Bà NÔNG NGHIàP VÀ PTNT TR¯àNG Đ¾I HàC THĂY LþI PH¾M THU HIÂN NGHIÊN CĄU TÍNH TOÁN K¾T CÂU T¯àNG KÉP CÓ GÀN THI¾T BÞ TIÊU TÁN NNG L¯þNG CHÞU TÁC ĐàNG ĐàNG ĐÂT LU¾N ÁN TI¾N S) Kþ THU¾T HÀ NàI, NM 2023 Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O Bà NÔNG NGHIàP VÀ PTNT TR¯àNG Đ¾I HàC THĂY LþI PH¾M THU HIÂN NGHIÊN CĄU TÍNH TOÁN K¾T CÂU T¯àNG KÉP CÓ GÀN THI¾T BÞ TIÊU TÁN NNG L¯þNG CHÞU TÁC ĐàNG ĐàNG ĐÂT Ngành: C¢ hãc vÃt rÅn Mã sá: 9440107 NG¯äI H¯âNG DÀN KHOA HâC 1. Nguyßn TiÁn Ch°¢ng 2. Nguyßn HÁi Quang HÀ NàI, NM 2023 LàI CAM ĐOAN Tác giÁ xin cam đoan đây là công trình nghiên cāu cÿa bÁn thân tác giÁ. Các kÁt quÁ nghiên cāu và các kÁt luÃn trong luÃn vn là trung thāc, không sao chép tă bÃt kỳ mát ngußn nào và d°ãi bÃt kỳ hình thāc nào.Viác tham khÁo các ngußn tài liáu (nÁu có) đã đ°āc thāc hián trích dÁn và ghi ngußn tài liáu tham khÁo đúng quy đánh.

Tác giÁ lu¿n án Chữ ký Ph¿m Thu HiÁn i LàI CÁM ¡N Tác giÁ xin đ°āc gửi låi cÁm ¢n chân thành tãi các ThÅy h°ãng dÁn GS. TS Nguyßn TiÁn Ch°¢ng và TS. Nguyßn HÁi Quang và đánh h°ãng khoa hãc và sā h°ãng dÁn tÃn tình, sát sao trong suát quá trình hãc tÃp và nghiên cāu. Tác giÁ xin đ°āc trân trãng cÁm ¢n Ban Giám Hiáu Tr°ång Đ¿i hãc Thÿy lāi, Phòng Đào t¿o, Khoa Công trình và Bá môn Xây dāng dân dăng và công nghiáp đã hß trā, t¿o điÃu kián đÅ tác giÁ hoàn thành luÃn án.

Tác giÁ muán đ°āc bày tß sā biÁt ¢n đÁn các đßng nghiáp, gia đình và ng°åi thân đã luôn đáng viên, giúp đÿ tác giÁ trong quá trình thāc hián và hoàn thành luÃn án. ii MĀC LĀC DANH MĂC CÁC HÌNH ÀNH.vi DANH MĂC BÀNG BIÄU. x DANH MĂC CÁC KÝ HIàU VÀ TĂ VIÀT TÄT. Tính cÃp thiÁt cÿa đà tài.

Đái t°āng và ph¿m vi nghiên cāu. Ph°¢ng pháp nghiên cāu. Ý nghĩa khoa hãc và thāc tißn cÿa đà tài. CÃu trúc cÿa luÃn án.

