B GIÁO DC VÀ ĐÀO TO
TRƯỜNG ĐẠI HC XÂY DNG
DƯƠNG TH HÙNG
PHÂN TÍCH H THANH PHNG
CÓ LIÊN KT NA CNG, VT NT
VÀ CÓ ĐỘ CNG, KHI LƯỢNG
PHÂN B NGU NHIÊN
Chuyên ngành: Cơ hc vt th rn
Mã s: 62.44.21.01
TÓM TT LUN ÁN TIN S K THUT
HÀ NI – 2010
Công trình được hoàn thành ti Trường Đại hc Xây dng
Người hướng dn khoa hc:
1.GS.TS. Lê Xuân Hunh – Trường Đại hc Xây dng
2.PGS.TS. Trn Văn Liên – Trường Đại hc Xây dng
Phn bin 1:
GS.TSKH. Nguyn Tiến Khiêm – Vin cơ hc Vit Nam
Phn bin 2:
GS.TS. Hoàng Xuân Lượng – Hc vin K thut Quân s
Phn bin 3:
GS.TSKH. Nguyn Trâm – Trường ĐH Kiến trúc Hà Ni
Lun án s được bo v ti Trường ĐH Xây dng trước Hi
đồng chm lun án tiến s theo Quyết định s 771/QĐ-SĐH
ngày 17/08/2010 ca Hiu trưởng Trường Đại hc Xây dng
vào hi .… gi …. Ngày …. Tháng …. năm 2010
Có th tìm hiu lun án ti:
- Trường Đại hc Xây dng
- Thư vin Quc gia
DANH MC CÔNG TRÌNH KHOA HC ĐÃ CÔNG B
1. Dương Thế Hùng, Lê Xuân Hunh (2010). “Phân tích chuyn
v trong dm có vết nt vi độ cng EI(x) và khi lượng m(x)
phân b ngu nhiên”. Tp chí Khoa hc và Công ngh trường
Đại hc Xây dng, S 7/2010, trang 30-39.
2. Dương Thế Hùng, Nguyn Thế Thnh (2010). “Mô hình dm
liên tc chu ti trng động trong thiết kế và thi công xây
dng”. Tp chí Khoa hc và Công ngh - Đại hc Thái
Nguyên, Tp 66, S 4; trang 62-66.
3. Dương Thế Hùng (2009). “Xây dng ma trn độ cng ca
phn t thanh có liên kết na cng và có tham s ngu nhiên”.
Tuyn tp công trình Hi ngh Cơ hc toàn quc K nim 30
năm Vin Cơ hc và 30 năm Tp chí Cơ hc. NXB Khoa hc
t nhiên và công ngh, trang 57-65.
4. Dương Thế Hùng (2009). “Tính toán kết cu thanh có tham s
ngu nhiên”. Tuyn tp công trình Hi ngh Cơ hc toàn quc
K nim 30 năm Vin Cơ hc và 30 năm Tp chí Cơ hc. NXB
Khoa hc t nhiên và công ngh, trang 66-73.
5. Dương Thế Hùng (2009). “ng dng Maple12 tính toán kết
cu”. Tp chí Khoa hc và Công ngh - Đại hc Thái Nguyên,
Tp 56, S 8; trang 97-100.
6. Trn Văn Liên, Dương Thế Hùng (2007). “Tính toán kết cu
chu ti trng động đất bng phương pháp độ cng động lc”.
Tuyn tp công trình khoa hc Hi ngh cơ hc toàn quc ln
th 8, Hà Ni 12/2007, NXB Đại hc Bách Khoa, trang 262-
272.
7. Dương Thế Hùng (2006). “Độ tin cy v n định ca tm ba
lp dng Sandwich”. Tuyn tp công trình Hi ngh khoa hc
toàn quc Cơ hc vt rn biến dng ln th 8, NXB Khoa hc
t nhiên và công ngh, trang 373-378.
