Phân tích hiệu quả giảm chấn của hệ cản khối lượng kết hợp với hệ cản lưu biến từ nối giữa hai kết cấu chịu động đất

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Phân tích hiệu quả giảm chấn của hệ cản khối lượng kết hợp với hệ cản lưu biến từ nối giữa hai kết cấu chịu động đất đánh giá hiệu quả giảm chấn của hệ cản TMD kết hợp với hệ cản MR nối giữa hai kết cấu chịu động đất. Phản ứng động của hệ được giải bằng phương pháp tích phân số trong từng bước thời gian dựa trên chương trình máy tính được viết bằng ngôn ngữ lập trình MATLAB.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Phân tích hiệu quả giảm chấn của hệ cản khối lượng kết hợp với hệ cản lưu biến từ nối giữa hai kết cấu chịu động đất

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(90).2015 47 PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ GIẢM CHẤN CỦA HỆ CẢN KHỐI LƯỢNG KẾT HỢP VỚI HỆ CẢN LƯU BIẾN TỪ NỐI GIỮA HAI KẾT CẤU CHỊU ĐỘNG ĐẤT THE EFFICIENCY OF VIBRATION REDUCTION OF COMBINATION OF BOTH TUNED MASS DAMPER AND MAGNETO-RHEOLOGICAL DAMPER CONNECTED BETWEEN TWO STRUCTURES DUE TO GROUND MOTION OF EARTHQUAKE Hoàng Phương Hoa1, Phạm Đình Trung2, Nguyễn Trọng Phước3 1 Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; hphoa@dut.udn.vn 2 Trường Đại học Quang Trung, Bình Định; dinhtrungcc14@yahoo.com 3 Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia TP.HCM; ntphuoc@hcmut.edu.vn Tóm tắt - Sự hiệu quả của hệ cản khối lượng (Tuned Mass Abstract - The paper studies the efficiency of vibration reduction Damper,TMD) kết hợp với hệ cản lưu biến từ (Magneto- of combination of both Tuned Mass Damper (TMD) and Magneto- Rheological, MR) nối giữa hai kết cấu chịu động đất được trình bày Rheological (MR) damper connected between two structures due trong bài báo này. Hệ cản MR được mô hình bởi các lò xo và cản to ground motion of earthquake. MR damper is modelled by springs nhớt, lực cản sinh ra từ hệ này là một hàm phụ thuộc vào điện thế and viscous dampers and the damping force of MR damper cung cấp và những thông số đặc trưng của thiết bị này. Phương depends on the voltage and other typical parameters. The equation trình chuyển động của hệ kết cấu và hệ cản chịu tác dụng gia tốc of motion of the system is derived based on dynamic balance nền động đất được thiết lập dựa trên nguyên lý cân bằng động và principle and solved by Newmark method in the time domain.The giải bằng phương pháp Newmark trên toàn miền thời gian. Sự đáp response of Magneto-Rhelogical damper in every time step is ứng của hệ cản MR trong từng bước thời gian được mô phỏng simulated by Runge-Kutta.method.The numerical results including bằng phương pháp số Runge-Kutta. Kết quả số từ phản ứng động dynamic displacement, acceleration and internal forces gồm có chuyển vị, vận tốc và nội lực trong kết cấu cho thấy sự hiệu demonstrate the effectiveness of the combination of both Tuned quả của hệ cản TMD kết hợp với hệ cản MR khi được nối giữa hai Mass Damper and Magneto-Rheological connected between two kết cấu chịu động đất. structures due to ground motion of earthquake. Từ khóa - hệ cản lưu biến từ; hệ cản khối lượng; gia tốc nền động Key words - magneto-rheological damper; tuned mass damper; đất; phương pháp Newmark; phương pháp số Runge-Kutta. ground acceleration; earthquake; Newmark method; Runge-Kutta method. 