mô hình gối con lắt trượt chịu tải trọng của động đất

động đất là hiện tượng thiên nhiên gây ảnh hưởng rất lớn đến tính mạng con người và kinh tế thế giới.Gối con lắt ma sát sẽ làm giảm bớt ảnh hưởng động đất lên các công trình xây dựng.báo cáo sẽ trình bày về mô hình gối con lắt ma sát

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1

Đề tài luận án tiến sĩ: MÔ HÌNH KẾT CẤU GỐI CÔ LẬP TRƯỢT MA SÁT CHO CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT

Chuyên ngành: Cơ học kỹ thuật

Mã số: 62 52 02 01

Họ và tên: Nguyễn Văn Nam

Đơn vị công tác: Trường Đại học Quang Trung

Giáo viên hướng dẫn:

1 Ts Hoàng Phương Hoa (Hướng dẫn chính)

2 Pgs.Ts Phạm Duy Hòa (Đồng hướng dẫn)

U n i v e r s i t y o f D a n a n gNỘI DUNG CHÍNH

Gồm 4 phần:

1 Giới thiệu chung,

2 Mô hình chuyển động các dạng gối trượt,

3 Mô phỏng bằng ví dụ số,

4 Kết luận và hướng nghiên cứu,

Tài liệu tham khảo,

Phụ lục.

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

1 Giới thiệu chung.

- Giới thiệu về kỹ thuật cô lập (cách ly) dao

động cho kết cấu

Hình 1.1 Phổ phản ứng gia tốc

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

1 Giới thiệu chung.

- Sử dụng gối cô lập gắn vào kết cấu như một giải

pháp điều khiển bị động

Hình 1.2 Hiệu quả gối cô lập

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

1 Giới thiệu chung.

1.1 Giới thiệu các dạng gối trượt ma sát

Hình 1.3 Gối trượt SFP

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

1 Giới thiệu chung.

1.1 Giới thiệu các dạng gối trượt ma sát

Hình 1.4 Gối trượt DFP

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

1 Giới thiệu chung.

1.1 Giới thiệu các dạng gối trượt ma sát

Hình 1.5 Gối trượt TFP

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

1 Giới thiệu chung.

1.2 Mô hình xác định hệ số ma sát trong các thiết

1.2.2 Mô hình Coulomb hiệu chỉnh

max ( max min ) a u

µ = µ − µ − µ − &

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

1 Giới thiệu chung.

1.2 Mô hình xác định hệ số ma sát trong các thiết

bị gối trượt

1.2.3 Mô hình dẻo (Viscoplasticity model,

mô hình Bouc - Wen)

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

1 Giới thiệu chung.

1.2 Mô hình xác định hệ số ma sát trong các thiết

bị gối trượt

Hình 1.6 Hàm biến trễ Z và hàm dấu sign

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

1 Giới thiệu chung.

1.2 Mô hình xác định hệ số ma sát trong các thiết

bị gối trượt

Hình 1.7 Ảnh hưởng của vận tốc, áp lực đến hệ số ma

sát của gối

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

1 Giới thiệu chung.

1.3 Lựa chọn phương pháp số cho nghiên cứu

Sử dụng phương pháp số Runge-Kutta để giải

phương trình vi phân chuyển động với các ưu điểm

so với các phương pháp khác

- Giải quyết được yêu cầu bài toán mà không cần

đến phương pháp giải tích;

- Đây là phương pháp tường minh;

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

2 Mô hình chuyển động các dạng gối trượt

2.1 Gối đơn (SFP, Single friction pendulum)

2.1.1 Quan hệ giữa lực và chuyển vị ngang

trong gối SFP

F n

F f

W F

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

2 Mô hình chuyển động các dạng gối trượt

2.1 Gối đơn (SFP, Single friction pendulum)

θ µ

=

=

Trong đó:

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

2 Mô hình chuyển động các dạng gối trượt

2.1 Gối đơn (SFP, Single friction pendulum)

Ta có:

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

2 Mô hình chuyển động các dạng gối trượt

2.1 Gối đơn (SFP, Single friction pendulum)

Xét đến yếu tố lực va chạm khi gối đạt dịch

chuyển ngang lớn nhất Phương trình viết lại

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

2 Mô hình chuyển động các dạng gối trượt

2.1 Gối đơn (SFP, Single friction pendulum)

Hình 2.2 Đường ứng xử trễ trong gối SFP

W R

F W

µ

2µ

u

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

2 Mô hình chuyển động các dạng gối trượt

2.1 Gối đơn (SFP, Single friction pendulum)

Hình 2.3 Mô hình tính toán kết cấu gắn gối SFP

2.1.2 Mô hình tính toán kết cấu có gắn gối SFP

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

2 Mô hình chuyển động các dạng gối trượt

2.1 Gối đơn (SFP, Single friction pendulum)

Phương trình chuyển động khi chịu động đất ( ) được viết như

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

2 Mô hình chuyển động các dạng gối trượt

2.2 Gối đôi (DFP, Double friction pendulum)

2.2.1 Quan hệ giữa lực và chuyển vị ngang trong gối DFP

Hình 2.4 Chuyển động ngang gối DFP

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

2 Mô hình chuyển động các dạng gối trượt

2.2 Gối đôi (DFP, Double friction pendulum)

2.2.1 Quan hệ giữa lực và chuyển vị ngang trong gối DFP

a Giai đoạn 1: Khi chỉ trượt mặt 1

1 1

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

2 Mô hình chuyển động các dạng gối trượt

2.2 Gối đôi (DFP, Double friction pendulum)

2.2.1 Quan hệ giữa lực và chuyển vị ngang trong gối DFP

Hình 2.5 Đường ứng xử trễ trong gối DFP

u

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

2 Mô hình chuyển động các dạng gối trượt

2.2 Gối đôi (DFP, Double friction pendulum)

2.2.2 Mô hình tính toán kết cấu có gắn gối DFP

Hình 2.6 Mô hình tính toán kết cấu gắn gối DFP

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

2 Mô hình chuyển động các dạng gối trượt

2.2 Gối đôi (DFP, Double friction pendulum)

2.2.2 Mô hình tính toán kết cấu có gắn gối DFP

&& & & &&

&& & & &&

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

2 Mô hình chuyển động các dạng gối trượt

2.3 Gối ba mặt trượt (TFP, Triple friction pendulum)2.3.1 Quan hệ giữa lực và chuyển vị ngang

trong gối TFP

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

2 Mô hình chuyển động các dạng gối trượt

2.3 Gối ba mặt trượt (TFP, Triple friction pendulum)

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

2 Mô hình chuyển động các dạng gối trượt

2.3 Gối ba mặt trượt (TFP, Triple friction pendulum)

c Giai đoạn III

d Giai đoạn IV

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

2 Mô hình chuyển động các dạng gối trượt

2.3 Gối ba mặt trượt (TFP, Triple friction pendulum)

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

2 Mô hình chuyển động các dạng gối trượt

2.3 Gối ba mặt trượt (TFP, Triple friction pendulum)

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

2 Mô hình chuyển động các dạng gối trượt

2.3.2 Mô hình tính toán kết cấu có gắn gối TFP

Hình 2.10 Mô hình tính toán kết cấu gắn gối TFP

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

2 Mô hình chuyển động các dạng gối trượt

2.3.2 Mô hình tính toán kết cấu có gắn gối TFP

&& & & &&

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

2 Mô hình chuyển động các dạng gối trượt

2.3.2 Mô hình tính toán kết cấu có gắn gối TFP

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

3 Mô phỏng bằng ví dụ số

3.1 Hệ 1 bậc tự do

