BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRUỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI --- TRẦN VĂN ĐỨC NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN KẾT CẤU DÀN KHÔNG GIAN NHỊP LỚN CÓ KỂ ĐẾN YẾU TỐ PHI TUYẾN HÌNH HỌC BẰNG PHƯƠNG P
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG
TRUỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
-
TRẦN VĂN ĐỨC
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN KẾT CẤU DÀN KHÔNG GIAN NHỊP LỚN CÓ KỂ ĐẾN YẾU TỐ PHI TUYẾN HÌNH HỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN LÝ CỰC TRỊ GAUSS
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP
Hà Nội – 2014
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG
TRUỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
-
TRẦN VĂN ĐỨC KHÓA: 2012 - 2014
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN KẾT CẤU DÀN KHÔNG GIAN NHỊP LỚN CÓ KỂ ĐẾN YẾU TỐ PHI TUYẾN HÌNH HỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN LÝ CỰC TRỊ GAUSS
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD & CN
Mã số: 60.58.02.08
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGUỜI HUỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS PHẠM VĂN TRUNG
TS LÊ HỮU THANH
Hà Nội – 2014
Trang 3LỜI CẢM ƠN Với tấm lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới:
Các Thầy giáo, Cô giáo, Cán bộ Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội đã trực
tiếp giảng dạy và tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, rèn
luyện
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Phạm Văn Trung, và
thầy giáo TS Lê Hữu Thanh đã nhiệt tình hướng dẫn trong suốt thời gian
nghiên cứu, hoàn thành luận văn này
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong tiểu ban luận văn đã cho tôi
những ý kiến đóng góp quý báu để hoàn chỉnh luận văn này
Hà Nội, ngày 15 tháng 7 năm 2014
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Trần Văn Đức
Trang 4LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Trần Văn Đức
Trang 5MỤC LỤC Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục hình
Danh mục sơ đồ
Danh mục bảng, biểu
PHẦN MỞ ĐẦU 1
Tính cấp thiết của đề tài 1
Tổng quan nghiên cứu 1
Mục đích nghiên cứu 2
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2
Phương pháp nghiên cứu 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ KẾT CẤU DÀN KHÔNG GIAN NHỊP LỚN & TÓM TẮT NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN LÝ CỰC TRỊ GAUSS 3
1.1 Dàn không gian nhịp lớn, ưu điểm, ứng dụng và cấu tạo 3
1.1.1 Ưu điểm dàn không gian nhịp lớn 3
1.1.2 Ứng dụng 4
Trang 61.1.3 Cấu tạo dàn không gian nhịp lớn dạng phẳng 7
1.2 Tính toán dàn lưới thanh không gian 9
1.2.1 Xác định tải trọng 9
1.2.2 Tính toán nội lực các thanh dàn bằng phương pháp gần đúng 10
1.2.2.1 Xác định nội lực trong tấm 10
1.2.2.2.Xác định nội lực trong các thanh dàn 13
1.3 Tính toán nội lực và các thông số của giàn không gian nhịp lớn 16
1.3.1 Dạng mặt mái dàn không gian 16
1.3.2.Cấu tạo mái 17
1.3.3.Tính toán dàn không gian hai lớp vỏ trụ hai lớp 18
1.3.4 Số liệu tính toán 23
