I. Giới thiệu
Luận văn này tập trung vào việc phân tích động lực học của khung phẳng có vết nứt thở dưới tác động của tải trọng điều hòa. Vết nứt thở là một hiện tượng phổ biến trong các kết cấu xây dựng, đặc biệt là trong các công trình chịu tải trọng động. Sự xuất hiện của vết nứt không chỉ làm giảm độ bền của kết cấu mà còn ảnh hưởng đến phản ứng động lực học của nó. Mục tiêu của nghiên cứu là tìm hiểu các mô hình ứng xử của vết nứt thở và áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích ứng xử động lực học của khung phẳng. Việc phân tích này sẽ giúp xác định ảnh hưởng của vị trí, chiều sâu và số lượng vết nứt đến ứng xử động của khung.
1.1. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của luận văn là phân tích ảnh hưởng của vết nứt thở đến hệ khung phẳng chịu tải trọng động. Nghiên cứu sẽ thiết lập ma trận độ cứng cho phần tử có vết nứt thở và xây dựng bài toán khung chịu tải trọng động theo phương pháp phần tử hữu hạn. Các thông số như chiều sâu vết nứt, vị trí vết nứt và tần số ngoại lực sẽ được khảo sát để đánh giá ảnh hưởng của chúng đến ứng xử động của khung. Phương pháp sử dụng trong nghiên cứu là phương pháp tích phân số Newmark để giải quyết phương trình chuyển động của khung.
II. Tổng quan về nghiên cứu
Chương này trình bày tổng quan về các nghiên cứu liên quan đến vết nứt thở trong kết cấu. Các mô hình vết nứt có thể được phân thành hai nhóm chính: mô hình vết nứt mở và mô hình vết nứt thở. Mô hình vết nứt mở giả định rằng vết nứt luôn mở trong suốt quá trình chịu tải, trong khi mô hình vết nứt thở cho phép vết nứt mở và đóng xen kẽ. Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng vết nứt thở có tính chất phi tuyến, ảnh hưởng đến độ cứng và ứng xử động của kết cấu. Việc áp dụng lý thuyết cơ học rạn nứt để mô hình hóa vết nứt thở là cần thiết để hiểu rõ hơn về ứng xử của kết cấu dưới tải trọng động.
2.1. Các mô hình vết nứt
Có nhiều phương pháp để mô hình hóa vết nứt trong kết cấu. Nhóm đầu tiên là mô hình vết nứt mở, trong đó vết nứt được giả định mở vĩnh viễn. Nhóm thứ hai là mô hình vết nứt thở, cho phép vết nứt mở và đóng trong suốt quá trình dao động. Mô hình này có thể được mô tả bằng các phương pháp như giảm độ cứng cục bộ, mô hình lò xo rời rạc và hàm nứt. Việc sử dụng mô hình vết nứt thở giúp cải thiện độ chính xác trong việc dự đoán ứng xử động của kết cấu khi chịu tải trọng động.
III. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu trong luận văn này bao gồm việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích ứng xử động của khung phẳng có vết nứt thở. Ma trận độ cứng của phần tử có vết nứt thở được thiết lập dựa trên lý thuyết cơ học rạn nứt. Phương trình chuyển động cho hệ kết cấu khung phẳng được xây dựng và giải bằng phương pháp tích phân từng bước Newmark. Chương trình máy tính được viết bằng ngôn ngữ MATLAB để thực hiện các tính toán cần thiết. Kết quả phân tích sẽ được so sánh và đánh giá để xác định ảnh hưởng của các thông số như vị trí và chiều sâu vết nứt đến ứng xử động của khung.
3.1. Thiết lập ma trận độ cứng
Ma trận độ cứng của phần tử có vết nứt thở được thiết lập dựa trên lý thuyết cơ học rạn nứt. Độ cứng của phần tử sẽ thay đổi theo thời gian tùy thuộc vào trạng thái mở hoặc đóng của vết nứt. Việc xác định độ cứng cục bộ tại vị trí vết nứt là rất quan trọng để mô hình hóa chính xác ứng xử động của khung. Các phương trình liên quan đến độ cứng và ứng suất sẽ được sử dụng để tính toán ma trận độ cứng cho phần tử có vết nứt thở.
IV. Kết quả và thảo luận
Kết quả phân tích cho thấy ứng xử động của khung phẳng có vết nứt thở phụ thuộc vào số lượng phần tử có vết nứt, vị trí và chiều sâu của vết nứt. Các thí dụ số được thực hiện để so sánh và đánh giá kết quả. Sự thay đổi tần số tự nhiên của khung cũng được xem xét, cho thấy rằng vết nứt thở có thể làm thay đổi đáng kể tần số dao động của kết cấu. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc theo dõi sức khỏe kết cấu và đánh giá độ an toàn của các công trình xây dựng.
4.1. Đánh giá kết quả
Kết quả phân tích cho thấy rằng ứng xử động của khung phẳng có vết nứt thở là phi tuyến và phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Việc xác định chính xác các thông số như chiều sâu và vị trí vết nứt là rất quan trọng để đưa ra các giải pháp khắc phục hiệu quả. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc thiết kế và bảo trì các công trình xây dựng có vết nứt.
V. Kết luận
Luận văn đã phân tích thành công ứng xử động của khung phẳng có vết nứt thở dưới tác động của tải trọng điều hòa. Kết quả cho thấy rằng vết nứt thở có ảnh hưởng lớn đến độ cứng và ứng xử động của kết cấu. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong việc áp dụng lý thuyết cơ học rạn nứt để phân tích các kết cấu có vết nứt, từ đó giúp cải thiện độ an toàn và hiệu quả trong thiết kế và bảo trì công trình.
5.1. Hướng phát triển
Nghiên cứu có thể được mở rộng để xem xét các loại kết cấu khác nhau và các điều kiện tải trọng khác nhau. Việc áp dụng các công nghệ mới trong phân tích động lực học cũng có thể giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả của các mô hình phân tích. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể bao gồm việc phát triển các mô hình tính toán phức tạp hơn để mô phỏng chính xác hơn ứng xử của các kết cấu có vết nứt thở.