1. Đặt vấn đề bảo tồn, được mô tả như sau [1]: E  Ek  Es  Eh  Ed , Từ năm 2005 đến nay, trên lãnh thổ Việt Nam liên tục trong đó E là tổng năng lượng kích thích công trình; Ek là động xảy ra các trận động đất có cường độ vừa và nhỏ, đặc biệt từ năng công trình; Es là năng lượng biến dạng đàn hồi; Eh là năm 2007 trở lại đây các trận động đất xảy ra với mật độ năng lượng biến dạng không đàn hồi (kể đến hư hỏng của ngày càng nhiều. Mặc dầu cường độ các trận động đất là công trình); Ed là năng lượng tiêu hao bởi thiết bị chống dao chưa lớn và hậu quả chưa thật sự nghiêm trọng nhưng điều động. Từ biểu thức trên cho thấy, đối với kết cấu được thiết kế đó cũng chứng tỏ rằng vỏ địa chất ở Việt Nam thật sự không theo truyền thống thì vế phải chỉ bao gồm Ek , Esvà Eh. Do đó, hoàn toàn ổn định. Bên cạnh đó, cùng với tốc độ đô thị hóa bằng cách thông qua thiết bị giảm chấn lắp đặt cho công trình toàn cầu thì rõ ràng trong tương lai việc xảy ra động đất có thì sẽ bổ sung thêm vào năng lượng Ed hay nói cách khác, động thể sẽ gây ra những tổn thất lớn về người và tài sản. năng và năng lượng biến dạng sẽ giảm xuống, từ đó thiết bị Vì vậy, bài toán ứng xử của kết cấu công trình xây dựng giảm chấn đã hạn chế bớt sự phá hoại của kết cấu do động đất chịu động đất luôn là đề tài có tính thời sự đối với các nhà gây ra. khoa học. Một trong những giải pháp truyền thống trong việc Gần đây, có một số nghiên cứu đề cập về hệ cản lưu biến thiết kế kết cấu chịu động đất là tăng độ cứng của kết cấu từ (Magneto-Rheological, MR) trong bài toán điều khiển kết nhằm giảm thiểu thiệt hại của công trình do tác động của cấu ở Việt Nam. Đặc biệt trong tài liệu [1], có giới thiệu động đất gây ra. Tuy vậy, giải pháp này chưa thật sự đem lại tương đối chi tiết về thiết bị cản lưu biến từ là thiết bị tiêu nhiều hiệu quả vì tăng độ cứng dẫn đến tăng trọng lượng kết tán năng lượng bán chủ động sử dụng chất lưu. Chất này có cấu, góp phần tăng thêm tải trọng do lực quán tính. Do đó, dạng là các hạt sắt trôi lơ lửng trong dung môi đặc biệt và có việc tìm ra các giải pháp kết cấu khác để chúng ứng xử tốt thể chuyển từ lỏng sang rắn khi có lực từ đi qua từ đó sinh ra hơn với động đất và làm giảm bớt tổn thất do động đất gây giới hạn đàn hồi cho chất lưu [2, 3, 8 và 9]. Kết quả nghiên ra cũng là một hướng nghiên cứu được nhiều nhà khoa học cứu cho thấy hệ cản MR có ảnh hưởng nhất định đến phản quan tâm [1, 5, 6 và 7]. Một trong những hướng nghiên cứu ứng động của hệ khi chịu động đất. có tính thời sự và cũng thật sự có ý nghĩa đó là gắn thêm các Ngoài ra, hệ cản khối lượng TMD [10-16] là một trong thiết bị lên kết cấu. Các thiết bị này hấp thu một phần năng những dạng thiết bị điều khiển bị động được biết đến từ khá lượng do động đất tác động, dẫn đến năng lượng còn lại của sớm và có mô hình vật lý rõ ràng. Đồng thời, việc nghiên cứu động đất tác động vào kết cấu chính sẽ giảm đi, vì vậy kết mô hình vật lý, thực nghiệm kiểm chứng ứng xử và tối ưu các cấu sẽ bớt nguy hiểm hơn. thông số của hệ TMD cũng thu hút rất nhiều sự quan tâm Sự hấp thu năng lượng của thiết bị điều khiển có thể được nghiên cứu của nhiều tác giả. Trong [15] giới thiệu các ứng mô tả thông qua mối quan hệ về năng lượng dựa trên khả năng