24
phương sai ca chuyn vng lc trong các mô hình này khi xét
đến s nh hưởng ln nhau ca các tham s tn ti trong dm, t đó
to ra mt s bng cơ s d liu cho bài toán chn đoán kết cu
dm có vết nt.
- Kết qu cho thy khi tn s ca lc kích thích ω có giá tr nh
(ω<10rad/s) thì nh hưởng ca EI(x) đến giá tr phương sai ln hơn
nh hưởng ca m(x), ngược li khi ω ln (ω>=20rad/s) thì nh
hưởng ca m(x) ln hơn ca EI(x)…
5- T các kết qu nghiên cu lý thuyết, lun án đã xác định giá tr k
vng và phương sai ca chuyn vng lc ca kết cu khung
phng chu ti trng tĩnh và động dng điu hòa có chu k ω:
- Đã xây dng mô hình làm vic ca kết cu khung có liên kết na
cng và có tham s ngu nhiên. Kết qu tính toán cho thy nh
hưởng ca tn s lc kích thích ω đến giá tr k vng và phương sai
ca chuyn v tương đối ln. nh hưởng ca độ cng liên kết na
cng nói chung nh hơn so vi nh hưởng ca tn s lc kích thích.
- Mô hình khung có k đến yếu t cn, có vết nt, liên kết na cng
và tham s ngu nhiên là mô hình mi mà lun án đạt được, có th
được s dng vào tính toán thc tế vì nó phn ánh s làm vic ca
kết cu mt cách đầy đủ hơn các h riêng l. Tuy nhiên, lun án
mi ch dng li kết qu tính toán lý thuyết, các kết qu này cn
phi được kim chng bng thc nghim.
6- Lun án đã phân tích trng thái ng sut, biến dng, t đó đánh giá
độ tin cy theo mc 2 ca phn t và toàn b kết cu khung phng
có liên kết na cng, vết nt và EI(x), EA(x) và m(x) phân b ngu
nhiên.
1
M ĐẦU
1. Cơ s khoa hc và thc tin
Vic mô hình hóa vết nt ca thanh bng lò xo đàn hi đã được
nhiu tác gi s dng trong bài toán đánh giá hư hng ca kết
cu.Trong phân tích kết cu h thanh, nhiu trường hp liên kết gia
dm và ct được xem là liên kết na cng. Sai lch ngu nhiên v độ
cng và phân b khi lượng cũng cn được xem xét khi phân tích ni
lc-chuyn v động và đánh giá độ tin cy. Tng vn đề nêu trên đã
được nhiu tác gi quan tâm và gii quyết riêng bit.
Trên thc tế, trong mt kết cu h thanh có th tn ti c ba vn
đề nêu trên, nhưng do tính cht phc tp nên vic xem xét đồng thi
c ba vn đề còn chưa được gii quyết. Lun án này s nghiên cu
kết cu h thanh tn ti đồng thi ba vn đề “vết nt”, “liên kết na
cng” và “độ cng và khi lượng phân b ngu nhiên” vi mt ý
tưởng không quá phc tp, s dng các kết qu đã có để lp và gii
bài toán theo mt mô hình chung.
2. Tính cp thiết
Vic nghiên cu kết cu h thanh có xét đồng thi c ba vn đề
liên kết na cng, vết nt và s phân b ngu nhiên v độ cng, khi
lượng va có ý nghĩa lý thuyết, va có ý nghĩa thc tế. Đặc bit khi
phân tích trng thái ng sut biến dng ca kết cu nhm phc v
vic đánh giá và kim định cht lượng công trình.
3. Mt s gi thiết được s dng trong lun án
a) Ti trng tác động lên kết cu là ti trng tĩnh hoc ti trng động có
dng điu hòa.
b) Vt liu làm vic trong giai đon đàn hi tuyến tính và xem kết cu
có biến dng bé.
