I. Phân tích phi tuyến hình học khung thép phẳng
Phân tích phi tuyến hình học là một phương pháp quan trọng trong việc đánh giá ứng xử của khung thép phẳng dưới tác động của tải trọng động đất. Phương pháp này xem xét sự thay đổi hình dạng và vị trí của kết cấu khi chịu tải, đặc biệt là trong các trường hợp tải trọng lớn gây ra biến dạng đáng kể. Hình học khung thép được mô hình hóa bằng các phần tử hữu hạn, sử dụng các hàm ổn định để tính toán hiệu ứng phi tuyến. Kết quả phân tích cho thấy sự ảnh hưởng của phi tuyến hình học đến đáp ứng động lực học của kết cấu, đặc biệt là trong các trường hợp tải trọng động đất mạnh.
1.1. Mô hình hóa kết cấu
Mô hình hóa kết cấu là bước đầu tiên trong phân tích phi tuyến hình học. Các phần tử dầm và cột được mô tả bằng ma trận độ cứng và các phương trình vi phân chuyển động. Phương pháp Newmark kết hợp với thuật toán Newton-Raphson được sử dụng để giải các phương trình này. Kết quả mô hình hóa cho phép đánh giá chính xác ứng xử của khung thép phẳng dưới tác động của tải trọng động đất.
1.2. Ứng xử phi tuyến
Ứng xử phi tuyến của khung thép phẳng được đánh giá thông qua các phương pháp phân tích đàn-dẻo cải tiến. Các mô hình vật liệu thép được sử dụng để mô tả quá trình dẻo hóa và biến dạng của kết cấu. Kết quả phân tích cho thấy sự ảnh hưởng của phi tuyến hình học đến độ bền và độ ổn định của kết cấu, đặc biệt là trong các trường hợp tải trọng động đất mạnh.
II. Hệ cản chất lỏng nhớt VFD
Hệ cản chất lỏng nhớt VFD là một thiết bị quan trọng trong việc giảm thiểu tác động của tải trọng động đất lên kết cấu thép. Hệ thống này hoạt động dựa trên nguyên lý tiêu tán năng lượng thông qua chất lỏng nhớt, giúp giảm đáng kể đáp ứng động lực học của kết cấu. Chất lỏng nhớt trong hệ thống VFD tạo ra lực cản không cùng pha với quá trình dao động, giúp giảm thiểu hiệu ứng dạt tầng và moment uốn trong cột. Kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu quả của hệ thống VFD trong việc tăng khả năng kháng chấn của công trình.
2.1. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của hệ cản chất lỏng nhớt VFD dựa trên việc tiêu tán năng lượng thông qua chất lỏng nhớt. Khi kết cấu dao động, chất lỏng nhớt tạo ra lực cản tỷ lệ với vận tốc dao động, giúp giảm thiểu đáp ứng động lực học. Hệ thống VFD được thiết kế để hoạt động hiệu quả trong các trường hợp tải trọng động đất mạnh, giúp bảo vệ công trình khỏi hư hại nghiêm trọng.
2.2. Hiệu quả giảm chấn
Hiệu quả giảm chấn của hệ cản chất lỏng nhớt VFD được đánh giá thông qua các bài toán mẫu và thực nghiệm. Kết quả cho thấy hệ thống này giảm đáng kể độ dạt tầng và lực cắt trong kết cấu, đặc biệt là trong các trường hợp tải trọng động đất mạnh. Hệ thống VFD cũng được chứng minh là có giá thành cạnh tranh và dễ dàng lắp đặt, phù hợp với nhiều loại công trình khác nhau.
III. Phân tích động lực học kết cấu thép
Phân tích động lực học là phương pháp quan trọng trong việc đánh giá ứng xử của kết cấu thép dưới tác động của tải trọng động đất. Phương pháp này sử dụng các mô hình toán học và thuật toán số để tính toán đáp ứng động lực học của kết cấu. Tính toán động lực học bao gồm việc xác định các đặc trưng dao động của kết cấu, như tần số riêng và dạng dao động, cũng như đáp ứng của kết cấu dưới tác động của tải trọng động đất. Kết quả phân tích giúp đánh giá hiệu quả của các biện pháp giảm chấn, như hệ cản chất lỏng nhớt VFD, trong việc bảo vệ công trình.
3.1. Mô hình động lực học
Mô hình động lực học của kết cấu thép được xây dựng dựa trên các phương trình vi phân chuyển động. Các phương pháp số, như Newmark và Newton-Raphson, được sử dụng để giải các phương trình này. Kết quả mô hình hóa cho phép đánh giá chính xác đáp ứng động lực học của kết cấu dưới tác động của tải trọng động đất.
3.2. Đáp ứng động lực học
Đáp ứng động lực học của kết cấu thép được đánh giá thông qua các bài toán mẫu và thực nghiệm. Kết quả cho thấy sự ảnh hưởng của tải trọng động đất đến độ bền và độ ổn định của kết cấu, cũng như hiệu quả của các biện pháp giảm chấn, như hệ cản chất lỏng nhớt VFD, trong việc bảo vệ công trình.
