- CƠ SỞ LÝ THUYẾT HIỆN TƯỢNG FLUTTER VÀ BUFFETING TÁC ĐỘNG LÊN KẾT CẤU CAO TẦNG CÓ HƯ HỎNG. - Cơ sở lý thuyết về hiện tượng Flutter đối với kết cấu giàn cao tầng. - Cơ sở lý thuyết về hiện tượng Buffeting đối với kết cấu giàn cao tầng. - Thiết lập bài toán động lực học của kết cấu giàn cao tầng dạng mảnh chịu tải trọng gió. - Rời rạc hóa kết cấu và thiết lập ma trận phần tử. - Phân tích chuyển động Flutter của kết cấu nguyên vẹn. - Phân tích chuyển động Flutter của kết cấu có hư hỏng. - Phân tích phản ứng động Buffeting của kết cấu nguyên vẹn. - Phân tích phản ứng động Buffeting của kết cấu có hư hỏng. - K e Ma trận độ cứng phần tử L Độ dài của toàn bộ kết cấu. - Vị trí hư hỏng trong kết cấu. - Hình chiếu quỹ đạo lên mặt phẳng Oxy của các nút trên đỉnh của kết cấu nguyên vẹn. - Hình chiếu quỹ đạo lên mặt phẳng Oxy của điểm ở đỉnh của kết cấu có thanh #387 hư hỏng. - Hình chiếu quỹ đạo lên mặt phẳng Oxy của điểm ở đỉnh của kết cấu có thanh cột #134 hư hỏng. - Đồ thị hình chiếu quỹ đạo lên mặt phẳng Oxy của bốn nút trên đỉnh của bốn cột của kết cấu nguyên vẹn. - Đồ thị hình chiếu quỹ đạo lên mặt phẳng Oxy của bốn nút trên đỉnh của bốn cột của kết cấu có thanh giằng số #387 bị hư hỏng. - Đồ thị hình chiếu quỹ đạo lên mặt phẳng Oxy của bốn nút trên đỉnh của bốn cột của kết cấu có thanh cột số #134 bị hư hỏng. - Tình hình nghiên cứu trên thế giới về phân tích phản ứng của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng gió. - Chính vì thế, trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu phân tích phản ứng của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng gió như nghiên cứu của Scanlan, R.H. - Tuy nhiên, việc nghiên cứu phân tích hiệu ứng gió động tác động lên kết cấu cao tầng dạng thanh mảnh có hư hỏng chưa được quan tâm nhiều.. - Mục tiêu của luận văn là trình bày các phân tích phản ứng động của một kết cấu cao tầng dạng thanh mảnh có hư hỏng dưới tác động của tải trọng gió và ứng dụng nó để phát hiện hư hỏng. - Khi có thiệt hại, độ cứng của kết cấu giảm làm gia tăng của các phản ứng động của kết cấu. - Mô phỏng sự ảnh hưởng của hai hiện tượng Buffeting và Flutter lên kết cấu giàn giàn cao tầng dạng thanh mảnh có hư hỏng.. - CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HIỆN TƯỢNG FLUTTER VÀ BUFFETING LÊN KẾT CẤU CAO TẦNG CÓ HƯ HỎNG - Trình bày cơ sở lý. - thuyết, thiết lập phương trình của hiện tượng Flutter và Buffeting tác động lên kết cấu cao tầng dạng mảnh. - Cơ sở lý thuyết về hiện tượng Flutter đối với kết cấu giàn cao tầng.. - Biên độ dao động của kết cấu có thể phát triển cho đến khi kết cấu bị sụp đổ.. - Biên độ dao động của kết cấu có thể phát triển cho đến khi kết cấu bị sụp đổ hoàn toàn.. - Do đó, phương trình chuyển động của kết cấu chịu tác động của lực tự kích có dạng:. - M, C, K: ma trận khối lượng, cản, độ cứng của kết cấu. - Các thành phần lực tự kích theo chiều thẳng đứng và chiều ngang tác động lên các phần tử của kết cấu trên một đơn vị chiều dài có thể biểu diễn theo Scanlan như sau:. - B 2 b độ rộng phần tử của kết cấu. - h, p, α lần lượt là chuyển vị thẳng đứng, chuyển vị ngang, chuyển vị xoắn của kết cấu.. - Bằng cách sử dụng ký hiệu phức, lực tự kích của kết cấu trên một đơn vị chiều dài có dạng:. - Trong mô hình phần tử hữu hạn Frame 3-D, lực tự kích phân bố tác dụng lên một phần tử của kết cấu được quy về tải trọng tương đương ở hai đầu nút của phần tử.. - Ghép nối các lực tự kích phần tử đã xây dựng ở trên, ta được lưc tự kích của kết cấu trong hệ tọa