48 Hoàng Phương Hoa, Phạm Đình Trung, Nguyễn Trọng Phước dụng rộng rãi của TMD trong một số công trình nhiều tầng đã với hệ một bậc tự do được thể hiện như sau: được xây dựng tại: Mỹ, Nhật Bản, Canada…   k / m , c  2 m (1) Nội dung của bài báo này đánh giá hiệu quả giảm chấn của Và các đặc trưng động học của hệ cản TMD được xác hệ cản TMD kết hợp với hệ cản MR nối giữa hai kết cấu chịu định bởi: động đất. Phản ứng động của hệ được giải bằng phương pháp tích phân số trong từng bước thời gian dựa trên chương trình d  kd / md , c  2 d d md (2) máy tính được viết bằng ngôn ngữ lập trình MATLAB. Kết quả Trong đó  ,  d lần lượt là tỷ số cản của kết cấu và hệ cản. số gồm chuyển vị, gia tốc, nội lực và năng lượng tiêu tán bên trong hệ cho thấy hiệu quả giảm chấn của hệ TMD kết hợp với Phương trình chuyển động của kết cấu và hệ cản TMD chịu hệ cản MR nối giữa hai kết cấu chịu động đất. tác dụng của lực kích thích p được xác định như dưới đây: p 2. Cơ sở lý thuyết (1  m)u  2u   2 u  - mud (3) m 2.1. Mô hình kết cấu ud  2 d d ud  d ud  -u 2 (4) Xét hai kết cấu nhà có số tầng khác nhau, kết cấu 1 có số tầng là n+m và kết cấu 2 có số tầng là n, được mô hình Trong đó m  md / m là tỷ số khối lượng giữa hệ cản với số bậc tự do động lực học lần lượt là m+n và n, được TMD và khối lượng của kết cấu. thể hiện trên Hình 1. Trong mô hình này, kết cấu sàn ở các Dưới tác dụng của ngoại lực thì hệ TMD sinh ra lực tầng được xem là cứng tuyệt đối và chỉ xét thành phần tương tác lên kết cấu và lực này ngược chiều với lực kích chuyển vị theo phương ngang. Đồng thời, hệ cản MR được thích, từ đó làm giảm dao động trong kết cấu. Do đó, để gắn tại vị trí các tầng và hệ cản TMD được gắn ở tầng trên hiệu quả của hệ TMD được phát huy thì việc tối ưu các cùng của mỗi kết cấu. thông số của hệ TMD là cần thiết ứng với từng dạng dao động thứ i của kết cấu chính. Thông thường một hệ kết cấu khung thì dạng dao động đầu tiên được quan tâm nhiều nhất và cũng là dạng dao động chủ yếu góp phần lớn vào ứng xử tổng thể của hệ nên một số nghiên cứu hay chọn tần số đầu tiên của kết cấu chính để xác định thông số tối ưu của hệ cản TMD [11 và 12]. Và thông số hệ cản TMD được xác định bởi: 2  i d  i , kd  md d2 (5) 2(1  i ) 2 md Ki với: i  , i  (6) Mi Mi Giá trị cản được xác định như sau:  (4  3 ) cd  2d md ,   (7) 8(1   )(2   ) Với Mi, Ki lần lượt là khối lượng và độ cứng suy rộng của hệ kết cấu tương ứng với dạng dao động thứ i , được xác định theo công thức: Mi  fiT Mfi , K i  fiT Kfi (8) Trong đó K, M, fi lần lượt là ma trận khối lượng, độ cứng của hệ và vectơ dạng dao động. Khi thiết kế hệ cản TMD thì Hình 1. Mô hình kết cấu tỷ số khối lượng  của hệ cản được chọn trước, từ đó xác định các đặc trưng của hệ cản TMD như độ cứng, khối lượng và cản dựa vào các phương trình (5 đến 8). 