1.4 Tóm tắt nội dung phương pháp nguyên lý cực trị Gauss 28
1.4.1 Nguyên lý cực trị Gauss 28
1.4.2 Phương pháp nguyên lý cực trị Gauss của GS.TSKH Hà Huy Cương 30
1.4.3 Phương pháp nguyên lý cực trị Gauss trong cơ hệ môi trường liên tục: ứng suất và biến dạng 33
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU DÀN KHÔNG GIAN NHỊP LỚN CÓ KỂ ĐẾN YẾU TỐ PHI TUYẾN HÌNH HỌC THEO PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN LÝ CỰC TRỊ GAUSS 40
Trang 72.1 Xây dựng phương pháp tính toán kết cấu dàn không gian nhịp lớn kể đến yếu tố phi tuyến hình học theo phương pháp nguyên lý cực trị
Gauss 40
2.2 Chương trình tính toán hệ kết cáu dàn không gian nhịp lớn có kể đến yếu tố phi tuyến hình học theo phương pháp nguyên lý cực trị Gauss trong Matlab 47
2.2.1.Vài nét về Matlab 47
2.2.2 Trình tự lập trình tính toán bài toán tĩnh 49
CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT BẰNG SỐ, SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN KẾT CẤU DÀN KHÔNG GIAN NHỊP LỚN CÓ KỂ ĐẾN YẾU TỐ PHI TUYẾN HÌNH HỌC THEO PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN LÝ CỰC TRỊ GAUSS 57
3.1 Tính toán dàn phẳng theo phương pháp nguyên lý cực trị Gauss 57
3.2 Tính toán dàn không gian nhịp lớn theo phương pháp nguyên lý cực trị Gauss 61
3.3 So sánh kết quả nhận được và nhận xét 76
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78
Kết luận 78
Kiến nghị 78 PHỤ LỤC
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang 8DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Công trình thể thao Olympic – Sydney 4
Hình 1.2 Nhà ga sân bay T2-Nội bài-Hà nội 6
Hình 1.3 Cụm cảng hàng không quốc tế Nội bài 6
Hình 1.4 Nhà thi đấu thành phố Buôn mê thuột Đắc lắc 6
Hình 1.5 Nhà thi đấu đa năng TP Đà nẵng 6
Hình 1.6 Nhà máy nhiệt điện Mạo Khê Quảng Ninh 6
Hình 1.7 Nhà thi đấu trường Đại học kiến trúc Hà nội 6
Hình 1.8 Kho tổng hợp nhà máy xi măng Đồng Lâm –
Thừa thiên Huế
6
Hình 1.9 Sơ đồ mái các dàn thẳng đứng giao nhau 7
Hình 1.10 Sơ đồ mái ghép bởi các đơn nguyên hình tháp 8
Hình 1.11 Cấu tạo một số loại nút liên kết thanh dàn
Trang 9Hình 1.18 Sơ đồ tác dụng của tải trọng gió lên vòm 19 Hình 1.19 Dải để xác định nội lực trong các thanh của vỏ 22
Số liệu để tính toán từ sơ đồ 1 đến sơ đồ 16, phần 2+3
23-27
Hình 1.20 Hình vẽ minh hoạ ví dụ 1.1 32 Hình 1.21 Trạng thái ứng suất phân tố 34 Hình 2.1 Mô hình hệ dàn không gian mái vỏ trụ 40 Hình 2.2 Tải trọng tác dụng lên một điểm của nút dàn
không gian
41
Hình 2.3 Mô hình tính toán chiều dài thanh dàn 42 Hình 3.1 Minh họa ví dụ 1.Dàn phẳng 57 Hình 3.2 Minh họa ví dụ 2 Dàn phẳng vồng lên 59 Hình 3.3 Minh họa ví dụ 3 Dàn không gian một nhịp 61 Hình 3.4 Minh họa ví dụ 4 Dàn không gian nhịp lớn 65
DANH MỤC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 2.1 Sơ đồ khối chương trình Matlab 56
Trang 10DANH MỤC BẢNG, BIỂU
Số hiệu bảng,
biểu
Bảng 1.1 Các thông số để xác định giá trị của hệ số k 20 Bảng 1.2 Các hệ số để xác định phản lực ngang và đứng
khi chịu tải trọng gió
21
