Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
TÍNH TOÁN KHUNG GẮN THIẾT BỊ TIÊU TÁN NĂNG LƯỢNG
CHỊU TẢI TRỌNG TĨNH
Nguyễn Tiến Chương1, Phạm Thu Hiền1, Nguyễn Hải Quang2,
1
Trường Đại học Thủy lợi, email: hienpt@tlu.edu.vn
2
Trường Đại học Điện lực
1. GIỚI THIỆU CHUNG: khả năng phân tán năng lượng do động đất
Mục tiêu cơ bản của việc thiết kế các truyền vào, thông qua sự biến dạng dẻo trong
công trình chịu động đất là bảo vệ sinh giới hạn cho phép hoặc các thiết bị hấp thu
mạng con người và của cải vật chất xã hội. năng lượng.
Theo quan niệm trước đây, để thực hiện Bài báo đề cập đến việc xây dựng ma trận
được mục tiêu trên các công trình xây dựng độ cứng của phần tử có gắn thiết bị tiêu tán
không được phép bị phá hoại khi động đất năng lượng và khảo sát sự làm việc của khung
xẩy ra. Do đó, công trình xây dựng được với phần tử dầm trên chịu tải trọng tĩnh.
thiết kế với tác động động đất lớn nhất dự 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
kiến sẽ xảy ra và làm việc hoàn toàn trong Xét 1 phần tử hai đầu cứng, có chiều dài
miền đàn hồi. L, có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng trong
Tuy nhiên, qua quan sát thực tế, nội lực dầm, với hệ số đàn hồi là C. Kinh nghiệm
xuất hiện trong kết cấu có thể lớn hơn nhiều tính toán các hệ dầm và khung cho ta thấy
lần nội lực xác định theo tiêu chuẩn kháng phần ảnh hưởng của biến dạng dọc trục đối
chấn hiện hành cho một trận động đất có với các chuyển vị thường nhỏ hơn rất nhiều
cùng cường độ. Mặc dù nội lực gia tăng rất so với phần ảnh hưởng của biến dạng uốn
lớn nhưng công trình vẫn đứng vững sau và biến dạng trượt thể hiện qua mô men
các trận động đất vượt cấp động đất thiết kế uốn và lực cắt, do đó thường có thể bỏ
cho phép. Có thể giải thích điều này là do qua được.
sự hình thành các “khớp dẻo” ở một số cấu
kiện chịu lực hay khả năng phân tán năng
lượng của các cấu kiện không chịu tải đã bị
bỏ qua khi tính toán kết cấu. Chính vì vậy
việc quy định thiết kế các công trình chỉ
làm việc trong giai đoạn đàn hồi dưới tác
dụng của động đất là chưa hợp lý và có thể
xem là không kinh tế.
Theo quan điểm thiết kế kháng chấn hiện
đại, việc thiết kế kháng chấn một công trình
xây dựng cần đảm bảo hai tiêu chí liên quan
chặt chẽ với nhau: bảo đảm kết cấu có khả Hình 1. Phần tử dầm có gắn thiết bị
năng chiu lực lớn trong miền đàn hồi và có tiêu tán năng lượng
189
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
Sử dụng phương pháp lực để tìm ma trận
2
2
L. L 2
độ cứng K của phần tử, chuyển vị của nút 6 EI LC
được xác định theo công thức Maxwell- Qi
2
1
1
L 2
Morh 1874: M
i 6 EI LC
0
Qj 0
M M 2
km R jk Z jm k m ds (1)
M j L. L 2 0
2
6 EI LC
EI
1
Trường hợp 1: Xét chuyển vị thẳng tại i
L2 2
bằng 1, chuyển vị xoay tại i và các chuyển vị 6 EI LC
tại j bằng 0. Xét tương tự các trường hợp còn lại, ta sẽ
i 1 tìm được ma trận độ cứng [K] của thanh có
dạng:
i j j 0 2 1 2 1
2
L2 2 L2 2 L2 2
Khi đó ta có biểu đồ nội lực tại trạng thái L. L 2
6 EI CL
6 EI CL
L.