2.2. Mô hình cản MR Mô hình động lực học của cản MR [1, 6, 8, 9] được Spencer (1996) đề xuất để mô phỏng ứng xử động lực học như Hình 3. Trong mô hình này, độ cứng của bộ phận khí nén (acumulator) được đặc trưng bởi k1; hệ số cản nhớt ứng với Hình 2. Mô hình hệ cản TMD vận tốc lớn được đặc trưng bởi c0; hệ số cản của bộ phận Hệ cản TMD được mô tả gồm một khối lượng md , lò xo đàn giảm chấn ứng với vận tốc nhỏ được đặt trưng bởi hệ số c1 hồi kd và cản nhớt cd gắn thêm vào một kết cấu có khối lượng m, ; x 0 là chuyển vị ban đầu của lò xo k1; k 0 là độ cứng của bộ độ cứng k và cản nhớt c [4], được thể hiện trên Hình 2. phận giảm chấn ứng với vận tốc nhỏ; các thông số được Các đặc trưng động lực học của kết cấu tương đương xác định từ thực nghiệm bao gồm:
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(90).2015 49  c0a , c0b , k 0 , C1a , C1b , k1 , x 0 ,  0a ,  0b ,  ,  , n,  , A m  Với các ma trận tính chất của kết cấu thứ nhất được thiết lập bởi:  m11   m21     ...  M 1 ( n  m 1,n  m 1)     mn  m 1,1  (18)  mn  m,1     mTMD1  Hình 3. Mô hình cơ học hệ cản MR k11  k21 k21   k k  k  k  Lực sinh ra trên bề mặt của hai thanh cứng được xem là  21 21 31 31   k31 ... knm1,1  như nhau và xác định bởi phương trình: K1 ( nm1,nm1)      k k  k  k  (19) c1 y   z  k0 ( x  y )  c0 ( x  y ) (9) n  m 1,1 n  m 1,1 n  m ,1 n  m ,1  knm,1 knm,1  kTMD1 kTMD1  với:    kTMD1 kTMD1  n 1 z   x  y z z   ( x  y ) z  Am ( x  y ) (10) n c11  c21 c21   c    Từ phương trình (2), có thể biến đổi thành:  21 21 31 c c c 31  1  c31 ... cnm1,1  y  z  c0 x  k0 ( x  y ) (11) C1 ( nm1,nm1)    c c  c  c  c0  c1  n  m 1,1 n  m 1,1 n  m ,1 n  m ,1  (20)  cnm,1 cnm,1  cTMD1 cTMD1  Tổng lực trong thiết bị MR được xác định bằng tổng lực    cTMD1 cTMD1  của phần trên và dưới là: f m   z  c0 ( x  y)  k0 ( x  y)  k1 ( x  x0 ) (12) và tương tự cho kết cấu thứ 2. hay: Phương trình chuyển động của cả hệ kết cấu có gắn hệ cản TMD và hệ cản MR, sau khi được thiết lập được giải f m  c1 y  k1 ( x  x0 ) (13) bằng phương pháp Newmark trong từng bước thời gian của Trong đó các hệ số c0, c1 và α là các thông số phụ thuộc gia tốc nền trên toàn miền thời gian, dựa trên chương trình vào điện áp đưa vào bộ điều khiển được xác định bởi: máy tính được viết bằng ngôn ngữ lập trình. Lực cản do MR c0  c0  u   coa  cob U; c1  c1  u   c1a  c1b U;     u   oa  ob U (14) gây ra trong từng bước thời gian là phương trình vi phân bậc nhất, sử dụng phương pháp Runge Kutta bậc 4 để mô tả và Với U là điện áp đưa vào bộ điều khiển, được tính thông phân tích trong từng bước thời gian và sơ đồ khối được thể qua bộ lọc bậc một phụ thuộc vào điện áp hiện có trong bộ hiện như Hình 4. Bởi vì trong mỗi bước thời gian đều phải điều khiển như sau: U   (U  v) (15) mô tả đáp ứng của hệ MR, nên khối lượng tính toán rất lớn 2.3. Phương trình chuyển động và tiêu tốn khá nhiều thời gian của máy tính. Phương trình chuyển động [4] của cả hệ kết cấu có gắn thiết bị cản TMD và hệ cản MR chịu gia tốc nền động đất có dạng như sau: M . u  C.u  K .u  Dm f m  M .r.ug (16) Trong đó M, C và K lần lượt là các ma trận khối lượng, cản, độ cứng của hệ; fm là vectơ lực của hệ cản MR; Dm là Hình 4. Sơ đồ khối phân tích kết cấu chịu gia tốc nền động đất ma trận thể hiện vị trí điểm đặt của hệ cản MR; r là