độ tổng thể:. - trong đó: A se là ma trận phức tổng thể của kết cấu.. - Phương trình chuyển động của kết cấu có dạng:. - Từ đó ta có phương trình chuyển động của kết cấu được viết lại như sau:. - trong đó: Φ là ma trận dạng riêng, tính được từ phân tích modal của kết cấu. - nếu ít nhất một hệ số cản bằng 0, thì hệ kết cấu có thể ổn định hoặc không ổn định. - Tại vận tốc gió tới hạn, véc tơ q(t) và véc tơ chuyển vị nút của kết cấu có dạng:. - Cơ sở lý thuyết về hiện tượng Buffeting đối với kết cấu giàn cao tầng.. - Buffeting là hiện tượng dao động cưỡng bức ngẫu nhiên của kết cấu gây ra bởi dòng khí rối khi ở vận tốc gió lớn. - Hiện tượng này làm cho kết cấu có thể bị hư hỏng hoặc súp đổ hoàn toàn khi tác dụng của gió vượt quá giới hạn chịu lực của kết cấu hoặc do hiện tượng mỏi.. - Do đó, phân tích hiện tượng Buffeting là nhằm tính toán đáp ứng động lực học của kết cấu khi chịu tác động của lực tự kích, lực Buffeting và lực. - Ta có phương trình chuyển động của kết cấu cố dạng:. - M, C và K lần lượt là ma trận khối lượng tổng thể, ma trận cản tổng thể và ma trận độ cứng tổng thể của kết cấu;. - Do đó, lực tự kích phân bố tác dụng lên một phần tử của kết cấu được quy về tải trọng tương đương ở hai đầu nút của phần tử:. - Các thành phần lực Buffeting tác dụng lên kết cấu trên một đơn vị chiều dài (không kể đến ảnh hưởng của thành phần gió dọc trục) được biểu diễn dưới dạng tích phân chập theo Chen cùng cộng sự [22] như sau:. - Từ đó ta xây dựng được vecto lực nút tổng thể F se và F b và F s của kết cấu bằng cách ghép nối từ các thành phần lực phần tử.. - Trên cơ sở đó tạo tiên đề để xây dựng và giải bài toán động lực học của kết cấu giàn cao tầng dạng mảnh trong không gian ba chiều sẽ trình bày trong chương 2.. - Phân tích Buffeting: Tính toán đáp ứng động lực học của kết cấu khi chịu lực tự kích và lực Buffeting.. - Ta coi mỗi thanh của kết cấu là một phần tử, giả sử kết cấu có n e phần tử và n node nút. - Các phần tử trong kết cấu có thể có nhiều phương khác nhau. - 2 là tần số riêng thứ nhất và thứ hai của kết cấu. - 1) Kết cấu nguyên vẹn;. - 2) Kết cấu có một thanh cột ở độ cao 20 m bị mất liên kết;. - 3) Kết cấu có một thanh giằng ở độ cao 20 m bị mất liên kết.. - Các phản ứng động của kết cấu sẽ nghiên cứu với các hướng gió khác nhau.. - Hình chiếu quỹ đạo lên mặt phẳng Oxy của nút trên đỉnh kết cấu được nghiên cứu để khảo sát sự ảnh hưởng của hư hỏng đến phản ứng động của kết cấu.. - Bảng thông số kỹ thuật mô hình tính Thông số kết cấu. - Phân tích chuyển động Flutter của kết cấu nguyên vẹn.. - Qua mô phỏng số cho thấy khi không có hư hỏng, vận tốc Flutter của kết cấu là 45 m/s tương đương với cấp gió 14 trong thang gió Beaufort. - Quỹ đạo của nút số #90 trên đỉnh của kết cấu khi dao động ở tần số Flutter vậy với bảy hướng gió β: 0 o , 5 o , 10 o , 15 o , 20 o , 25 o và 30 o được thể hiện trong hình 3.9.. - #90 trên đỉnh của kết cấu nguyên vẹn. - Hình 3.9 thể hiện hình chiếu quỹ đạo của nút số #90 của kết cấu nguyên vẹn với bảy hướng gió. - Phân tích chuyển động Flutter của kết cấu có hư hỏng.. - Khi phân tích chuyển động Flutter của kết cấu có hư hỏng, tác giả mô phỏng vết nứt có độ sâu thay đổi từ 0% (tương ứng với kết cấu không có hư hỏng) đến 100% (tương ứng là không có liên kết tại vị trí hư hỏng). - Trường hợp đầu tiên, trường hợp thanh giằng số #387 bị hư hỏng, vận tốc Flutter của kết cấu là 37m/s. - Sự suy giảm vận tốc Flutter là 17,7% so với trường hợp khi kết cấu còn nguyên vẹn. - Điều này có