6 EI CL
6 EI CL
“k”,”m” và các biểu thức nội lực tương ứng L
1 L
1
như sau:
L2
1
2
3EI CL2
L L 1
L2
1
2
6 EI CL2
L L 1
EI 12 EI CL2 EI 12 EI CL2
K 6 EI 2 CL 1
6 EI CL
2 1
2 2
2 L 2 L2 2 L 2
L. L 2 L.
6 EI CL 6 EI CL 6 EI CL
6 EI CL
M i M j L
1 L
1
y xM
1 6 EI CL2
1 3EI CL2
L L2 2 L L 1 2
L 2 L L 1
Mi M j 6 EI CL EI 12 EI CL2 6 EI CL EI 12 EI CL2
Rm
L
Khi C = ∞
12 EI 6 EI 12 EI 6 EI
3
L L2 L3 L2
6 EI 4 EI 6 EI 2 EI
2
L L2 L
K L
12 EI 6 EI
2
12 EI 6 EI
2
L3 L L3 L
6 EI 2 EI
6 EI 4 EI
L2 L L2 L
y1 x
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU:
R1 1 Xét khung bê tông cốt thép ( có module
đàn hồi E = 21000 MPa) kích thước tiết diện
y2 1 dầm và cột như hình 3, dầm có gắn thiết bị
tiêu tán năng lượng với ma trận độ cứng K
như trên, khung chịu tải trọng ngang hình sin.
R2 0
Hình 2. Biểu đồ nội lực của
phần tử
Xét,
L
M .M1 R R
i dx m 1 1 (2)
0
EI C
L
M .M 2 R R
i dx m 2 0 (3)
0
EI C
Từ (2) & (3), ta có: Hình 3. Khung bê tông cốt thép
190
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
Bảng 1 thể hiện kết quả tính toán khung 12000
Moment (KN.cm)
9000
với dầm chưa gắn thiết bị tiêu tán năng 6000
3000
lượng, của phần mềm SAP2000 và chương 0
trình tính toán dựa trên nền tảng Mathlab. -3000
-6000
Dựa vào kết quả nội lực và chuyển vị tại đỉnh -9000
-12000
theo thời gian, có thể thấy sự chính xác của 0 1 2 3 4 5 6
chương trình tính đã lập. Time (s)
Bảng 1. So sánh kết quả giữa 2 phần mềm Mô men chân cột (KN)
Mathlab SAP2000 30
20
Chuyển vị ngang đỉnh (cm)
Shear (KN)
10
1.2 1.2 0
Displacement (cm)
Displacement (cm)
0.8 0.8
0.4 0.4 -10
0 0
-0.4
-20
-0.4
-0.8 -0.8 -30
-1.2 -1.2
0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6
Time (s) Time (s) Time (s)
Momen chân cột (KN.cm) Lực cắt dầm (KN)
9000 9000
Hình 4. Kết quả tính toán khung với dầm có
Moment (KN.cm)
Moment (KN.cm)
6000 6000
3000
0
3000
0 gắn thiết bị tiêu tán năng lượng
-3000 -3000
-6000 -6000
-9000
0 1 2 3 4 5 6
-9000
0 1 2 3 4 5 6 4. KẾT LUẬN:
Time (s) Time (s)
Bài báo trình bày cách tìm ma trận độ
Lực cắt dầm (KN) cứng K của phần tử có gắn thiết bị tiêu tán
40 40 năng lượng thông qua phương pháp lực;
Dựa vào kết quả khảo sát khung bê tông
Shear (KN)
20
Shear (KN)
20
0 0
-20 -20
cốt thép 1 tầng 1 nhịp với dầm là phần tử như
-40 -40 trên (Hình 4), có thể thấy khi dầm có gắn
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3
Time (s)
4 5 6
Time (s) thiết bị tiêu tán năng lượng: chuyển vị ngang
tại đỉnh khung tăng (0,96cm tăng lên
2 1,47cm), nội lực trong khung có thay đổi: lực
Displacement (cm)
1 cắt dầm giảm (từ 30,07KN giảm xuống 20,31
0 KN) và mômen chân cột tăng (8382,59
-1 KN.cm tăng lên 10421,51 KN.cm).
-2
0 1 2 3 4 5 6 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO:
Time (s)
[1] Lều Thọ Trình. 2000. Cơ học kết cấu. Nhà
Chuyển vị ngang đỉnh (cm) xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội.
191
nguon tai.lieu . vn