2
c) Vết nt đã biết trước v độ sâu, v trí xác định và không biến đổi
theo thi gian.
d) Lò xo đàn hi trong mô hình liên kết na cng có biến dng tuyến
tính.
e) Độ cng un EI, độ cng kéo nén EA, khi lượng trên đơn v dài m
được gi thiết là các đại lượng ngu nhiên có dng [56], [57], [58],
[59], [81], [82]:
[
]
[
]
[]
011 033
022
() (1 (); () (1 ()
() (1 ()
E
I x EI g x EA x EA g x
mx m g x
εε
ε
=+ = +
=+
(1.11)
trong đó EI0 , m0 và EA0 biu th giá tr k vng ca các đại lượng
EI(x), m(x) và EA(x); εi (i=1,2,3) là hng s 0<εi<<1, được gi là
các tham s bé; gi(x) là hàm ngu nhiên có giá tr k vng bng
không và độ lch chun đơn v vi hàm tương quan là Rlj(ξ)
(i,l,j=1,2,3) đã biết. Các tham s ngu nhiên trong các hàm EI(x),
EA(x) và m(x) nhn được là kết qu ca vic x lý thng kê các kết
qu đo ca biến ngu nhiên v vt liu hay kích thước hình hc.
Ngoài ra, yếu t cn được xét đến th hin trong tính toán hàm dng,
tương t như trong tài liu [81] đã s dng.
3. Phm vi, đối tượng, mc tiêu và phương pháp nghiên cu
Phm vi nghiên cu là kết cu h thanh phng trong các bài toán
dao động cưỡng bc chu ti trng tin định trng thái tĩnh và
động. Ti trng động có dng điu hòa.
Mc đích ca lun án là xây dng mô hình phn t có liên kết na
cng, vết nt vi độ cng và khi lượng phân b ngu nhiên; phân
tích nh hưởng ca tn s dao động ca lc kích thích, ca liên kết
na cng, vết nt và tham s ngu nhiên EI(x), EA(x), m(x) đến
trng thái ng sut biến dng ca h dm, khung phng chu ti trng
tĩnh và động dng điu hòa, đánh giá độ tin cy v bn và cng.
23
sai ca chuyn vng lc có th được s dng vào tính toán
thc tế vì nó phn ánh trng thái kết cu nguy him hơn nhiu so
vi các mô hình đơn đã có.
3. Đã xác định độ tin cy ca khung v độ cng.
KT LUN CHUNG
1- Xây dng mt mô hình phn t thanh phng có các đại lượng
EI(x), EA(x), m(x) phân b ngu nhiên và liên kết hai đầu na
cng dng lò xo đàn hi ba h s cu , cv , cϕ. Trong các trường hp
riêng ta nhn li được các kết qu ca các tác gi đã công b.
2- Đã ch ra s tham gia ca liên kết na cng bng ma trn hiu
chnh B, Vc
Kvà ma trn He. Khi liên kết hai đầu thanh là tuyt đối
cng (ki=), ta nhn được kết qu tính toán kết cu h khung có
EI(x), EA(x) và m(x) ngu nhiên ca các tác gi đã công b. Khi
ε=0 nhn được các trường hp riêng cho bài toán có vết nt và liên
kết na cng dưới dng tin định.
3- Đã lp thut toán và chương trình TK.mw tính khung phng có vết
nt, liên kết na cng vi độ cng và mt độ khi lượng phân b
ngu nhiên. Trong mt s trường hp riêng, đã so sánh kết qu tính
bng TK.mw vi mt s chương trình khác. Kết qu so sánh cho
thy chương trình TK.mw đúng đắn vàđộ tin cy cao. Chương
trình TK.mw có kh năng s dng trong nghiên cu và tham kho
cho tính toán thc tế.
4- S dng chương trình TK.mw tính toán khung phng, lun án đã
phân tích làm rõ nh hưởng ca các yếu t vết nt và tham s ngu
nhiên đến chuyn vng lc ca kết cu dm:
- Đã phân tích mt s mô hình dm có vết nt, dm có EI(x), m(x)
ngu nhiên, có các liên kết khác nhau, dm chu tác động ca lc
kích thích điu hòa có chu k ω. Đã phân tích giá tr k vng,
22
- Tính toán khi xét có c vết nt và liên kết na cng và có tham s
ngu nhiên EI(x), EA(x) và m(x) là mô hình mi ca lun án. nh
hưởng ca tn s dao động
ω
đến giá tr k vng và phương sai ca
chuyn vng lc là đáng k.
