ĐẠI HOC QUOC GIA THÀNH PHO HO CHÍ MINH TRUONG DAI HOC BACH KHOA %2LLlœq PHAN BẢO DUY PHAN TÍCH PHI TUYẾN HÌNH HOC UNG XU KHUNG THÉP PHANG CÓ HỆ CAN CHAT LONG NHOT (VED) CHIU DONG DAT Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng va công nghiệp Mã số .Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRUONG ĐẠI HỌC BACH KHOA —- ĐHQG TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS. CHU QUOC THANG Cán bộ chấm nhận xét1 : PGS. NGÔ HỮU CƯỜNG Cán bộ chấm nhận xét2 : TS.
TRAN VĂN PHÚC Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai học Bách Khoa, DHQG TP. HCM, ngày 22 tháng 7 năm 2016. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. BÙI CÔNG THÀNH — Chủ tịch 2.NGÔ HỮU CƯỜNG -— Phản biện 1 3.
TRAN VĂN PHÚC — Phản biện 2 4. LE TRUNG KIÊN — Ủy viên 5. ĐINH THE HUNG — Thư ký CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA KY THUẬT XÂY DỰNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIEM VỤ LUẬN VAN THAC SĨ Họ và tên học viên: PHAN BAO DUY MSHV: 7140147 Ngày, tháng, năm sinh: 24/07/1987 Nơi sinh: Cần Thơ Chuyên ngành: KT Xây dựng Công trình DD & CN Mã số: 60 58 02 08 I. TEN DE TÀI: Phan tích phi tuyên hình hoc ứng xử khung thép phang có hệ cản chất lỏng nhớt (VED) chịu động đất.
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1. Sử dụng mô hình phan tử hữu hạn để phân tích phi tuyến hình học khung thép phăng có hệ cản chất lỏng nhớt chịu động đất. Viết chương trình ứng dụng bang ngôn ngữ MATLAB để mô phỏng và tính toán các kết quả số. Phân tích kết quả, nhận xét về hiệu quả giảm đáp ứng của hệ cản chất lỏng nhớt.
Đề xuất hướng phát triển của dé tai. NGAY GIAO NHIEM VU : 11/01/2016 IV.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 17/06/2016 V. HO VÀ TEN CÁN BỘ HƯỚNG DAN: PGS. CHU QUOC THANG Tp.
HCM, ngày thang năm 2016 CÁN BỘ HƯỚNG DẦN CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG NGÀNH PGS. Chu Quốc Thắng PGS. Bùi Công Thành TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG LỜI CÁM ƠN Lời đầu tiên, tôi muốn gửi lời cám ơn chân thành đến thầy hướng dẫn chính PGS.TS CHU QUOC THANG va thay hướng dẫn Th.S PHAM NHÂN HOA đã tận tinh chi bao và truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi. Tôi xin chân thành cám ơn tất cả Thầy Cô trong khoa Xây dựng đã truyền đạt kiến thức quý báo, tạo cho tôi niềm đam mê làm nghiên cứu khoa học, giúp đỡ tôi khi học tập cũng như thực hiện luận văn này.
Tôi cũng chân thành cảm ơn Thay Cô trong thư viện trường DH Bách Khoa Thành Phố Hỗ Chí Minh đã tạo điều kiện cho tôi tìm tài liệu để thực hiện luận văn này và những bạn học cùng khóa luôn sát cánh bên tôi trong những ngày học tập khó khăn. Sau cùng, tôi xin cảm ơn gia đình đã tạo điều kiện cho tôi học tập và động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Trân trọng! Thành phố Hỗ Chí Minh, tháng 06 năm 2016 Trang 1 TÓM TAT LUẬN VĂN Luận văn trình bày mô hình và thuật toán tìm đáp ứng động lực học kết cau được trang bị hệ cản chất lỏng nhớt có xét đến phi tuyến hình học và vật liệu khi chịu tải trọng động đất. Hàm ôn định được sử dụng để xét đến hiện tượng phi tuyến hinh học và phương pháp dan-déo cải tiến được dùng khi phân tích kết cau làm việc ngoài miền đàn hồi.
Lời giải đáp ứng của kết cau khi ứng xử trong và ngoài miền đàn hồi theo miền thời gian được tính qua phương pháp Newmark kết hợp với thuật toán Newton-Raphson hiệu chỉnh. Phần ví dụ tính toán minh họa, luận văn phân tích đáp ứng động lực học của các bài toán kết câu thép mẫu (Benchmark problems) khi có trang bị và không có hệ can chat lỏng nhớt (VFD) để qua đó thay được đáp ứng thực của kết câu và hiệu qua của hệ cản được sử dụng dưới tác dụng động đất. Cuối cùng, các nhận xét về hiệu quả giảm đáp ứng của hệ cản VFD trong vùng động đất vừa và mạnh cho kết cau nhằm giúp các kỹ sư thiết kế kết câu công trình thiết kế hiệu quả hơn. Trang 11 ABSTRACT The thesis presents computational model and algorithm to determine dynamic responses of a structure equipped with viscous fluid dampers (VFD) under earthquakes motion.