Bảng 3.1.1a Số liệu đầu vào Dàn phẳng 57 Bảng 3.1.1b Kết quả tính toán Dàn phẳng 58 Bảng 3.1.2a Số liệu đầu vào Dàn phẳng vồng lên 59 Bảng 3.1.2b Kết quả tính toán Dàn phẳng vồng lên 60 Bảng 3.2.3a Số liệu đầu vào Dàn không gian một nhịp 61 Bảng 3.2.3 b1 Kết quả tính toán chuyển vị Dàn không gian một
Trang 111
PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài:
Ngày nay Khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển, lịch sử kiến trúc
đã trải qua bề dày sáng tạo Điều này dần đáp ứng môi trường sống và không gian làm việc lý tưởng cho con người
Mỗi công trình khi xây dựng nên phải thể hiện được những tiêu chí: Bền vững, có tính thẩm mỹ kiến trúc độc đáo hài hòa và công năng sử dụng lớn Bởi nó mang trong mình nét văn hóa đặc trưng của từng dân tộc hoặc mang tính thời đại, là tiền đề để tăng trưởng kinh tế của cơ sở, của ngành, của vùng và là bộ mặt của cả Quốc gia
Đặc biệt những công trình có khẩu độ không gian nhịp lớn đã rất cần thiết và đem lại hiệu quả cực kỳ tối ưu, như các sân vận động, sân bay, nhà
ga, nhà máy, bảo tàng Với việc sáng tạo ra loại mái không gian dạng lưới có nhiều ưu điểm: rẻ, dễ chế tạo, lắp ráp, bền, nhẹ, tạo nhiều hình dáng kiến trúc
và nổi bật là vượt được nhịp lớn nên đã góp phần cho sự hoàn thiện những công trình này một cách nhanh chóng, kinh tế và linh hoạt
Nên việc nghiên cứu để đưa loại mái này vào thực tế ở nước ta hiện nay
là một nhu cầu cần thiết
Tổng quan nghiên cứu
Nghiên cứu các phương pháp tính toán kết cấu dàn không gian nhịp lớn hiện nay trên thế giới và ở việt nam hiện nay
Xây dựng phương pháp tính toán kết cấu dàn không gian nhịp lớn có kể đến yếu tố phi tuyến hình học theo phương pháp nguyên lý cực trị Gauss
Nghiên cứu bằng số một ví dụ cụ thể và so sánh kết quả
Trang 122
Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu các phương pháp tính toán kết cấu dàn không gian nhịp lớn đã
có và xây dựng phương pháp tính toán kết cấu dàn không gian nhịp lớn có kể đến yếu tố phi tuyến hình học theo phương pháp nguyên lý cực trị Gauss Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Dàn không gian nhịp lớn
- Phạm vi nghiên cứu : Vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi, chuyển vị trong hệ được coi là lớn ( phi tuyến hình học)
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết tính toán
Khảo sát bằng số các kết quả tính toán
So sánh kết quả của phương pháp với các phương pháp hiện có
Trang 13THÔNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội
Email: digilib.hau@gmail.com
TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN
Trang 1478
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận
Phương pháp nguyên lý cực trị Gauss đã xây dựng được lời giải cho bài toán dàn không gian nhịp lớn chịu tải trọng tập trung có kể đến yếu tố phi tuyến hình học của hệ kết cấu
Phương pháp này đã giải quyết được tất cả các bài toán về dàn kể cả dàn phẳng và có hình dáng bất kỳ
Luận văn đã xây dựng và giải quyết thành công bài toán dàn không gian nhịp lớn chịu tải trọng có xét đến yếu tố phi tuyến hình học, Đã xây dựng được chương trình tính toán của bài toán để tính toán các ví dụ trình bày trong luận văn và có thể áp dụng vào thực tế
