Phân Tích Phi Tuyến Khung Thép Bán Cứng Không Gian Chịu Tải Trọng Tĩnh và Động Bằng Phương Pháp Vùng Dẻo

• Tác giả: Lê Văn Bình
• Người hướng dẫn: PGS. Ngô Hữu Cường
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh - Trường Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dụng và Công nghiệp
• Đề tài: Phân Tích Phi Tuyến Khung Thép Bán Cứng Không Gian Chịu Tải Trọng Tĩnh và Động Bằng Phương Pháp Vùng Dẻo
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• TÓM TẮT LUẬN ÁN
• ABSTRACT
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
• 1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu phi tuyến khung thép
• 1.3. Sự cần thiết của nghiên cứu
• 1.4. Mục tiêu của đề tài
• 1.5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.8. Cấu trúc của Luận án
• 2. PHẦN TỬ KHUNG THÉP BÁN CỨNG KHÔNG GIAN
• 2.1. Xây dựng phần tử khung thép bán cứng không gian
• 2.2. Quan hệ biến dạng – chuyển vị
• 2.3. Ma trận biến dạng – chuyển vị
• 2.4. Ma trận độ cứng phần tử
• 2.5. Ma trận độ cứng phần tử có kể đến liên kết bán cứng
• 2.6. Ma trận khối lượng
• 2.7. Ma trận cản
• 2.8. Ma trận chuyển trục tọa độ
• 2.9. Phi tuyến liên kết
• 2.9.1. Các mô hình liên kết bán cứng
• 2.9.2. Mô hình ứng xử vòng trễ của liên kết bán cứng
• 2.10. Phi tuyến vật liệu
• 2.11. Kết luận Chương 2
• 3. CHƯƠNG TRÌNH PHÂN TÍCH PZNASS
• 3.1. Cấu trúc chương trình PZNASS
• 3.2. Thuật toán giải hệ phương trình phi tuyến
• 3.2.1. Thuật toán phi tuyến tĩnh
• 3.2.2. Thuật toán phi tuyến động
• 3.3. Định nghĩa các biến dữ liệu
• 3.4. Xây dựng các hàm phân tích
• 3.5. Kết luận Chương 3
• 4. CÁC VÍ DỤ SỐ KIỂM CHỨNG CHƯƠNG TRÌNH PHÂN TÍCH ĐÃ PHÁT TRIỂN
• 4.1. Phân tích tĩnh
• 4.1.1. Khung cổng chữ nhật Vogel
• 4.1.2. Khung phẳng 1 nhịp 3 tầng
• 4.1.3. Khung phẳng Vogel 2 nhịp 6 tầng
• 4.1.4. Khung vòm không gian (Framed Dome)
• 4.1.5. Khung không gian 1 tầng (One-story Space Frame)
• 4.1.6. Khung không gian 2 tầng (Two-story Space Frame)
• 4.1.7. Khung không gian Harisson (Harisson’s Space Frame)
• 4.1.8. Khung không gian Orbison 6 tầng (Orbison’s Six-storey Space Frame)
• 4.2. Phân tích động
• 4.2.1. Khung phẳng 1 nhịp 1 tầng chịu tải động đất
• 4.2.2. Khung phẳng 1 nhịp 2 tầng
• 4.2.3. Khung phẳng Vogel 2 nhịp 6 tầng
• 4.2.4. Khung không gian 1 nhịp 2 tầng chịu tải động đất
• 4.2.5. Khung không gian bán cứng 1 nhịp 2 tầng
• 4.2.6. Khung không gian Campbell
• 4.2.7. Khung không gian bán cứng 6 tầng (Khung Orbison)
• 4.3. Kết luận Chương 4
• 5. HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Phân tích phi tuyến khung thép bán cứng

Phân tích phi tuyến là phương pháp quan trọng trong nghiên cứu kết cấu thép, đặc biệt là khung thép bán cứng. Phương pháp này xem xét các yếu tố phi tuyến hình học và vật liệu, giúp dự đoán chính xác ứng xử của kết cấu dưới tác động của tải trọng tĩnh và tải trọng động. Phương pháp vùng dẻo được sử dụng để mô phỏng sự lan truyền dẻo trên mặt cắt ngang và dọc theo chiều dài phần tử, đảm bảo độ chính xác cao trong phân tích.

1.1. Phương pháp vùng dẻo

Phương pháp vùng dẻo sử dụng các điểm tích phân Newton-Cotes để theo dõi sự lan truyền dẻo trên mặt cắt ngang và dọc theo chiều dài phần tử. Tiêu chuẩn chảy dẻo von Mises được áp dụng để xác định trạng thái dẻo của vật liệu. Phương pháp này cho phép mô phỏng chính xác ứng xử phi tuyến của khung thép bán cứng dưới tác động của tải trọng tĩnh và tải trọng động.

1.2. Liên kết bán cứng

Liên kết bán cứng được mô phỏng bằng các lò xo xoay phi tuyến tại hai đầu phần tử dầm. Các mô hình liên kết bán cứng thích hợp được sử dụng để mô phỏng độ cứng xoay và ứng xử lặp trễ của liên kết. Điều này giúp phân tích chính xác ứng xử của khung thép bán cứng dưới tác động của tải trọng tĩnh và tải trọng động.

II. Phương pháp phân tích tĩnh và động

Phương pháp phân tích tĩnh và động được áp dụng để giải các bài toán phân tích phi tuyến của khung thép bán cứng. Phương pháp điều khiển chuyển vị tổng quát được sử dụng để giải hệ phương trình cân bằng tĩnh, trong khi phương pháp Newmark được áp dụng để giải phương trình chuyển động trong phân tích động.

2.1. Phân tích tĩnh

Trong phân tích tĩnh, thuật toán điều khiển chuyển vị tổng quát kết hợp với tiêu chuẩn hội tụ chuyển vị dư nhỏ nhất được áp dụng để giải hệ phương trình cân bằng tĩnh. Phương pháp này đảm bảo độ chính xác cao trong việc xác định ứng xử của khung thép bán cứng dưới tác động của tải trọng tĩnh.

2.2. Phân tích động

Trong phân tích động, phương pháp Newmark được sử dụng để giải phương trình chuyển động. Sai số lực dư không cân bằng được khử bằng thuật toán lặp Newton-Raphson trong mỗi bước thời gian. Phương pháp này cho phép phân tích chính xác ứng xử của khung thép bán cứng dưới tác động của tải trọng động.

III. Ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế và đánh giá kết cấu thép trong các công trình xây dựng. Phương pháp vùng dẻo và các thuật toán phân tích phi tuyến được đề xuất giúp cải thiện độ chính xác và độ tin cậy trong việc dự đoán ứng xử của khung thép bán cứng dưới tác động của tải trọng tĩnh và tải trọng động.

3.1. Thiết kế kết cấu

Nghiên cứu cung cấp công cụ phân tích hiệu quả cho việc thiết kế kết cấu thép, đặc biệt là trong các công trình xây dựng chịu tác động của tải trọng tĩnh và tải trọng động. Phương pháp đề xuất giúp đảm bảo an toàn và kinh tế trong thiết kế.

3.2. Đánh giá kết cấu

Nghiên cứu cũng cung cấp phương pháp đánh giá kết cấu thép dưới tác động của tải trọng tĩnh và tải trọng động. Các kết quả phân tích giúp xác định trạng thái giới hạn của hệ kết cấu, từ đó đưa ra các giải pháp thiết kế và cải thiện hiệu quả.