The stability functions are used to capture nonlinear geometric effects and the refined-plastic hinge method is used to evaluate when structures bahave inelastically. Time history analysis is conducted through using Newmark method integrated accompanied with modified Newton-Rapshon. Numerical examples are benchmark problems as steel structures in order to inelastically analyze their dynamic responses of steel benchmark buildings with or without viscous fluid dampers to examine reliable effectiveness of the devices Finally, some conclusions are drawn about the advantages and disadvantages of these smart devices to help civil engineers in designing earthquake resistance more effectively. Trang 11 LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Phan Bảo Duy, là học viên cao học chuyên ngành Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp, khoá 2014 trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh.
Tôi xin cam đoan rằng, đây là luận văn do chính tôi thực hiện. Các số liệu trong luận văn này hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố, sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Các thông tin, tài liệu trích dẫn trong luận văn này đã được ghi rõ nguồn gốc. Tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn về kết quả nghiên cứu trong luận van của mình.
Học viên PHAN BẢO DUY Trang iv MỤC LỤC 10) O77 0),. i TOM TAT LUẬN VAN. iv MUC LUC 11.ÔỎ V DANH MỤC HINH VỀ. 2-2 5G G << E999 9 9 9 999v ưng geeeevee Vii 9 J:8.
xi A0 000957 šaễẳẳễ'iễê®'ồ®”. Điều khiển bị động.--- + kE SE E111 E ggggcrcveyg | 1. Hệ cản chất lỏng nhớt VIED. Mục tiêu và sự cần thiết của luận VAN.
Tinh hình nghiên cứu ngoài nue. Tinh hình nghién cứu trong nƯỚC. Tổ chức của luận văn. tt San St S33 111 5818115815511 18 1511181551115 EEE1 E81 Ee re.
HE CÁN NHỚT VA PHAN TỬ DẢM-CỘTT. Hệ cản nhớt (VFD) được điều khiến bị động. Các giả thiết ban dau. Phi tuyến hình hỌC.
Phương trình độ võng của phần tử dầm-cột. Ma trận độ cứng phan tỬ. -c- - sk+E +9 SE xExSxScvcvcv ng g1 gEgE rrrveo l6 2. Phân tích đàn-dẻo cải tiẾn.
Môđun tiẾp tuyẾn. Quan hệ luc-chuyén vị trong quá trình dẻo hóa hai đầu phan tử. Ma trận độ cứng phan ttt. Quy luật ứng xử cua vật liệu khi chiu tải trong lặp.
PHƯƠNG TRINH VI PHAN CHUYEN ĐỘNG. Mô hình tính. Ma trận khối 0u;. Ma trận độ cứng 8.
Ma trận Cản. Thuật toán giải hệ phương trình chuyển động. Phuong pháp NewmarK. Thuật toán lặp Newton-Raphson kết hợp với phương pháp Newmark.
Lưu đồ thuật toán chương trình phân tích. VÍ DỤ TÍNH TOÁNN.- (5-5-5 5 cư cưng gu cuc 34 4. Phân tích kết cấu 09 tầng.--- tt ST 1111151511111 1xx evrki 35 4. Mô tả kết câu.
Đáp ứng của kết cấu dưới tải trọng động đất ElCentro. Đáp ứng của kết cấu dưới tải trọng động đất Hachinole. Đáp ứng của kết câu dưới tải trọng động đất Kobe. Đáp ứng của kết cấu dưới tải trọng động đất Northidge.
Phân tích kết cấu 20 tầng.--- tt ST 1111115151311 1xx ekrki 62 4. Mô tả kết câu.-ctc ch Hee 62 4. Đáp ứng của kết câu dưới tải trọng động đất ElCentro. Đáp ứng của kết câu dưới tải trọng động đất Hachinole.
Đáp ứng của kết cấu dưới tải trọng động đất Kobe. Đáp ứng của kết câu dưới tải trọng động đất Northridge. KẾT LUẬN VA KIÊN NGHỊ. << G59 SEeEeEeE xxx cscsescsese 91 5.