vectơ đơn vị và ug là gia tốc nền của động đất theo thời gian. 3. Kết quả số Khảo sát hai kết cấu 16 tầng và 8 tầng với khối lượng, Các ma trận M, C và K theo [1] được định nghĩa và có kích độ cứng và chiều cao mỗi tầng là như nhau, khối lượng mỗi thước như sau: tầng m=1.6x105 kg và độ cứng k=3x108 N/m. Băng gia tốc  [M1 ] [01 ]  (n  m  1, n  m  1) (n  m  1, n  1)  nền Elcentro có gia tốc đồ và năng lượng phổ được thể hiện M (2 n  m  2,2 n  m  2)    trên Hình 5. Tỷ số cản đối với các dạng dao động 1,2 là  [02 ] [M 2 ]    =5%, đối với các dạng dao động cao hơn, tỷ số cản được  ( n  1, n  m  1) ( n  1, n  1)  tính theo phương pháp Reyleigh [4].  [C1 ] [01 ]  (n  m  1, n  m  1) (n  m  1, n  1)  Thông số của hệ cản MR [1, 6] được lấy như sau: C(2 n  m  2,2 n  m  2)    c0a = 50,3 kNs/m; c0b = 48,7 kNs/m; k0 = 0,0054 kN/m;  [02 ] [C2 ]    C1a = 8106,2 kNs/m; C1b = 7807,9 kNs/m/V; k1 = 0,0087  (n  1, n  m  1) (n  1, n  1)  (17) kN/m; x0 = 0,18m; α0a = 8,7 kN/m; α0b = 6,4 kN/m;  [ K1 ] [01 ]  γ = 496 m2; β = 496 m-2; n = 2; η =195 s-1; Am=810,5. (n  m  1, n  m  1) (n  m  1, n  1)  K (2 n  m 2,2 n  m 2)    Hiệu quả giảm chấn của hệ cản TMD kết hợp với hệ  [ 02 ] [K2 ]  cản MR chịu gia tốc nền động đất được phân tích trong các    ( n  1, n  m  1) ( n  1, n  1)  trường hợp sau:
50 Hoàng Phương Hoa, Phạm Đình Trung, Nguyễn Trọng Phước Kết cấu tách rời, không lắp hệ cản TMD và hệ cản MR Trong khảo sát số tiếp theo, hệ cản MR được cung cấp (Uncontrolled); một điện thế V= 6v và ảnh hưởng của tỷ số thông số khối Kết cấu chỉ lắp hệ cản MR (Double-MR); lượng của hệ cản TMD lên chuyển vị động và lực cắt lớn nhất của các tầng được khảo sát và thể hiện trên Hình 9 và Kết cấu lắp hệ cản TMD kết hợp với hệ cản MR 10. Từ kết quả cho thấy, đối với kết cấu 1 thì hệ cản TMD (Double-TMD+MR). kết hợp với hệ cản MR nối giữa hai kết cấu làm giảm đáng Trong khảo sát số này, bài báo khảo sát ảnh hưởng của kể ứng xử động bên trong hệ so với trường hợp hệ kết cấu hệ cản TMD kết hợp với hệ cản MR nối giữa hai kết cấu không có gắn thiết bị cản. Đồng thời thông số khối lượng lên ứng xử động của kết cấu trong trường hợp điện thế cung của hệ cản TMD cũng ảnh hưởng và làm giảm đáng kể ứng cấp cho thiết bị MR V=6v và thông số khối lượng của hệ xử động bên trong kết cấu so với trường hợp hệ chỉ gắn hệ cản TMD được chọn   0.75%. Kết quả chuyển vị động cản MR. Trong khi đó, đối với kết cấu 2 thì ứng xử động bên của tầng đỉnh và lực cắt tầng trệt theo thời gian được xem trong hệ kết cấu có gắn hệ cản TMD kết hợp với hệ cản MR xét và thể hiện trên Hình 6 và 7. Hình 8 trình bày ứng xử nối giữa hai kết cấu là giảm đáng kể so với trường hợp hệ trễ của hệ cản MR dựa trên quan hệ giữa lực và chuyển vị không có gắn thiết bị cản, nhưng không có nhiều sự khác với lực và vận tốc trong mô hình kết cấu chỉ gắn hệ cản MR biệt so với trường hợp hệ kết cấu chỉ gắn hệ cản MR ứng với và mô hình gắn đồng thời hệ cản TMD kết hợp với hệ cản các thông số khối lượng của hệ cản TMD. MR nối giữa hai kết cấu. 4 40 Trong khảo sát số ảnh hưởng của điện thế cung cấp cho hệ cản MR lên ứng xử động của hệ kết cấu lần lượt được omega = 12.732 3 35 2 30 xem xét và