PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG GIẢM DAO ĐỘNG CỦA CÔNG TRÌNH NHÀ...

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

ĐOÀN MỘNG XANH

PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG GIẢM DAO ĐỘNG

CỦA CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG

BẰNG CHẤT LỎNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng

và công nghiệp

Mã số : 60.58.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2015

Công trình đƣợc hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học : PGS.TS. NGUYỄN XUÂN TOẢN

Phản biện 1: TS. TRẦN QUANG HƢNG

Phản biện 2: TS. ĐẶNG CÔNG THUẬT

Luận văn đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm Luận văn tốt

nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công

nghiệp họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 26 tháng 12 năm

2015.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

- Trong những năm gần đây, động đất đã xảy ra thƣờng xuyên

với cƣờng độ mạnh hơn ở nhiều nơi.

- Trong các giải pháp kháng chấn, giải pháp sử dụng thiết bị

giảm chấn bằng chất lỏng (TLD) rất có hiệu quả vì.

+ Áp dụng cho nhiều dạng công trình có kích thƣớc lớn nhỏ

khác nhau.

+ Không làm ảnh hƣởng đến mỹ quan kiến trúc, không chiếm

nhiều không gian sử dụng, đặc biệt có thể sử dụng làm bể nƣớc mái.

+ Tốn rất ít chi phí để xây dựng và bảo trì.

+ Hiệu quả cho các dao động có biên độ nhỏ.

- "Phân tích khả năng giảm dao động của công trình nhà

cao tầng bằng chất lỏng có nghĩa khoa học và thực ti n

2. Mục tiêu nghiên cứu

Cần xác định chuyển vị của tầng có đặt TLD.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tƣợng nghiên cứu: Công trình 16 tầng sử dụng các bể

chứa nƣớc.

- Phạm vi nghiên cứu: Kết cấu khung không gian đƣợc lắp

thêm các bể chứa nƣớc hình chữ nhật.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết tính toán về giảm dao động của công

trình nhà cao tầng bằng chất lỏng ng dụng vào phân tích công

trình nhà cao tầng 16 tầng sử dụng các bể chứa nƣớc.

5. Cấu trúc của luận văn

MỞ ĐẦU

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG CÁC

2

BỂ CH A CHẤT LỎNG ĐỂ GIẢM DAO ĐỘNG CHO

CÔNG TRÌNH.

CHƢƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT

CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG GIẢM DAO ĐỘNG

CHO CÔNG TRÌNH 16 TẦNG KHI SỬ DỤNG HỆ GIẢM DAO

ĐỘNG BẰNG CHẤT LỎNG.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

3

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG CÁC BỂ CHỨA

CHẤT LỎNG ĐỂ GIẢM DAO ĐỘNG CHO CÔNG TRÌNH

1.1. GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ GIẢM DAO ĐỘNG BẰNG

CHẤT LỎNG (TLD)

- Bản chất sự làm việc của TLD: là làm tiêu hao năng lƣợng.

- Các tham số cấu tạo cơ bản của TLD: đặc điểm của thùng

cứng chứa chất lỏng và chất lỏng trong thùng chứa.

- Thùng chứa hình chữ nhật ƣu việt khi áp dụng cho kết chịu

tác động kích động chủ yếu theo hai phƣơng

- Thùng chứa hình tròn: Chất lỏng trong thùng có thể chuyển

động theo nhiều phƣơng

- Tỷ số h0/L phải thỏa mãn 1/20≤h0/L≤1/2 để chuyển động

của chất lỏng là chuyển động của sóng nƣớc nông.

- Tổng khối lƣợng của chất lỏng / khối lƣợng của kết cấu nam

trong khoảng (1%-5%).

1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG HỆ GIẢM

DAO ĐỘNG BẰNG CHẤT LỎNG TLD

1.3. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1

Trên cơ sở tổng quan về thiết bị giảm dao động bằng chất lỏng

và những ứng dụng của TLD trong thực tế chúng ta có thể thấy đƣợc

tính ƣu việt của TLD và có thể lựa chọn các tham số hợp lý khi thiết

kế TLD.