Phương pháp nguyên lý cực trị Gauss giải quyết được tất cả các bài toán về dàn, tìm ra được kết quả chuyển vị và lực dọc trong các thanh của
Trang 1579
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1- Hà Huy Cương, Phương pháp nguyên lý cực trị Gauss, Tạp chí Khoa
học và kỹ thuật, IV/2005
2- Ninh Quang Hải, Cơ học lý thuyết, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà nội,
1999
3- Trần Thị Kim Huế, Phương pháp nguyên lí cực trị Gauss đối với các
bài toán cơ học kết cấu, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Hà nội, 2005
4- Nguyễn Tiến Lương, Tớnh toỏn tĩnh và tỡm tần số dao dộng riờng của
hệ lưới dõy theo phương phỏp nguyờn lý Gauss, Luận văn thạc sĩ kỹ
thuật, Hà nội, 2011
5- Nguyễn Thị Thựy Liờn, Phương phỏp nguyờn lý cực trị Gauss đối với
cỏc bài toỏn động lực học cụng trỡnh, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Hà
nội, 2006
6- Lờ Kiều, Lờ Xuõn Tựng, Đề tài NCKH mỏi khụng gian nhịp lớn dạng
lưới, Hà nội, 2005
7- Lều Thọ Trỡnh, Cơ học kết cấu, Tập I – Hệ tĩnh định, Nhà xuất bản
Khoa học và kỹ thuật, Hà nội, 2003
8- Lều Thọ Trỡnh, Cơ học kết cấu, Tập II – Hệ siờu tĩnh, Nhà xuất bản
Khoa học và kỹ thuật, Hà nội, 2003
9- Lều Thọ Trỡnh, Ổn định và động lực học cụng trỡnh, Nhà xuất bản
Trang 161
PHỤ LỤC TÍNH TOÁN Trích đoạn chương trình toán dàn không gian nhịp lớn có kể đến chuyển vị lớn, syms x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9 x10x11 x12x13x14x15x16x17x18x19x20x21x22x23x24 x25x26x27x28x29x30x31x32x33x34x35x36 x37x38x39x40x41x42x43 x44x45x46x47x48x49x50x51x52x53x54x55 x56x57x58x59x60x61x62 x63x64x65x66x67x68x69x70x71x72x73x74 x75x76x77x78x79x81x83 x85x87x89x91 ;
syms y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7 y8 y9 y10y11 y12y13y14y15y16y17y18y19y20y21y22y23y24 y25y26y27y28y29y30y31y32y33y34y35y36 y37y38y39y40y41y42y43 y44y45y46y47y48y49y50y51y52y53y54y55 y56y57y58y59y60y61y62 y63y64y65y66y67y68y69y70y71y72y73y74 y75y76y77y78y79y81y83 y85y87y89y91 ;
syms z1 z2 z3 z4 z5 z6 z7 z8 z9 z10 z11z12 z13z14z15z16z17z18z19z20z21z22z23z24z25z26 z27z28 z29z30z31z32z33z34z35z36z37z38z39z40z41z42z43z44z45z46 z47z48 z49z50z51z52z53z54z55z56z57z58z59z60z61z62z63z64z65z66 z67z68 z69z70z71z72z73z74z75z76z77z78z79z81z83z85z87z89z91 ;
syms q1 q2 q3 q4 q5 q6 q7 q8 q9 q10q11 q12q13q14q15q16q17q18q19q20q21q22q23q24 q25q26q27q28q29q30q31q32q33q34q35q36 q37q38q39q40q41q42q43 q44q45q46q47q48q49q50q51q52q53q54q55 q56q57q58q59q60q61q62 q63q64q65q66q67q68q69q70q71q72q73q74 q75q76q77q78q79q81q83 q85q87q89q91 ;
Trang 183
q8 = -10 ;
………
s1 = ((a2 - a1 )^2+(b2 - b1 )^2+(c2 - c1 )^2)^0,5; s2 = ((a3 - a2 )^2+(b3 - b2 )^2+(c3 - c2 )^2)^0,5; s3 = ((a4 - a3 )^2+(b4 - b3 )^2+(c4 - c3 )^2)^0,5; s4 = ((a5 - a4 )^2+(b5 - b4 )^2+(c5 - c4 )^2)^0,5; s5 = ((a6 - a5 )^2+(b6 - b5 )^2+(c6 - c5 )^2)^0,5; s6 = ((a7 - a6 )^2+(b7 - b6 )^2+(c7 - c6 )^2)^0,5; s7 = ((a8 - a7 )^2+(b8 - b7 )^2+(c8 - c7 )^2)^0,5; s8 = ((a9 - a8 )^2+(b9 - b8 )^2+(c9 - c8 )^2)^0,5;