3.1.1 Thông số kết cấu

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

3 Mô phỏng bằng ví dụ số

3.1 Hệ 1 bậc tự do

3.1.3 Gia tốc nền phân tích

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

3 Mô phỏng bằng ví dụ số

3.1.4 Kết quả phân tích

3.1.4.1 Kết quả phân tích với trận động đất Imperial Valley

3.1.4.2 Kết quả phân tích với trận động đất Loma Prieta

3.1.4.3 Kết quả phân tích với trận động đất Northridge

3.1.4.4 Kết quả phân tích với trận động đất Tabas

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

3 Mô phỏng bằng ví dụ số

3.2 So sánh gối TFP với SFP3.2.1 Phân tích với trận động đất Imperial Valley

Hình 3.22 Hiệu quả giảm lực cắt trong gối TFP và SFP

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

3 Mô phỏng bằng ví dụ số

3.2 So sánh gối TFP với SFP3.2.1 Phân tích với trận động đất Imperial Valley

Hình 3.23 Hiệu quả giảm gia tốc trong gối TFP và SFP

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

3 Mô phỏng bằng ví dụ số

3.2 So sánh gối TFP với SFP3.2.2 Phân tích với trận động đất Loma Prieta

Hình 3.24 Hiệu quả giảm lực cắt trong gối TFP và SFP

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

3 Mô phỏng bằng ví dụ số

3.2 So sánh gối TFP với SFP3.2.2 Phân tích với trận động đất Loma Prieta

Hình 3.25 Hiệu quả giảm gia tốc trong gối TFP và SFP

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

3 Mô phỏng bằng ví dụ số

3.3 Hệ 5 bậc tự do (nghiên cứu cho gối TFP)

3.3.1 Với trận động đất Imperial Valley (0,1PGA)

3.3.2 Với trận động đất Imperial Valley (1PGA)

3.3.3 Với trận động đất Loma Prieta

3.3.4 Với trận động đất Northridge

3.3.5 Với trận động đất Tabas

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

3 Mô phỏng bằng ví dụ số

3.3.6 Hiệu quả giảm lực cắt và gia tốc trong kết cấu

Hình 3.32 Hiệu quả giảm lực cắt lớn nhất các tầng

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

3 Mô phỏng bằng ví dụ số

3.3.6 Hiệu quả giảm lực cắt và gia tốc trong kết cấu

Hình 3.33 Hiệu quả giảm gia tốc lớn nhất các tầng.

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

4 Kết luận và hướng nghiên cứu.

4.1 Về nghiên cứu lý thuyết

- Đã nghiên cứu kỹ được cấu tạo và tác dụng các dạng

gối trượt ma sát sử dụng trong kỹ thuật kháng chấn cho

công trình xây dựng;

- Từ các nghiên cứu trước, NCS đã tổng hợp, mô

phỏng lại toàn bộ các quá trình chuyển động của các

dạng gối trượt có xét kỹ đến yếu tố hệ số ma sát bên

trong gối (đây là yếu tố rất quan trọng trong cấu tạo

gối);

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

4 Kết luận và hướng nghiên cứu.

4.1 Về nghiên cứu lý thuyết

- Đã thiết lập được mô hình tính toán cho kết cấu

gắn thiết bị gối cô lập Phương trình chuyển động

của kết cấu gắn thiết bị chịu tải trọng động đất cũng

đã được thiết lập;

- Đề xuất phương pháp số để giải phương trình vi phân chuyển động của kết cấu, từ đó thu được phản

ứng kết cấu khi chịu tải trọng động đất, đánh giá

được hiệu quả của thiết bị

- Các dạng gối trượt đều cho hiệu quả giảm

lực cắt đáng kể trong kết cấu khi chịu động đất

từ nhỏ đến lớn;

4.2.1 Từ kết quả phân tích với hệ 1 bậc tự do

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

4 Kết luận và hướng nghiên cứu.

4.2 Về mô phỏng ví dụ số.

- Với trận động đất Loma Prieta, vùng chu kỳ trội

gần với chu kỳ cơ bản kết cấu (1s) sẽ cho phản ứng

mạnh với kết cấu nên khi gắn thiết bị này vào kết cấu

để chịu động đất trên sẽ cho hiệu quả lớn nhất (lực

cắt và gia tốc) vì tránh được vùng chu kỳ trội;