L2
12
35
12
3
9
8
7
15
14
13
6
5
4
L1
L
11
2
4
a) b)
1
35
2
10 11
12
4
3
L3
VÕt nøt VÕt nøt
Vïng cøng Vïng cøng
Vïng cøng
Vïng cøng
M(t) P(t)
Hình 5.4. Sơ đồ tính khung
5.4. Đánh giá độ tin cy ca khung theo điu kin cng
Bng 5.11. Kết qu tính độ tin cy ca khung theo điu kin cng
Đại lượng Chuyn v s 9(m) Chuyn v s 10 (m)
độ lch chuyn v [CV] 0.000061 0.00045
chuyn v CV 0.00006010 0.00042551
phương sai CV[CV] 1.06518E-13 6.62915E-11
β2.761946739 3.008329964
Psi 0.0028727 0.0013134
Xác sut an toàn ca h khi ni tiếp
Xác sut an toàn ca h khi song song 0.999996226995820
0.995817673004180
Bng 5.11 th hin kết qu tính độ tin cy ca khung theo điu
kin cng theo hai sơ đồ: Sơ đồ ni tiếp (ch mt chuyn v trong hai
chuyn v vượt mc chuyn v cho phép) có xác sut an toàn
Ps=0,99581767. Sơ đồ song song (c hai chuyn v vượt mc chuyn
v cho phép) có xác sut an toàn Ps=0,999996226.
5.5. Kết lun chương 5
1. Đã xác định giá k vng và phương sai ca chuyn v trong khung
phng có liên kết na cng và có tham s ngu nhiên.
2. Mô hình khung có k đến yếu t cn, có vết nt, liên kết na cng
và tham s ngu nhiên cho kết qunh giá tr k vng và phương
3
Phương pháp nghiên cu: S dng chung mt mô hình lò xo đàn
hi để mô t liên kết na cng và vết nt. Nghiên cu lý thuyết để
phân tích trng thái ng sut biến dng ca h khung phng theo
phương pháp phn t hu hn s dng độ cng động lc ngu nhiên
và lý thuyết độ tin cy. Kim tra tính đúng đắn ca kết qu nghiên
cu qua vic đối chiếu vi các trường hp riêng đã công b.
4. Ni dung, b cc ca lun án
Ni dung lun án trình bày trong 136 trang gm phn m đầu, 5
chương, phn kết lun và 92 tài liu tham kho, 41 trang ph lc.
NHNG KT QU MI CA LUN ÁN:
1. Kết hp ba mô hình tính toán h thanh phng có vết nt, liên kết
na cng và phân b ngu nhiên v độ cng EI(x), EA(x) và khi
lượng m(x) vào mt mô hình chung. Kết qu ca mô hình chung
đã xây dng được các ma trn và các biu thc:
- Ma trn độ cng động lc D, DLK vi s b sung ca ma trn
hiu chnh B và c
V
K
th hin đặc trưng ca liên kết na cng và
vết nt;
- Véc tơ ti trng nút, các biu thc k vng và phương sai ca
chuyn v, ng lc ca phn t;
2. Xây dng sơ đồ thut toán và lp chương trình tính kết cu khung
phng có tên TK.mw trên nn Maple12. Đặc đim ca chương
trình TK.mw:
- Có kh năng phân tích tĩnh và động kết cu khung phng có
vết nt, liên kết na cng và có cha ba tham s ngu nhiên
độ cng un EI(x), độ cng kéo (nén) EA(x) và phân b
khi lượng m(x).
- Chương trình đã được kim nghim, so sánh vi kết qu đã
công b trong trường hp tính toán tin định (khi ε=0) bng