Chương 1: Tổng quan điều khiến dao động. Chương 2: Giới thiệu hệ cản và các giả thiết tính toán. Chương 3: Cơ sở lý thuyết. Chương 4: Ví dụ tính toán.
Chương 5: Kết luận và kiến nghị. Phụ lục: Mã nguồn chương trình MATLAB. Trang 7 HE CAN NHỚT VA CÁC GIA THIẾT TÍNH TOÁN 2. HỆ CÁN NHỚT VÀ CÁC GIÁ THIẾT TÍNH TOÁN 2.
Hệ CAN NHOT (VFD) ĐƯỢC DIEU KHIỂN BỊ ĐỘNG [12][17][21] Wind Restraint Mechanism Bearing, 2 Places ALỘ „ Clevis with Spherical. Nut K tnhiác Sleeve Piston rod Cylinder Compressible silicon fluid _—H1z _\, | + = Chamber | / Chamber 2 Accumulator Piston head with orifices Control valve Hình 2-1: Cau tao hệ cản chat long nhớt Viscous Fluid Dampers. Do các luận văn trước đã phân tích chi tiết về hệ cản chất long nhớt (Viscous Fluid Dampers - VED) nên tác giả chỉ giới thiệu các đặc điểm chính của hệ cản nay. Thiết bị được làm từ thép không gi và làm từ nhiều vật liệu siêu bên dé đạt tuổi thọ ít nhất 40 năm.
Hệ cản nhớt là hệ cản sử dụng chat long silicone, chất long chuyển động với vận tốc cao qua lỗ trên đầu piston tạo ra chênh áp suất và sinh ra lực can. Luc can sinh ra trong VFD: #„„ = C|x]" sign(x) (2.1) trong đó: C:Hé số cản của thiết bị cản nhớt. x : Vận tốc tương đối giữa 2 dau pit tông.2] Khi: ø =1 hệ cản nhớt là tuyến tính. a <1 hệ cản nhớt là phi tuyến, có hiệu quả với chân động mạnh.
a >1 it gặp trong thực tế. Trang 8 HE CAN NHỚT VA CÁC GIA THIẾT TÍNH TOÁN Hình 2-2: Các công trình sử dụng hệ can chat long nhớt trong thực tế. Một số công trình tiêu biểu áp dụng VFD trong thời gian gần đây [9] Bảng 2-1: Các công trình sử dụng hệ cản chất lỏng nhớt. Công trình | Thành phố | Loại damper sử dung whens.
Tai trong Thong tin Meguro |Japan/Tokyo| Taylor Fluid Dampers | 2010 | Seismic |Công trình xây dựng mới Gajoen Total: 72 16 tang, kết cấu thép, hệ Extension 1000kN +/-50mm stroke cản tiêu tán năng lượng Project 1500kN +/-50mm stroke do tai dong dat. 2000kN +/-50mm stroke Kasumigasekij Japan/Tokyo| Taylor Fluid Dampers | 2010 | Seismic | Công trình xây dựng mới 3 Chome Total: 64 16 tang, két cau thép, hé Project 1690 kN + 100 can tiéu tan nang luong mmstroke do tải động dat. 1500kN +/-50mm stroke Total: 7 Trang 9 HE CAN NHỚT VA CÁC GIA THIẾT TÍNH TOÁN 2. CAC GIÁ THIET TÍNH TOÁN 2.
Mô hình tính cúa kết cầu P, El,=0 mm = El,=0 mục El=e© mạ E — Module dan hỏi của vật = liệu kết cấu. P; ƒ El,=0 mị El,=0 mị blh=œ mị của dầm và cột. L, và L, — Chiều dài nhịp HÀ BE, EI; EI.; 7 a, P, El,=0 m El,=0 m El,=0 m và chiêu cao tang thứ 7 -_ m — Khôi lượng của kết cau. x, (t)- Gia tôc nên.
=> x()— Chuyên vị của két câu. *g ~ Ls _— Ls _— Ls _ P(t)— TaiH trọng tác Lễ A động (a) Mô hình kết cấu nhiều tang nhiều nhịp vào kết cấu. Hình 2-3: Mô hình kết cau thực P, — El=s mm a { lt g =& Elen | | Xj | Pip. =2 im - | 7 "= | ¬H Elci xy | Piy |EL,=0 1m { | | EIcl | | _ x —_— Ls ~_ Rn.