4

CHƢƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ GIẢM DAO

ĐỘNG BẰNG CHẤT LỎNG (TLD)

2.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH CHUYỂN ĐỘNG CỦA

CHẤT LỎNG TRONG THÙNG CHỨA ĐỂ TẠO HIỆU QUẢ

GIẢM DAO ĐỘNG

2.3. MÔ HÌNH TÍNH TOÁN HỆ GIẢM DAO ĐỘNG BẰNG

CHẤT LỎNG (TLD)

2.4. CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ GIẢM DAO

ĐỘNG BẰNG CHẤT LỎNG(TLD)

2.4.1. Tần số dao động tự nhiên của sóng

Tần số tự nhiên của chất lỏng văng té trong một thùng hình

chữ nhật: 01 1tanh

2 2TLD

hgf

L L

(2.26)

Tần số tự nhiên của chất lỏng văng té trong một thùng chứa

hình tròn: 01,171 1 1,17tanh

2 2TLD

hgf

D D

(2.27)

2.4.2. Biên độ chuyển động sóng bề mặt của chất lỏng

Biên độ dao động sóng chất lỏng:

2

2 0

2 2

4sin( t) .

2 n

XL Lx x

g

(2.36)

2.4.3. Tỷ số cản của sóng chất lỏng

Tham số cản của TLD, ξD đƣợc xác định theo công thức:

1 1

12

D

TLD

h

h f b

(2.38) (2.38)

5

2.4.4. Lực cắt đáy do tác động của sóng chất lỏng lên thành

bể.

Lực cắt đáy bể: 2 21

2xF g h h (2.46) (2.46)

2.5. PHƢƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA KẾT CẤU

2.5.1. Mô hình hệ 1 bậc tự do

Hình 2.6. Hệ một bậc tự do

2.5.2. Nguyên lý D’Alembert

Hình 2.7. Lực tác dụng của hệ một bậc tự do

Các lực tác dụng lên hệ một bậc tự do đƣợc biểu diển nhƣ hình

2 7, trong đó, sf ku Df cu

, Lf mu

, lần lƣợc là lực đàn hồi, lực cản

và lực quán tính Phƣơng trình cân bằng lực ta có:

( ) 0S D Lp t f f f (2.47)

Hay: ( )mu cu ku p t

(2.48)

2.5.3. Mô hình hệ nhiều bậc tự do

Hình 2.8. Hệ n bậc tự do

6

2.5.4. Mô hình hệ nhiều bậc tự do có đặt TLD

Hình 2.10. Hệ n bậc tự do có gắn 1TLD ở tầng trên cùng

Hình 2.11.Hệ n bậc tự do có gắn 1TLD ở tầng trên cùng

2.6. KẾT LUẬN CHƢƠNG 2

Mô hình tính toán hệ giảm chấn chất lỏng TLD chủ yếu là các

mô hình phi tuyến do hoạt động của chất lỏng trên cơ sở lý thuyết

sóng nƣớc nông. Tuy nhiên, việc phân tích tính toán TLD có thể thực

hiện theo mô hình TMD tƣơng đƣơng

Việc sử dụng hệ thiết bị giảm chấn khối lƣợng (TMD) đƣợc đề

cập trong nhiều nghiên cứu và hầu hết các nghiên cứu đều thiết lập

một giảm chấn khối lƣợng TMD tƣơng đƣơng thay thế cho giảm

chấn chất lỏng TLD nhƣng có xét đến đặc trƣng phi tuyến do chuyển

động của dòng chất lỏng thông qua tham số độ cứng và tính cản của

TMD tƣơng đƣơng mang tính chất phi tuyến trong phân tích và tính

toán thiết kế.

