CHƯƠNG 1.1 Giới thiệu chung về thiết bị cản nhớt và SSI .1 Sơ lược về thiết bị cản nhớt (Fluid viscous damper) .2 Sơ lược về SSI .2 Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới .1 Tình hình nghiên cứu thiết bị cản nhớt .2 Tình hình nghiên cứu SSI .3 Tình hình phân tích phản ứng cầu có thiết bị cản nhớt xét ñến SSI .4 Tình hình nghiên cứu chung trong nước .3 Nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn .1 Nhiệm vụ của luận văn .2 Phương pháp nghiên cứu .3 Cấu trúc của luận văn. TƯƠNG TÁC GIỮA ðẤT VÀ KẾT CẤU .1 Tương tác tĩnh giữa ñất với kết cấu .1 Áp lực tiếp xúc không ñều .2 Một số mô hình nền kết cấu .1 Mô hình lò xo Winkler.2 Mô hình phần tử hữu hạn (Finite Element Models - FEM) .2 Tương tác ñộng giữa ñất và kết cấu .1 Truyền sóng một chiều và phân tích phản ứng trong ñất.2 Khi nào cần phân tích SSI.3 Phản ứng ñộng của kết cấu có xét ñến ñộ cứng nền .1 Hệ một bậc tự do .2 Hệ có nhiều bậc tự do .4 Tỷ số cản của hệ ñất kết cấu .1 Hệ một bậc tự do .2 Hệ có nhiều bậc tự do .5 Phân tích móng nông dưới tác dụng của máy tải trọng .1 Phương pháp Hsieh’s (1962) .2 Phương pháp Barkan hoặc IS-2974 .3 Mô hình Richart và Lysmer .6 Ảnh hưởng của móng chôn sâu .3 Phần mềm CyclicTP.1 Giới thiệu chung về CyclicTP.2 Cách sử dụng phần mềm CyclcicTP .1 Khai báo các thông số của móng nông (Footing) .2 Khai báo các thông số ñịa chất (Soil Strata) .3 Khai báo các thông số ñộng (Input Motion) .4 Xem kết quả phân tích (Display). PHÂN TÍCH CẦU CHỊU ðỘNG ðẤT CÓ THIẾT BỊ CẢN NHỚT XÉT TỚI BIẾN DẠNG CỦA ðẤT .1 Mô hình cầu trong phân tích ñộng ñất .1 Các dạng mô hình kết cấu cầu trong phân tích ñộng ñất .2 Mô hình cầu dưới dạng LPMs. Phương trình chuyển ñộng của mô hình LPMs có thiết bị cản nhớt .3 Mô phỏng phương trình chuyển ñộng bằng Mathlab-Simulink .1 Mô phỏng hệ phương trình vi phân chuyển ñộng .2 Kiểm tra mô phỏng .4 Phân tích phản ứng cầu chịu ñộng ñất có thiết bị cản nhớt xét tới SSI .1 Phân tích phản ứng cầu chịu ñộng ñất với sơ ñồ ngàm .1 Số liệu ñầu vào .2 Kết quả phân tích .2 Phân tích phản ứng cầu chịu ñộng ñất có xét tới SSI .1 Số liệu ñầu vào .2 Kết quả phân tích.
VÍ DỤ MINH HỌA .1 Phản ứng của KC phần trên theo tỷ số cản của thiết bị cản nhớt .2 Phản ứng của KC phần trên khi tỷ số cản gối thay ñổi .3 Khi ñộ cứng gối cầu thay ñổi .4 Phản ứng của KC phần trên khi bề rộng móng thay ñổi .5 Phản ứng của KC phần trên khi chiều sâu chôn móng thay ñổi .6 Khi loại ñất, trạng thái của lớp ñất chôn móng thay ñổi .7 Hệ số ñộng của kết cấu phần trên CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. TỔNG QUAN Như ta ñã biết, ñộng ñất là một trong những thảm họa ghê gớm. Gần ñây tần suất xảy ra các trận ñộng ñất trên thế giới ngày càng cao.