l1 = ((x2 - x1 )^2+(y2 - y1 )^2+(z2 - z1 )^2)^0,5; l2 = ((x3 - x2 )^2+(y3 - y2 )^2+(z3 - z2 )^2)^0,5; l3 = ((x4 - x3 )^2+(y4 - y3 )^2+(z4 - z3 )^2)^0,5; l4 = ((x5 - x4 )^2+(y5 - y4 )^2+(z5 - z4 )^2)^0,5; l5 = ((x6 - x5 )^2+(y6 - y5 )^2+(z6 - z5 )^2)^0,5; l6 = ((x7 - x6 )^2+(y7 - y6 )^2+(z7 - z6 )^2)^0,5; l7 = ((x8 - x7 )^2+(y8 - y7 )^2+(z8 - z7 )^2)^0,5; l8 = ((x9 - x8 )^2+(y9 - y8 )^2+(z9 - z8 )^2)^0,5;
Trang 19f2=(l145-s145)^2/s145+(l146-s146)^2/s146+(l147-s147)^2/s147+(l148-s152)^2/s152+(l153-s153)^2/s153+(l154-s154)^2/s154+(l155-s155)^2/s155+(l156-
Trang 20s148)^2/s148+(l149-s149)^2/s149+(l150-s150)^2/s150+(l151-s151)^2/s151+(l152-5
s160)^2/s160+(l161-s161)^2/s161+(l162-s162)^2/s162+(l163-s163)^2/s163+(l164-s164)^2/s164+(l165-s165)^2/s165+(l166-s166)^2/s166+(l167-s167)^2/s167+(l168-s168)^2/s168+(l169-s169)^2/s169+(l170-s170)^2/s170+(l171-s171)^2/s171+(l172-s172)^2/s172+(l173-s173)^2/s173+(l174-s174)^2/s174+(l175-s175)^2/s175+(l176-s176)^2/s176+(l177-s177)^2/s177+(l178-s178)^2/s178+(l179-s179)^2/s179+(l180- s244)^2/s244+(l245-s245)^2/s245+(l246-s246)^2/s246+(l247-s247)^2/s247+(l248-s248)^2/s248+(l249-s249)^2/s249+(l250-s250)^2/s250+(l251-s251)^2/s251+(l252-s252)^2/s252+(l253-s253)^2/s253+(l254-s254)^2/s254+(l255-s255)^2/s255+(l256-s256)^2/s256+(l257-s257)^2/s257+(l258-s258)^2/s258+(l259-s259)^2/s259+(l260-s260)^2/s260+(l261-s261)^2/s261+(l262-s262)^2/s262+(l263-s263)^2/s263+(l264-s264)^2/s264+(l265-s265)^2/s265+(l266-s266)^2/s266+(l267-s267)^2/s267+(l268-s268)^2/s268+(l269-s269)^2/s269+(l270-s270)^2/s270+(l271-s271)^2/s271+(l272-s272)^2/s272+(l273-s273)^2/s273+(l274-s274)^2/s274+(l275-s275)^2/s275+(l276-s276)^2/s276+(l277-s277)^2/s277+(l278-s278)^2/s278+(l279-s279)^2/s279+(l280-s280)^2/s280+(l281-s281)^2/s281+(l282-s282)^2/s282+(l283-s283)^2/s283+(l284-s284)^2/s284+(l285-s285)^2/s285+(l286-s286)^2/s286+(l287-s287)^2/s287+(l288-s288)^2/s288;
s156)^2/s156+(l157-s157)^2/s157+(l158-s158)^2/s158+(l159-s159)^2/s159+(l160-b7)*q7+(y8-b8)*q8+(y9-b9)*q9+(y10-b10)*q10+(y11-b11)*q11+(y12-
f3=(y1-b1)*q1+(y2-b2)*q2+(y3-b3)*q3+(y4-b4)*q4+(y5-b5)*q5+(y6-b6)*q6+(y7-b17)*q17+(y18-b18)*q18+(y19-b19)*q19+(y20-b20)*q20+(y21-b21)*q21+(y22-b22)*q22+(y23-b23)*q23+(y24-b24)*q24+(y25-b25)*q25+(y26-b26)*q26+(y27-b27)*q27+(y28-b28)*q28+(y29-b29)*q29+(y30-b30)*q30+(y31-b31)*q31+(y32-b32)*q32+(y33-b33)*q33+(y34-b34)*q34+(y35-b35)*q35+(y36-b36)*q36+(y37-b37)*q37+(y38-b38)*q38+(y39-b39)*q39+(y40-b40)*q40+(y41-b41)*q41+(y42-b42)*q42+(y43-b43)*q43+(y44-b44)*q44+(y45-b45)*q45+(y46-b46)*q46+(y47-b47)*q47+(y48-b48)*q48+(y49-b49)*q49+(y50-b50)*q50+(y51-b51)*q51+(y52-b52)*q52+(y53-b53)*q53+(y54-b54)*q54+(y55-b55)*q55+(y56-b56)*q56+(y57-
Trang 21b12)*q12+(y13-b13)*q13+(y14-b14)*q14+(y15-b15)*q15+(y16-b16)*q16+(y17-6
b62)*q62+(y63-b63)*q63+(y64-b64)*q64+(y65-b65)*q65+(y66-b66)*q66+(y67-b67)*q67+(y68-b68)*q68+(y69-b69)*q69+(y70-b70)*q70+(y71-b71)*q71+(y72-b72)*q72+(y73-b73)*q73+(y74-b74)*q74+(y75-b75)*q75+(y76-b76)*q76+(y77-b77)*q77+(y78-b78)*q78+(y79-b79)*q79+(y81-b81)*q81+(y83-b83)*q83+(y85-b85)*q85+(y87-b87)*q87+(y89-b89)*q89+(y91-b91)*q91;