Giảm chấn trong kết cấu nhà nhiều tầng chịu gia tốc nền động đất bằng con lắc đơn và hệ cản khối lượng

Bài báo "Giảm chấn trong kết cấu nhà nhiều tầng chịu gia tốc nền động đất bằng con lắc đơn và hệ cản khối lượng" phân tích giảm chấn trong kết cấu nhà nhiều tầng chịu gia tốc nền của động đất bằng con lắc đơn và hệ cản khối lượng. Kết cấu nhà nhiều tầng được mô hình bằng phương pháp phần tử hữu hạn với đầy đủ các thành phần chuyển vị của các nút dùng sự hỗ trợ của phần mềm SAP2000. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giảm chấn trong kết cấu nhà nhiều tầng chịu gia tốc nền động đất bằng con lắc đơn và hệ cản khối lượng 184 Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ XI, Hà Nội, 02-03/12/2022 Giảm chấn trong kết cấu nhà nhiều tầng chịu gia tốc nền động đất bằng con lắc đơn và hệ cản khối lượng Nguyễn Trọng Phước1,*, Phan Trung Thành2, Võ Hoàng Phi2, Phạm Đình Trung3, Khoa Xây dựng, Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh 1 2 Học viên cao học, Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh 3 Khoa Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung *Email: phuoc.nguyen@ou.edu.vn Tóm tắt. Bài báo này phân tích giảm chấn trong kết cấu nhà nhiều tầng chịu gia tốc nền của động đất bằng con lắc đơn và hệ cản khối lượng. Kết cấu nhà nhiều tầng được mô hình bằng phương pháp phần tử hữu hạn với đầy đủ các thành phần chuyển vị của các nút dùng sự hổ trợ của phần mềm SAP2000. Con lắc đơn và hệ cản khối lượng được gắn vào vị trí các sàn tầng của hệ kết cấu nhà. Sự tương tác giữa kết cấu với con lắc đơn và kết cấu với hệ cản khối lượng được mô tả thông qua các thông số vật lí như khối lượng, độ cứng lò xo và chiều dài con lắc gắn với kết cấu. Các kết quả số tương ứng với một kết cấu 26 tầng và 35 tầng chịu gia tốc nền được thực hiện thông qua các đại lượng như chuyển vị tầng mái, lực cắt động tại chân cột cho thấy khả năng giảm chấn của kết cấu. Từ khóa: Giảm chấn, kết cấu nhà nhiều tầng, gia tốc nền, con lắc đơn, hệ cản khối lượng.1. Mở đầu Bài toán phân tích và thiết kế các kết cấu nhà nhiều tầng luôn là hướng nghiên cứu đã, đang và sẽ thu hút sựquan tâm của các nhà khoa học và các kỹ sư kết cấu. Khi chiều cao nhà hay số tầng tăng lên, hệ trở nên thanhmảnh hơn, yêu cầu phải phân tích ứng xử động lực học của hệ là cần thiết vì bài toán phân tích tĩnh chưa đủ đểmô tả hết được ứng xử của nó, đặc biệt khi hệ chịu tải trọng ngang do động đất. Do đó các nhà khoa học phảinghiên cứu sâu hơn về bản chất của kết cấu và tìm ra các giải pháp kết cấu phù hợp chịu được tác động này để kếtcấu tương thích tốt và bảo đảm an toàn hơn hoặc là giảm bớt phần nào thiệt hại do tác dụng này gây ra. Vì vậy vấnđề này thu hút sự quan tâm của rất nhiều nhà nghiên cứu khoa học, các kỹ sư thiết kế và cả các cơ quan quản lýnhà nước về xây dựng của nhiều quốc gia trên thế giới nói chung và kể cả Việt nam. Việt Nam nằm trong khu vực chịu ít ảnh hưởng của động đất mạnh tuy vậy vẫn đã từng xảy ra nhiều trậnđộng đất có cường độ lớn nhỏ khác nhau, trong đó có 2 trận động đất cấp VIII, 11 trận cấp VII và 60 trận cấp VI(thang cường độ MSK-64). Gần đây, các tỉnh phía bắc như Hà Nội, Điện Biên... đã có xảy ra các trận động đất cócường độ trung bình và nhỏ nên chưa gây thiệt hại về người và của. Tuy nhiên, theo thống kê của các nhà nghiêncứu thuộc Viện Vật lý địa cầu thì Việt Nam có nguy cơ tiềm ẩn động đất, cường độ có thể đủ lớn để gây ra thiệthại. Vì vậy, các nhà địa chấn Việt Nam đã lập vùng có khả năng xuất hiện động đất trên các vùng địa lý của ViệtNam. Trong những năm gần đây, nhu cầu xây dựng các tòa nhà cao tầng ở các thành phố lớn ở Việt Nam ngàycàng nhiều. Đối với các kết cấu công trình nhiều tầng, một trong những thách thức là kiểm soát sự dao động của kết cấukhi có ngoại lực động để đảm bảo sự an toàn cho kết cấu chịu lực. Phương pháp thông thường để làm giảm phảnứng động này là sử dụng thiết bị làm giảm dao động. Con lắc đơn và hệ cản khối lượng gắn thêm là một trongnhững giải pháp dùng để giảm chấn cho kết cấu. Khi cả hệ chịu tác động của tải trọng động hoặc động đất, hệ conlắc đơn hay hệ cản khối lượng cũng dao động theo và sinh ra lực tương tác với kết cấu chính... thường lực nàykhác pha so với tải trọng ngoài nên trên kết cấu chính nhìn chung là an toàn hơn. Dưới góc độ năng lượng, khi hệcon lắc được gắn trong kết cấu dao động, hay hệ cản khối lượng cũng chuyển động khi được gắn vào kết cấu,chúng hấp thụ năng lượng cơ học do ngoại lực tác động, vì thế, năng lượng tác động vào kết cấu chính giảm đi. 185 Nguyễn Trọng Phước, Phan Trung Thành, Võ Hoàng Phi, Phạm Đình TrungKhi tần số dao động tự nhiên của con lắc hay hệ cản khối lượng được điều chỉnh đến gần tần số riêng của kết cấuthì hiện tượng gần cộng hưởng chiếm ưu thế do đó lực tương tác này càng lớn, và khi này hệ gắn thêm làm tiêután năng lượng nhiều hơn. Vì vậy, vấn đề này đã được nhiều sự nghiên cứu trong suốt các thập niên đã qua, cụ thểhai xu thế chính của vấn đề nghiên cứu này là tối ưu các thông số hoặc đề xuất các giải pháp điều khiển để nângtầm hiệu quả của con lắc, hệ cản khối lượng. Vi ...