Nghiên cứu thành phần động của tải trọng gió cho các công trình tháp, trụ thép

Khi tính toán tải trọng gió động cho các công trình có chiều cao lớn chúng ta thường tính tổng tác động của gió bao gồm cả thành phần chuẩn tĩnh và cộng hưởng lên công trình. Bài viết nêu kiến nghị hiệu chỉnh tiêu chuẩn hiện hành đối với việc xác định các thành phần động của tải trọng gió với các công trình thép cao.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu thành phần động của tải trọng gió cho các công trình tháp, trụ thép Nghiên cứu thành phần động của tải trọng gió cho các công trình tháp, trụ thép Research of the dynamic component of the wind load for high-rise steel structures Đoàn Tuyết Ngọc, Vũ Lệ Quyên Tóm tắt Hiện nay, các công trình cao có chức năng đặc biệt như tháp, trụ thu phát để cung cấp truyền hình, phát thanh, truyền thông di động đóng vai trò rất quan trọng trong việc Khi tính toán tải trọng gió động cho các phát triển cơ sở hạ tầng và kinh tế xã hội. Nếu tại các khu đô thị ăng-ten có thể được công trình có chiều cao lớn chúng ta đặt trên nóc các tòa nhà cao tầng, thì ở các vùng chưa phát triển, các công trình đặc thường tính tổng tác động của gió bao biệt như tháp và cột thu phát sóng là vô cùng cần thiết. gồm cả thành phần chuẩn tĩnh và cộng Với các công trình có độ cao lớn, chiều cao lớn hơn rất nhiều so với kích thước hưởng lên công trình. Việc này dẫn đến ngang (khoảng 8-200 lần) [1], tải trọng gió đóng vai trò chủ đạo và quyết định hình tính toán kết cấu không chính xác, giảm dạng kích thước của hệ kết cấu. Tác động của gió bao gồm hai thành phần: tĩnh và hiệu quả kinh tế nhất là với những công động. Khi xác định thành phần tĩnh, đặc điểm hạn chế cản gió của cột và tháp làm trình mang tính điển hình và phổ biến giảm giá trị của tải trọng gió so với các công trình có bề mặt cản lớn có cùng chiều cao. như tháp trụ thép, cột thu phát sóng. Giá trị của thành phần động phụ thuộc vào hệ số động lực ξ, được xác định bởi độ Bài báo nêu kiến nghị hiệu chỉnh tiêu giảm loga của dao động δ [2]. Nếu với đa số các tòa nhà có δ > 0,3, thì với các công chuẩn hiện hành đối với việc xác định trình thép cao, mảnh có δ < 0.15, có nghĩa là kết cấu giảm chấn ở mức độ thấp, công các thành phần động của tải trọng gió trình dễ bị hư hại do ảnh hưởng của gió giật. với các công trình thép cao. Do tính chất hàng loạt và phổ thông của tháp và trụ thép nên cần phải tạo ra các Từ khóa: Tải trọng và tác động, công trình tháp kết cấu điển hình không tốn kém khi sản xuất và lắp dựng, nhưng đồng thời phải đảm trụ thép, tải trọng gió, thành phần chuẩn tĩnh, bảo chất lượng, độ bền, độ ổn định hay nói cách khác – có trọng lượng tối thiểu với thành phần cộng hưởng khả năng chịu lực lớn nhất. Điều kiện này được thực hiện khi tải trọng thực tế được xác định một cách chính xác, đặc biệt là thành phần động của tải trọng gió có đặc điểm ngẫu nhiên và tính phá hoại cao. Trong các nghiên cứu, thí nghiệm về ảnh hưởng của gió động cho các công trình Abstract tháp, trụ thép [3-5] cho thấy rằng thành phần động xuất hiện dưới tác dụng của gió When calculating the dynamic component of giật dọc theo hướng gió bao gồm hai thành phần: thành phần chuẩn tĩnh (quasistatic), wind load for high-rise buildings, we usually sinh ra bởi tác động của gió có tần số thấp gần với tần số tối đa của phổ năng lượng calculate the total wind impact, including khi vận tốc gió thay đổi; thành phần cộng hưởng (resonance), gây ra bởi gió giật ở tần quasistatic and resonance components. This số cao trong vùng tần số dao động của bản thân công trình (hình 1). Ở hình 1 có thể leads to inaccurate structural calculations, thấy nếu như phổ của lực khí động học thông thường tác động lên công trình chỉ có reducing economic efficiency especially 1 giá trị cực đại thì phổ phản ứng của công trình với gió giật (bao gồm chuyển vị, ứng with typical and popular constructions such suất…) có hai giá trị cực đại. Đỉnh bên trái – vùng tần số thấp hay chuẩn tĩnh gần trùng as steel towers, transmission towers. The với cực đại của phổ năng lượng gió giật, bên phải – vùng tần số cao hay cộng hưởng paper proposes a revision of the current trùng với tần số dao động riêng của công trình ω0. standard for the determination of dynamic Tỷ lệ chuyển vị của công trình gây ra bởi thành phần chuẩn tĩnh và cộng hưởng components of the wind load in high steel phụ thuộc vào chu kỳ dao động riêng được biểu diễn trên hình 2. structures. Trong các tiêu chuẩn quy định hiện nay khi tính toán tác động của gió với công Keywords: Loads and impacts, high-rise steel trình, chúng ta thường sử dụng phương pháp tính tổng tác động của gió (tác động structures, wind load, quasistatic component, chuẩn tĩnh và cộng hưởng). Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của áp lực gió đối với resonance component công trình hoặc bộ phận kết cấu mà sơ đồ tính toán có dạng một bậc tự do có dạng [2]: Wp = Wm ⋅ ξ ⋅ ς ⋅ν , (1) Trong đó: Wm – giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió ở độ cao tính toán; ξ – hệ số động lực; υ – hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió, ς – hệ số áp lực động của tải trọng, xác định theo công thức của Davenport [ ...