ðộng ñất làm thiệt mạng hàng nghìn người, phá hoại nhiều công trình và gây thiệt hại về nền kinh tế rất lớn. Chính vì vậy, việc thiết kế các công trình có khả năng chịu ñược ñộng ñất ñể giảm thiệt hại về người và của là hết sức cần thiết. Gần ñây Bộ Xây Dựng có ban hành tiêu chuẩn “Thiết kế công trình chịu ñộng ñất”-TCXDVN375 – 2006, và quy trình thiết kế cầu 22TCN272-05 ñều ñề cập ñến việc xét ñến yếu tố ñộng ñất khi thiết kế công trình. Trong khi ñó, các nước trên thế giới ñã ñưa yếu tố ñộng ñất vào trong thiết kế từ rất sớm.
Dưới tác dụng của ñộng ñất làm cho kết cấu cầu phát sinh năng lượng, ñể tiểu tán năng lượng này, một trong những giải pháp là dùng các thiết bị cản nhớt (viscous damper)[4]. ðồng thời, dưới tác dụng của ñộng ñất có sự tương tác giữa ñất-kết cấu (Soil-Structure Interaction: SSI) nguyên nhân là do ñất và móng không phải lúc nào cũng gắn chặt[1]. Chính vì vậy, phân tích cầu chịu ñộng ñất có thiết bị cản nhớt xét tới biến dạng của ñất là sát với thực tế làm việc của hệ: ðất-kết cấu cầu.1 Giới thiệu chung về thiết bị cản nhớt và SSI 1.1 Sơ lược về thiết bị cản nhớt (Fluid viscous damper) [16]Thiết bị cản nhớt ñược dùng khá phổ biến không chỉ trong lĩnh vực công trình mà trong hầu hết các lĩnh vực cần giảm dao ñộng khác như Giao thông vận tải, công nghiệp, thiết bị máy móc, hàng không quốc phòng,…Hầu hết thiết bị cản nhớt ứng dụng trong các lĩnh vực này ñều có dạng một trục, chất lỏng ñược nén với áp suất cao khi chảy qua các khe hẹp sẽ tiêu tán năng lượng. Loại thiết bị này có cấu tạo bên trong khá phức tạp ñể có thể ñạt ñược ñặc trưng mong muốn với kích cỡ nhỏ.1, là mô hình thiết bị cản nhớt dạng một trục.
Một số bộ phận chính như sau: Piston rod-cần piston; Cylinder-Xilanh; Compressible silicone fluid-Dầu 2 chịu nén silicone; Accumulator housing-Khoang tích lũy; Seal retainer-Gioăng làm kín; High strength acetal resin seal-Gioăng cường ñộ cao; Chamber 1-Khoang 1; Champer 2-khoang 2; Piston head with orifices-ñầu piston với các khe hẹp; Control valve-Van ñiều khiển; Rod make up accumulator-Khoang tích lũy.1 Mô hình thiết bị cản nhớt dạng một trục Thiết bị trên hình 1.1 chứa dầu silicone. Khi piston chuyển ñộng tương ñối với xi lanh sẽ ñẩy dầu qua khe hẹp trên ñầu piston, gây ra tiêu tán năng lượng. Cấu tạo của ñầu piston trên thực tế rất phức tạp với hệ thống các khe ñược tính toán kỹ, ñồng thời với cơ cấu ñiều nhiệt ñể ñảm bảo ñặc trưng của thiết bị ổn ñịnh với nhiệt ñộ. Thêm vào ñó, thiết bị còn có một khoang tích lũy ñể ñảm bào dầu không bị nén khi bị chiếm chỗ bởi thanh piston trong quá trình ñi vào.
Thiết bị ñòi hỏi gioăng là kín cường ñộ rất cao và ñược bố trí ñặc biệt ñể ñảm bảo dầu không bị rò rỉ khi chịu áp suất lớn. Vì có cấu tạo ñặc biệt như vậy nên sản phẩm có giá thành khá ñắt. Nhưng ưu ñiểm chính là có ñặc trưng ñộng ổn ñịnh, khả năng tiêu tán năng lượng cao, kích cỡ gọn, khối lượng bé và tuổi thọ cao. Lực trong thiết bị cản nhớt ñược xác ñịnh bằng công thức | | (1.1) Trong ñó Cα là hệ số cản nhớt , là vận tốc thiết bị cản nhớt, sgn(.
là hàm ký hiệu, sgn( ) =1 khi >0 và sgn( ) = -1 khi < 0, và α là hệ số mũ cản nhớt có giới hạn từ 0. Khi α =1, phương trình (1.1) trở thành gọi là lực cản nhớt tuyến tính. Do ñó, số mũ α thể hiện cho tính phi tuyến của thiết bị cản nhớt. 3 Với hệ một bậc tự do (SDF) có khối lượng của hệ là m, ñộ cứng k, và thiết bị cản nhớt phi tuyến ñược xác ñịnh theo phương trình (1.1), tỷ số cản thêm vào ξsd ñược xác ñịnh dựa vào khái niệm tỷ số cản nhớt tương ñương như sau: ξ (1.2) Trong ñó ESo là năng lượng ñàn hồi ñạt giá trị ứng với chuyển vị cực ñại của hệ là uo.