Các thông số đặc trƣng cơ bản nhất của bể chứa chất lỏng đó

là: tần số dao động tự nhiên, biên độ dao động của sóng chất lỏng, hệ

số cản tại vùng biên gần đáy bể, lực cắt đáy hình thành trong bể cũng

P2(t)

u1(t)

K1

c1

K2

c2

K3 - Kn-1

c3 - cn-1

Kn

cn

KD

cDm1 m2

m3

.....mn-1

mn mD

P1(t) P3-n-1(t) Pn(t)

u2(t) u3-n-1(t) un(t) uD(t)

P2(t)

u1(t)

K1

c1

K2

c2

K3 - Kn-1

c3 - cn-1

Kn

cn

KD1

cD1

m1 m2

m3

.....mn-1

mn

mD1

P1(t) P3-n-1(t) Pn(t)

u2(t) u3-n-1(t)

un(t) uDn(t)

KDn

cDn mDn

uD1(t)

7

đã đƣợc tính toán, phân tích theo chuyển động chất lỏng bên trong

thùng chứa TLD.

Trong chƣơng này đã giới thiệu mô hình và phƣơng trình cân

bằng của hệ gồm n bậc tự do có lắt đặt TLD ở tầng trên cùng.

8

CHƢƠNG 3

PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG GIẢM DAO ĐỘNG CHO

CÔNG TRÌNH 16 TẦNG KHI SỬ DỤNG HỆ GIẢM DAO

ĐỘNG BẰNG CHẤT LỎNG

3.1. CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA CÔNG TRÌNH

Luận văn sẽ phân tích khả năng giảm dao động cho công trình

16 tầng khi lắp đặt các bể chứa nƣớc.

Hình 3.1. Mặt bằng công trình

Chiều cao tầng 3,5m; tĩnh tãi = 0,15T/m2 ;

hoạt tải = 0,24T/m2; hoạt tải sàn mái = 0,09T/m

2 ;

tĩnh tãi tƣờng = 1,05T/m2

Sàn dày 150mm; dầm = b x h = 300x600 (mm)

Vách dày250mm;f=0,44Hz; kích thƣớc cột 700x700(mm).

3.2. XÁC ĐỊNH CHUYỂN VỊ NGANG TẦNG 16 KHI TẦNG 16

ĐƢỢC ĐẶT 1TLD

3.2.1. Thiết kế TLD

3.2.2. Trƣờng hợp 1: Đặt TLD lên tầng 16 với các thông số

nhƣ bảng 3.2. Sử dụng TLD với số liệu nhƣ sau:

9

Bảng 3.2. Số liệu thiết kế TLD cho trường hợp 1

Trƣờng hợp

Kích thƣớc

thùng(m)

LxBxh0

Khối lƣợng chất

lỏng

trong thùng m(T)

Tần số

dao

động của

thùng

fD(Hz)

Hệ số cD

Độ

cứng

kD

Tham

số cản

ξi

1 3,5x2,5x1,47 12,9043 0,44 32,7041 98528 0,00046

Các thông số của công trình nhƣ sau:

Bảng 3.3. Các thông số của công trình

Tầng Khối lƣợng mỗi tầng

Độ cứng

mỗi tầng

Ks

ξs

Hệ số

cản

từng tầng

1 73,06794 144000 0,05 10257,57

2 73,06794 144000 0,05 10257,57

3 73,06794 144000 0,05 10257,57

4 73,06794 144000 0,05 10257,57

5 73,06794 144000 0,05 10257,57

6 73,06794 144000 0,05 10257,57

7 73,06794 144000 0,05 10257,57

8 73,06794 144000 0,05 10257,57

9 73,06794 144000 0,05 10257,57

10 73,06794 144000 0,05 10257,57

11 73,06794 144000 0,05 10257,57

12 73,06794 144000 0,05 10257,57

13 73,06794 144000 0,05 10257,57

14 73,06794 144000 0,05 10257,57

15 73,06794 144000 0,05 10257,57

16 52,08 144000 0,05 8659,977

Nhận xét : Dựa vào đồ thị Hình 3.4, có thể nhận thấy chuyển

vị của tầng 16 khi công trình lắp đặt TLD nhỏ hơn lúc công trình

không lắp TLD. Chuyển vị của tầng 16 khi công trình đặt TLD có

thể giảm đƣợc 34,29% so với trƣờng hợp công trình không lắp TLD.