thông số khối lượng   1%. Kết quả chuyển vị Nang luong m2/s3 Gia Toc (m/s2) 1 25 0 20 động và lực cắt lớn nhất của các tầng được khảo sát và thể -1 -2 15 10 hiện trên Hình 11 và 12. Từ kết quả cho thấy: đối với kết -3 5 cấu 1 thì điện thế cung cấp cho hệ cản MR là ảnh hưởng -4 0 5 10 Thoi gian(s) a) 15 20 25 0 0 20 40 w(rad/s) 60 80 100 b) đáng kể đến ứng xử bên trong kết cấu, khi điện thế cung cấp tăng lên thì đồng nghĩa với việc là giảm ứng xử động Hình 5. Băng gia tốc nền Elcentro 1940: trong kết cấu trong mô hình hệ chỉ gắn thiết bị cản MR. a) Gia tốc đồ, b) Phổ năng lượng Nhưng với sự gia tăng của điện thế cung cấp cho thiết bị cản MR thì ứng xử động trong trường hợp kết cấu có gắn hệ cản TMD kết hợp với hệ cản MR là không có nhiều sự khác biệt. Bên cạnh đó, đối với kết cấu 2 thì ảnh hưởng của điện thế cung cấp cho thiết bị MR trong mô hình chỉ gắn hệ cản MR và mô hình hình hệ cản TMD kết hợp với MR là không có nhiều sự khác biệt, nhưng cả hai mô hình đều a) b) làm giảm đáng kể ứng xử nội lực trong kết cấu. Hình 6. Chuyển vị động ở tầng đỉnh theo thời gian: a) Kết cấu 1, b) Kết cấu 2 0.15 Single 0.05 Single 0.04 Double-MR Chuyển vị (cm) 0.12 Double-MR Double-TMD+MR Chuyển vị (cm) Double-TMD+MR 0.09 0.03 0.06 0.02 0.03 0.01 0 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Tầng Tầng a) a) b) 0.15 0.05 Hình 7. Lực cắt tầng trệt theo thời gian: Single Double-MR 0.04 Single Double-MR Chuyển vị (cm) a) Kết cấu 1 và b) Kết cấu 2 0.12 Chuyển vị (cm) Double-TMD+MR Double-tmd+MR 0.09 0.03 0.06 0.02 0.03 0.01 0 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Tầng Tầng b) 0.15 0.05 a) Single Single 0.12 Double-MR 0.04 Double-MR Chuyển vị (cm) Chuyển vị (cm) Double-TMD+MR Double-TMD+MR 0.09 0.03 0.06 0.02 0.03 0.01 0 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Tầng Tầng c) b) Hình 8. Ứng xử trễ của hệ cản MR: a) Chỉ gắn hệ cản MR, Hình 9. Chuyển vị đỉnh lớn nhất của các tầng: b) Gắn đồng thời TMD và MR a)   0, 5% , b)   1% , c)   1, 5%
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(90).2015 51 4 4 3 3 2.5 Lực cắt *103 (kN) Lực cắt *103 (kN) 3.2 2.5 3.2 Chuyển vị (cm) Chuyển vị (cm) 2 2 2.4 2.4 1.5 1.5 1.6 1 Single 1.6 Single Double-MR 1 0.8 Double-MR 0.5 Single Single Double-TMD+MR Double-TMD+MR 0.8 Double-MR Double-MR Double-TMD+MR 0.5 0 0 Double-TMD+MR 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0 Tầng Tầng a) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Tầng Tầng 3 a) 4 2.5 Lực cắt *103 (kN) Lực cắt *103 (kN) 3.2 4 3 2 2.4 2.5 1.5 Lực cắt *103 (kN) Lực cắt *103 (kN) 3.2 1.6 2 Single 1 Single 2.4 0.8 Double-MR Double-MR 1.5 Double-TMD+MR 0.5 Double-TMD+MR 1.6 0 0 1 Single Single 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0.8 Double-MR Tầng Double-MR 0.5 Tầng Double-TMD+MR Double-TMD+MR b) 0 0 4 3 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Tầng Tầng Lực cắt *103 (kN) 3.2 2.5 Lực cắt *103 (kN) b) 2 2.4 3 1.5 4 1.6 1 Single 2.5 Single Lực cắt *103 (kN) Double-MR Double-MR Lực cắt *103 (kN) 3.2 0.8 Double-TMD+MR 0.5 Double-TMD+MR 2 0 0 2.4 1.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Tầng Tầng 1.6 1 Single c) Single Double-MR 0.8 Double-MR Double-TMD+MR 0.5 Double-TMD+MR Hình 12. Lực cắt lớn nhất của các tầng: 0 0 a) V=0v, b) V=4v, c) V=6v 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Tầng c) Tầng Hiệu quả giảm chấn của mô hình hệ kết cấu chỉ gắn hệ cản MR và hệ kết cấu gắn đồng thời hệ cản TMD và MR Hình 10. Lực cắt lớn nhất của các tầng: a)   0, 5% ,b)   1%, c)   1,5% nối giữa hai kết cấu chịu băng gia tốc nền ứng với các thông số khối lượng của hệ cản TMD và MR được thể hiện trong Từ hai khảo sát số đã thực hiện, cho thấy mô hình kết cấu các Hình từ 8-12. chỉ gắn hệ cản MR và hệ gắn đồng thời hệ cản TMD kết hợp với hệ cản MR nối giữa hai kết cấu đều làm giảm ứng xử 4. Kết luận động bên trong hệ. Trường hợp hệ gắn đồng thời hệ cản Bài báo đã mô tả và thiết lập phương trình chuyển động TMD kết hợp với hệ cản MR nối giữa hai kết cấu làm giảm của hệ kết cấu có gắn hệ cản TMD kết hợp với hệ cản MR ứng xử động trong kết cấu nhiều hơn so với kết cấu chỉ gắn nối giữa hai kết cấu chịu băng gia tốc nền động đất. Các thiết bị cản MR trong các trường hợp có điện thế hoặc không thông số của hệ cản TMD được xác định dựa trên thông có điện thế cung cấp cho thiết bị. số tối ưu của thiết bị và hệ cản MR được mô tả một cách 0.15 0.05 tường minh dựa trên quan hệ giữa lực với chuyển vị và Single vận tốc. Một chương trình máy tính được viết bằng ngôn Single 0.12 0.04 Double-TMD Chuyển vị (cm) Double-MR Chuyển vị (cm) ngữ lập trình MATLAB dùng để phân tích hiệu quả giảm Double-TMD+MR Double-tmd+MR 0.09 0.03 0.06 0.02 chấn của hệ cản TMD kết hợp với hệ cản MR. Kết quả 0.03 0.01 phân tích cho thấy hệ kết cấu chỉ gắn MR và hệ gắn đồng 0 0 thời hệ cản TMD và MR đều làm giảm ứng xử động bên 0 2 4 6 8 Tầng 10 12 14 16 0 1 2 3 4 Tầng 5 6 7 8 trong hệ so với trường hợp hệ không gắn thiết bị cản. a) Đồng thời kết quả cũng cho thấy rằng khi gắn hệ cản 0.15 Single 0.05 TMD kết hợp với MR thì làm giảm đáng kể ứng xử động Single 0.12 Double-MR trong kết cấu 1 so với trường hợp hệ chỉ gắn MR, nhưng Chuyển vị (cm) 0.04 Double-TMD Chuyển vị (cm) Double-TMD+MR đối với kết cấu 2 thì hiệu quả giảm chấn trong hai mô hình Double-tmd+MR 0.09 0.03 0.06 0.02 gắn thiết bị cản là không có nhiều sự khác biệt. Bên cạnh 0.03 0.01 đó các thông số tỷ số khối lượng hệ cản TMD và điện thế 0 0 cung cấp cho thiết bị cản đều ảnh hưởng đến hiệu quả quả 0 2 4 6 8 Tầng 10 12 14 16 0 1 2 3 4 Tầng 5 6 7 8 chấn trong các mô hình. Vì vậy, khi gắn hệ cản MR hoặc b) kết hợp TMD với MR nối giữa hai kết cấu chịu động đất 0.15 Single 0.05 Single thì đều làm giảm ứng xử động trong hệ kết cấu và mô hình 0.12 0.04 gắn kết hợp hệ cản TMD với MR đem lại hiệu quả giảm Double-MR Double-TMD Chuyển vị (cm) Chuyển vị (cm) Double-TMD+MR Double-tmd+MR chấn rõ rệt ứng với các thông số của thiết bị đối với kết 0.09 0.03 0.06 cấu thứ nhất so với mô hình chỉ gắn hệ cản MR. 0.02 0.03 0.01 0 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tầng Tầng c) [1] Lê Thanh Cường, Phân tích sự hiệu quả giảm chấn của hệ cản MR Hình 11. Chuyển vị đỉnh lớn nhất của các tầng: nối giữa hai kết cấu, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Bách khoa a) V=0v, b) V=4v, c) V=6v TPHCM, 2013.
