I. Phân tích ứng xử động lực học khung trên nền kết cấu nổi
Phân tích ứng xử động lực học của khung kết cấu trên nền kết cấu nổi là một vấn đề quan trọng trong kỹ thuật xây dựng, đặc biệt khi chịu tác động của tải trọng gió. Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định ứng xử kết cấu của khung khi chịu tải trọng động từ gió, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) và phần tử biên (BEM). Các ma trận khối lượng và ma trận độ cứng được thiết lập để mô phỏng chính xác động lực học kết cấu. Kết quả phân tích giúp đánh giá ứng xử động lực của khung, từ đó đề xuất các giải pháp thiết kế tối ưu.
1.1. Cơ sở lý thuyết và phương pháp phân tích
Nghiên cứu sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để thiết lập các ma trận khối lượng và ma trận độ cứng cho khung phẳng. Phương pháp phần tử biên được áp dụng để phân tích hydroelastic trên miền tần số. Sự kết hợp giữa hai phương pháp này cho phép mô phỏng chính xác ứng xử kết cấu của khung trên nền kết cấu nổi. Các thuật toán được phát triển và lập trình trên Matlab, với kết quả được kiểm tra độ tin cậy bằng cách so sánh với phần mềm SAP2000.
1.2. Ứng xử kết cấu dưới tải trọng gió
Tải trọng gió được xem xét như một tải trọng động, với các thành phần vận tốc gió dao động quanh giá trị trung bình. Nghiên cứu khảo sát ứng xử động lực của khung dưới tác động của gió, bao gồm chuyển vị, mômen uốn, và lực cắt. Kết quả cho thấy độ sâu nước và chiều dày tấm có ảnh hưởng đáng kể đến ứng xử kết cấu của khung.
II. Kết cấu nổi và tải trọng gió
Kết cấu nổi siêu lớn (VLFS) là giải pháp hiệu quả để phát triển hạ tầng đô thị trên mặt nước, đặc biệt ở các quốc gia có đường bờ biển dài. Tuy nhiên, kết cấu nổi chịu tác động mạnh từ tải trọng gió, đòi hỏi phân tích kỹ lưỡng để đảm bảo an toàn và ổn định. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ứng xử kết cấu của khung trên nền kết cấu nổi dưới tác động của tải trọng gió, sử dụng các phương pháp tính toán hiện đại.
2.1. Đặc điểm của kết cấu nổi
Kết cấu nổi siêu lớn (VLFS) có nhiều ưu điểm như tiết kiệm chi phí, thân thiện với môi trường, và dễ dàng nâng cấp. Tuy nhiên, chúng cũng có nhược điểm như dễ bị ảnh hưởng bởi tải trọng gió, sóng biển, và muối ăn mòn. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ứng xử kết cấu của khung trên nền kết cấu nổi, đặc biệt khi chịu tác động của tải trọng gió.
2.2. Tải trọng gió và ảnh hưởng đến kết cấu
Tải trọng gió là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến kết cấu chịu tải trên nền kết cấu nổi. Nghiên cứu sử dụng các mô hình toán học để tính toán tải trọng gió động, bao gồm các thành phần vận tốc gió dao động quanh giá trị trung bình. Kết quả phân tích cho thấy tải trọng gió có ảnh hưởng đáng kể đến ứng xử kết cấu của khung, đặc biệt là chuyển vị và mômen uốn.
III. Phương pháp phân tích và kết quả
Nghiên cứu sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) và phương pháp phần tử biên (BEM) để phân tích ứng xử kết cấu của khung trên nền kết cấu nổi dưới tác động của tải trọng gió. Các ma trận khối lượng và ma trận độ cứng được thiết lập để mô phỏng chính xác động lực học kết cấu. Kết quả phân tích được so sánh với phần mềm SAP2000 để đảm bảo độ tin cậy.
3.1. Phương pháp phần tử hữu hạn
Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) được sử dụng để thiết lập các ma trận khối lượng và ma trận độ cứng cho khung phẳng. Các phương trình chuyển động được giải quyết trong hệ tọa độ cục bộ và tổng thể. Kết quả phân tích cho thấy ứng xử kết cấu của khung phụ thuộc vào độ sâu nước và chiều dày tấm.
3.2. Phương pháp phần tử biên
Phương pháp phần tử biên (BEM) được áp dụng để phân tích hydroelastic trên miền tần số. Nghiên cứu sử dụng các thuật toán được lập trình trên Matlab để tính toán áp lực chất lỏng và giải hệ phương trình tương tác. Kết quả phân tích được so sánh với phần mềm SAP2000 để đảm bảo độ tin cậy.