10

3.2.3. Trƣờng hợp 2: Đặt TLD lên tầng 16 của công trình với

các thông số nhƣ bảng 3.4. Các thông số của công trình nhƣ trƣờng

hợp 1.


Trƣờng hợp

Kích thƣớc

thùng(m)

LxBxh0

Khối

lƣợng

chất lỏng trong

thùng

m(T)

Tần số

dao

động của

thùng

fD(Hz)

Hệ số cD

Độ

cứng

kD

Tham

số cản

ξi

2 3,5x2,1x1,47 10,8396 0,44 29,3529 82763 0,00049

Nhận xét :

Dựa vào đồ thị Hình 3.5, có thể nhận thấy chuyển vị của tầng

16 khi công trình lắp đặt TLD nhỏ hơn lúc công trình không lắp

TLD. Chuyển vị của tầng 16 khi công trình đặt TLD có thể giảm

đƣợc 30,56% so với trƣờng hợp công trình không lắp TLD.

0 5 10 150

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5C

huyen v

i ta

ng 1

6 (

cm

)

Tan so f(Hz)

He khong lap TLD

He lap TLD

Hình 3.4. Đồ thị thể hiện chuyển vị của tầng 16 cho trường hợp 1

11

Chuyển vị của tầng 16 trong trƣờng hợp thứ 2 lớn hơn trƣờng

hợp thứ nhất (0,36m>0,35m).

3.2.4. Trƣờng hợp 3: Đặt TLD với các thông số nhƣ bảng 3.5

lên tầng 16 của công trình


Trƣờng

hợp

Kích thƣớc

thùng(m) LxBxh0

Khối

lƣợng chất

lỏng

trong

thùng m(T)

Tần số

dao

động

của

thùng fD(Hz)

Hệ số

cD

Độ

cứng kD

Tham

số cản ξi

3 3x2,5x1,33 9,975 0,44 27,0117 76162 0,00049

Nhận xét :

Dựa vào đồ thị Hình 3.6, có thể nhận thấy chuyển vị của tầng

16 khi công trình lắp đặt TLD nhỏ hơn lúc công trình không lắp

TLD. Chuyển vị của tầng 16 khi công trình đặt TLD có thể giảm

đƣợc 21,28% so với trƣờng hợp công trình không lắp TLD.

0 5 10 150

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

Tan so (Hz)

Chuyen v

i ta

ng 1

6 (

m)

Khong lap TLD

Lap TLD


12


hợp thứ nhất (0,37m>0,35m) và lớn hơn trƣờng hợp thứ 2

(0,37m>0,36m).


3.3. XÁC ĐỊNH CHUYỂN VỊ NGANG TẦNG 12 KHI TẦNG

12 ĐƢỢC ĐẶT 1TLD


các thông số nhƣ Bảng 3.6


Trƣờng hợp

Kích thƣớc

thùng(m)

LxBxh0

Khối

lƣợng chất

lỏng trong

thùng

m(T)

Tần số

dao

động của

thùng

fD(Hz)

Hệ số cD

Độ

cứng

kD

Tham số

cản

ξi

1 3,5x2,5x1,47 12,9043 0,44 32,7041 98528 0,00046

Nhận xét: Dựa vào đồ thị Hình 3.8, có thể nhận thấy chuyển vị

của tầng 12 khi công trình lắp đặt TLD và khi công trình không lắp

TLD là xấp xỉ nhau.