nghĩa rằng kết cấu có thể bị sụp đổ với tốc độ gió cấp 14 khi kết cấu có một thanh giằng bị hư hỏng.. - #90 trên đỉnh của kết cấu có thanh #387 hư hỏng. - Khi thanh cột số # 134 bị hư hỏng, vận tốc Flutter của kết cấu là 28 m/s. - Sự suy giảm vận tốc Flutter là 37,7% so với trường hợp khi kết cấu nguyên vẹn.. - Rõ ràng là kết cấu sẽ bị sụp đổ với tốc độ gió cấp 14 khi một thanh cột bị hư hỏng.. - #90 trên đỉnh của kết cấu có thanh cột #134 hư hỏng. - Như vậy, qua mô phỏng số ta có thể thấy khi không có hư hỏng vận tốc Flutter của kết cấu cấu là 45 m/s tương ứng với gió cấp 14 trong thang gió Beaufort. - Khi một thanh thanh giằng bị hư hỏng thì vận tốc Flutter của kết cấu giảm 17,7% tương ứng với gió cấp 12. - Và khi một thanh cột bị hư hỏng vận tốc Flutter của kết cấu giảm xuống còn 28m/s giảm 37,7% tương ứng với gió cấp 10. - Phân tích phản ứng động Buffeting của kết cấu nguyên vẹn.. - Tiến hành phân tích đáp ứng của kết cấu giàn cao tầng dạng mảnh nguyên vẹn trong không gian ba chiều dưới tác động của hiện tượng Bufeting. - Hình 3.12 thể hiện hình chiếu quỹ đạo lên mặt phẳng Oxy của bốn nút trên đỉnh của bốn cột của kết cấu nguyên vẹn khi dao động với lần lượt 4 hường gió: 0 o , 15 o , 30 o , 45 o . - Phân tích phản ứng động Buffeting của kết cấu có hư hỏng.. - Đồ thị hình chiếu quỹ đạo lên mặt phẳng Oxy của bốn nút trên đỉnh của bốn cột của kết cấu có thanh giằng số. - Dựa vào đồ thị ta có thể thấy được, hình chiều của quỹ đạo chuyển động trong trường hợp này có biên độ lớn hơn so với trường hợp kết cấu nguyên vẹn ở mọi hướng gió. - đỉnh của kết cấu bị hư hỏng cũng bị thay đổi so với kết cấu nguyên vẹn. - Vì vậy, sự khác biệt giữa hình chiếu quỹ đạo của bốn nút trên đỉnh bốn cột dưới tải trọng gió chỉ ra rằng có hư hỏng tồn tại trong kết cấu. - Đồ thị hình chiếu quỹ đạo lên mặt phẳng Oxy của bốn nút trên đỉnh của bốn cột của kết cấu có thanh cột số #134. - Tuy nhiên, khi kết cấu có một cột bị hư hỏng thì có một sự khác biệt lớn giữa bốn hình chiếu quỹ đạo mà điều này có thể có ích cho việc phát hiện hư hỏng. - Hình 3.14 thể hiện hình chiếu quỹ đạo của bốn nút trên đỉnh của kết cấu khi thanh cột số #134 bị hư hỏng. - Kết quả là, biên độ dao động của cột 1 và 3 tăng so với trường hợp của kết cấu nguyên vẹn nhưng chúng vẫn nhỏ hơn biên độ dao động của cột 2. - Vì vậy, những kết quả trên có thể được áp dụng để phát hiện hư hỏng trong kết cấu khi chịu tác động của tải trọng gió: Khi có sự khác biệt lớn giữa bốn hình chiếu quỹ đạo của bốt nút trên đỉnh cột thì kết cấu có thể có hư hỏng ở cột.. - Khi không có hư hỏng vận tốc Flutter của kết cấu cấu là 45m/s tương ứng với gió cấp 14 trong thang gió Beaufort.. - Khi một phần tử thanh giằng bị hư hỏng thì vận tốc Flutter của kết cấu giảm 17,7% tương ứng với gió cấp 12.. - Khi một phần tử cột bị hư hỏng vận tốc Flutter của kết cấu giảm xuống còn 28m/s tương ứng với gió cấp 10.. - Sự khác biệt này có thể cảnh báo cho sự tồn tại hư hỏng trong kết cấu. - Luận văn tâ ̣p trung vào nghiên cứu, phân tích động lực học của giàn cao tầng dạng mảnh trong không gian ba chiều có hư hỏng dưới tác động của hai hiện tượng nguy hiểm của gió đối với kết cấu đó là Flutter và Buffeting. - Luận văn đã trình bày tình hình nghiên cứu trên thế giới về phân tích phản ứng của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng gió.. - Luận văn đã trình bày các thiết lâ ̣p và giải bài toán phân tích Flutter và phân tích Buffting đối với kết cấu giàn cao tầng dạng mảnh trong không gian ba chiều.