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

4 Kết luận và hướng nghiên cứu.

4.2 Về mô phỏng ví dụ số.

- Với trận Tabas, gia tốc đỉnh lớn và kéo dài nên

cũng làm cho kết cấu cô lập bị dịch chuyển mạnh Trường hợp này gối SFP bị vượt giới hạn chuyển vị

cho phép (xuất hiện lực va chạm Fr trong gối), làm

cho hiệu quả của gối SFP sẽ giảm trong trường hợp

này

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

4 Kết luận và hướng nghiên cứu.

4.2 Về mô phỏng ví dụ số.

- Với trận Tabas, gia tốc đỉnh lớn và kéo dài nên

cũng làm cho kết cấu cô lập bị dịch chuyển mạnh Trường hợp này gối SFP bị vượt giới hạn chuyển vị

cho phép (xuất hiện lực va chạm Fr trong gối), làm

cho hiệu quả của gối SFP sẽ giảm trong trường hợp

này

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

4 Kết luận và hướng nghiên cứu.

4.2 Về mô phỏng ví dụ số.

- Như cấu tạo trong ví dụ số, 2 gối có kích thước

Nhưng khả năng dịch chuyển ngang của gối TFP là

420mm, còn gối SFP là 200mm Gối TFP cải thiện

được hơn 2 lần Điều này rất ý nghĩa với yêu cầu

thiết kế

4.2.2 So sánh gối TFP và SFP

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

4 Kết luận và hướng nghiên cứu.

4.2 Về mô phỏng ví dụ số.

- Do cấu tạo mặt 2 và 3 có hệ số ma sát nhỏ nên

khi chịu động đất nhỏ, gối cũng bắt đầu làm việc Ngược lại mặt 4 có hệ số ma sát lớn, sẽ giúp gối ổn

định và chịu lực động đất mạnh Như vậy, gối TFP

sẽ chịu được động đất ở nhiều cấp độ (từ lớn đến

nhỏ), ngược lại gối SFP sẽ khó Điều này đã thấy rõ

trong kết quả số trình bày từ hình 3.22 đến 3.25

4.2.2 So sánh gối TFP và SFP

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

4 Kết luận và hướng nghiên cứu.

- Kết cấu nhà 5 tầng như trên có chu kỳ cơ bản 1

là 0,49s Với chu kỳ này, gần như nằm trong vùng

chu kỳ trội của tất cả các trận động đất trên Vì vậy

phản ứng của kết cấu sẽ là rất lớn (gần miền cộng

hưởng) Nếu kết cấu được gắn thiết bị cô lập là gối

TFP thì hiệu quả giảm chấn sẽ thấy rất rõ Kết quả

phân tích với kết cấu chịu động đất từ rất nhẹ

(0,1PGA của trận Imperial Valley) đến mạnh

(Northridge và Tabas) đều cho hiệu quả tốt

4.2.3 Từ kết quả phân tích với hệ 5 bậc tự do

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

4 Kết luận và hướng nghiên cứu.

- Nghiên cứu dịch chuyển chi tiết từng con lắc bên

trong của gối;

- Tiếp tục nghiên cứu kỹ hơn hệ số ma sát bên

trong gối như: phụ thuộc vào áp lực, sự nóng lên;

4.3 Những hướng nghiên cứu cần thiết trong

tương lai.

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

4 Kết luận và hướng nghiên cứu.

- Với những trận động đất lớn, thành phần kích

động đứng sẽ đáng kể Vì vậy cần phải xây dựng mô

hình nghiên cứu cho trường hợp này;

- Khi gối gối vượt khả năng chịu dịch chuyển

là còn hạn chế Cần có một mô hình nghiên cứu cho

giai đoạn này (sau giai đoạn 5)

4.3 Những hướng nghiên cứu cần thiết trong

tương lai.

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

Tài liệu tham khảo và phụ lục

U n i v e r s i t y o f D a n a n g

Xin chân thành cảm ơn quý thầy

cô và các anh chị đồng nghiệp.

Xin quý thầy cô và các anh chị

đồng nghiệp cho ý kiến góp ý.

Chân thành cảm ơn!