2 ^⁄ ^“ 8 (c) Chuyển vi cua kết cấu (b) Mô hình kết cấu I nhịp — — vị trí ban đầu của kết cấu vị trí mới của kết cấu Hình 2-4: Mô hình đơn giản hoá bài toán. Thường đối với tính toán đáp ứng động lực học, trong các bài toán thiết kế kết cầu và các bai báo nước ngoai [12]. các giả thiết tinh toán là: e San là tuyệt đối cứng (7, # ) (mô hình shear frame). e Hệ khung nhiều tầng và nhiều nhịp được qui đổi kết cau nhiều tang va một nhịp với độ cứng cột tương đương như sau: 12.2) columns L, 3 Trang 10 HE CAN NHỚT VA CÁC GIA THIẾT TÍNH TOÁN 2.
Cac đặc trưng vật liệu 2. Quy luật ứng xử của vật liệu Quan hệ lực và chuyển vị của vật liệu thép khi chịu tải trọng lặp trong thực tế [1] được biểu diễn như Hình 2-5. Quan hệ giữa lực và chuyển vi không phải là ham một biến chỉ phụ thuộc vào biến dạng mà là hàm của hai biến phụ thuộc cả vào chuyển vị và độ gia tăng hoặc giảm của chuyển vị (hay vận tốc), được biểu diễn như sau: Fs = /(%.#) Dua vao quan hé luc va chuyén vi cua thép, trong luận văn nay, quy luật ứng xử của vật liệu thép trong và ngoài miền đàn hồi được qui đôi gan đúng bang hai mô hình: mô hình đàn dẻo tuyệt đối (Hình 2.6a) và mô hình đàn dẻo tái bền tuyến tính (Hình 2.6b) , |] ty Ũ t l ly ! ( i / /4 | | | Pn ll ! J. „¡ toe | ( The l Ỉ / ¿ tị! | Ị hi [NHÀ 4 ! | — 0020, 005 'J -Q0l0 | =3093 J | 000% |/00©/ | 005 /| 099 | 00% | 0030 wW Ị | PANEL OISTORION Ty (M0) L1II:| AA| i im | a.
Mô bình dan déo tuyệt đối — Đ-Mô hình dan dẻo ‘ol Litt | — tát bên tuyến tính Hình 2-5: Quan hệ luc-chuyén vị của thép. Hình 2-6: Mô hình làm việc cua vật liệu. Từ quan hệ ứng suất bién dang, ta có quan hệ giữa lực và chuyển vị như sau: a-Mô hình đàn dẻo tuyệt đối (elastic-plastic Hình 2.7a) ⁄ "= ⁄ yt k, [0% 4 —%) Oaja HI (2.3) fir in 2S, => /,,= Spek, = 9 b-Mô hình đàn dẻo tái bền tuyến tính (bilinear- elastic-Hình 2.7 b) Poi jr = ¿Tyá ~~ Op HI fa mh, (2. Mô hình dan dẻo tuyệt d6i__b.M6 hình dan déo đà má = „T2 [Xá — 8) ~ Sai — Ha) tát bên tuyến tinh Hình 2-7: Quan hệ luc-chuyén vị theo mô hình làm việc của vật liệu.
Trang 11 HE CAN NHỚT VA CÁC GIA THIẾT TÍNH TOÁN 2. Moment kháng uốn dẻo của tiết diện chữ I Với giả thiết khung chịu uốn thuần túy, khi vật liệu làm việc theo mô hình dan hồi-dẻo lý tưởng hoặc dan dẻo tái bền tuyến tính, moment dẻo giới han của tiết diện được xác định theo công thức [2]: M,=0,W, (2.5) trong do: ø„ — Ung suất chảy dẻo của vật liệu, đối với thép trong luận van nay, lay ø, =345MPa [15] W,, -Moment kháng uốn dẻo của tiết diện chữ I, xác định như sau [2]: W.6) Hình 2-8: Moment kháng uốn dẻo tiết diện I Với giả thiết sản tuyệt đối cứng, cột được xem như ngàm giữa hai tang, khi cho dau cột một chuyên vi cưỡng bức A =1, ta có: 6E] M,=M,=— Ua — 1, ) L I2EI Va — LB (uy — Uy ) V,, 12EI 5 (-u, +u,)=—V, e2 Hình 2-9: Nội lực của kết cau khi chịu chuyển vị cưỡng bức A =1.7) ta có quan hệ giữa lực cắt va moment như sau (xét về độ lớn): 12HI (u, -u,) ƒ -_Ƒ a b _2 (2.8) M 6EI L D ( a — Uy) Khi cột chảy dẻo, V = f,, M =M,=ơ,W,: 20 ,W = P (2.9) Trang 12 CƠ SỞ LÝ THUYET 3. HỆ NHIÊU BAC TU DO SỬ DỤNG HE CAN VED CÓ XÉT DEN SU LAM VIỆC NGOÀI MIEN ĐÀN HOI 3. PHUONG TRINH VI PHAN CHUYEN DONG: 3.