0 5 10 150

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

Tan so(Hz)

Chuyen v

i ta

ng 1

6 (

m)

Khong lap TLD

Lap TLD

13




Trƣờng hợp

Kích thƣớc

thùng(m)

LxBxh0

Khối lƣợng

chất lỏng trong

thùng m(T)

Tần số

dao

động của

thùng

fD(Hz)

Hệ số cD

Độ

cứng

kD

Tham

số cản

ξi

2 3,5x2,1x1,47 10,8396 0,44 29,3529 82763 0,00049



không lắp TLD. Chuyển vị của tầng 12 khi công trình đặt TLD có

thể giảm đƣợc 4,5% so với trƣờng hợp công trình không lắp TLD.

Chuyển vị của tầng 12 trong trƣờng hợp thứ 2 nhỏ hơn trƣờng

hợp thứ nhất (0,2625m<0,275m).

0 5 10 150

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

C

huyen v

i ta

ng 1

2 (

m)

Tan so (Hz)

Khong lap dat TLD

Lap dat TLD


14




Trƣờng

hợp

Kích thƣớc

thùng(m)

LxBxh0

Khối lƣợng

chất lỏng

trong thùng

m(T)

Tần số

dao động

của

thùng

fD(Hz)

Hệ số

cD

Độ

cứng

kD

Tham

số cản

ξi

3 3x2,5x1,33 9,975 0,44 27,0117 76162 0,00049



0 5 10 150

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

Tan so (Hz)

Chu

yen

vi t

ang

12 (

m)

Khong lap TLD

Lap TLD


15

không lắp TLD. Chuyển vị của tầng 1 khi công trình đặt TLD có thể

giảm đƣợc 6,8% so với trƣờng hợp công trình không lắp TLD.


hợp thứ nhất (0,25625m<0,275m) và lớn hơn trƣờng hợp thứ 2

(0,25625m<0,2625m).

3.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG 3.

Qua phân tích ở trên, có thể nhận thấy chuyển vị của công

trình đƣợc giảm đi khi lắp đặt TLD Khi TLD đƣợc đặt trên tầng 16

thì chuyển vị của tầng 16 đƣợc giảm nhiều hơn chuyển vị của tầng

12 khi TLD đƣợc đặt trên tầng 12.

0 5 10 150

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

Tan so (Hz)

Chuyen v

i ta

ng 1

2 (

m)

Khong lap TLD

Lap TLD


16

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. KẾT LUẬN

- Luận văn đã tổng quan về thiết bị giảm dao động TLD. Tổng

quan lý thuyết về hệ thống giảm chấn chất lỏng TLD, xem xét các

đặc tính và cơ chế tạo lực cản làm giảm dao động của kết cấu.

- Việc thiết kế TLD về căn bản là khá đơn giản và không tốn

nhiều thời gian Hơn nữa, phạm vi áp dụng của thiết bị TLD là hầu

nhƣ không bị giới hạn cho mọi loại công trình nhờ khả năng điều

chỉnh tần số rất d dàng thông qua việc hiệu chỉnh kích thƣớc bể

hoặc tỷ số chiều cao mực nƣớc trên bề rộng thành.

- Trong trƣờng hợp tải trọng tam giác và điều hòa nhƣ đã khảo

sát ở trên việc dùng TLD để giảm dao động cho công trình là có

hiệu quả.

2. KIẾN NGHỊ

- Mô hình phân tích trong luận văn chỉ mới dừng lại áp dụng

cho bể chứa dạng chữ nhật, cần phải xét thêm trong trƣờng hợp với

các hình dạng bể chứa khác nhau, để từ đó chọn ra dạng bể chứa có

thể xem là tối ƣu cho hiệu quả giảm dao động cao nhất.

- Trong luận văn chỉ mới khảo sát trƣờng hợp công trình đƣợc

lắp 1TLD, mà chƣa khảo sát với số lƣợng lớn TLD.

PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG GIẢM DAO ĐỘNG CỦA CÔNG TRÌNH NHÀ...

Documents

Transcript of PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG GIẢM DAO ĐỘNG CỦA CÔNG TRÌNH NHÀ...