3 CH¯¡NG 1 TàNG QUAN V T¯äNG KÉP NHÀ NHIÂU TÄNG CÓ THIÀT Bà GIÀM CHÂN .1 T°ång kép bê tông cát thép .1 Khái niám, phân lo¿i .2 Các nghiên cāu nái bÃt và t°ång kép bê tông cát thép .2 T°ång kép liên hāp t°ång bê tông cát thép và dÅm nái thép .3 KÁt cÃu t°ång kép có thiÁt bá giÁm chÃn .1 ThiÁt bá giÁm chÃn trong kÁt cÃu nhà nhiÃu tÅng .2 Tình hình nghiên cāu kÁt cÃu t°ång kép có thiÁt bá giÁm chÃn .4 Nhiám vă cÿa luÃn án .28 CH¯¡NG 2 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN T¯äNG KÉP CÓ THIÀT Bà TIÊU TÁN NNG L¯ĀNG &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&30 2.2 Mô hình tính toán t°ång kép.1 Mô hình t°ång kép sử dăng mô hình tÃm .2 Mô hình khung t°¢ng đ°¢ng .3 Mô hình tính toán t°ång kép có thiÁt bá tiêu tán nng l°āng .4 ThiÁt lÃp ma trÃn đá cāng cÿa siêu phÅn tử dÅm nái có thiÁt bá tiêu tán nng l°āng.1 PhÅn tử thanh có thiÁt bá tiêu tán nng l°āng .2 PhÅn tử thanh có thiÁt bá tiêu tán nng l°āng gßm 2 đÅu cāng.3 KiÅm tra ma trÃn đá cāng phÅn tử trong tr°ång hāp đặc biát .59 KÁt luÃn ch°¢ng 2 .64 CH¯¡NG 3 XÂY DĀNG CH¯¡NG TRÌNH TÍNH TOÁN T¯äNG KÉP CÓ THIÀT Bà TIÊU TÁN NNG L¯ĀNG .2 ThuÃt toán tính toán t°ång kép có thiÁt bá tiêu tán nng l°āng .1 Ph°¢ng trình chuyÅn đáng .2 GiÁi há ph°¢ng trình chuyÅn đáng .3 Ch°¢ng trình tính toán .4 KiÅm tra ch°¢ng trình .1 So sánh vãi kÁt quÁ tính giÁi tích .2 So sánh kÁt quÁ vãi phÅn mÃm SAP2000 .89 KÁt luÃn ch°¢ng 3 .102 CH¯¡NG 4 PHÂN TÍCH KÀT CÂU T¯äNG KÉP CÓ THIÀT Bà TIÊU TÁN NNG L¯ĀNG CHàU ĐàNG ĐÂT .2 KhÁo sát tính hiáu quÁ cÿa giÁi pháp giÁm chÃn bằng thiÁt bá tiêu tán nng l°āng.3 KhÁo sát Ánh h°çng cÿa các đặc tính kỹ thuÃt cÿa thiÁt bá tiêu tán nng l°āng đÁn hiáu quÁ giÁm tác đáng cÿa đáng đÃt.1 KhÁo sát Ánh h°çng cÿa lāc chÁy cÿa thiÁt bá.2 KhÁo sát Ánh h°çng cÿa đá cāng cÿa thiÁt bá .3 KhÁo sát Ánh h°çng cÿa đá cāng cÿa dÅm thép .4 Phân tích t°ång kép có gÅn mát thiÁt bá tiêu tán nng l°āng .5 Phân tích t°ång kép vãi các ph°¢ng án gÅn thiÁt bá tiêu tán nng l°āng khác nhau&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&.1 T°ång kép có 1/5 sá tÅng có gÅn các thiÁt bá tiêu tán nng l°āng.2 T°ång kép có 1/3 sá tÅng có gÅn các thiÁt bá tiêu tán nng l°āng.3 T°ång kép có 1/2 sá tÅng có gÅn các thiÁt bá tiêu tán nng l°āng.4 T°ång kép có 2/3 sá tÅng có gÅn các thiÁt bá tiêu tán nng l°āng.5 T°ång kép có 5/6 sá tÅng có gÅn các thiÁt bá tiêu tán nng l°āng.134 KÁt luÃn ch°¢ng 4 .135 iv KÀT LUÂN. KÁt quÁ đ¿t đ°āc cÿa luÃn án. Đóng góp mãi cÿa luÃn án. H°ãng phát triÅn .137 DANH MĂC CÔNG TRÌNH Đà CÔNG Bà .138 TÀI LIàU THAM KHÀO .148 v DANH MĀC CÁC HÌNH ÀNH Hình 1.1 KÁt cÃu t°ång trong nhà nhiÃu tÅng .3 Āng suÃt cÿa t°ång kép khi cháu tÁi trãng ngang [3] .4 Āng xử cÿa t°ång kép khi cháu tÁi trãng ngang .5 Lāc cÅt trong t°ång kép khi cháu tÁi trãng ngang [2] .6 T°ång có mát hoặc nhiÃu dãy lß .7 T°ång kép có móng riêng lẻ.8 Mô hình tính toán t°ång có dãy lß có kích th°ãc lãn .9 T°ång có dãy lß có kích th°ãc bé .10 T°ång có dãy lß có kích th°ãc trung bình .11 DÅm nái bê tông cát thép chéo .12 DÅm nái bê tông cát thép hình thoi .14 Cách chÃn đáy trong bÁo vá công trình cháu đáng đÃt: .15 ThiÁt bá tiêu tán nng l°āng: .16 ThiÁt bá TMD ç tòa nhà Taipei 101 .17 GiÁm chÃn thă đáng dao đáng d¿ng TLD .18 Mô hình dÅm nái có khãp nái [51] .19 DÅm nái gÅn thiÁt bá cÁn ma sát và cÁn kim lo¿i [52] .21 CÃu t¿o cÿa thiÁt bá tiêu tán nng l°āng kÁt hāp cao su có đá cÁn cao và thép hình chÿ U [59] .22 ThiÁt bá giÁm chÃn kÁt hāp [58] .23 BiÁn d¿ng cÿa t°ång kép cháu tÁi trãng ngang và vá trí gÅn thiÁt bá TTNL .1 Mô hình cÃu t¿o dÅm nái có gÅn thiÁt bá tiêu tán nng l°āng .2 Thi công t°ång kép gÅn thiÁt bá TTNL .3 Mô hình kÁt cÃu t°ång kép .4 KÁt cÃu t°ång kép khÁo sát .5 Mô hình khung t°¢ng đ°¢ng .6 ChuyÅn vá theo 3 tr°ång hāp phân tích .7 S¢ đß vá trí liên kÁt dÅm nái 3 t°ång .8 ChuyÅn vá ngang cÿa t°ång kép khi thay đái chiÃu dài đo¿n cāng theo mô hình khung và mô hình tÃm .9 Mô hình tính toán t°ång kép có thiÁt bá TTNL .10 CÃu t¿o cÿa phÅn tử dÅm nái có thiÁt bá TTNL .11 D¿ng quan há lāc cÅt, chuyÅn vá cÿa thiÁt bá .12 PhÅn tử thanh .15 BiÅu đß nái lāc thanh khi chuyÅn vá t¿i i bằng đ¢n vá .17 BiÅu đß nái lāc thanh khi góc xoay t¿i i bằng đ¢n vá.18 PhÅn tử thanh có 2 đÅu cāng .19 ChuyÅn vá và nái lāc cÿa phÅn tử thanh: .20 Nái lāc thanh trong há tãa đá chung và há tãa đá đáa ph°¢ng .21 ChuyÅn vá cÿa thanh trong há tãa đá chung và há tãa đá đáa ph°¢ng .22 PhÅn tử thanh trong tr°ång hāp k rÃt lãn .23 H°ãng cÿa chuyÅn vá thẳng và xoay khi tách thành 2 phÅn tử .1 ThuÃt toán chung cÿa ch°¢ng trình .2 ThiÁt lÃp ma trÃn đá cāng cÿa phÅn tử dÅm .3 Xác đánh ma trÃn đá cāng cÿa há .4 Mô hình quan há lāc cÅt và chuyÅn vá cÿa thiÁt bá .5 Quá trình Q tng, không thay đái đá cāng .6 Quá trình Q tng, có thay đái đá cāng .7 Quá trình Q giÁm, không thay đái đá cāng .8 Quá trình Q giÁm, có thay đái đá cāng .9 Quá trình đÁo chiÃu Q, chuyÅn tă k2 sang k1 .10 Quá trình Q đÁo chiÃu, chuyÅn tă k1 sang k2 .11 Khung 1 tÅng, dÅm có khãp ç giÿa .12 Khung 1 tÅng gÅn khái l°āng .13 So sánh chuyÅn vá ngang t¿i đßnh khung 1 tÅng giÿa kÁt quÁ tính toán giÁi tích và ch°¢ng trình TTKGC .15 Mô hình khung sử dăng SAP2000 .16 TÁi trãng đáng P(t) .17 ChuyÅn vá ngang t¿i đßnh khung 1 tÅng cháu tÁi trãng P(t) .18 Gia tác t¿i đßnh khung 1 tÅng cháu tÁi trãng P(t) .19 Lāc cÅt đáy khung 1 tÅng cháu tÁi trãng P(t) .20 Āng xử cÿa thiÁt bá cháu tÁi trãng P(t) .21 Gia tác nÃn CAST360_DBE .22 KÁt cÃu t°ång kép 10 tÅng khÁo sát .23 ChuyÅn vá ngang và gia tác t¿i đßnh khi thiÁt bá TTNL đặt t¿i tÅng 1.24 Lāc cÅt đáy và mô men chân cát khi thiÁt bá TTNL đặt t¿i tÅng 1.25 ChuyÅn vá ngang và gia tác t¿i đßnh khi thiÁt bá TTNL đặt t¿i tÅng 3-5 .26 Lāc cÅt đáy khi thiÁt bá TTNL đặt t¿i tÅng 3-5.27 Mô men chân cát khi thiÁt bá TTNL đặt t¿i tÅng 3-5 .28 ChuyÅn vá ngang t°¢ng đái theo tÅng cÿa t°ång kép khi thiÁt bá TTNL đặt t¿i tÅng 3-5 .29 Āng xử cÿa thiÁt bá t¿i tÅng 3 khi thiÁt bá TTNL đặt t¿i tÅng 3-5 .30 Mô hình dÅm nái gÅn thiÁt bá TTNL trong SAP2000 .1 KÁt cÃu t°ång kép 30 tÅng .2 So sánh chuyÅn vá ngang t°¢ng đái theo tÅng cÿa t°ång kép khi không gÅn thiÁt bá TTNL và thiÁt bá TTNL đặt trên mßi tÅng .3 So sánh chuyÅn vá ngang t¿i đßnh t°ång kép khi không gÅn thiÁt bá TTNL và đặt thiÁt bá t¿i tÅng 1-30 .4 Gia tác t¿i đßnh t°ång kép trong các tr°ång hāp: (a) Không gÅn thiÁt bá TTNL; (b) Đặt thiÁt bá TTNL t¿i tÅng 1 3 30.5 So sánh gia tác t¿i đßnh t°ång kép khi không có thiÁt bá TTNL và thiÁt bá t¿i tÅng 1-30 vãi các gia tác nÃn: (a) KOBE; (b) TCU078; (c) IND.6 So sánh chuyÅn vá ngang t¿i đßnh t°ång kép khi không có thiÁt bá TTNL và thiÁt bá t¿i tÅng 1-30 vãi các gia tác nÃn: (a) KOBE; (b) TCU078; (c) IND.7 So sánh chuyÅn vá ngang t°¢ng đái theo tÅng cÿa t°ång kép khi không gÅn thiÁt bá TTNL và thiÁt bá t¿i tÅng 1-30 vãi các gia tác nÃn khác nhau .8 So sánh chuyÅn vá ngang t°¢ng đái theo tÅng cÿa t°ång kép khi đặt TB1, TB2, TB3, TB10 trên mßi tÅng .9 Āng xử cÿa thiÁt bá TTNL t¿i tÅng 12 khi đặt thiÁt bá TTNL tă tÅng 1-30 sử dăng các lo¿i thiÁt bá khác nhau: (a) TB1; (b) TB2.10 Āng xử cÿa thiÁt bá TTNL t¿i tÅng 12 khi đặt thiÁt bá TTNL tă tÅng 1-30 sử dăng các lo¿i thiÁt bá khác nhau: (a) TB3; (b) TB10.11 So sánh chuyÅn vá ngang t°¢ng đái theo tÅng cÿa t°ång kép khi đặt TB1, TB11, TB20 trên mßi tÅng.