Mô hình tính: Xét kết cấu nhiều tầng 1 nhịp với hệ cản VFD, các giả thiết tính toán, đặc trưng vật liệu và hình học tương tự như mục 2. Hình 3-1: Hệ nhiều bậc tự do sử dụng hệ cản chat lỏng nhớt. Mô hình cơ học: XI Xj Xn SS > E—————®®^=— oO ~ x Fs tụi vn ft _/fC_ KS Cc C; Cn 2|] CVFDI 1 CVFD i i CVFD n ” KX = - S|) ——m] — ——> XI Xj Xn |———— km |——————k®—— ———— SF si I v2 Ji F sgt Ssn CX] —a— ]} C>(X>-X,) CX i-Xj. meg Cig (Xj Xj) Cr XX eg —— FE.
VFD,1 —_— mits TeVFD,2 F.| VFD,i xe TroVFD,i+1 FT Minkg VFD,n |—=œ———— Hinh 3-2: M6 hinh tinh toan co hoc hé nhiéu bac tu do. Trang 13 CƠ SỞ LÝ THUYET 3. Phương trình vi phân chuyển động của hệ nhiều bậc tự do: Xét công trình có ø tầng chịu tác động của động đất, mỗi tầng có thể có (Cyrp; #9) hoặc không có hệ cản VFD (€;;;,, =0). Phương trình vi phân chuyển động của từng tang dưới tác động của động đất theo nguyên lý D’Alembert được xác định như sau: Va MX, + CX, — Cy (x, 4 x,) — h 4 "hà, 4 Purp.
(X44 — x,) =P-mx i ,—fVFD,i +fVFDi+1 iv’g ti + s+] m,X, +c, (x, —X,,)=P,-m,%, — F; — fon Phuong trinh chuyén dong cua kết câu được viết dưới dạng ma trận như sau MX+Cx=P—-MIX, —F, - Fp (3.1) trong đó: m0 0 M= m, - Ma trận khối lượng của kết cau là hang só. sym mM, lc +o, -c, 0 00. C=| 0 -~c, ¢+¢,, =e„ 0 | — Ma trận cản của kết cau là hằng số sym —C¢, Cc x=Íx.x,\ — Vector đáp ứng chuyển vi theo thời gian /. d’x X =— ,x =—— - Vector đáp ung van tôc va gia toc.P l - Vector ngoại lực tác dụng tại các tầng.
là - Vector phân phối gia tốc nền và là hăng sé. x, — Vector gia tốc nên. 12— Sune fient — Vector lực đàn hồi.2) Fup = ti — mpa›-- Tgn, =Fmases Fron} - Vector lực điều khiển của VFD, với yz), được xác định theo (2.3) Trang 14 CƠ SỞ LÝ THUYET Khi hệ số ø trong công thức (2.1) bang 1 (a@ =1), ta có hệ cản chất lỏng nhớt tuyến tính thường gặp trong thực tế, phương trình (2.1) trở thành: h,VEDji Cvep ¡ (x, — %1) (3.4) Khi đó vector lực K,,,,, có dạng: Cty ¡ T C}p ; —Cypp 2 0 0 0 x, Kyep = 0 —Cypp ¡ Cty ¡ +Cjp iat — Creep iat 0 x; (3.5) L syn 0 0 —p „ C}„p „ | X, Cvrp Từ (3.5), phương trình (3.1) có thé viết lại thành: Mx + (C+Cypp x = P—MIX, —E, (3. THUAT TOAN GIAI PHUONG TRINH CHUYEN DONG: Do tính chất phi tuyến của bài toán (phi tuyến ứng xử vật liệu và phi tuyến cả tải trọng tác dụng vào kết cấu) nên phương trình vi phân chuyển động dạng ma trận (3.1) được giải bằng phương pháp số dựa trên phương pháp Time-Newmark.
Với sự trợ giúp của máy tính và phần mềm MATLAB, miễn thời gian của bai toán được rời rac hóa thành các bước thời gian cách đều nhau At ( j = I,2. nứ với nt là tong số bước thời gian tính). Luận văn nay sử dụng phương pháp tích phân trực tiếp với giả thiết rang ở mỗi bước thời gian, gia tốc tuân theo guy luật tuyến tính.