Năng lương bị tiêu tán do thiết bị cản nhớt ED thường ñược tính trong một chu kỳ dao ñộng ñiều hòa u = uosinωt với ω = ωn (ωn là tần số tự nhiên của hệ SDF) và ñược xác ñịnh bằng công thức: !" (1.3) # # Γ " là hằng số, Γ " (1.) là hàm gamma, Γ x %- t '( e(* dt. Thay phương trình (1.3) vào phương trinh (1.2) ta ñược ξ như là hàm của chuyển vị ñỉnh uo: ξ 01 .5) 2 Khi ấy hệ số cản ñược xác ñịnh như sau: 012 ( .6) Với bộ cản nhớt tuyến tính α =1, phương trình (1.6) viết lại thành 24 ξ , lập tỷ số cản với bộ cản nhớt phi tuyến và tuyến tính với cùng ξ , ta ñược: 12 56# (1.# Giá trị ñỉnh của lực cản nhớt bằng: (1.9) Trong ñó: V= ωnuo là vận tốc giả của hệ SDF. Thường xác ñịnh Cα khi hệ dao ñộng ñiều hòa với chuyển vị ñỉnh bằng chuyển vị thiết kế udes. Trong trường hợp này, lực cản nhớt xác ñịnh: 4 : ; (1.# =>? Cần phải nhấn mạnh là phương trình (1.10) thể hiện mối quan hệ giữa lực và vận tốc của bộ cản nhớt phi tuyến có hệ số cản Cα xác ñịnh theo udes.
Do ñó, tỷ số cản bằng ξsd chỉ ở chuyển vị bằng udes; với chuyển vị hoặc thấp hơn hoặc cao hơn udes, tỷ số cản tương ñương không nên bằng với ξsd. Với hệ có tỷ số cản bằng ξsd ở tất cả các chuyển vị, lực cản nhớt ñược xác ñịnh bằng công thức: : ; 7 /5 12 =>? .11) Tiêu tán năng lượng trong hệ có thiết bị cản nhớt phi tuyến [5]Năng lượng tiêu tán trong chuyển ñộng ñiều hòa theo chu kỳ G - sin - C là D %- E FC (1.12); Trong ñó H 2 / - , - là biên ñộ, - tần số. # Γ :" ; Tích phân phương trình (1.13) " - Γ " Năng lượng tiêu tán có thể biểu diễn dưới dạng giá trị ñỉnh của lực cản # Γ :" ; E0KL - - dưới dạng D 4.14) Phương trình (1.14) cho thấy ưu ñiểm của thiết bị cản nhớt phi tuyến cho dù giá trị α là bé. Xét hai trường hợp, một với α=0.
Với trường hợp α=0. Như vậy với α=0.5 có thể tiêu tán năng lượng cao hơn 31% năng lượng của thiết bị cản nhớt có α=2. Xét hệ SDF với khối lượng M, ñộ cứng K. Thiết bị cản nhớt có ñặc trưng mô tả như phương trình (1.
Tỷ số cản xác ñịnh như sau ξ Q= RS (1.15), với - biên ñộ dao ñộng ñiều hòa ở tần số không cản - TU/V. Thay vào ta có tỷ số cản #65 [#6 # 5W#XY.16) ðặc biệt với α=0.19) Từ ñấy ta có biểu ñồ tỷ số cản của hệ với thiết bị cản nhớt phi tuyến là hàm của Biên ñộ dao ñộng (hình 1. Tỷ số cản Biên ñộ (mm) Hình 1.2 Tỷ số cản phụ thuộc vào biên ñộ 1.2 Sơ lược về SSI [33]Dưới tác dụng của tải trọng, kết cấu móng sẽ tương tác với ñất. Tùy thuộc vào tải trọng tác dụng mà SSI ñược phân ra làm hai loại: SSI tĩnh (static SSI) và SSI ñộng (dynamic SSI).
