Tính toán khung gắn thiết bị tiêu tán năng lượng chịu tải trọng tĩnh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Tính toán khung gắn thiết bị tiêu tán năng lượng chịu tải trọng tĩnh đề cập đến việc xây dựng ma trận độ cứng của phần tử có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng và khảo sát sự làm việc của khung với phần tử dầm trên chịu tải trọng tĩnh.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tính toán khung gắn thiết bị tiêu tán năng lượng chịu tải trọng tĩnh

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 xM   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