52 Hoàng Phương Hoa, Phạm Đình Trung, Nguyễn Trọng Phước [2] Lê Văn Thắng, Khảo sát khả năng giảm chấn của MR Damper dựa [10] Arfiadi Y., Hadi M.N.S., Optimum placement and properties of trên lý thuyết điều khiển mờ, Luận văn Thạc sỹ, Trường Đại học Bách Tuned Mass Dampers using hybrid genetic algorithms, Int. J. Optim. khoa TP.HCM, 2005. Civil Eng., 1:167-187, 2011. [3] Nguyễn Minh Hiếu, Các giải thuật điều khiển hệ cản MRD, Luận văn [11] Jangid, R. S., Optimum multiple tuned mass dampers for base-excited Thạc sỹ, Trường Đại học Bách khoa TP.HCM, 2007. undamped system, Earthquake Eng. Struct. Dyn., Vol. 28, 1041– [4] Đỗ Kiến Quốc, Lương Văn Hải, Động lực học kết cấu, Nhà xuất bản 1049, 1999. Đại học Quốc Gia TPHCM, 2010. [12] Alexander N.A., Schilder F., Exploring the performance of a [5] Xu Y. L., He Q., Ko J. M., Dynamic response of damper-connected nonlinear Tuned Mass Damper, J. of Sound and Vibration, 319, pp adjacent building under earthquake excitation, Engineering 445–462, 2009. Structures 21, 1999, 135-148. [13] Johnson J.G., A nonlinear/inelastic rooftop Tuned Mass Damper [6] Yang G, Spencer J. B., Carlson J. D., Sain MK, Large-scale MR fluid frame, Doctor of Philosophy, The University of Utah, 2012. dampers: modeling and dynamic performance considerations, Eng., [14] Mishra R., Application of tuned mass damper for vibration control of Structures, 24, pp. 309-323, 2002. frame structures under seismic excitations, MS Thesis, NIT, [7] Bharti S.D., Dumne S.M., Shrimali M.K., Seismic response analysis Rourkela, 2011. of adjacent buildings connected with MR dampers, Engineering [15] Singh, M. P., Singh, S., and Moreschi, L. M., Tuned Mass Dampers Structures, 32, 2003, pp. 2122-2133. for response control of torsional buildings, Earthquake Engineering [8] Spencer J. B., Dyke S. J., Sain M. K., Carlson J. D., and Structural Dynamics, 31(4), pp749–769, 2003. Phenomenological model for magnetorheological dampers, Journal [16] Wong K.K.F., Seismic Energy Dissipation of Inelastic Structures of Engineering Mechanics, ASCE: 123(3), (1996), pp. 230-238. with Tuned Mass Dampers, Journal of Engineering Mechanics, Vol. [9] San-Wan Cho, Simple control algorithms for MR dampers and smart 134, No. 2, 2008. passive control system, Doctoral Thesis, KAIST, 2004. (BBT nhận bài: 25/01/2015, phản biện xong: 09/03/2015)