Hướng phat trién để tai ccc cecscscsesecscscscscsssssvevevscscscsecscecscasssavsvevsnseeneeeen 92 TÀI LIEU THAM KH ÁOO. 5-5-5 5° << %5 5595EeEeEeEE xxx s99 52 93 PHU LUC A. 6004 06090 107 Trang vi DANH MỤC HINH VE Hình 1-1: Điều khiến bị động với Tuned Mass Dampers ở Tòa nhà 432 Park Avenue CAO 426m - NY - 1. 2 Hình 1-2: Điều khiển kết cầu với Base ISOLATION.cecececccsssesssssssesessstsessesessasevstsesseaeens 2 Hình 1-3: Kết cấu với thiết bị tiêu tán năng lượng bị động.
¿2s x+x+xseseseee 2 Hình 1-4: Công trình Khách sạn Anhui — Trung Quốc .---- - 2 2 s+s+s+£+£+xzxsez 4 Hình 2-1: Cau tạo hệ can chất lỏng nhớt Viscous Fluid Dampers.- - - 55s: 8 Hình 2-2: Hệ cản VFD được gắn trong kết cẫu.---- - + ekekeeereree 8 Hình 2-3: Các công trình sử dung hệ cản chat lỏng nhớt trong thực tế. 9 Hình 2-4: Hình vẽ minh hoa hiệu ứng P-]eÌÏta.--- cccccceesessessssssaceeeeeeeeeeeeees 11 Hình 2-5: Phần tử dam-cét chịu lực tac dụng ở hai đầU.--c cSc Sen tt re rerez 12 Hình 2-6: Phần tử dầm cột chịu tác dụng moment và lực dọc ở hai đầu. 13 Hình 2-7: Hàm ôn định.----G+ + te S3 SE E88 E8 EEESESESEEEEEEEE51515811 2551151151 E1 EEEeceE 15 Hình 2-8: Quy ước dấu về chuyền vị và lực ở hai đầu phan tử.- - - sss+cscse 17 Hình 2-9: Mối quan hệ giữa biến dạng và lực dỌC.----sSSS S5 x%2 20 Hình 2-10: Mặt chảy dẻo va mặt chớm dẻo [ I2 |.---- - --<<<< << << ++ssssssssss 22 Hình 2-11: Mô hình vật liệu thép đàn-dẻo tuyệt đối chịu tải trong lặp.- 24 Hình 2-12: Cường độ mặt chảy dẻo theo AISC-LRFD 1986.--<<<<<<<52 25 Hình 3-1: Hệ nhiều bậc tự do sử dụng hệ cản chất lỏng nhớt.---- << «<<: 26 Hình 3-2: Phương pháp Newton-Raphson hiệu chỉnh .-- 55555 5+++<<<ss>+2 30 Hình 3-3: Lưu đồ thuật toán chương trình.- - 5 + EeEEEEEE+E£k+kekeeeeeeeesree 32 Hình 3-4: Lưu đồ thuật toán Newton-Rapshon.- - 5 + + SE ekekeveeeeeeeree 33 Hình 4-1: Kết cấu của tòa nhà 9 tang mẫu.- - - E+E+ESESEEEk ke ekekekeerreree 35 Hình 4-2: Vị trí lắp đặt hệ cản V'FTD.-- 2-2 kkS9ESE+E+E#EE SE E111 rkeg 37 Hình 4-3: Gia tốc nền trận động đất EICeNtr0.cccccccccessccssesesescescsescescscseescseseeseseseseseass 37 Hình 4-4: Đáp ứng về chuyền vị tầng đỉnh.- - - -kssEsESEEEkckcvckckekekrkeereeree 38 Hình 4-5: Moment chân cột tang Ì. --c- kkk+ESEEE#E#ESESESEEEEEk St rerree 38 Hình 4-6: Chuyến vị lớn nhất và lực cắt Imax.---¿- - + + s+k+k+E+E#EEE+EeEeEerrerkrsee 39 Hình 4-7: Tiêu tán năng lượng phan tử VED số 115 tang 04.---5- c2 scs+x+se2 39 Hình 4-8: Độ giảm chuyền vi, lực cắt và moment các tầng so với đáp ứng đàn hồi.40 Hình 4-9: Độ giảm chuyển vi, lực cắt và moment các tầng so với đáp ứng đàn hồi khi hé CO trang bi ái 0D.
41 Hình 4-10: Vị trí lap đặt hệ cản VED wo. ccecscsesesecesccscsssssssssvevsesesesesececscscacasavavavens 42 Trang vii Hình 4-11: Gia tốc nền trận động đất Hachinole.- + s c se E33 E+ESEEeEeErersreees 42 Hình 4-12: Đáp ứng về chuyền vị tầng đỉnh. -¿- + + 5s SE+x+E‡ESEEErEeEeEererkrerree 43 Hình 4-13: Moment chân cột tang Ì. --- - k+E*EEE#E#ESESESEEEEEEEkckEkekekekekeerrrree 43 Hình 4-14: Lực cắt chân cột tầng Ì.
